微塑料對(duì)土壤磷吸附的影響

唐子超 唐晉 梁倫套 黎彥均 蔣艷雪 方芳 郭勁松

doi： 10.11835/j.issn.1000-582X.2023.261

收稿日期：2023-03-13

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-07-31

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（32001195）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2019YFD1100501）。

Foundation：Supported by National Natural Science Foundation of China（32001195）， and the National Key Research and Development Program of China（2019YFD1100501）.

作者簡(jiǎn)介：唐子超（1998—），男，碩士，主要從事水污染控制方向的研究，（E-mail）tang1214301012@163.com。

通信作者：蔣艷雪，女，講師，（E-mail）jiangyanxue@cqu.edu.cn。

摘要：微塑料是一類土壤中廣泛存在的新興污染物，其對(duì)土壤磷吸附的影響尚不明確。文中分析了0.1%～10%含量微塑料對(duì)土壤磷吸附特性的影響及機(jī)制。結(jié)果表明，微塑料會(huì)使得吸附第一階段液膜擴(kuò)散階段速率顯著提升（p<0.05）。與純土壤（qe=6.456 mg/g）相比，含量1%以下的微塑料顯著降低了土壤磷吸附容量（p<0.05），但5%以上的微塑料顯著提升了土壤磷吸附容量（p<0.05）。同等含量下，微塑料粒徑越小，微塑料-土壤體系的磷吸附量越大。微塑料可與磷競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，降低了微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附，但微塑料也可直接吸附磷，故當(dāng)微塑料為5%及以上時(shí)，微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附量升高。因此，土壤微塑料污染可顯著改變土壤對(duì)磷的吸附特性，且與微塑料的含量和粒徑等因素密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：微塑料；土壤；磷；吸附

中圖分類號(hào)：X505????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A????? ??? 文章編號(hào)：1000-582X（2024）04-012-10

Effect of microplastics on soil phosphorus adsorption

TANG Zichao， TANG Jin， LIANG Luntao， LI Yanjun， JIANG Yanxue， FANG Fang， GUO Jingsong

（College of Environment and Ecology， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract： Microplastics are emerging pollutants widely present in soil， and their effects on soil phosphorus （P） adsorption are still unclear. This paper examined the effects of 0.1% to 10% microplastics on soil P adsorption and the underlying mechanisms. The results showed that microplastics could significantly increase the rate of liquid film diffusion stage in the first stage of the adsorption process （p<0.05）. Compared with the pure soil （qe=6.456 mg/g）， the soil P adsorption capacity was significantly reduced by microplastics with less than 1% concentration （p<0.05）. However， the soil P adsorption capacity was significantly increased by microplastic with concentrations higher than 5% （p<0.05）. Additionally， the smaller the particle size of microplastics， the greater the P adsorption capacity of soil with the same microplastic concentration. Microplastics could compete with P for adsorption sites， which reduced the adsorption of P in the microplastic-soil system. However， microplastics could also directly adsorb P， leading to an increase in the P adsorption capacity of microplastic-soil system when microplastic concentration were more than 5%. Therefore， microplastics pollution in soil could significantly change P adsorption characteristics， which closely related to the microplastics concentration and particle size.

Keywords： microplastics; soil; phosphorus; adsorption

微塑料指粒徑小于5 mm的塑料顆粒，是一類新型污染物，土壤微塑料污染是目前全球重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。微塑料主要通過(guò)地膜使用、污水灌溉和污泥施用等人為來(lái)源，以及水體運(yùn)輸、大氣沉積等自然來(lái)源，進(jìn)入到土壤中[1]。微塑料具有比表面積大、微孔豐富等特點(diǎn)，易于吸附環(huán)境中的氮磷、重金屬、有機(jī)物等污染物[2]。磷對(duì)土壤質(zhì)量和土壤養(yǎng)分循環(huán)極為重要，同時(shí)土壤中磷的流失也是造成周邊水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素[3]。土壤的吸附是磷固持的重要過(guò)程，微塑料會(huì)對(duì)土壤磷吸附特性造成影響[4-5]。因此，微塑料進(jìn)入土壤后形成的微塑料-土壤體系中磷吸附特性的變化值得關(guān)注。

