土壤微塑料的污染與處理

王嘉璐

（遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧 沈陽 110161）

微塑料作為一種對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅的新型難降解的環(huán)境污染物，最近幾年來開始受到重視。由于土壤介質(zhì)比較復(fù)雜不易于分離檢測(cè)等原因，當(dāng)前關(guān)于微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)所造成影響的相關(guān)研究不多，對(duì)該污染的討論目前主要集中在海洋、湖泊等水域系統(tǒng)。但由于當(dāng)今廢棄垃圾填埋、各種人類活動(dòng)及農(nóng)業(yè)工業(yè)技術(shù)的逐步發(fā)展，微塑料的進(jìn)入不可避免地影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的各種功能，同時(shí)對(duì)土壤動(dòng)物、植物及微生物等也造成了危害。

微塑料粒徑?。ㄐ∮? 毫米），數(shù)目龐大，遍及廣泛，可長(zhǎng)期在環(huán)境中穩(wěn)定存在；被動(dòng)植物誤食吸收后會(huì)積聚于食物鏈，由食物鏈進(jìn)入人體后造成塑料微球在人體內(nèi)積累，最終將會(huì)影響人體健康；它同時(shí)具有吸附污染物質(zhì)或微生物將其富集于表面的能力，并且其本身還會(huì)向環(huán)境中釋放毒性。它可分為初生微塑料（應(yīng)用于工業(yè)制造或化妝品生產(chǎn)的原料）和次生微塑料（農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的大型塑料經(jīng)輻射高溫等作用，分裂降解經(jīng)土壤動(dòng)物的作用而形成）。

農(nóng)田系統(tǒng)中微塑料主要來自于農(nóng)業(yè)地膜的應(yīng)用及污水污泥的排放。使用農(nóng)田地膜主要是為了增加土壤溫度和防止害蟲，加快植物根系發(fā)育等。作物在一個(gè)生長(zhǎng)周期后，余留下的地膜在新作物種植前的松土及其他操作過程中被分解成碎片，會(huì)殘留在表面土壤中或者被埋入土壤。殘留在土壤表面的微塑料在長(zhǎng)期光照后形成聚合物，它會(huì)向下遷移到土壤深層最終阻礙農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育。在光照輻射、溫度、土壤酸堿性等外力影響作用下，微塑料中所含有的有害物質(zhì)如鄰苯二甲酸鹽，經(jīng)過淋溶作用進(jìn)入土壤后，會(huì)抑制土壤微生物活性，植物吸收后使其進(jìn)入食物鏈而危害人類健康。作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分的農(nóng)作物，其生長(zhǎng)必定會(huì)土壤環(huán)境所影響，所以對(duì)于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中存在的微塑料進(jìn)行監(jiān)測(cè)和量化是十分重要的。

以小麥為例，有研究發(fā)現(xiàn)不同濃度下的微塑料對(duì)小麥種子有不同影響作用。中低濃度的微塑料含量對(duì)小麥種子發(fā)芽有抑制作用，而在高濃度下微塑料卻對(duì)小麥發(fā)芽有一定的恢復(fù)或者促進(jìn)作用，這可能是由于微塑料的粒徑大小和本身所帶有的電荷影響了小麥種子對(duì)微塑料的吸附和吸收。低中濃度下微塑料粒徑大小可能是對(duì)小麥造成影響的主要因素，粒徑越小可能使小麥對(duì)微塑料的吸附和吸收更有利。而高濃度的微塑料對(duì)小麥發(fā)芽的影響則是由微塑料的聚集而造成的，微塑料聚集后的粒徑大小成為阻礙吸附的主要因素，聚集后的微塑料阻礙了小麥對(duì)它的可接觸性，從而使小麥發(fā)芽因微塑料而受到抑制的情況得到減緩。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)同時(shí)面臨著微塑料中所含的增塑劑帶來的一系列問題。合成塑料過程中所添加的增塑劑會(huì)隨著塑料的自然風(fēng)化而散布到環(huán)境中，以及它對(duì)各類環(huán)境污染物具有一定的吸附能力，會(huì)進(jìn)入并破環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)而威脅到人體健康。塑料中的增塑劑會(huì)對(duì)小麥種子的萌發(fā)起抑制作用，濃度過高時(shí)還會(huì)造成小麥種子細(xì)胞死亡。除此之外，在環(huán)境中被風(fēng)化后的微塑料表面粗糙，擁有較大的比表面積，會(huì)將重金屬和有機(jī)污染物吸附于表面，而成為各類污染物的載體，使微塑料對(duì)植物的毒害效應(yīng)加重。

1 微塑料的分離

用篩子使土壤中小于篩孔的細(xì)粒物（一般土壤篩選范圍為＜5毫米和＜1毫米）篩分后，可采用密度分離法除去其中的土壤礦質(zhì)相。因?yàn)橛袡C(jī)礦質(zhì)復(fù)合體在分選時(shí)與微塑料在土壤團(tuán)聚體中的殘留程度相關(guān)，為避免受其影響，在使用密度分離法前可用超聲處理法先將團(tuán)聚體打碎，再使用酸、堿、氧化或酶處理來去除其中殘留的有機(jī)質(zhì)，或使用靜電分離法將其中的有機(jī)碎屑除去。使用加壓流體萃取法（PFE）也可以從土壤中分離提取出微塑料，粒徑小于30微米的塑料制品可以應(yīng)用此方法從土壤中分離提取出來，其適用于分離聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等不同種類型的塑料。

