環境污染中微塑料對土壤植物的影響

摘 要：微塑料在土壤環境中分布廣泛，通過遷移行為能夠對土壤植物產生一定的影響。在當前生態文明高質量建設過程中，相關部門應進一步加強微塑料對土壤植物的影響研究，為其后續治理提供科學依據。基于此，概述了土壤環境中微塑料的來源及分布情況，并在剖析微塑料在土壤植物中的遷移行為的基礎上，探討了微塑料對土壤植物的直接影響和間接影響。

關鍵詞：環境污染；微塑料；土壤植物

中圖分類號：S154.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–00-03

塑料屬于高分子化合物，在農業、工業、建筑、包裝、醫療等領域應用廣泛[1-3]。微塑料是塑料經自然作用后分解而成的塑料碎片，粒徑在5 mm以下，由于數量巨大、降解難度大，會嚴重影響土壤環境，并危害到土壤環境中的植物生長發育等[4-6]。因此，在新時期土壤環境高質量治理與高水準利用的過程中，實踐主體有必要加強微塑料對土壤植物的影響研究，為其實踐提供科學依據。

1 土壤環境中微塑料的來源及分布情況

1.1 來源

微塑料對土壤環境的污染，也被稱為“白色污染”，具有降解難、處理難、污染大的主要特征。其來源主要有3條途徑：一是農業生產中使用的地膜、化肥編織袋；二是生活污水、工業污水排放；三是大氣沉降產生的塑料微粒[7-8]。其中，前兩種來源比較容易理解，最后一種來源相對復雜，主要是在生態系統循環過程中，人為焚燒塑料垃圾產生了可揮發的塑料微粒，此類微粒在空氣流動作用下被分散在大氣環境中，再經過聚集沉降或雨水沉降等不同方式沉降至土壤環境中。

1.2 分布

微塑料會長期存在于土壤的表層與內部，并借助滲透、遷移、轉化等方式進入地下水與地表植物中。土壤環境中微塑料的主要來源是地膜與污水排放，因此我國不同地區的土壤環境污染微塑料分布呈現出“西北地區分布廣，東南地區分布少”的特點，而此類土壤環境作為用地類型，主要包括公園、耕地、工業區、景區、退耕濕地等。從全國范圍看，耕地中的微塑料污染始終占據主流。近幾年，雖然一系列阻斷方式起到了抑制微塑料分布范圍繼續擴大的作用，但受微塑料性質的影響，如何對其進行有效處理仍是一個大難題。

2 微塑料在土壤植物中的遷移行為

植物生長以土壤為基質，通過吸收其中的水分、微量元素、營養成分等獲得生長所需養分。當土壤環境遭到微塑料污染后，其表面與內部會分布大量未降解的微塑料，此類物質借助不同的遷移行為可以被植物吸收并進入植物內部，進而對植物的生長發育產生一定的影響。

微塑料在土壤植物中的遷移行為主要通過“塑料→土壤環境污染→微塑料→植物根系→植物可食用部分→食物鏈”等環節進行。當植物吸收土壤養料時，微塑料會通過植物根系進入植物內部，在植物蒸騰作用下向上遷移至植物可食用部分，再次富集于食物鏈。從當前的研究成果看，當微塑料向植物體內遷移時，決定遷移行為的遷移能力始終與微塑料粒徑、植物種類有關。當微塑料的粒徑較大時，它會堵塞植物細胞壁孔洞。例如，當微塑料在從植物維管向脈管遷移過程中堵塞細胞壁孔洞后，不僅會降低植物種子發芽率，還可能抑制其幼苗根的發育。值得注意的是，土壤環境遭遇微塑料污染時，微塑料本身比表面積較大、疏水性較強、表面帶有電荷，此時可以通過吸附其他污染物或污染因子形成對植物的復合污染。

3 微塑料對土壤植物的直接影響和間接影響

微塑料污染土壤環境后，會進一步影響土壤植物生長發育。通過查閱文獻資料，與同行開展技術交流，并總結日常環境管理工作經驗，確認這種影響主要有直接影響和間接影響2種類型。為了論述其清晰性，分別從微塑料對植物生理指標的直接影響和微塑料通過改變土壤理性化性質、生物群落結構對植物生長發育產生的間接影響2個方面，展開具體分析。

3.1 直接影響

3.1.1 對種子發芽和生長的影響

土壤植物種子在萌發時期，將自身暴露于微塑料污染的土壤環境后，其生理指標如平均發芽時間、活力指數、發芽率會受到相應的影響。以菜心種子發芽為例，微塑料顆粒粒徑存在差異，當微塑料顆粒粒徑為0.07 μm時，它會阻塞菜心種子細胞壁的孔洞，從而抑制種子發芽。當其粒徑范圍在1～20 μm時，經過對微塑料粒徑的處理，菜心種子的發芽情況也會表現出不同的變化并產生一定的毒性作用。其原在于塑料顆粒粒徑進入菜心種子內部后，其中的毒性可以遷移至細胞內部，進一步阻礙菜心種子吸收水分和營養物質。此外，微塑料主要分為聚甲基丙烯酸甲酯、線性低密度聚乙烯、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物，它們濃度的高低直接關聯到抑制作用的強弱，從而對菜心的種子發芽率產生影響。

