土壤微塑料污染的生態(tài)效應(yīng)

周雨苗，何剛輝，馬紹峰，邵方雷，費(fèi)禹凡，黃順寅，章海波

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省土壤污染生物修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

微塑料(MPs)是指環(huán)境中粒徑小于5 mm的塑料(包括碎片、纖維、顆粒、發(fā)泡、薄膜等)[1]。初級(jí)微塑料(生產(chǎn)于化妝品和各種工業(yè))和次級(jí)微塑料(各種大塑料分解破碎產(chǎn)生)均普遍存在[2]。近年來(lái)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料污染及其生態(tài)效應(yīng)問(wèn)題引起了全世界的廣泛關(guān)注[3?4]。全球每年土壤中輸入的微塑料數(shù)量遠(yuǎn)超海洋，陸地生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的輸入量是海洋輸入量的4～23倍[5]，而農(nóng)田土壤輸入的微塑料更多[6]。據(jù)估計(jì)，歐洲和北美洲每年通過(guò)污泥輸入到農(nóng)田土壤中的微塑料分別高達(dá)63 000～430 000和44 000～300 000 t·a?1[7]。ZHANG 等[8]從中國(guó)云南地區(qū)的 50個(gè)農(nóng)田土壤樣品中提取塑料顆粒 (10.00～0.05 mm)，塑料顆粒的豐度為 7 100～42 960個(gè)·kg?1，95% 的塑料顆粒粒徑為 1.00～0.05 mm。對(duì)杭州灣周邊設(shè)施農(nóng)田土壤中的微塑料調(diào)查發(fā)現(xiàn)：覆膜農(nóng)田土壤中微塑料達(dá)20～1 560個(gè)·kg?1，包括聚乙烯薄膜、聚丙烯碎片和聚酯纖維類等[9]。土壤中微塑料來(lái)源復(fù)雜、積累量大。塑料地膜覆蓋是一種全球性農(nóng)業(yè)技術(shù)，它在保溫、保水、保肥及土壤改良中具有很好的效果[10]。HE等[11]調(diào)查發(fā)現(xiàn)：上海郊區(qū)20個(gè)菜地和農(nóng)田土壤中微塑料豐度分別為(78.00±12.91)和(62.50±12.97)個(gè)·kg?1，大多數(shù)微塑料為聚丙烯(50.51%)和聚乙烯(43.43%)，表明土壤微塑料污染主要來(lái)源于農(nóng)田地膜。近年來(lái)，全球的塑料薄膜覆蓋面積迅速增加，中國(guó)是使用塑料地膜的主要國(guó)家之一，2006年，中國(guó)的塑料地膜使用面積已占全球地膜覆蓋率的80%，每年近70萬(wàn)t低密度聚乙烯地膜投入使用[12]，但農(nóng)田地膜回收率卻不足60%[13]。對(duì)杭州灣周邊農(nóng)田土壤的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：設(shè)施農(nóng)田土壤中微塑料的平均豐度是一般農(nóng)田土壤的2倍以上[14]。除了農(nóng)用地膜殘留導(dǎo)致土壤微塑料污染外，污泥農(nóng)用、大氣沉降也是農(nóng)田土壤中微塑料的重要來(lái)源。污泥中含有大量的合成纖維微塑料，可達(dá)1 000～4 000個(gè)·kg?1[15]；根據(jù)中國(guó)污泥總產(chǎn)量，預(yù)計(jì)通過(guò)污泥進(jìn)入土壤的微塑料可達(dá) 1.56×1014個(gè)·a?1[16]。而大氣中微塑料的沉降通量可達(dá) 1.46×105個(gè)·m?2·a?1, 其中纖維類占 95%[17]。但微塑料進(jìn)入土壤后的生態(tài)效應(yīng)研究目前還相對(duì)較少[18]。本研究對(duì)微塑料相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理，綜合分析微塑料進(jìn)入土壤后對(duì)物理環(huán)境、土壤微生物或酶、土壤動(dòng)植物等的影響，探討微塑料污染對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的綜合效應(yīng)，并為系統(tǒng)開展土壤微塑料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出科學(xué)展望。