微塑料對(duì)氮磷、重金屬、有機(jī)物等污染物的吸附行為受到其自身性質(zhì)及環(huán)境介質(zhì)的影響，微塑料的表面形態(tài)、比表面積、孔容積、孔徑、表面官能團(tuán)等與其吸附性能密切相關(guān)[6]。研究表明，微塑料可以通過(guò)改變土壤液膜厚度、孔隙結(jié)構(gòu)等方式影響土壤吸附污染物的速率[7]，且微塑料可被土壤顆粒吸附，對(duì)土壤吸附容量造成影響[8]。張金昕[9]的研究發(fā)現(xiàn)土壤中微塑料較易吸附磷，吸附過(guò)程為優(yōu)惠吸附。李旺等[4]指出微塑料可以吸附磷，添加微塑料的土壤對(duì)磷的吸附量有所增加。但Li等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，添加微塑料的土壤由于pH值升高以及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤對(duì)磷的吸附受到抑制。目前，微塑料對(duì)土壤磷吸附特性的影響尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，不同微塑料含量和粒徑如何影響土壤磷吸附特性尚不明確，微塑料-土壤體系的磷吸附機(jī)制還有待深入研究。

筆者開(kāi)展了微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附實(shí)驗(yàn)，考察了磷在不同含量微塑料-土壤體系中的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線，探討了不同粒徑的微塑料對(duì)土壤磷吸附量的影響，分析了微塑料對(duì)土壤磷吸附特性的影響機(jī)制，以期為微塑料污染下土壤磷的遷移轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用土采集自遼寧省某農(nóng)田（123°55′54.10″E，40°45′90.20″N）。土壤樣品采回后避光自然風(fēng)干，過(guò)2 mm篩。實(shí)驗(yàn)前加入1 mol/L KCl溶液清洗，180 r/min振蕩24 h后離心，以去除本底雜質(zhì)。土壤基本性質(zhì)如表1所示。

據(jù)報(bào)道，土壤中很大一部分微塑料的粒徑介于20～300 μm區(qū)間[10?12]。選用粒徑為150 μm的聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）開(kāi)展吸附動(dòng)力學(xué)及等溫線實(shí)驗(yàn)，選用48、150、250 μm 3種不同粒徑規(guī)格的PS-MPs考察粒徑對(duì)吸附性能的影響。微塑料樣品購(gòu)自中國(guó)納瑞新材料公司。所有微塑料樣品用純水超聲清洗5 min，重復(fù)3次，以去除微塑料表面的雜質(zhì)，在40 ℃下烘干。

1.2 吸附實(shí)驗(yàn)

為研究磷在微塑料-土壤體系中的吸附動(dòng)力學(xué)，稱取不同微塑料-土壤體系。固定土壤添加量為1 g，PS-MPs含量分別為0%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%，分別置于離心管中。在離心管中加入20 mL質(zhì)量濃度為50 mg/L的正磷酸鹽溶液，將反應(yīng)液搖勻，所有樣品在25 ℃、180 r/min條件下恒溫振蕩。在振蕩0、0.25、0.5、1、2、4、6、8、12、24 h后，取上清液過(guò)0.45 μm濾膜后置于離心管中待測(cè)。

為研究磷在微塑料-土壤體系中的等溫吸附行為，稱取如上不同微塑料-土壤體系于離心管中，配置10、20、50、100、200、500 mg/L的正磷酸鹽溶液20 mL，加入離心管中，在25 ℃、180 r/min條件下振蕩24 h，取上清液過(guò)0.45 μm濾膜后置于離心管中待測(cè)。

為研究微塑料粒徑對(duì)吸附性能的影響，固定土壤添加量為1 g，分別添加PS-MPs含量為0.5%和10%，粒徑為48、150、250 μm的微塑料于離心管中。配置10、20、50、100、200、500 mg/L的正磷酸鹽溶液20 mL，加入離心管中，在25 ℃、180 r/min條件下振蕩24 h，取上清液 0.45 μm濾膜后置于離心管中待測(cè)。

以上實(shí)驗(yàn)每組設(shè)置3個(gè)平行。

1.3 分析測(cè)定方法

上清液中磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，在700 nm處測(cè)定吸光度。采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（TU-1901，中國(guó)普析）進(jìn)行檢測(cè)。