微塑料對種子發芽的影響會持續通過自身的遷移行為延續至種子的幼苗生長期、植株發育期。具體而言，當土壤環境中存在微塑料時，植物進入幼苗生長期會伸長它的根系向土壤吸收養分，此時微塑料形成的土壤污染環境可以弱化其新陳代謝，阻礙其植株發育。但不同的微塑料產生的抑制作用存在相應差異。例如：高密度聚乙烯只有在高濃度條件下，才會對綠豆幼苗根系的伸長產生抑制作用；當小蔥幼苗根部生長時，其組織密度會受聚醚砜樹脂、聚乙胺所形成的土壤污染環境的影響，出現降低的現象；常見的聚氯乙烯微塑料不僅不會阻礙萵苣的生長，反而會使其幼苗根系增長、直徑增加、表面積擴大；覆蓋于農田土壤的農膜微塑料對大豆有顯著的抑制作用，可以阻礙其根鮮重、葉面積、株高等增加。

3.1.2 對植物光合作用的影響

植物主要借助光合作用完成物質和能量轉化，微塑料進入植物體內后，可以對光合作用產生一定的影響，阻礙植物植株發育。

第一，聚乙烯屬于當前應用較多的材料，聚乙烯微塑料進入土壤環境后，會影響生菜葉片的光合作用，通過測定其中的指標發現，瞬時蒸騰速率、氣孔導度、光合作用速率3項主要指標均有明顯降低的現象。值得注意的是，當聚乙烯微塑料影響生菜葉片的光合作用時，其中的二氧化碳濃度呈現出顯著增加的現象。進一步看，植物細胞間的二氧化碳濃度是判定其光合速率變化是否由氣孔性限制引起的關鍵指標之一，當微塑料導致生菜葉片光合作用各項指標明顯下降且發生生菜葉片細胞間二氧化碳濃度增加的情況下，可以判定是非氣孔性限制弱化了其光合作用速率。根據現階段的研究，普遍認為關鍵酶在光合系統中會對非氣孔限制產生顯著影響，并與光合作用速率呈現正相關關系。因此在二氧化碳利用率下降或其濃度增加時，植物葉片細胞受非氣孔限制會引發光合作用速率下降的情況。

第二，微塑料進入植物體內后可對植物中的葉綠素產生影響，在使其發生代謝紊亂的同時，促進活性氧累積，然后在兩種危害下進一步破壞葉綠素結構，進而達到減少葉綠素含量并抑制其光合作用的目的。一般而言，大豆、小麥、生菜、黃瓜、大蒜、擬南芥等植物，受到不同粒徑和濃度的聚氯乙烯、聚乙烯等微塑料影響后，雖然微塑料的毒性效應存在差異，但都會在不同程度上通過影響植物光合作用、減少葉綠素等，影響植株生長發育。

3.1.3 對植物抗氧化系統的影響

微塑料除了對植物的種子、光合作用等產生影響，還可以進一步影響其抗氧化系統。具體而言，活性氧在植物體內過多時會出現對植物的“氧化脅迫”現象。一旦發生這種現象，植物的正常生命活動會受到嚴重干擾，進而推動植物走向死亡。

植物體內形成的抗氧化系統中含有3種酶即過氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶。它們的活性變化能夠準確反映出植物“氧化脅迫”現象及其程度。其中，后兩種酶對于活性氧具有一定的消除作用。例如，過氧化氫酶具有分解作用，當它分解了植物體內的過氧化氫之后，它的含量會減少，進而阻止脂質發生過氧化。

通常情況下，植物體內形成的抗氧化系統本身具有自我調節功能，當微塑料對土壤環境產生污染并進入植物體內后，受到微塑料的刺激，抗氧化系統會通過弱化、去除其中的活性氧，進而對其中的氧化損傷做出一定的調節。需要指出的是，這種抗氧化酶活性的“短暫升高”雖然能夠起到調節作用，但當土壤環境污染程度較為嚴重時，微塑料進入植物體內通過破壞葉綠素而累積的活性氧含量超過了其調節范圍，不僅不能達到調節目的，還可能對上述酶造成相應的損傷。由于土壤環境污染中微塑料的不同種類對植物產生的氧化應激反應存在差異，因此它對植物抗氧化系統的影響也會有所不同，具體見表1。

3.2 間接影響

3.2.1 通過改變土壤性質影響植物生長

植物依賴土壤環境生存，土壤的物理性質、化學性質發生改變后可以在不同程度上對植物生長產生影響，微塑料對土壤環境的污染會改變土壤性質，因此它能夠間接實現對植物生長的影響。具體而言，微塑料進入土壤環境后會改變土壤的物理性質，包括酸堿度、容重、持水量等，當植物透過種子細胞壁和根系向土壤吸收營養時，會吸收到經過微塑料改變的土壤物質，從而在生長期間發生相應的變化。

