微塑料對土壤質量影響的研究進展

中圖分類號：X53

文章編號：1674-6139（2025)06-0044-05

文獻標志碼：B

Research Progress on Effects of Microplastics on Soil Quality

XieLian，TangLi，ZhangJiamei，XieYong （Guizhou University，College of Agriculture，Guiyang 55oo25，China）

Abstract:Microplasticsareanewtpeofpolutantinfarmlandsoil，ichasthecharacteriticsofwidedistribution，sallpticle size，easyacumulationnddfcultoegade.Itasbcomeanimportantdivingfactorfortechangeofsoiltructurendpopertis， andhasatractedwideatentionfromsholarsallovertheorldOntebasisofsummarzingtheimportantresearchresultsathomeand abroad，tispaersematicallasdsmmresthretiatioofilcroplastisdeirectssoilosure ganicmatergregates，andprosityinallythesudypointsoutteprospctofesponsemechanismofroplasticsadsil qualitychange，proposedthekeyointsanddificultiesofsoilmicroplasticpolutionndprovidesanewideaforthefuturesachof soil microplastic pollution.

Keywords:microplastics；soil pollution；soil quality

前言

隨著工業文明的不斷發展，塑料制品因價格低廉、重量輕和可塑性強而廣泛應用，給人們的生活帶來了諸多便利。自1950年代起，塑料的商業化迅速發展，全球年產量從200萬噸劇增至2017年的3.5億噸，預計在2040年將翻倍。然而，塑料的過度使用及其不當處理導致了嚴重的環境污染。根據統計，2000年至2019年間，塑料垃圾的年產量從1.56億噸增至3.5億噸，其中約2.2億噸進入生態系統，微塑料占其中的 12% 。這些微塑料威脅著生態平衡和可持續發展。通常情況下，殘留在自然環境中的塑料垃圾難以降解，并在各種環境因素的影響下發生遷移，從而產生毒害或污染。隨著時間的推移，積累的塑料垃圾也會逐漸分解，釋放出有害的化學物質，如鄰苯二甲酸酯。土壤作為基礎的自然資源，在維持生態系統的穩定和人類健康上發揮著至關重要的作用。然而，微塑料在土壤環境中的行為和分布如何改變土壤質量是研究和防治土壤微塑料污染的起點和關鍵點。因此，通過分析土壤中微塑料的來源、分布、遷移和污染情況，綜述微塑料對土壤質量各個方面的具體影響，深人了解微塑料對土壤環境的風險，為保護生態環境，維持生態平衡，農業可持續發展，保障人體健康提供科學依據。

1 微塑料概述

1. 1 定義及類型

塑料廢物累積在環境中產生危害的首次報道來自海洋生物學家理查德·湯普森，他于2004年首次提出“微塑料”這一概念，認為微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒，包括微米和納米級別的塑料碎片。由于微小的尺寸，微塑料容易被生物體吸收，并有可能通過食物鏈進入人體，從而對人類健康造成潛在影響。但長久以來，國內外學者關于微塑料對海洋的影響研究比較多，而對土壤質量的影響研究較少，因此需引起重視。

微塑料的類型與社會生產活動中使用的塑料制品成份有關，主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯(PVC）、聚苯乙烯(PS）、聚氨酯(PU)和聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等類型[1]

1.2 來源與分布

微塑料的來源很廣（如圖1所示），因體積很小，很難被捕獲和循環利用。土壤微塑料主要來源于農膜、污泥、有機肥和塑料制品等。世界上每年可生產750萬噸的農膜，其中 40% 以上為地膜。數據顯示，中國農田塑料薄膜的使用總量從2006年的185萬噸增加至2015年的260萬噸。污水中的微塑料含量大致為 125～3160MPs/L 之間[2]。在有機肥的制備過程中，有機固體廢物如城市生活垃圾、農業廢棄物等，通常采用好氧堆肥或厭氧消化的方法進行處理，微塑料顆粒很容易摻雜在這些有機廢物中。即隨著有機肥用量的增加，輸入量將進一步增加。而生活中常見的塑料瓶、塑料袋以及一次性塑料餐具等同樣會導致微塑料在土壤中的累積。