采用X射線衍射儀（XRD-7000，SHIMADZU，日本）在2θ的5°～90°范圍內(nèi)對(duì)吸附前后的土壤樣品進(jìn)行掃描，以測(cè)定其晶體組成變化。采用傅里葉變換紅外光譜儀（Vertex 70 ，Bruker，德國(guó)）在400～4 000的波數(shù)范圍內(nèi)對(duì)吸附前后的土壤樣品進(jìn)行掃描表征，以測(cè)定其官能團(tuán)變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

磷的吸附量采用差值法計(jì)算，如式（1）所示。

式中：qe，exp是吸附量，mg/g；C0是上清液初始時(shí)刻的磷質(zhì)量濃度，mg/L；Ce是上清液在時(shí)間為t時(shí)的磷質(zhì)量濃度，mg/L；V是上清液體積，L；m是微塑料-土壤體系質(zhì)量，g。

吸附動(dòng)力學(xué)模型是用來(lái)表述吸附反應(yīng)速率與反應(yīng)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系的曲線，包括準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型，分別如式（2）～（4）所示。

式中：qe是平衡后吸附質(zhì)被單位質(zhì)量吸附劑吸附的量，mg/g；qt是時(shí)間為t時(shí)，平衡時(shí)吸附質(zhì)在單位質(zhì)量吸附劑上的量，mg/g；k1、k2、kp為速率常數(shù)；xi是與顆粒界面厚度有關(guān)的常數(shù)。

吸附等溫線模型是在固定溫度下建立吸附平衡后吸附溶液質(zhì)量濃度和吸附劑吸附量之間的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，包括Linear模型、Freundlich吸附等溫線模型、Langmuir吸附等溫線模型，分別如式（5）～（7）所示。

式中：qe是平衡時(shí)吸附質(zhì)被單位質(zhì)量吸附劑吸附的量，mg/g；qm是最大吸附量，mg/g；Ce是上清液中溶質(zhì)的平衡質(zhì)量濃度，mg/L；Kd、KF、kL是吸附常數(shù)；n是表征線性程度的參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel、SPSS軟件進(jìn)行處理和分析，使用Origin進(jìn)行作圖。分別使用Jade 6.5軟件和Omnic軟件進(jìn)行XRD和FT-IR分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷在微塑料-土壤體系中的吸附動(dòng)力學(xué)

對(duì)磷在微塑料-土壤體系中的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合，擬合曲線如圖1所示，擬合參數(shù)如表2所示。磷在微塑料-土壤體系中的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程可概括為3個(gè)階段：1）快速吸附階段（0～1 h），該階段磷在土壤的吸附量約占其總吸附量的80%。研究表明，在吸附起始階段，吸附質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，由此產(chǎn)生了較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)其向吸附劑表面移動(dòng)[13]。2）緩慢吸附階段（1～8 h），此階段磷吸附速率逐漸減緩，這是由于吸附劑表面活性吸附位點(diǎn)數(shù)量的減少、擴(kuò)散阻力增加所致[14-15]。3）平衡階段（8 h后），此時(shí)磷在微塑料-土壤體系中的吸附趨于平衡。

由表2吸附動(dòng)力學(xué)模型中相關(guān)系數(shù)R2值可知，微塑料-土壤體系中磷的吸附行為可以用準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型較好地?cái)M合，表明物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程在微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附過(guò)程中均起到重要作用[16]。相較于純土壤，添加PS-MPs的土壤中吸附速率常數(shù)k值略有增加，表明添加微塑料的土壤體系中磷的吸附速率增加。

對(duì)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合，擬合曲線如圖2所示，擬合參數(shù)如表3所示。磷在微塑料-土壤體系中的吸附過(guò)程符合常用的三段曲線[15，17?18]。第一階段代表液膜擴(kuò)散過(guò)程，此階段磷與吸附劑外表面的吸附位點(diǎn)結(jié)合。在液膜擴(kuò)散階段中磷在吸附劑表面的遷移和擴(kuò)散是主要的限速步驟，由擬合參數(shù)可知，此階段添加PS-MPs的土壤中吸附速率常數(shù)kp1均顯著高于純土壤（p<0.05）。磷在土壤中的吸附主要受表面吸附及化學(xué)沉淀作用的影響[19]，磷在土壤表面的擴(kuò)散速率加快，體現(xiàn)在了第一階段液膜擴(kuò)散過(guò)程的吸附速率的顯著提升（p<0.05）。這與李嘉等[7]的研究相似，可能是由于土壤中含有的微塑料會(huì)改變土壤顆粒表面的液膜厚度減小。

