【摘 要】
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目前,土壤环境中微塑料(MPs)和重金属污染已成为国内外学者关注的主要环境污染问题之一。已有大量研究表明,进入土壤环境中的MPs会对土壤结构和理化性质,植物生长等产生影响;重金属Cd是我国农田土壤中最常见的污染物。土壤中的MPs可通过影响土壤理化性质和植物生长,进而影响土壤中重金属的形态构成以及重金属的植物有效性。然而,目前MPs和Cd复合污染对土壤-植物系统的影响尚不清楚。由于农用地膜的大量使用
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目前,土壤环境中微塑料(MPs)和重金属污染已成为国内外学者关注的主要环境污染问题之一。已有大量研究表明,进入土壤环境中的MPs会对土壤结构和理化性质,植物生长等产生影响;重金属Cd是我国农田土壤中最常见的污染物。土壤中的MPs可通过影响土壤理化性质和植物生长,进而影响土壤中重金属的形态构成以及重金属的植物有效性。然而,目前MPs和Cd复合污染对土壤-植物系统的影响尚不清楚。由于农用地膜的大量使用,导致地膜中最常用的低密度聚乙烯(LDPE)微塑料在土壤环境中的大量积累,土壤中LDPE与Cd复合污染对土壤-植物系统的影响研究尚属空白。本研究设置了盆栽实验,探究了不同粒径和投加量的LDPE微塑料和Cd复合污染对土壤性质、玉米生长及玉米吸收累积Cd的影响,试图揭示MPs和Cd复合污染对Cd植物有效性影响的规律和机制,以期为探究土壤中MPs和Cd复合污染对土壤-植物系统的生态风险及其作用机制提供有价值的参考。研究所得的主要结果如下:(1)BET表征结果表明,盆栽实验后提取出的LDPE组,以及LDPE和Cd复合污染组LDPE的比表面积没有显著变化;与LDPE组相比,LDPE与Cd复合污染时,100μm LDPE的总孔体积和平均孔径无明显变化,1 mm LDPE的总孔体积和平均孔径减小。从SEM表征结果可以看出,LDPE与Cd复合污染时LDPE的表面形貌无明显差异。FTIR表征结果表明,盆栽实验后提取出来的LDPE的FTIR光谱中没有出现新的吸收峰,官能团强度有所不同。从XPS表征结果得出,LDPE主要由碳元素组成,盆栽实验后提取出来的LDPE表面氧元素峰强增强,碳元素峰强减弱;LDPE与Cd复合污染时LDPE的表面化学特性无明显差异。(2)与CK组相比,单独添加LDPE时,投加量为1%粒径为100μm LDPE使得土壤EC降低了47.1%;与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时,MP-L0.1%+Cd、MP-L1%+Cd和MP-S1%+Cd组的EC均增大,MP-S0.1%+Cd组的EC减小了44.5%。与CK组对比,单独添加LDPE降低了土壤CEC;与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时均增大了CEC但差异性不显著。与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时土壤SOC没有发生显著变化。LDPE粒径和投加量单一因素及二者交互作用显著影响土壤SOC。与CK组对比,MP-L0.1%、MP-S0.1%、MP-L1%和MP-S1%组分别使得过氧化氢酶活性降低了28.1%、12.2%、55.9%和32.1%;与LDPE组相比,LDPE与Cd复合污染时对过氧化氢酶活性影响不显著,LDPE粒径显著影响土壤过氧化氢酶活性。与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时降低了土壤蔗糖酶活性但差异性不显著。LDPE与Cd复合污染时,与Cd组对比,MP-L0.1%+Cd处理组使得土壤有效态Cd含量增加了16.4%,与LDPE组相比,LDPE与Cd复合污染时土壤有效态Cd含量均显著增加。(3)与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时使得玉米株高显著降低,玉米株高与LDPE投加量显著相关,LDPE投加量和Cd双因素交互作用显著影响株高。与LDPE组相比,LDPE与Cd复合污染对玉米茎粗无显著影响,Cd的添加显著抑制玉米茎粗的生长。与CK组对比,LDPE组显著降低了根长;与LDPE组相比,LDPE与Cd复合污染时增加了根长。与CK组相比,单独添加LDPE时,MP-S0.1%、MP-L1%和MP-S1%组分别使得MDA含量增加了27.6%、29.9%和20.1%;与LDPE组对比,MP-L0.1%+Cd、MP-S0.1%+Cd和MP-L1%+Cd组均使得MDA含量增加。与CK组相比,单独添加LDPE时,降低了POD活性;与LDPE组对比,LDPE和Cd复合污染时均增加了POD活性。与CK组对比,单独添加LDPE增加了SOD活性;与LDPE组相比,LDPE和Cd复合污染时都使得SOD活性增加。与CK组对比,单独添加LDPE降低了CAT活性;与LDPE组对比,LDPE和Cd复合污染时均使得CAT活性降低,LDPE粒径和投加量单一因素与玉米茎叶中CAT活性显著相关。与CK组相比,单独添加LDPE时,MP-L0.1%组显著降低了叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量;与LDPE组对比,LDPE与Cd复合污染时,MP-L0.1%+Cd、MP-S0.1%+Cd、MP-L1%+Cd和MP-S1%+Cd组均使得叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量增加。与Cd组对比,LDPE与Cd复合污染增加了茎叶和根中的Cd含量但影响不显著。Cd添加显著影响玉米茎叶和根中Cd含量,LDPE粒径单一因素,Cd和粒径双因素交互作用显著影响茎叶中的Cd含量,LDPE粒径和投加量单一因素对根中Cd含量影响较为显著。
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