微塑料是一種廣泛存在的物質，受多種因素的影響。(1)環境分布：微塑料廣泛存在于土壤中，尤其是在城市和農業地區。這些微塑料主要來源于塑料垃圾、農業的塑料薄膜和其他人類活動。微塑料還分布在河流、湖泊和海洋等水體環境中。由于較小的尺寸，微塑料能夠通過水流較遠的距離傳播。(2)空間分布：微塑料的分布在不同地區和生態系統中存在顯著差異，城市地區和沿海地區的微塑料濃度通常較高，而偏遠地區則相對較低。(3)深度分布：在海洋中，微塑料不僅分布在表層水域，還可以沉降到深海底部，影響海洋生態系統。總之，微塑料遍布于海洋、淡水、土壤、空氣、動物，甚至是人的體內。從江河到深海，從高山到極地的冰雪，甚至是食物和飲水中，都可以找到這些微小顆粒。微塑料的普遍性和持久性，已成為全球關注的熱點。

1.3 遷移與污染

微塑料在土壤中的運移受到諸多因子的影響，是一個十分復雜的過程。影響微塑料在土壤中遷移的因素大致可歸結為4類，一、微塑料自身特性。低濃度微塑料滯留于表層，而高濃度微塑料可進入深層。二、土壤性質。由于受雨水沖刷等因素的影響，加之土壤本身存在一定的孔隙結構，粒徑越小的微塑料就越易在土壤中遷移擴散。三、土壤中的生物活動。土壤生物是土壤中一大活躍因素，如蚯蚓挖洞可以促進微塑料向土壤深層遷移，并且變形蟲和鞭毛蟲等土壤動物可以作為載體，通過吞噬幫助轉移一定粒徑的微塑料。四、外界環境影響。外界因素(如太陽輻射、風力、降雨等)是大氣中微塑料遷移與老化的重要自然驅動力，如在風的作用下，微塑料可以在空氣中懸浮，實現不同空間內的遷移；雨水淋溶也可以將微塑料從土壤表層向下運移。

微塑料的污染主要包括：(1)微塑料對水生生態系統的污染：微塑料可以隨著水流沖洗變成廢水進入水體環境，由于在水體中不能被降解，它的半衰期可以達到幾百年，比大多數持久性有機污染物都要長，最后的結果就是不斷地在海洋中累積，擾亂海洋的物質循環。一般說來，微塑料對水體的污染主要體現在生物攝入、有害物質釋放、生態鏈影響、物理干擾、生物多樣性下降等幾個方面。這些微小塑料顆粒被水生生物誤食，尤其是濾食性生物如貝類和魚類，導致它們在消化過程中遭遇不良反應，影響營養吸收和生長。同時，微塑料表面可吸附水中的有害污染物，如重金屬和其他有機污染物，這些有害物質在生物體內釋放，導致毒性積累，威脅生物健康。隨著微塑料在生態系統中的累積，它們通過食物鏈向上游傳播，從底層生物到頂級捕食者，造成生態鏈的廣泛影響。此外，微塑料的存在可能改變水體的物理特性，干擾棲息地的結構與功能，抑制水生植物和生物的生長，最終可能導致某些水生種群的減少或滅絕，從而影響生態系統的穩定性和生物多樣性；（2）微塑料對土壤環境的污染：根據Chang[3的研究，微塑料對土壤生態系統的影響是多方面的，它們通過改變土壤的物理化學性質，如容重、團聚體、孔隙度、電導率和pH值，具體影響取決于微塑料的種類和濃度。此外，微塑料對土壤動物，包括蚯蚓、草履蟲和線蟲等，產生負面影響，干擾它們的進食、生長和生殖能力，威脅它們的健康。同時，土壤中各種細菌、真菌和藻類等微生物在養分循環中扮演著重要角色，負責釋放必需的營養物質并促進地球化學循環。然而，微塑料的存在可能擾亂這些微生物的功能，并通過改變土壤中各成分之間的相互作用，進一步影響土壤健康和生態系統功能。(3)微塑料對人類食物的污染：微塑料污染已成為一個全球性問題，其存在涉及到很多食品類別，包括海鮮、食鹽、蜂蜜、糖、啤酒和茶等飲品。微塑料的存在可能通過改變食品的物理和化學性質，進而影響營養價值和口感，從而對食品安全構成威脅。此外，這些微小顆粒有可能作為致病菌的載體，從而增加食品被污染的風險。微塑料通過食物鏈逐漸進人人類飲食中，尤其是在海鮮和水產品中，人體可能會攝入含有微塑料的食品，進而面臨潛在的健康風險。經馬敏東等4的研究發現，微塑料可經食物、呼吸等途徑進入機體，在肺、胃等組織中富集，且小粒徑微塑料可經血液循環擴散至體內各個組織、器官。實驗表明，微塑料暴露可引起細胞膜完整性、免疫應激、腸道微生物群落結構及能量代謝，并可能對生殖系統產生潛在危害。