第二階段為顆粒表面的磷進(jìn)入顆粒內(nèi)部孔道，在顆粒內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。此階段吸附速率常數(shù)kp2的大小可表征磷分子在吸附劑顆粒內(nèi)部孔道擴(kuò)散的阻力大小。隨著吸附劑在溶液中的擴(kuò)散，溶液進(jìn)入吸附劑內(nèi)部，內(nèi)部的吸附位點(diǎn)逐漸暴露，主要的速率控制步驟轉(zhuǎn)為內(nèi)部擴(kuò)散，吸附速率逐漸降低[20]。如表3所示，第二階段中微塑料的存在對(duì)土壤kp2值影響不大。第三階段主要體現(xiàn)的是磷到達(dá)吸附點(diǎn)表面并發(fā)生吸附反應(yīng)的過(guò)程。這一階段中，曲線擬合得到的吸附速率常數(shù)kp3值接近于0，明顯小于前2個(gè)階段。此時(shí)吸附逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，反應(yīng)已進(jìn)入平衡，吸附量基本不隨時(shí)間增加。

綜合磷在微塑料-土壤體系中的吸附動(dòng)力學(xué)結(jié)果可知，土壤中添加的PS-MPs使得微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附速率增強(qiáng)，而這一影響主要體現(xiàn)在初期快速吸附階段，液膜擴(kuò)散過(guò)程速率的顯著提升（p<0.05）。

2.2 磷在微塑料-土壤體系中的吸附等溫線

磷在微塑料-土壤體系上的吸附等溫線擬合曲線如圖3所示，擬合參數(shù)如表4所示。磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，微塑料-土壤體系幾乎可以完全吸附外源磷；而隨著磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，體系中的吸附位點(diǎn)逐漸飽和，導(dǎo)致吸附率逐漸下降。表4中的擬合參數(shù)表明，Langmuir模型和Freundlich模型均能夠?qū)α椎奈竭^(guò)程較好地?cái)M合，這表明體系中同時(shí)存在單層吸附與多層吸附的效應(yīng)[21]，磷在微塑料-土壤體系中的吸附受物理、化學(xué)等多方面因素的影響。由于微塑料-土壤體系中磷的初期表面吸附過(guò)程十分迅速（見(jiàn)圖2），故單層表面吸附過(guò)程可能占主導(dǎo)地位。

表4中Kd為分配系數(shù)，其值取決于土壤體系與外源污染物表面之間的疏水作用，一般污染物的疏水性越高，其在土壤中的吸附親和性越強(qiáng)[22]。可以看出，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.5%、1%的PS-MPs使得微塑料-土壤體系對(duì)磷吸附親和性降低，但添加5%、10%PS-MPs的體系對(duì)磷吸附親和性有所升高。qe代表理論最大吸附量，結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.5%、1%的PS-MPs顯著降低了微塑料-土壤體系磷吸附容量（p<0.05），5%、10%PS-MPs的體系吸附容量顯著升高（p<0.05）。最大緩沖容量（maximum buffer capacity，MBC）是qe與KL的乘積，是綜合反映土壤吸磷強(qiáng)度和容量因素的參數(shù)，該值越大表示土壤固持磷而減少磷流失的能力越強(qiáng)[3]。結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.5%、1%的PS-MPs顯著降低了微塑料-土壤體系的MBC值（p<0.05），5%、10%PS-MPs的體系的MBC值顯著升高（p<0.05）。因此，微塑料含量對(duì)微塑料-土壤體系磷吸附量的影響上呈現(xiàn)出“低抑高促”的規(guī)律。

2.3 微塑料粒徑對(duì)微塑料-土壤體系磷吸附的影響

采用3種不同粒徑微塑料構(gòu)建了微塑料-土壤體系（PS-MPs含量分別為0.5%、10%），對(duì)磷吸附的結(jié)果如圖4所示。在添加0.5%和10% PS-MPs的體系中，吸附量q0的規(guī)律均表現(xiàn)為48 μm>150 μm>250 μm，即微塑料粒徑越小，微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附量越大。這與現(xiàn)有的一些研究相似。Zhang等[23]的研究表明，粒徑大小是影響土壤對(duì)重金屬等污染物吸附的關(guān)鍵因素之一，通常粒徑更小的微塑料或土壤顆粒擁有更強(qiáng)的吸附能力與更大的吸附容量。杜海玲等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，粒徑更小的微塑料對(duì)污染物具有更高的吸附親和力，這是由于微塑料粒徑減小，比表面積增大。因此，在同等PS-MPs含量下，微塑料-土壤體系中微塑料的粒徑減小，會(huì)增大體系的總比表面積，從而增加對(duì)磷的吸附容量。

