热氧化老化地膜残片对豌豆(Pisum sativum var. arvense L.)幼苗建植的剂量效应及促生机制研究

本研究创新性采用火焰喷涂技术制备热氧化老化聚乙烯微塑料(aPE-MPs)，系统揭示了其结构特性变化及对豌豆幼苗的剂量效应。研究发现aPE-MPs在中等浓度范围(相当于5-300年连续覆膜残留量)能显著促进根系伸长、生物量积累及营养元素(Ca/Mg/Fe/Mn/Cu/Zn)吸收，并增强渗透调节物质和抗氧化酶活性。该研究为旱作农田残膜污染治理提供了新思路。

　　

Highlight

热氧化处理显著提升废弃PE残膜亲水性并降低pH值，其衍生的aPE-MPs悬浮液甚至能促进豌豆幼苗发育。该方法在旱作农田残膜处置中展现应用潜力，但长期生态效应仍需评估。

材料特性

经火焰喷涂处理的PE微颗粒(aPE-MPs)呈现不规则形状，平均粒径73.34±32.05μm（图1a,b）。FTIR分析显示在3600-400cm^-1范围内出现羟基(-OH)、羰基(C=O)等含氧官能团特征峰（图1c），证实热氧化过程成功引入极性基团。XRD表明晶体形态保持稳定，但表面粗糙度显著增加。

生理响应

暴露7天的aPE-MPs悬浮液非但不抑制种子萌发率，反而明显促进初生根伸长。持续处理24天后，在中高浓度范围内，幼苗的根茎生物量、叶绿素含量、脯氨酸等渗透调节物质以及SOD/POD/CAT抗氧化酶活性均显著优于对照组。元素分析显示根系对Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等元素的获取能力增强。

Conclusion

我们通过自主设计的便携式火焰装置实现PE残膜的热氧化处理。获得的固体残留物表面形成大量凹陷裂纹，含氧官能团和双键显著增加，这些改性增强了材料亲水性和酸性，同时保持晶体结构稳定。基于农田残膜实际残留量估算的浓度范围显示，aPE-MPs悬浮液对豌豆幼苗发育表现出显著促进作用。