第一，在土壤酸堿度方面，高密度聚乙烯微塑料可以降低土壤酸堿度、聚乳酸微塑料會造成土壤酸堿度升高。

第二，在土壤容重方面，高密度聚乙烯、聚酰胺、聚醚砜樹脂、熒光聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯微塑料，均會降低土壤容重并增加土壤密度，尼龍微塑料則不會影響土壤容重。

第三，在土壤水分蒸發方面，聚乙烯地膜微塑料進入土壤環境后，微粒達到2 mm便會提升其中的水分蒸發量，當這種微塑料含量增加（減少）時，水分蒸發速率會隨之增加（減少），兩者之間存在顯著的正相關關系。但聚酯纖維微塑料不僅不會影響土壤水分蒸發，還會增強其持水能力。

第四，在土壤中的酶活性影響方面，聚丙烯微塑料會刺激熒光素二乙酸水解酶活性，在這種微塑料濃度持續增加的條件下，可以增加其活性。低密度聚乙烯則能顯著提高過氧化氫酶、脲酶的活性等。從微塑料改變土壤理化性質的情況看，主要通過微塑料種類、粒徑大小、形狀規則與否等產生影響，間接呈現于吸收了土壤營養成分的植物生理指標。

3.2.3 通過改變微生物群落影響植物生長

微塑料在改變土壤理性性質與植物生理指標的同時，還會對植物根際微生物群落結構造成一定的影響，包括影響其降低污染物或污染因素的能力，阻礙植物生長發育等。

第一，當聚乙烯和聚氯乙烯微塑料的粒徑在125 μm時，其污染物濃度（按質量分數）為1%、5%、10%、20%，土壤中的微生物總量會增加。

第二，當高密度聚乙烯和聚氯乙烯微塑料粒徑分別為678、18 μm，濃度（按質量分數）分別為1%、5%時，均可以增加植物根際的固氮菌。

第三，當高密度聚乙烯微塑料粒徑為2 mm×2 mm

×0.01 mm、濃度為0.076 g/kg時，在植物根際微生物群落中可見明顯的微生物富集現象，此類微生物均與微塑料降低相關。

第四，當聚丙烯微塑料粒徑為250 μm、濃度（按質量分數）為7%和28%時，可提高土壤中的微生物呼吸速率等。除以上微塑料種類外，聚乙烯和聚醚砜樹脂等微塑料在不同粒徑、不同濃度條件下的毒性效應也存在顯著差異，但此類微塑料對微生物群落結構的改變間接影響著植物生長發育，當其產生積極影響時可以促進植物生長發育，反之則會抑制植物生長發育。因此，在新時期土壤環境污染微塑料對植物生長影響方面的研究中，應區分有害、有益兩種影響，然后采用揚長避短的方法促進植物健康生長等。

4 結束語

微塑料是環境污染中的一種污染物或污染因素，具有來源廣、分布范圍大、降解難度大的基本特點，通過在土壤植物方面的遷移可以對植物產生不同程度的影響。其中，直接影響和間接影響均會影響植物生長發育，并通過植物內部遷移方式危害生物生存。在新時期環保行業高質量發展過程中，相關部門應加強環境污染中微塑料對土壤植物的影響研究，透過影響產生的根源制定一些適配性較高的防治措施，進而在控制微塑料對環境污染的前提下有效控制其對土壤植物的影響。

參考文獻

[1] 鄧悅，李霜，張成麗.微塑料對土壤植物生長發育影響研究進展[J].化學研究，2023，34（3）：274-282.

[2] 楊博，熊健，李偉，等.土壤中微塑料來源、檢測及風險評價研究進展[J].應用化工，2023，52（10）：2929-2933.

[3] 周世躍，白梅，丁帥，等.環境中微塑料的污染現狀及潛在生物效應研究進展[J].再生資源與循環經濟，2023，16（1）：12-15.

[4] 張雅珊，陳宗耀，馬偉芳.微塑料的遷移轉化及其生態風險研究進展[J].化工進展，2022，41（11）：6080-6098.

[5] 鄒寅俏，陳廣泉，于洪軍，等.濱海地下水含水層中微塑料運移機制及環境效應研究綜述[J].海洋科學，2023，47（6）： 130-143.

[6] 劉微，李宇欣，榮颯爽，等.土壤中微塑料對陸生植物的毒性及其降解機制研究進展[J].環境科學，2023，44（11）：6267-6278.

[7] 李霜，鄧悅，李永芳，等.土壤中微塑料對植物的影響研究進展[J].河南農業大學學報，2023，57（6）：924-935.

[8] 馮雪瑩，孫玉煥，張書武，等.微塑料對土壤—植物系統的生態效應[J].土壤學報，2021，58（2）：299-313.