2 微塑料的消解

因?yàn)镠2O2（雙氧水）成分簡(jiǎn)單且?guī)缀醪慌c常見人工合成聚合物反應(yīng)，所以常用30%H2O2（雙氧水）溶液來進(jìn)行化學(xué)消解。有研究為了增強(qiáng)消解效果使用雙氧水與強(qiáng)酸如H2SO4（硫酸）、HNO3（硝酸）等溶液混合，再與Fe2+（亞鐵離子）等催化劑混合來到達(dá)此目的。但有些像聚苯乙烯和尼龍這類對(duì)pH敏感的聚合物，在硝酸溶液中會(huì)溶解消失。為避免微塑料在強(qiáng)酸高溫消解時(shí)物理化學(xué)特性發(fā)生改變，可使用8.25%NaClO（次氯酸鈉）溶液進(jìn)行氧化消解及樣品消毒。另外還可以使用酶消解法來降解附著在微塑料上的生物有機(jī)質(zhì)。酶消解法常在提取生物組織或生物質(zhì)含量較高樣品中的微塑料時(shí)被采用。一般情況下消解效果會(huì)隨著消解時(shí)間延長(zhǎng)、消解溫度升高而更明顯，但是若溫度過高會(huì)使微塑料的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)被破壞，影響后續(xù)研究，所以在操作過程中應(yīng)特別注意。

微塑料經(jīng)分離提取后被截留在濾膜或篩網(wǎng)上，通過顯微鏡下觀察到的顆粒形態(tài)、尺寸大小等物理特征可初步簡(jiǎn)單判斷其是否為微塑料，若要給出更科學(xué)的鑒別結(jié)果則必須采用熱分析法或者光譜分析法通過判斷高聚物的化學(xué)組分來得出顆粒性質(zhì)。

3 微塑料的處理措施

高級(jí)氧化技術(shù)。通過可以產(chǎn)生具有高氧化電位的活性自由基的高級(jí)氧化技術(shù)，可以將不易降解的大分子聚合物氧化成低毒、無毒的小分子物質(zhì)，甚至可以轉(zhuǎn)化生成CO2（二氧化碳）和H2O（水）。高級(jí)氧化技術(shù)具備強(qiáng)氧化力，反應(yīng)速率很快，可將有機(jī)物由大分子分解為小分子，可通過將污染物礦化來減少二次污染，適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。高級(jí)氧化技術(shù)主要包括化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法和光催化氧化法等。常使用的氧化技術(shù)為光催化氧化技術(shù)，該技術(shù)分為均相催化和非均相催化。均相催化主要以三價(jià)或二價(jià)鐵離子、過氧化氫為介質(zhì)，通過光Fenton反應(yīng)生成游離氫氧根離子來使微塑料等到降解。此外，該技術(shù)可以通過可見光或紫外光使微塑料與三價(jià)鐵離子發(fā)生光降解反應(yīng)。非均相催化主要是使用半導(dǎo)體材料，如TiO2（二氧化鈦）、Fe2O3（三氧化二鐵）等，通過光催化作用將有機(jī)物降解。以TiO2（二氧化鈦）為例，當(dāng)受到外界加熱后打破了其原有的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，價(jià)電子脫離束縛成為自由電子而形成一個(gè)具有強(qiáng)氧化性的空穴，將微塑料污染物表面羥基、水分子或有機(jī)分子的電子吸引走，可以使其達(dá)到活化目的。此外擁有強(qiáng)還原性的電子還可與表面吸附的O2（氧氣分子）結(jié)合生成負(fù)氧離子，再與電子、H+（氫離子）結(jié)合生成過氧化氫，電子還可以和過氧化氫反應(yīng)直接生成氫氧根離子。非均相催化不必在高溫高壓下進(jìn)行操作，反應(yīng)所需要的條件比較溫和，用于光催化反應(yīng)的設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于控制操作。所加入的催化劑價(jià)格低廉且無毒。

利用戀臭假單孢菌的生物代謝作用可以使微塑料得到降解。戀臭假單孢菌是一種腐生營養(yǎng)土壤桿菌，屬于革蘭氏陰性菌。其代謝途徑豐富，可以分解許多有機(jī)分子。細(xì)菌將微塑料降解后，會(huì)將它以碳源及能量的形式使用。在生長(zhǎng)條件不平衡時(shí)，該細(xì)菌可以把塑料當(dāng)中的有機(jī)物分解代謝為可降解的塑料聚羥基脂肪酸酯。

4 展望及總結(jié)

微塑料由于長(zhǎng)期在環(huán)境中積累且遍及土壤水域等系統(tǒng)，已經(jīng)對(duì)陸地海洋生物甚至人類造成嚴(yán)重的生命威脅，有關(guān)于微塑料的來源、分布及處理方式等方面的研究已經(jīng)開始被重視起來。但由于在環(huán)境中的較大塑料會(huì)在如風(fēng)力等自然作用力下會(huì)被破碎和降解成粒徑很小的微塑料，關(guān)于這些微塑料的大小、數(shù)目及形狀等均不能確定，與傳統(tǒng)的塑料垃圾相比，微塑料的遷移轉(zhuǎn)化能力很強(qiáng)且易于富集有毒物質(zhì)，相關(guān)解決方法和標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，這些原因致使目前為止我們對(duì)微塑料的研究還不完備。我國目前針對(duì)微塑料尚未形成相關(guān)限制政策和監(jiān)管，為了有效預(yù)防和將微塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類健康造成的影響減小，深入探究微塑料給人類生活帶來的影響將是今后重要研究的問題之一。