1 微塑料對(duì)土壤物理環(huán)境的影響

1.1 微塑料對(duì)土壤容重和持水性能的影響

微塑料在土壤中降解非常緩慢，可能達(dá)上百年之久[19]，并作為土壤的外來(lái)組分改變土壤物理特性[20]。通過(guò)向肥沃的砂土中添加微塑料后顯示：培養(yǎng)5周后，4種不同暴露量(最高達(dá)2%)的常見微塑料(聚丙烯纖維、聚酰胺微珠、聚酯纖維和聚乙烯碎片)均能顯著降低土壤容重，改變土壤結(jié)構(gòu)和水分動(dòng)態(tài)，并且聚酯纖維對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響最為明顯，隨著聚酯纖維含量的增加，土壤持水量也相應(yīng)增加[21]。與此類似，壤質(zhì)砂土中添加聚乙烯、對(duì)苯二甲酸聚酯、聚丙烯和聚苯乙烯等微塑料，土壤容重降低，但根際土壤容重、持水量均增加[3]。但ZHANG等[22]通過(guò)田間和盆栽試驗(yàn)均表明：添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的聚酯微纖維對(duì)土壤容重沒(méi)有明顯改變。因此，微塑料對(duì)土壤容重的影響可能與微塑料類型、豐度等多種因素有關(guān)，也與土壤本身的性質(zhì)以及是否種植植物有關(guān)。

微塑料進(jìn)入土壤后，通過(guò)改變土壤水分運(yùn)移影響土壤的持水性能。例如，土壤中添加1%暴露量的聚乙烯微塑料薄膜(2 mm)可顯著提高土壤水分蒸發(fā)速率，因而有可能加劇土壤水分短缺[23]。微塑料也可能對(duì)土壤孔隙度有直接影響。如聚酯微纖維顯著降低了土壤孔隙度＜30 μm的孔隙體積，而增加＞30 μm的孔隙體積，由于持水能力與小孔隙體積呈正相關(guān)，因此，超細(xì)聚酯纖維的進(jìn)入降低了土壤的持水能力[22]。

1.2 微塑料對(duì)土壤團(tuán)聚體組成的影響

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)體的重要組成部分，也是提供土壤生物生長(zhǎng)的重要物理?xiàng)l件。微塑料對(duì)土壤團(tuán)聚體組成的影響程度與微塑料類型、粒徑大小以及土壤中是否存在植物都有密切關(guān)系。一般土壤中，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的比例會(huì)隨著聚酰胺微珠、聚酯纖維和聚丙烯纖維含量增加而呈顯著降低趨勢(shì)[21]，但在根際區(qū)域，加入微塑料反而呈較高比例的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，這可能與微塑料和植物根系存在交互作用有關(guān)[3]。土壤中加入可生物降解聚乳酸、高密度聚乙烯和微塑料合成纖維等不同類型的微塑料，其水穩(wěn)性團(tuán)聚體及團(tuán)聚體的粒徑分布均有顯著改變，并進(jìn)而影響土壤的可侵蝕性[24]。微塑料對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響也可能是通過(guò)影響微生物生長(zhǎng)而間接作用的。有研究表明：土壤中添加暴露量為0.4%的聚丙烯酸纖維微塑料后，土壤腐生真菌的活性增加，從而促進(jìn)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成[25]。

2 微塑料與陸生動(dòng)物的相互作用及其生態(tài)效應(yīng)

2.1 土壤動(dòng)物影響下的微塑料轉(zhuǎn)運(yùn)與遷移

土壤動(dòng)物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，影響生物多樣性維持、凋落物分解、養(yǎng)分循環(huán)和能量轉(zhuǎn)移。微塑料與土壤動(dòng)物的相互作用，一方面會(huì)改變土壤孔隙度、有機(jī)物含量等；另一方面，土壤微塑料也可通過(guò)土壤動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)發(fā)生縱向遷移，使微塑料進(jìn)入深層土壤。如土壤中的蚯蚓Lumbricus terrestris暴露于一定暴露量的微塑料后，會(huì)產(chǎn)生更致密的蚯蚓洞穴，并將微塑料轉(zhuǎn)運(yùn)至洞穴中保存[26]。蚯蚓通過(guò)攝食、皮膚黏液的黏附等方式將微塑料從土壤表層搬運(yùn)至深層[27]。微型節(jié)肢動(dòng)物也會(huì)搬運(yùn)土壤中的微塑料，并且不同的微型節(jié)肢動(dòng)物對(duì)微塑料搬運(yùn)的距離顯著不同[28]。土壤表層的微塑料不僅可以通過(guò)節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)入到土壤孔隙，還參與地下食物網(wǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn)。ZHU等[29]研究表明：微型節(jié)肢動(dòng)物利用其體積小的特點(diǎn)，將土壤微塑料搬運(yùn)至土壤孔隙中，并進(jìn)一步在跳蟲Folsomia candida—螨Hypoaspis aculeifer的食物鏈中進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，利用這一食物鏈內(nèi)的捕食關(guān)系，可以使節(jié)肢動(dòng)物對(duì)土壤微塑料的搬運(yùn)量增加40%。此外，微生物也可以成為微塑料遷移的載體。如真菌菌絲可以作為微塑料在小范圍內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的載體[30]。當(dāng)微塑料進(jìn)入土壤孔隙或地下水時(shí)，它們就更容易遷移至更深層土壤，或與植物根系和其他生物發(fā)生相互作用[26]。

