微塑料聚合物类型对土壤水分渗透及其自身迁移的影响机制研究

本研究针对微塑料(MPs)在土壤中的迁移机制这一环境科学难题，通过实验室模拟实验，揭示了聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)和聚丙烯(PP)两种常见MPs对水分渗透路径的差异化影响。研究发现疏水性更强的PP会显著改变水分运移路径，并通过表面电荷和密度特性抑制自身迁移，为理解MPs在土壤中的环境行为提供了新视角。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，每年有超过50万吨塑料废弃物进入陆地环境。其中尺寸在1-5000微米的微塑料(MPs)因其持久性和潜在生态风险备受关注。这些微小塑料颗粒不仅会抑制植物生长、改变土壤微生物群落，还可能通过吸附重金属等污染物加剧环境危害。然而，MPs在土壤中的迁移规律仍不明确，特别是不同聚合物类型如何影响其环境行为，成为当前研究的重点难点。

为解开这一科学谜题，贵州大学资源与环境工程学院的研究团队在《iScience》发表了一项创新性研究。他们采用玻璃珠模拟土壤基质，通过时间分辨成像和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术，系统分析了聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)和聚丙烯(PP)两种典型MPs对水分渗透及其自身迁移的影响。

研究主要采用三种关键技术方法：一是构建准二维透明实验装置，实现水分运移路径的可视化观测；二是运用FTIR精确鉴定和量化渗出MPs的聚合物类型及形态特征；三是通过zeta电位分析揭示MPs与土壤模拟物间的表面相互作用。所有实验均在严格控制的环境条件下进行，使用180-250μm标准粒径的MPs和2mm玻璃珠，确保结果的可比性。

研究结果

水分流动的MPs类型效应

实验显示MPs显著改变水分渗透行为：排水时间从对照组的170秒分别延长至PET组的320秒和PP组的367秒。PP因其更强的疏水性，使水分饱和度降至25.9%，显著低于PET组的32.6%。显微观察发现MPs促使水流形成更窄的优先路径（指状流），PP组的平均指状流宽度仅0.78cm，较PET组减少7%。

MPs迁移的聚合物依赖性

FTIR分析显示PET的迁移率比PP高一个数量级（0.024% vs 0.007%）。这种差异源于三重机制：PP的正电表面（+6.53mV）易被带负电的玻璃珠吸附；其较低密度（0.833g/cm³）减弱重力迁移；表面粗糙度增加与基质的机械互锁作用。

讨论与意义

该研究首次阐明了MPs通过"自阻效应"影响其迁移的新机制：疏水性MPs改变水流路径→增加运移阻力→进一步限制自身迁移。这一发现突破了传统单因素分析的局限，为建立MPs环境行为的预测模型提供了理论基础。

研究采用的简化系统（玻璃珠-纯水体系）虽能突出主要物理机制，但也提示未来需在复杂自然土壤中验证这些发现。团队建议后续研究应关注MPs形状、尺寸与土壤质地的交互作用，以及干湿循环等环境扰动的影响。这些成果对精准评估MPs的生态风险、开发基于聚合物特性的污染防控策略具有重要指导价值。