綜上可知，微塑料的污染問題嚴重影響人類社會發展的方方面面，尤其是農業土壤微塑料污染的問題不容小，因為這最終會影響到人類健康。已有相關研究聚焦于土壤中微塑料的分布特征、對土壤理化性質的影響，以及對作物生長的危害。為了保護土壤資源和維護生態平衡，研究微塑料對土壤質量的影響顯得尤為重要。基于此，綜述微塑料對土壤質量的影響，旨在梳理和闡明土壤質量對微塑料累積的響應特征，為進一步的研究提供研究基礎和思路。

2微塑料對土壤質量的影響

2.1 土壤水分變化

土壤水文過程是陸地生態系統水分循環的重要組成部分。研究表明，微塑料對土壤水分的入滲和蒸發具有顯著影響。不同種類的微塑料（如PP、PVC 和PE)及其豐度變化，均會對土壤的入滲時間、含水量、濕潤鋒和蒸發特征產生重要影響。具體而言，由于物理特性，隨著微塑料豐度的增加，累積入滲時間明顯延長，這會導致土壤表層水分的積聚。而不同種類的微塑料對入滲過程的影響也有所不同，其中PP微塑料的影響尤為顯著。隨著微塑料的增加，土壤水分含量也隨之升高，最大含水量發生在10～25cm 的土層。在同一入滲期內，隨微塑料豐度的增大，濕潤鋒的移動速度隨土壤濕度鋒的移動距離減小而減小。同時，微塑料賦存能減少水分蒸發，即累積蒸發量隨微塑料豐度的增加而減小[5]這可能是由于微塑料在土壤表面形成一層覆蓋，減緩了水分從土壤到大氣的蒸發過程，從而提高土壤的水分保持能力。這些研究結果揭示了微塑料在土壤水分動態中的重要作用。

2.2土壤有機質變化

土壤有機質對于維持和提升土壤質量至關重要，是土壤肥力的基礎，對于農業生產和生態環境的保護都有著不可替代的作用。劉晨磊[研究發現，添加聚乙烯微塑料能明顯增加土壤有機質、總碳和可溶性有機碳含量。因為微塑料的組成中所含碳（ 90% )可經一系列物理化學反應后進入土壤，所以微塑料可作為土壤外界碳源，從而增加土壤總碳、有機質及可溶性有機碳。此外，微塑料可能會影響土壤中養分的可用性，例如通過吸附土壤中的氮、磷等營養元素，影響它們的循環和植物的吸收，微塑料還可能會影響土壤微生物的多樣性和活性，這些微生物在有機質的分解和營養循環中起著關鍵作用，如微塑料的添加可以降低土壤中細菌的豐度和群落多樣性，改變細菌群落結構，并刺激固氮微生物的生長，從而固氮生物可以通過參與到有機物的分解過程中，幫助釋放養分，供植物吸收利用。在一些特定情境下，微塑料可以作為土壤微生物的載體，促進生長，從而間接增加有機質的分解和形成。值得注意的是，微塑料對土壤有機質的影響可能與粒徑、濃度和形狀有關。小尺寸的微塑料可能更容易被微生物利用，而高濃度的微塑料可能會對土壤生態系統產生更大的負面影響。

2.3 土壤團聚體變化

土壤團聚體在土壤結構和孔隙狀況中起著關鍵作用，進而影響土壤性質及微生物活性。微塑料在土壤中的累積會影響團聚體的穩定性。已有研究表明，添加微塑料可降低大粒徑團聚體的含量，同時提高小粒徑團聚體的比例，這可能是因為微塑料改變了土壤顆粒間的聚合能力[]。微塑料通過改變土壤保水性能、團聚體水穩定性，從而對土壤通氣、養分遷移等方面產生重要影響。微塑料對土壤團聚體的影響除了體現在水穩性上之外，還體現在影響團聚體的直徑。例如，隨著微塑料添加量的增大，團聚體的幾何平均直徑呈現出先增大后減小的變化趨勢，與對照組(未添加微塑料的土壤)相比，添加了微塑料的團聚體的幾何平均直徑比對照組提高了 。微塑料的存在增加了團聚體的幾何平均直徑，對團聚體的穩定性和土壤結構產生了積極的影響。從理論上看，這種影響有利于土壤結構的改善。但是目前有關微塑料污染與土壤團聚體相互作用的研究較少，同時，考慮到土壤的異質性特征，關于微塑料對團聚體結構和功能微生物的作用機制仍不明確。