2.2 土壤動(dòng)物對(duì)微塑料的攝食

微塑料可被蚯蚓、蚜蟲Aphidoidea、線蟲Aschelminthes等土壤動(dòng)物攝食進(jìn)入體內(nèi)，并產(chǎn)生效應(yīng)。蚯蚓排泄物中發(fā)現(xiàn)微塑料的存在，表明微塑料可被蚯蚓攝入體內(nèi)[31]。土壤中的短纖維(12.00～2.87 mm)也可被土壤無(wú)脊椎動(dòng)物攝食，這也為微塑料通過(guò)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物攝食進(jìn)入陸地食物網(wǎng)提供了證據(jù)[32]。蚯蚓對(duì)微塑料的攝食有粒徑選擇性。研究發(fā)現(xiàn)：蚓糞中90%的聚乙烯微塑料粒徑小于50 μm，而攝入的聚乙烯顆粒有50%的粒徑大于50 μm，這表明小顆粒微塑料優(yōu)先被蚯蚓攝食[33]。CHEN等[34]研究也發(fā)現(xiàn)：蚯蚓糞中微塑料的粒徑分布與攝入時(shí)的微塑料粒徑相比有明顯變化，蚓糞中小粒徑的微塑料比例更高。土壤動(dòng)物攝入微塑料后，其生長(zhǎng)受到影響。如供試土壤中添加一定量的微塑料進(jìn)行蚯蚓培養(yǎng)時(shí)，蚯蚓的生物量降低，尤其受高密度聚乙烯微塑料暴露時(shí)，蚯蚓生物量下降最為嚴(yán)重[24]。當(dāng)聚乙烯微塑料(粒徑＜150 μm)的暴露量達(dá)到一定閾值時(shí)，蚯蚓的生長(zhǎng)速度和死亡率也受到顯著影響[33]。當(dāng)聚乙烯微塑料暴露量達(dá)0.1%時(shí)，跳蟲生長(zhǎng)和生殖會(huì)受到聚乙烯微塑料的抑制，當(dāng)暴露量上升至1.0%時(shí)，生殖率降低70.2%[35]。不同類型的微塑料對(duì)土壤動(dòng)物的影響也不同，土壤蠕蟲Lobella sokamensis在受尼龍微塑料暴露后繁殖率下降程度要比聚氯乙烯微塑料暴露更大[36]。除了生長(zhǎng)和繁殖受影響外，土壤動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)軌跡也可以作為微塑料暴露的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(8 mg·kg?1)聚苯乙烯微塑料暴露就會(huì)影響土壤跳蟲的運(yùn)動(dòng)軌跡[37]。此外，土壤中微塑料的“載體效應(yīng)”也可能使其富集農(nóng)田環(huán)境中的農(nóng)藥而影響蚯蚓等土壤動(dòng)物的生存[38]。

2.3 土壤動(dòng)物及其腸道微生物對(duì)微塑料暴露的效應(yīng)

土壤動(dòng)物對(duì)微塑料暴露呈現(xiàn)不同的應(yīng)激效應(yīng)。如大于1.0 g·kg?1的低密度聚乙烯微塑料暴露引起蚯蚓表面損傷、誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，并刺激神經(jīng)毒性反應(yīng)[34]。蚯蚓腸內(nèi)積累聚苯乙烯微塑料后，損傷蚯蚓腸細(xì)胞，并增加了谷胱甘肽水平，抑制超氧化物歧化酶活性[39]。高暴露量(20%)的聚乙烯(≤300 μm)或聚苯乙烯(≤250 μm)顆粒顯著增加了蚯蚓體內(nèi)過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶活性和脂質(zhì)過(guò)氧化水平，顯著抑制了超氧化物歧化酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性；且過(guò)氧化物酶活性隨微塑料暴露量的增加而增加，但其他酶活性在≤10%的暴露量下沒(méi)有顯著影響[31]。

腸道微生物對(duì)土壤動(dòng)物的健康、代謝和免疫具有關(guān)鍵作用，微塑料暴露會(huì)改變土壤動(dòng)物腸道微生物的組成[40]。跳蟲在暴露聚氯乙烯微塑料后，其新陳代謝和碳氮吸收受干擾，腸道微生物群落中細(xì)菌多樣性增加[41]。但也有研究表明：0.5%的聚乙烯微塑料暴露量會(huì)顯著降低跳蟲腸道細(xì)菌多樣性[35]。另一方面，土壤動(dòng)物的腸道微生物也可參與微塑料的降解。從廣州、泰安和深圳等地采集的粉蟲Tenebrio molitor均可以利用腸道微生物將聚苯乙烯、聚氯乙烯、低密度聚苯乙烯微塑料降解，并且不同地區(qū)的粉蟲由于其體內(nèi)腸道微生物的差異，對(duì)微塑料的代謝能力也不同[42]。

