关键词：
微塑料
锑
玉米
生长效应
载体作用
老化
生物炭
摘要：
土壤微塑料（MPs）污染引起的生态环境风险问题逐渐引起关注。污染土壤中,MPs暴露于植物生长环境,甚至可能作为重金属的载体形成MPs-重金属的复合污染,对土壤质量、农业安全高效生产以及人体健康都存在潜在威胁。但目前对MPs引起的植物生长效应机制仍不清楚,MPs作为重金属载体导致的植物生长效应研究更加缺乏。Sb是阻燃塑料添加剂组分之一,研究土壤中MPs污染及其作为Sb载体对植物生长的效应,有助于加深对土壤MPs及其复合污染导致的植物影响的认识,为评估土壤MPs污染的生态风险提供有效支撑。鉴于此,本论文以玉米为供试植物,通过水培、盆栽实验,研究了不同MPs种类、污染水平及不同施肥量影响玉米生长的效应及机制、MPs与Sb复合污染下的玉米生长效应及生物炭修复效果;通过MPs老化模拟及吸附实验,借助SEM、FTIR、XPS等表征手段,研究了老化MPs的Sb载体作用及对土壤吸附Sb的影响。获得主要研究结果如下:（1）明确了4种MPs（PE、PP、PS、PET）不同污染水平（0.01%-2%）下影响玉米生长的效应及机制。MPs污染水平≤0.1%时,玉米通过O2·-的信号传导作用激活了酶促抗氧化系统,气孔导度增大和蒸腾速率调节CO2及水分需求,从而维持较高的光合速率。0.01%的PE、PP、PET使玉米地上部或根系生物量增加8.0%-18.3%。MPs水平≥1%时,玉米受到氧化胁迫和光合抑制,PE和PS导致根系表面积减少14.5%-16.7%,根系N含量减少10.9%-50.1%,根系P含量减少10.2%-34.0%,生物量减少11.2%-22.2%。MPs污染的玉米生长效应与其引起土壤性质变化有关。MPs有助于0.053-2 mm的微团聚体形成,降低根系生长阻力和减弱土壤水分的蒸发。但MPs高污染水平下（2%）,相对于CK,土壤呼吸速率下降11.9%-31.5%,土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和多酚氧化酶）降低30.1%-55.3%,土壤DOC、DON、DOP含量减少24.8%-61.8%。表明高污染水平的MPs可通过降低土壤微生物活性和溶解性有机物含量而抑制玉米生长。（2）阐明了高污染MPs水平下合理调整施肥量以提高土壤养分利用和玉米养分吸收的机制。低量施氮水平下（100 mg N/kg）,PE和PS对根系养分吸收的抑制及有效态养分低,不利于玉米生物量形成。施肥量由100 mg N/kg增加到300 mg N/kg,土壤N、P、TOC养分水平增加,缓解了养分吸收的限制,玉米地上、根系生物量分别增加29.3%-30.6%、43.2%-51.5%。但高施氮量（600 mg N/kg）下,N、P养分含量及生物量相比中等施氮水平（300 mg N/kg）没有明显增加,而N素利用率、P素利用率及养分农学利用率最低。在MPs污染土壤中,施氮可以提高土壤相关酶活性,改善土壤微生物学性质,但改善效果不会随高氮投入而增加。（3）揭示了PE或PS与不同浓度Sb（Ⅲ）复合导致的玉米生长效应及机制。与低浓度Sb（Ⅲ）(5 mg/L)单一污染相比,PE或PS有助于缓解低浓度Sb（Ⅲ）对玉米生理生长的抑制,根系活力和根系表面积增加,抗氧化酶活性增强,氧化损伤减弱,光合速率和Rubisco活性提高。这些结果与低浓度Sb（Ⅲ）下PE或PS抑制了玉米Sb吸收和转移而缓解Sb毒害有关。PE或PS促进根系Sb含量减少8.4%-22.9%,地上部Sb含量减少30.6%-48.2%。可能机制包括减少玉米蒸腾作用、根系表面形成物理屏障、MPs直接吸附溶解态Sb。但高浓度Sb（Ⅲ）(20 mg/L)下,PE或PS没有明显缓解甚至一定程度上增强Sb（Ⅲ）对玉米生长的抑制效应,根系鲜重减少6.1%-18.9%。（4）初步探明了高污染水平MPs可能限制生物炭修复土壤的玉米生产。通过玉米盆栽实验,利用生物炭修复不同污染水平PS（0.01%-2%）与Sb（200 mg/kg）复合污染土壤。PS<1%对修复土壤上玉米吸收Sb和生长状况没有明显影响。高污染水平PS（2%）与Sb共存使玉米根系和地上部Sb含量分别减少12.1%和25.0%,推测与高污染水平PS可能增强了土壤及生物炭对Sb的吸附有关。但高污染水平（2%）的PS和Sb复合增强了玉米氧化损伤胁迫,抑制光合作用和养分吸收,导致地上生物量和根系生物量分别减少15.6%和14.4%。从修复土壤植物生产应用角度,需要考虑高污染水平MPs存在可能带来的潜在影响。（5）明确了老化PE和PS作为Sb载体而影响Sb在土壤迁移的可能性。采用冷冻破碎、UV氧化进行PE、PS的老化处理后,经SEM、BET、FTIR、XPS表征分析表明,老化PE、PS形成粗糙的表面、具有电荷性及含氧官能团,使其可通过范德华力、静电作用及含氧官能团吸附Sb（III）。Langm
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