2.4 土壤pH值變化

土壤pH值是土壤酸堿度的定量指標，是評估土壤理化性質的重要參數之一。為了研究微塑料對土壤pH的影響，喻晨等8在添加微塑料的土壤中進行豌豆盆栽試驗，結果顯示，隨著微塑料濃度的增加，各處理組(添加聚乙烯微塑料)的pH值普遍上升。另一方面，Shi等[9的研究表明，未處理過的PE微塑料可以導致土壤pH值下降，同時增強導電性。此外，未處理的PE微塑料對土壤中有效磷和鉀的吸收能力強于風化后的PE微塑料。一般而言，微塑料在降解過程中會釋放出酸性或堿性物質，這也會對土壤pH值造成一定影響。例如，聚氯乙烯(PVC)微塑料在土壤中降解時可能會產生酸性物質，導致土壤pH值下降，而聚乳酸(PLA)在降解過程中可能會釋放堿性物質，從而提高土壤的pH值。因此，微塑料的存在與行為在調節土壤pH值方面起著重要作用。

2.5 土壤孔隙度變化

孔隙度與土壤的保水能力、氣體交換能力和根系生長密切相關，因此，微塑料對土壤孔隙結構的影響備受關注。微塑料對土壤孔隙結構具有顯著影響。通過CT掃描發現，在砂質土和壤土中添加微塑料后，土壤孔隙可能會迅速縮小甚至消失。研究結果顯示，土壤中累積的微塑料可能會造成一定程度的結構損傷，導致滲透性下降，從而影響水分和氣體的遷移[10]。此外，不同濃度的微塑料對土壤孔隙度的影響也存在差異。相關研究表明，當土壤中聚乙烯微塑料的累積濃度在 0.5% 以內時，對土壤孔隙度的性狀沒有顯著影響。然而，當聚乙烯微塑料的累積濃度達到 1% 以上時，土壤孔隙度隨微塑料濃度的增加而呈現出上升趨勢，增加幅度達到3.8%至7.0%[6] 。

3結論

微塑料對土壤質量的影響涉及多個方面，包括水分、有機質、團聚體 、pH 值和孔隙度的變化。微塑料能夠改變土壤水分循環，影響入滲時間和水分保持，同時減少蒸發。它們的加入可增加土壤有機質和可溶性有機碳含量，但可能通過吸附養分影響可用性。微塑料的累積可能降低土壤的穩定性，影響通氣和養分遷移。微塑料與土壤顆粒的交互作用顯著影響pH值，降解過程中釋放的物質也可能改變pH，這與微塑料的類型有關。此外，微塑料的累積可能改變土壤孔隙結構，影響滲透性和氣體交換，不同濃度的微塑料對孔隙度的影響存在差異。微塑料對土壤質量的影響是極其復雜的，既受到單一因素的影響，也受多重因素的交互作用所影響。

參考文獻：

[1]孫彥敏，高惠敏，徐春祥，等.環境中微塑料檢測技術研究進展[J].生態與農村環境學報，2024，40(1)：36-43.

[2]吳世磊，徐安明，周杰，等.污水處理過程中微塑料去除的現狀及發展趨勢[J].生物工程學報，2022，38（7)：2410-2422.

[3]ChangN，ChenL，WangN，etal.Unveilingtheim pacts of microplastic pollution on soil ecosystems:A comprehensivereview[J].Scienceof The TotalEnvironment，2O24:175643.

[4]馬敏東，趙洋塵，朱龍，等.人體微塑料污染特征及健康風險研究進展[J].環境科學，2024，45（1）：459-469.

[5]王志超，張博文，倪嘉軒，等.微塑料對土壤水分入滲和蒸發的影響[J].環境科學，2022，43(8)：4394-4401.

[6]劉晨磊.微塑料對土壤理化特性及氮循環功能微生物的影響研究[D].南京：南京林業大學，2023.

[7]陳榮桓，余瑤，黃珊，等.聚乙烯微塑料濃度對黑土團聚體特征及其穩定性的影響[J].土壤通報，2023，54（1）：56-66.

[8]喻晨.聚乙烯微塑料對豌豆生長及土壤特性的影響研究[D].西安：西安理工大學，2023

[9]ShiL，Hou Y，Chen Z，etal.Impact of polyethylene on soil physicochemical properties and characteristics of sweet potato growth and polyethylene absorption[J].Chemosphere，2022， 302：134734.

[10]Wang Z，LiJ，QuZ，etal．Effects of microplastics on the pore structure and connectivity with different soil textures : Based on CT scanning[J].Environmental Technology Innovation，2024，36:103791.