與不含微塑料的土壤相比，3種粒徑0.5%PS-MPs的微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附量均降低，表明磷的吸附受到抑制（見(jiàn)表4）。此外，隨著粒徑減小，微塑料-土壤體系磷吸附量呈升高趨勢(shì)，表明小粒徑微塑料對(duì)體系磷吸附量的抑制作用較弱。類似地，3種粒徑10%PS-MPs的微塑料-土壤體系中的磷吸附量均高于純土壤，表明磷的吸附受到促進(jìn)（見(jiàn)表4），且隨著粒徑減小磷吸附量增大。可見(jiàn)，土壤中含有的微塑料粒徑越小，低含量PS-MPs對(duì)微塑料-土壤體系磷吸附的抑制作用越弱，高含量PS-MPs對(duì)磷吸附的促進(jìn)作用越強(qiáng)。

2.4 微塑料對(duì)土壤磷吸附量的影響機(jī)制

選取PS-MPs含量分別為0%、0.5%、10%的微塑料-土壤體系，采用XRD圖譜探討吸附前后的晶體組成及變化。如圖5（a）所示，土壤主要含有SiO2及含有Ca（CaCO3、Ca（OH）2等）、Al（Al2O3、AlSi2O5等）等礦物成分，在添加微塑料的土壤中還檢測(cè)出了體系中的PS-MPs（（C8H8）n）。已有研究表明，土壤中的礦物成分是潛在的磷吸附位點(diǎn)[25?27]。如圖5（b）所示，吸附后相對(duì)強(qiáng)度較大的峰主要有Si3（PO4）4、Si（HPO4）2、SiH2（PO4）2等，AlPO4、Al（PO3）3、Al（H2PO4）3等，Ca3（PO4）2、CaHPO4、Ca（H2PO4）2等，即微塑料-土壤體系中磷主要與含有Si、Al、Ca的礦物發(fā)生了吸附。上述結(jié)果表明，磷與土壤形成礦物質(zhì)沉淀是微塑料-土壤體系吸附磷的機(jī)理之一。

在含有0%、0.5%和10%PS-MPs的微塑料-土壤體系中，與含Si、Al、Ca礦物結(jié)合的磷形態(tài)特征峰相對(duì)強(qiáng)度（I%）之和分別為84%、78%、67%，呈現(xiàn)出隨PS-MPs含量升高，特征峰強(qiáng)度降低的趨勢(shì)。這表明隨著微塑料含量升高，與土壤結(jié)合的磷減少，是由于土壤中礦物成分的吸附位點(diǎn)被微塑料占據(jù)所致。進(jìn)一步采用FT-IR光譜表征吸附前后微塑料-土壤體系的官能團(tuán)及變化，結(jié)果如圖6所示。

與吸附前相比，吸附后微塑料-土壤體系的特征峰保持在相同的波數(shù)上，說(shuō)明吸附前后體系中的官能團(tuán)組成整體上未發(fā)生明顯變化。吸附后的微塑料-土壤體系在1 080 cm-1左右出現(xiàn)了新的峰，即磷酸根中的P—O伸縮振動(dòng)特征峰[28]，直接證明了微塑料-土壤體系對(duì)磷酸根的吸附。

吸附前后，在1 000 cm-1附近、700～800 cm-1之間以及500 cm-1附近，特征峰的峰高明顯降低。其中，1 000 cm-1附近最強(qiáng)烈的特征峰歸因于四面體薄片的Si—O—Si拉伸振動(dòng)，700～800 cm-1的雙峰特征波段分別是土壤中晶體石英和無(wú)定形二氧化硅的O—Si—O對(duì)稱拉伸振動(dòng)，500 cm-1附近區(qū)域出現(xiàn)的峰歸因于Si—O—Al的彎曲振動(dòng)帶[29]。吸附前后這幾個(gè)位置的吸收峰變?nèi)酰砻飨鄳?yīng)的官能團(tuán)參與了磷吸附過(guò)程，即土壤中含Si、Al等礦物的官能團(tuán)是磷在微塑料-土壤體系中的吸附位點(diǎn)，這與XRD結(jié)果相符。

