微塑料對土壤環境的污染及生態效應研究進展

李玉婷，張 亮

（南京師范大學泰州學院化學與生物工程學院，江蘇泰州 225300）

隨著工業水平的提高，塑料因其快捷方便而被越來越多的國家使用，但與此同時，塑料穩定性好、難降解的特性使其在環境中長期殘留，并深入地表。隨著遷移、風化等物理化學活動，塑料會被“割裂瓜分”地越來越細微，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境中［1-2］。另外，將直接排入水環境的塑料顆粒稱為初生微塑料，而經過物理化學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、陸地等生態系統均存在大量微塑料，甚至人體也會由于食物鏈的層層流轉而出現微塑料。當前，國內外學者關于微塑料對環境生態效應的研究，主要集中在微塑料對海洋環境及生物的影響，而關于微塑料對土壤生態系統的研究較少，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、土壤動物、土壤微生物的影響進行總結，以期為土壤微塑料的污染防治和生態風險評估提供依據。

1 土壤中微塑料的主要來源

1.1 地膜的廣泛使用

地膜是農業生產中用于覆蓋地表的一種塑料薄膜，覆蓋地膜是提高農作物產量的措施之一，其因操作簡便、成本低廉而被農民廣泛使用。地膜覆蓋在我國農業生產，如蔬菜種植、瓜果栽種中發揮了重要作用，據統計，2015 年我國農用塑料薄膜使用量達260.36 萬噸，其中地膜使用量為145.5 萬噸，地膜覆蓋面積達到1 833 萬公頃，但農田地膜回收率卻不到60%。大量的地膜使用，導致地膜的主要組分——塑料的殘留，地膜塑料在紫外輻射、沉積、侵蝕、風化等作用下［4］，在土壤表面積累了大量微塑料，后經動物攝入、雨水沖刷、農業灌溉等途徑，進入土壤深層從而影響土壤內微生物的生長存活以及土壤內部生態系統的穩定。

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，研究發現，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，無論是未經處理的生活污水，還是地表水的灌溉，都不可避免地摻雜了“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

生活生產中的污水大多含有微塑料，需凈化后使用。調查發現，經污水處理設施處理后，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、鉀等營養物質含量較多，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

無論是在人們日常生活還是工廠工業生產中，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、持久性好等優點被廣泛運用在生產生活中，大數據統計2018 年全球塑料產量高達3.59 億噸，同期我國產量達到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，經外力環境等作用在土壤中大量沉積。

2 微塑料對土壤環境的生態效應

2.1 微塑料對土壤理化性質的影響

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。調查發現，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境產生影響。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雜物質的載體，可能會破壞原有土壤理化性質的穩定，對土壤生態造成損害。

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 等研究發現，蚯蚓的攝食及運動可促進微塑料在土壤內部的遷移，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，還會因為食物網的流轉影響其他土壤動物。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，既會排泄到周圍環境中，擴大微塑料侵染范圍，也會有部分保存體內從而影響個體生長、繁殖及多樣性。由于微塑料徑粒微小，比其他物質更易留存腸道內，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研究。Lee 等發現，不同濃度顆粒微塑料對海洋橈腳類動物會激發不同產卵反應，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，發現在高濃度聚乙烯環境下，對其死亡率和生長率均產生不良影響［7］；Cao 等在對蚯蚓的研究中發現，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果［8］。因此，微塑料侵入土壤生態環境中，必定會對土壤微生物產生影響。微塑料具有吸附性，可吸附重金屬、病原菌等其他物質，同時也會附著其他微生物。當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、重金屬等物質會抑制微生物的活性，從而影響微生物的生長發育［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，其群落結構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，提高全民環保意識，減少塑料用品使用，積極響應國家“限塑令”“禁塑令”“垃圾分類”等舉措。2）頒布具體有效農業土壤管理法規，減少地膜使用，同時加強農業機器、方法的革新，找到比地膜更環保高效的增產方法。3）做好各地城鄉、村鎮、學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，禁塑、限塑不僅僅止步于口號，更要落在實處。4）加快污水處理技術革新，同時嚴格落實和遵守工廠污水排放相關規定。

4 結語

微塑料對海洋微生物影響的研究較多，關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，但國內外學者都已逐漸意識到微塑料可能給土壤生態系統帶來影響，關于不同直徑、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。