微塑料對土壤環(huán)境的污染及生態(tài)效應(yīng)研究進展

李玉婷 張亮

摘 要 微塑料是一種新型環(huán)境污染物，對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的威脅。目前，對微塑料的研究多集中在海洋生態(tài)中，而關(guān)于微塑料對土壤環(huán)境的污染控制和生態(tài)效應(yīng)研究幾乎空白。基于此，介紹土壤微塑料的來源、種類、遷移，并對其對土壤理化性質(zhì)、土壤動物、土壤微生物的生態(tài)效應(yīng)進行分析，提出土壤微塑料污染控制的主要措施。

關(guān)鍵詞 微塑料;土壤理化性質(zhì);土壤動物;土壤微生物

中圖分類號：X53 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.05.095

隨著工業(yè)水平的提高，塑料因其快捷方便而被越來越多的國家使用，但與此同時，塑料穩(wěn)定性好、難降解的特性使其在環(huán)境中長期殘留，并深入地表。隨著遷移、風(fēng)化等物理化學(xué)活動，塑料會被“割裂瓜分”地越來越細(xì)微，粒徑在5 μm以下的塑料顆粒被稱為微塑料，通常以碎片等形式廣泛存在于環(huán)境中[1-2]。另外，將直接排入水環(huán)境的塑料顆粒稱為初生微塑料，而經(jīng)過物理化學(xué)過程裂解成更小顆粒的則稱為次生微塑料[3]。微塑料由于直徑的微小，遷移更加容易，污染無處不在，湖泊、海洋、陸地等生態(tài)系統(tǒng)均存在大量微塑料，甚至人體也會由于食物鏈的層層流轉(zhuǎn)而出現(xiàn)微塑料。當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于微塑料對環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的研究，主要集中在微塑料對海洋環(huán)境及生物的影響，而關(guān)于微塑料對土壤生態(tài)系統(tǒng)的研究較少，在微塑料對土壤微生物影響方面的研究更是未見報道。基于此，對土壤微塑料的來源，微塑料對土壤理化性質(zhì)、土壤動物、土壤微生物的影響進行總結(jié)，以期為土壤微塑料的污染防治和生態(tài)風(fēng)險評估提供依據(jù)。

1 土壤中微塑料的主要來源

1.1 地膜的廣泛使用

地膜是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于覆蓋地表的一種塑料薄膜，覆蓋地膜是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施之一，其因操作簡便、成本低廉而被農(nóng)民廣泛使用。地膜覆蓋在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如蔬菜種植、瓜果栽種中發(fā)揮了重要作用，據(jù)統(tǒng)計，2015年我國農(nóng)用塑料薄膜使用量達(dá)260.36萬噸，其中地膜使用量為145.5萬噸，地膜覆蓋面積達(dá)到1 833萬公頃，但農(nóng)田地膜回收率卻不到60%。大量的地膜使用，導(dǎo)致地膜的主要組分——塑料的殘留，地膜塑料在紫外輻射、沉積、侵蝕、風(fēng)化等作用下[4]，在土壤表面積累了大量微塑料，后經(jīng)動物攝入、雨水沖刷、農(nóng)業(yè)灌溉等途徑，進入土壤深層從而影響土壤內(nèi)微生物的生長存活以及土壤內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.2 污水灌溉

隨著水資源的日漸匱乏，尤其是在一些缺水國家，直接或間接使用污水灌溉農(nóng)田的情況也逐漸增多。生活中，廚余洗潔污水、衣物洗滌劑等是污水的主要來源，研究發(fā)現(xiàn)，市面上流通的洗護用品，如洗面奶、沐浴露等商品中都檢測到以聚乙烯（PE）為主的微塑料。此外，地表水中也存在大量微塑料。由此可見，無論是未經(jīng)處理的生活污水，還是地表水的灌溉，都不可避免地?fù)诫s了“隱形的微塑料”，這些均是土壤微塑料的主要來源。

1.3 污泥堆肥

生活生產(chǎn)中的污水大多含有微塑料，需凈化后使用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)污水處理設(shè)施處理后，微塑料濃度含量有所下降，但被去除的微塑料實際上并未被降解消失，而是附著殘留在污泥中。城市污水處理廠污泥的組成中氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)含量較多，常被用于堆肥工藝來增加土壤肥力，因此在污水處理中未降解的微塑料就會隨著污泥堆肥的廣泛運用，在土壤中不斷積累。

1.4 塑料的大量使用

無論是在人們?nèi)粘Ｉ钸€是工廠工業(yè)生產(chǎn)中，塑料的使用幾乎隨處可見。塑料是一種聚合物材料，主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等種類。由于耐用、成本低、持久性好等優(yōu)點被廣泛運用在生產(chǎn)生活中，大數(shù)據(jù)統(tǒng)計2018年全球塑料產(chǎn)量高達(dá)3.59億噸，同期我國產(chǎn)量達(dá)到1.08億噸，而全球塑料回收率僅約35%，意味著全球約有2.33億噸塑料未被回收，散落在世界各角落，經(jīng)外力環(huán)境等作用在土壤中大量沉積。

2 微塑料對土壤環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)

