摘要
微塑料（microplastics，MPs）作为新污染物在环境中广泛存在，尤其在土壤环境中的污染更为严重。新疆作为中国最大的棉花种植地，农膜使用量和覆盖面积位居全国之首，由于长期覆膜、残膜回收率低，微塑料在棉田中逐年积累导致污染加剧，因此亟需研究微塑料对棉花的毒性效应。此外新烟碱类杀虫剂（neonicotinoid insecticides,NEOs）的广泛使用也致使土壤中农药残留，成为棉田中一类重要的面源污染，因此有必要探究微塑料与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。 本研究选取农膜常用材质聚乙烯（polyethylene，PE）和具有广泛应用前景的聚乳酸（polylactic acid,PLA）作为典型微塑料，选取吡虫啉（imidacloprid，IMI）为典型新烟碱类杀虫剂，系统研究了微塑料及其与新型农药复合污染对棉花的毒性效应。本研究探讨了不同粒径（10和100μm）、不同浓度（10、100、500和1000 mg·L-1）的不可生物降解微塑料PE和可生物降解微塑料PLA对棉花种子发芽的影响;揭示了不同粒径（10和100 μm）、不同质量分数（0.01％、0.1％和1％）的PE和PLA对棉花出苗的抑制以及对水培和土培棉花幼苗的毒性效应及机制;阐述了微塑料对IMI的吸附行为以及两者复合污染对水培棉花幼苗的毒性效应及机制。本研究的主要结论如下: （1）微塑料对棉花种子发芽和出苗的抑制整体具有浓度依赖效应。高浓度易造成更严重的根表面吸附阻塞，释放更多的有毒物质，PE的抑制作用较PLA强。除吸附阻塞和毒性外，微塑料还通过降低沙土中氮、磷含量抑制棉花生长。小粒径微塑料更易通过沙土孔隙迁移而对根系造成阻塞和毒性，抑制程度更强。 （2）微塑料对水培和土培棉花幼苗的形态学指标造成了抑制，减少了光合色素含量，显著降低了根系活力，刺激了抗氧化反应。微塑料的浓度越高，对棉花的生长发育越不利，会导致更多的ROS积累和程度更强的氧化损伤。但土培条件下的毒性强度小，这是由于土壤颗粒的缓冲作用阻挡了部分微塑料与棉花根系的接触。微塑料的根表面吸附阻塞造成的水分、营养吸收受阻和根系活力的降低、毒性添加剂的释放、氧化应激以及叶绿素含量的降低是抑制棉花幼苗生长发育的主要因素，土培条件下微塑料还会通过减少可溶性蛋白、土壤氮和磷以及改变微生物群落结构对棉花生长产生抑制作用。 （3） PE10和PE100由于表面被氧化生成含氧官能团，增加了表面极性。PE10和PE100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、分配作用和范德华力;PLA10和PLA100对IMI的主要吸附机制是氢键作用、极性-极性相互作用和范德华力。微塑料与IMI复合污染的研究结果表明，对于棉花的形态学指标和光合色素含量，低浓度（0.01％）微塑料由于吸附作用，缓解了IMI的部分毒性;中浓度（0.1％）微塑料与IMI产生协同抑制作用;高浓度（1％）微塑料与IMI竞争根表面吸附位点，抑制作用主要由微塑料产生。复合污染比微塑料单一污染对幼苗生长发育的抑制作用更强，最高浓度的复合污染毒性效应最强。复合污染进一步刺激了抗氧化反应，但高浓度的PE10与IMI复合污染破坏了抗氧化防御系统，造成了最严重的氧化损伤。微塑料与IMI复合污染抑制棉花生长发育的主要因素包括微塑料的根表面吸附阻塞、毒性添加剂释放、IMI的毒性、氧化应激、光合色素含量的减少以及根系活力的降低。
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