环境条件下铕标记聚苯乙烯纳米塑料在天然土壤中的垂直迁移规律及机制研究

本研究针对纳米塑料(NPs)在土壤生态系统中的迁移风险，通过铕标记聚苯苯乙烯纳米塑料(Eu-NPs)示踪技术，结合ICP-MS定量分析，系统探究了高钙土(HCS)、红土(RS)和黑土(BS)中NPs的垂直迁移行为。研究发现HCS中NPs迁移距离达18 cm（3年降雨模拟），显著受温度波动和干湿交替影响，为评估NPs环境归趋及地下水污染风险提供了关键数据。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，从深海沉积物到高山之巅无处不在。其中尺寸小于1微米的纳米塑料(NPs)因其潜在生态风险备受关注，而土壤作为NPs最大的汇，其迁移行为却鲜有系统研究。现有技术难以精准追踪NPs在复杂土壤基质中的动态，且多数研究采用石英砂模拟体系，与真实土壤环境存在显著差异。

中国科学院土壤科学研究所的研究人员创新性地采用铕(Eu)标记聚苯乙烯纳米塑料(Eu-NPs)，通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)定量技术，首次系统揭示了NPs在三种典型天然土壤（高钙土HCS、红土RS、黑土BS）中的垂直迁移规律。该研究发表于《Environmental Technology》，为NPs环境行为研究提供了方法学突破和实证数据。

研究采用乳化聚合法合成Eu(DBM)₃Phen标记的107 nm NPs，通过STEM-EDS确认Eu均匀分布。建立温度控制(10-40°C)的土柱淋溶系统，模拟1-3年降雨量(224 mm/48h)，结合干湿交替循环实验。土壤样品经微波消解后，通过ICP-MS检测Eu含量反演NPs浓度。

3.1 Eu-NPs表征与示踪潜力

HAADF-STEM显示Eu在PS纳米球表面富集，Zeta电位(-41.4 mV)与普通PS NPs无显著差异，证实标记未改变颗粒物化性质。28天稳定性实验显示Eu释放率<1%，满足示踪要求。

3.3 土壤性质对NPs迁移的影响

HCS中NPs迁移距离(18 cm)显著高于RS(4 cm)和BS(2 cm)，归因于其高pH(8.89)、低粘土含量(12.52%)及有机质(0.33%)。DLVO理论分析表明，RS/BS中Fe/Al氧化物通过阳离子桥接增强NPs截留。

3.4 温度依赖性迁移

40°C时HCS中NPs迁移距离(6 cm)较10°C(12 cm)降低50%，高温促进NPs团聚；而RS/BS因复杂孔隙结构使温度效应不显著(p>0.05)。

3.5 干湿循环效应

干湿交替使HCS中NPs相对迁移率提升28%，因土壤裂隙发育；RS/BS因持水能力强(29-32%)未现显著变化。

该研究首次量化了环境因素与土壤特性的协同作用对NPs迁移的影响。HCS的高风险性提示需重点关注钙质土壤区的NPs污染防控，而RS/BS的自然屏障作用为生态风险评估提供新视角。建立的Eu标记-ICP-MS方法为NPs环境行为研究提供了可靠技术路径，弥补了荧光法在复杂基质中的局限性。研究结果对制定差异化土壤管理策略、预测NPs地下水污染风险具有重要指导价值。