微塑料污染对土壤中三种除草剂吸附-解吸行为的干扰机制及其环境效应研究

针对农业土壤中微塑料(MPs)污染影响除草剂环境行为的科学问题，巴西圣保罗研究基金会团队通过批平衡实验结合HPLC分析，揭示了MPs比例(0-100% w w-1)对hexazinone、diuron和S-metolachlor的差异化作用：S-metolachlor在5% MPs处理下吸附量提升10%(Kd 3.20-4.85 L kg-1)，而另两种除草剂行为与对照组相似。该研究为评估MPs-农药复合污染风险提供了关键数据。

　　

随着塑料制品在农业中的广泛应用，微塑料(Microplastics, MPs)污染已成为威胁土壤健康的新兴环境问题。农用地膜、灌溉管道等塑料制品在风化降解过程中形成的MPs颗粒，不仅直接影响土壤生态功能，更可能通过与农药的相互作用改变其环境行为。尤其值得关注的是，当前对MPs如何干扰土壤中除草剂的吸附(adsorption)-解吸(desorption)过程仍缺乏系统认知，而这种相互作用直接关系到农药的有效性和环境风险。

针对这一科学空白，由巴西圣保罗研究基金会(FAPESP)资助的研究团队选取三种常用除草剂——高水溶性(high S_w)的hexazinone、中等脂溶性(moderate K_ow)的diuron以及S-metolachlor作为研究对象，通过控制实验揭示了MPs污染对农药环境行为的调控机制。这项发表在《Chemosphere》的研究成果，为评估农业土壤复合污染风险提供了重要理论依据。

研究团队采用批平衡法(batch equilibrium method)构建了包含0%(对照)、1%、5%、10%、15%、20%及100% MPs(w w^-1)的土壤微宇宙系统，利用高效液相色谱(HPLC)精确测定各处理组中除草剂的动态变化。扫描电镜(SEM)表征显示，所用聚乙烯MPs具有600 μm粒径和不规则表面结构(图1A)，与土壤晶体结构(图1B)形成鲜明对比。

关键发现呈现多维度规律：

1. S-metolachlor吸附增强现象：在5% MPs处理组中，该除草剂的吸附分配系数K_d从对照组的3.20 L kg^-1显著提升至4.85 L kg^-1，增幅约10%。这种"滞留效应"可能与其中等K_ow特性(Log K_ow 3.13)和MPs表面疏水性相互作用相关。
2. hexazinone与diuron的惰性响应：两种除草剂在所有MPs处理组中的吸附行为均与对照组无显著差异，研究者认为这可能与其极高(hexazinone)或极低(diuron)的水溶性特征相关，导致其与MPs的亲和力差异。
3. 解吸过程的特异性：S-metolachlor在MPs存在条件下的解吸率降低，而另两种除草剂保持稳定，这种"锁定效应"可能延长其在土壤中的残留期。

讨论部分深入剖析了MPs-除草剂相互作用的分子机制。研究指出，MPs表面丰富的疏水基团可通过范德华力与中等K_ow的S-metolachlor产生特异性结合，而高极性的hexazinone(S_w 33,000 mg L^-1)和强土壤吸附性的diuron(K_oc 480 mL g^-1)则不易受MPs影响。这一发现与Ni等(2023)关于生物可降解MPs对napropamide/acetochlor吸附的研究形成理论呼应。

该研究的现实意义在于：首先，证实MPs污染可能通过改变S-metolachlor的吸附-解吸平衡而影响其除草效果，这对农药施用策略具有指导价值；其次，hexazinone的高流动性警示其可能通过MPs污染土壤加速地下水渗透风险；最后，建立的MPs比例-农药行为响应模型为环境风险评估提供了量化工具。正如通讯作者Maura Gabriela da Silva Brochado强调的，这项成果为制定农业面源污染防控政策提供了关键科学依据，未来需结合田间试验验证实验室发现。