2.1 微塑料對土壤理化性質(zhì)的影響

微塑料通過地膜、污水污泥處理、大氣沉降等方式在土壤中大量積累，微塑料的主要成分如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等都是難降解有機成分。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來重金屬、有機污染物等在土壤中含量有所上升，微塑料具有吸附作用，會吸附重金屬等污染物從而對土壤環(huán)境產(chǎn)生影響。研究表明，微塑料不僅會吸附重金屬等污染物，從而影響其釋放，還會因與土壤官能團的結(jié)合，而影響自身對重金屬的吸附。因此，微塑料一旦進入土壤，會因其吸附性作為重金屬等復(fù)雜物質(zhì)的載體，可能會破壞原有土壤理化性質(zhì)的穩(wěn)定，對土壤生態(tài)造成損害。

2.2 微塑料對土壤動物的影響

微塑料對土壤動物的影響，主要通過攝食途徑。此前關(guān)于微塑料對土壤動物影響的研究大多以蚯蚓為對象，蚯蚓可以穿梭在土壤表面和內(nèi)部，隨著微塑料在土壤中的沉積，蚯蚓極易在攝食過程中攝入大量微塑料，并將微塑料運輸至土壤深層。Rillig等研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的攝食及運動可促進微塑料在土壤內(nèi)部的遷移，并且微塑料徑粒越小，遷移越容易[5]。此外，微塑料在蚯蚓體內(nèi)的蓄積不僅會影響其生長、存活情況，對自身造成腸道損傷，還會因為食物網(wǎng)的流轉(zhuǎn)影響其他土壤動物。除蚯蚓外，線蟲、跳蟲等動物也能夠食取微塑料。

以蚯蚓研究為例，土壤動物攝入微塑料后，既會排泄到周圍環(huán)境中，擴大微塑料侵染范圍，也會有部分保存體內(nèi)從而影響個體生長、繁殖及多樣性。由于微塑料徑粒微小，比其他物質(zhì)更易留存腸道內(nèi)，甚至可以穿過腸道壁進入其他組織，動物攝入微塑料后會對其機體器官、免疫細(xì)胞等造成損害。

2.3 微塑料對土壤微生物的影響

研究微塑料對土壤微生物的影響時，可借助其對水域動物、土壤動物影響的相關(guān)研究。Lee等發(fā)現(xiàn)，不同濃度顆粒微塑料對海洋橈腳類動物會激發(fā)不同產(chǎn)卵反應(yīng)，其中徑粒為0.5μm和6μm所有濃度下的PS均可使海洋橈腳類動物產(chǎn)卵量顯著下降[6];Huerta Lwanga等研究不同濃度微塑料對蚯蚓生長率的影響時，發(fā)現(xiàn)在高濃度聚乙烯環(huán)境下，對其死亡率和生長率均產(chǎn)生不良影響[7];Cao等在對蚯蚓的研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度微塑料對蚯蚓生長豐度影響很小，而高濃度微塑料能顯著抑制其生長。由此可見不同直徑、不同濃度的微塑料均會對生物造成不同的影響結(jié)果[8]。因此，微塑料侵入土壤生態(tài)環(huán)境中，必定會對土壤微生物產(chǎn)生影響。微塑料具有吸附性，可吸附重金屬、病原菌等其他物質(zhì)，同時也會附著其他微生物。當(dāng)附著污染物的微塑料作為微生物生長載體時，會影響微生物的生長情況，如鄰苯二甲酸鹽、重金屬等物質(zhì)會抑制微生物的活性，從而影響微生物的生長發(fā)育[9];附著在聚乙烯、聚苯乙烯顆粒上的真菌，可在微塑料上大量繁殖;彈尾蟲腸道菌暴露在PCV中56 d，其群落結(jié)構(gòu)及生長繁殖會受到影響[10]。

目前，對于微塑料對土壤微生物影響的研究有限，主要集中在微塑料對土壤微生物生長情況影響和微生物對微塑料降解能力兩方面。是否不同徑粒、不同濃度微塑料對土壤微生物的影響也具備其對水域動物、土壤動物影響的特性，還有待進一步研究。

3 土壤中微塑料的防治措施

從土壤中微塑料的主要來源入手，提出以下4點防治措施。1）從思想入手，提高全民環(huán)保意識，減少塑料用品使用，積極響應(yīng)國家“限塑令”“禁塑令”“垃圾分類”等舉措。2）頒布具體有效農(nóng)業(yè)土壤管理法規(guī)，減少地膜使用，同時加強農(nóng)業(yè)機器、方法的革新，找到比地膜更環(huán)保高效的增產(chǎn)方法。3）做好各地城鄉(xiāng)、村鎮(zhèn)、學(xué)校等部門的微塑料污染知識普及宣傳工作，同時制定具體可行的法律法規(guī)，禁塑、限塑不僅僅止步于口號，更要落在實處。4）加快污水處理技術(shù)革新，同時嚴(yán)格落實和遵守工廠污水排放相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

微塑料對海洋微生物影響的研究較多，關(guān)于土壤微塑料的研究較少[4-7]，而針對微塑料對土壤微生物的研究則為空白，但國內(nèi)外學(xué)者都已逐漸意識到微塑料可能給土壤生態(tài)系統(tǒng)帶來影響，關(guān)于不同直徑、不同濃度微塑料對微生物生長情況有何影響的問題還需作進一步研究。

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（責(zé)任編輯：趙中正）