如圖6（d）所示，在吸附前，隨著PS-MPs含量升高，微塑料-土壤體系中磷吸附位點(diǎn)官能團(tuán)的峰高明顯降低，表明這些吸附位點(diǎn)已經(jīng)被占據(jù)。已有研究發(fā)現(xiàn)微塑料可通過(guò)靜電引力和疏水性作用與土壤顆粒結(jié)合[8]，且易通過(guò)靜電吸附或氫鍵吸附等機(jī)制被吸附在含有Si、Al、Ca等的礦物成分表面[30?32]。因此，微塑料可以通過(guò)與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)土壤中的吸附位點(diǎn)，降低微塑料-土壤體系磷吸附量。

盡管土壤中的微塑料占據(jù)吸附位點(diǎn)會(huì)對(duì)土壤磷吸附造成抑制，但吸附等溫線結(jié)果表明，當(dāng)土壤中PS-MPs含量增加到5%以上時(shí)，微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附容量高于純土壤。FT-IR圖譜也得到這一結(jié)果，10%PS-MPs的微塑料-土壤體系吸附磷酸鹽后，在1 080 cm-1處磷酸根特征峰的峰高明顯高于不含微塑料的土壤（見(jiàn)圖6（b）），表明微塑料對(duì)土壤中部分磷吸附位點(diǎn)存在占據(jù)作用，但整個(gè)微塑料-土壤體系的磷吸附量增加。

這是由于微塑料本身對(duì)磷存在吸附能力，且以物理吸附為主，微塑料的表面在范德華力的作用下可以作為磷的吸附位點(diǎn)[4]。因此，微塑料-土壤體系中微塑料含量增加時(shí)，提供給磷的吸附容量也在增加。當(dāng)微塑料含量增加到一定程度后，占據(jù)土壤吸附位點(diǎn)所產(chǎn)生的對(duì)磷吸附的抑制作用會(huì)弱于微塑料本身的磷吸附作用，使得微塑料-土壤體系中對(duì)磷的吸附量升高。

在48、150、250 μm 3種粒徑組成的不同PS-MPs的微塑料-土壤體系中，48 μm組的吸附能力最強(qiáng)，250 μm組最弱。當(dāng)微塑料粒徑減小，微塑料的比表面積增大，從而能提供更多的吸附位點(diǎn)，具有更高的吸附容量[33]。因此，在同等PS-MPs含量下，微塑料-土壤體系中微塑料的粒徑減小，會(huì)增大體系的總比表面積，從而增加對(duì)磷的吸附容量。

3 結(jié)? 論

1）吸附動(dòng)力學(xué)表明，土壤中含有的PS-MPs提升了土壤對(duì)磷的吸附速率，這主要是由于微塑料進(jìn)入土壤后，顯著提升了吸附過(guò)程第一階段的液膜擴(kuò)散速率（p<0.05）。

2）等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.5%、1%的PS-MPs的微塑料-土壤體系中，磷吸附容量顯著降低（p<0.05），但PS-MPs 5%以上的微塑料-土壤體系中，磷吸附容量顯著升高（p<0.05），總體呈現(xiàn)出“低抑高促”的規(guī)律。因此，1%以下含量的微塑料很可能導(dǎo)致土壤體系對(duì)磷吸附容量的降低，加速磷的流失。

3）土壤中含有的微塑料粒徑越小，低含量PS-MPs對(duì)微塑料-土壤體系磷吸附的抑制作用越弱，高含量PS-MPs對(duì)微塑料-土壤體系磷吸附的促進(jìn)作用越強(qiáng)。微塑料在土壤中會(huì)發(fā)生磨損或降解使得粒徑減小，微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附容量會(huì)逐漸增大。

4）XRD與FT-IR圖譜證實(shí)了土壤中含Si、Al、Ca礦物是磷和微塑料的共同吸附位點(diǎn)，微塑料通過(guò)與磷競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，降低了微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附。由于微塑料也可直接吸附磷，因此當(dāng)PS-MPs含量累積到5%以上時(shí)，微塑料-土壤體系對(duì)磷的吸附量升高。

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（編輯 鄭潔）