微塑料對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害與對策研究

高田蕊，熊 爽，雍 彬，邵歡歡

（成都市四川師范大學生命科學學院，四川 成都 610101）

微塑料(microplastics)通常是指粒徑小于5毫米的塑料顆粒或碎片。相較于大塊塑料，微塑料尺寸小、數(shù)量大、分布廣、難降解且化學性質(zhì)穩(wěn)定，甚至可以通過食物鏈傳遞富集，作為一種持久性有機污染物對生物體以及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。由于塑料制品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被大量使用，農(nóng)業(yè)土壤中積累的微塑料含量已遠高于海洋，相關研究指出陸地中存在的微塑料豐度可能是海洋的4～23倍，可見農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中微塑料的污染問題已十分嚴峻。本文通過歸納近年來國內(nèi)外研究進展，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中微塑料的來源、危害以及土壤中的分布進行了系統(tǒng)的總結(jié)，分析了微塑料對農(nóng)業(yè)作物以及畜禽養(yǎng)殖的影響，并提出了解決辦法，以期為準確評估微塑料對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響提供理論依據(jù)。

1 農(nóng)田中微塑料的來源

農(nóng)田土壤微塑料主要來源為長期的農(nóng)用地膜殘留、污水灌溉、污泥農(nóng)用、有機肥施用以及大氣沉降等。農(nóng)用地膜是主要來源之一，研究發(fā)現(xiàn)覆膜農(nóng)田微塑料含量約是不覆膜的兩倍，且回收率低，地膜經(jīng)物理、化學和生物過程裂解形成微塑料，便長期存在于農(nóng)田土壤環(huán)境中。污水灌溉、污泥農(nóng)用也是主要來源，絕大多數(shù)的污水處理廠不能有效去除廢水中的微塑料，大量含微塑料的污水、污泥施用到農(nóng)田中。此外，有微塑料碎屑也能在風力作用下，在空氣中傳輸，隨著大氣沉降進入農(nóng)田。

2 微塑料在土壤中的分布

微塑料在土壤中的分布存在地域性差異，例如墨西哥40%～60%的農(nóng)田表層土壤受到微塑料的污染。我國云南滇池湖濱農(nóng)田表層土壤中微塑料累積數(shù)量巨大，而澳大利亞悉尼某工業(yè)區(qū)表層土壤中微塑料含量僅為0.03%～6.7%。且不同深度、不同土地利用方式的土壤中，微塑料的分布不同，如我國西北黃土高原農(nóng)田、果園、溫室深層土壤中的微塑料豐度呈遞增趨勢，而新疆覆膜棉田土壤中，中間土層微塑料污染豐度顯著高于表層與犁底層，上海市郊菜地土壤中微塑料在3～6厘米土層中的含量比例明顯高于0～3 厘米土層。

3 微塑料的危害

微塑料因其本身含有增塑劑等有毒添加劑，能夠?qū)ψ匀画h(huán)境及生物體生長等造成直接的影響，甚至有沿食物鏈傳遞富集的風險。并且因其粒徑小、疏水性與比表面積較大，能夠作為載體從環(huán)境中吸附并富集其他污染物，產(chǎn)生更高的復合毒性。對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料污染，其不僅會影響土壤理化性質(zhì)和結(jié)構、降低土壤肥力、改變土壤中微生物群落多樣性，還會對土壤環(huán)境中植物和動物造成危害，影響作物生長及糧食產(chǎn)量，影響動物生長、發(fā)育和繁殖。還可能由于低營養(yǎng)級生物被動攝取微塑料，通過食物鏈傳遞最終進入人體，嚴重危害人類健康。

4 微塑料對農(nóng)業(yè)作物的影響

微塑料可通過影響土壤生態(tài)，從而間接影響作物的生長發(fā)育。微塑料對農(nóng)作物的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，增加農(nóng)作物的蒸騰作用，抑制生長。如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料能加速土壤水分蒸發(fā)，促進蔥的蒸騰量增加，導致根徑減少，進而抑制蔥的生長。其次，降低農(nóng)作物的生物量。如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）三種微塑料均能抑制小麥種子的發(fā)芽率。土壤中的積累的聚乙烯微塑料還可以導致小麥千粒重和飽滿度降低，也會降低水稻地上部分生物量。最后，影響農(nóng)作物的生長發(fā)育。微塑料能被作物吸收進入體內(nèi)積累，產(chǎn)生不利影響，聚苯乙烯微塑料可在蠶豆中積累，造成基因毒性。微塑料可被小麥和生菜根部吸收富集，并從根部向地上遷移，積累分布于莖葉之中，對于作物的生長和物質(zhì)運輸具有潛在影響。且不同粒徑、濃度的微塑料對作物的影響存在差異，粒徑越小、濃度越高，其毒性效應越強。

5 微塑料對畜禽養(yǎng)殖的影響

2005年至2010年期間的調(diào)查顯示52%～96%的動物飼料樣品中均含有微塑料，且有研究發(fā)現(xiàn)微塑料在墨西哥飼養(yǎng)牲畜的家庭花園的土壤中、蚯蚓體內(nèi)、母雞體內(nèi)均有大量富集，首次證實了微塑料在陸地食物鏈中的傳遞，可見雞等家禽，豬、牛、羊等家畜可食入含有微塑料的土壤、水體、農(nóng)業(yè)作物以及飼料等，使得微塑料在體內(nèi)積累，可能影響畜禽的生長發(fā)育、消化吸收、生理代謝、免疫遺傳等方面，對畜禽養(yǎng)殖造成潛在性的危害，甚至通過食物鏈傳遞富集影響人體健康。

6 解決方法

6.1 減少農(nóng)田塑料輸入

控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中微塑料增長的重要手段是從源頭減少農(nóng)田塑料的輸入量，可通過制定相關法律法規(guī)，建立健全農(nóng)用塑料制品的管理體系和農(nóng)村生活垃圾的處理機制，做到盡可能提高農(nóng)田塑料的降解回收率，規(guī)范地膜的使用與回收再利用。同時加強農(nóng)田微塑料污染的相關監(jiān)管標準，開發(fā)微塑料的高效降解新技術，監(jiān)測并盡可能有效去除農(nóng)用灌溉水、污泥、有機肥中的微塑料，以減少其輸入量。此外，應提高公眾的環(huán)保意識，減少塑料產(chǎn)品的使用和塑料垃圾的丟棄等。

6.2 加大新型可降解塑料材料的開發(fā)及應用

可降解塑料材料是指通過某些方法，在不改變其功能的條件下降低原本塑料的穩(wěn)定性，使其幾乎能夠在自然環(huán)境中被完全降解的塑料，具有降解速度快、污染小等優(yōu)勢，通常包括光降解型塑料、生物降解型塑料、二氧化碳基生物降解塑料和淀粉基生物降解塑料等。這類材料目前正被大力推廣使用，但是由于制備成本較普通塑料高，且在某些條件下的性能略差，使得其難以推廣和普及應用，因此，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，開發(fā)低成本、高產(chǎn)能、對環(huán)境友好的新型可降解塑料材料并投入實際農(nóng)業(yè)應用是未來的重點研究方向。

6.3 加大塑料降解有關微生物的研究及應用

由于微塑料難以直接處理降解，因此有必要在形成微塑料之前將塑料降解，而微生物降解由于其低能耗和環(huán)境友好性受到廣泛關注，被認為是可能的有效途徑，目前已從不同環(huán)境中成功分離篩選出可降解塑料的細菌、真菌等微生物菌株有90多種，并且分布廣泛。微生物降解塑料有著明顯的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展空間，因此篩選、純化培養(yǎng)高效降解菌以及研發(fā)菌液或菌粉制劑應用于農(nóng)業(yè)塑料污染的生態(tài)修復的是目前研究生物降解塑料的主要方向。