2.4 陸生動(dòng)物食物鏈中微塑料的積累與生態(tài)效應(yīng)

土壤中微塑料可能通過(guò)陸地生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈在不同動(dòng)物體中傳遞、積累并產(chǎn)生效應(yīng)[43]。土壤中微塑料可以在庫(kù)蚊Culex pipiens的幼蟲、蛹和成蟲中積累，積累量受到初始暴露量的顯著影響[44]；但幽蚊Chaoborus flavicans在微塑料暴露量較高時(shí)，依然能夠產(chǎn)卵[45]。LWANGA等[46]以墨西哥東南部的熱帶家庭花園為例，發(fā)現(xiàn)土壤、蚯蚓、雞Gallus gallus domesticus糞中的微塑料依次遞增，這表明微塑料可以在土壤—蚯蚓—雞這條食物鏈中傳遞、積累和放大。在上海某地收集的陸生死亡鳥類消化道中發(fā)現(xiàn)的微塑料粒徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這些鳥類的食物粒徑，由于鳥類的覓食行為具有多樣化，由此推測(cè)鳥類攝入微塑料可能是通過(guò)食物鏈傳遞的結(jié)果[47?48]。

微塑料在陸生動(dòng)物體內(nèi)的積累影響其生長(zhǎng)與繁殖。環(huán)境質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.71 g·kg?1)下對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料纖維可顯著減少蝸牛Achatina fulica取食和排泄，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低還原型谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和總抗氧化能力[49]。聚乙烯微塑料會(huì)影響小鼠腸道微生物的組成和多樣性，當(dāng)濃度達(dá)到一定水平時(shí)會(huì)引起小鼠小腸炎癥[50]。聚苯乙烯微塑料可在小鼠腸道內(nèi)積累，減少小鼠腸道黏液分泌，損害腸屏障功能，誘導(dǎo)小鼠腸道微生物區(qū)系失調(diào)和代謝紊亂[51]，并誘發(fā)肝臟脂質(zhì)紊亂[52]。聚苯乙烯微塑料對(duì)雄性小鼠生殖系統(tǒng)也有影響，導(dǎo)致精子數(shù)量、活力顯著下降，精子畸形率顯著提高和精子代謝相關(guān)的酶活性下降[53]。而母體小鼠在妊娠期和哺乳期暴露于聚苯乙烯微塑料下，微塑料可以導(dǎo)致母體腸道菌群紊亂和代謝失調(diào)，還有代際效益，對(duì)后代造成長(zhǎng)期代謝后果[54]。但也有研究表明：通過(guò)聚丙烯喂養(yǎng)鳥類，對(duì)鳥類的死亡率、發(fā)病率、生育能力等并沒(méi)有明顯影響，只發(fā)現(xiàn)雄性鳥類生殖囊腫頻率增加，雛鳥生長(zhǎng)和性成熟的輕微延遲等現(xiàn)象[55]。

3 微塑料對(duì)土壤酶活性和土壤微生物的影響

3.1 微塑料對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性代表微生物群落的總體活性和微生物攝取底物的有效性，而熒光素二乙酸酯酶(FDAse)代表整個(gè)微生物代謝活動(dòng)的活力，是土壤質(zhì)量短期變化的有效指標(biāo)[56]。例如，隨著塑料薄膜暴露量的增加，鄰苯二甲酸酯類含量增加，土壤微生物碳和氮含量、熒光素二乙酸酯酶和脫氫酶的活性，以及微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性顯著降低[57]，這與塑料釋放的鄰苯二甲酸酯類污染物有關(guān)，它可通過(guò)破壞細(xì)胞膜的流動(dòng)性影響土壤微生物活性、多樣性和代謝活性。有研究利用中國(guó)黃土為供試土壤，添加微塑料觀測(cè)土壤酶活性的變化，發(fā)現(xiàn)添加微塑料增強(qiáng)了熒光素二乙酸酯酶和酚氧化酶的活性[58]。低密度聚乙烯微塑料(2 000個(gè)·kg?1)碎片暴露后土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性顯著提高[59]。聚苯乙烯納米塑料暴露后土壤亮氨酸氨基肽酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和細(xì)胞水解酶的活性顯著降低[60]。通過(guò)在酸性土壤中添加暴露量為1%和5%低密度聚乙烯和聚氯乙烯微塑料研究發(fā)現(xiàn)：微塑料的添加顯著刺激了土壤脲酶和酸性磷酸酶活性，但降低了熒光素二乙酸酯酶活性。這些不同試驗(yàn)觀測(cè)到的微塑料暴露對(duì)土壤酶活性影響的差異可能與土壤性質(zhì)和微塑料種類及其暴露量都有關(guān)系[61]。

3.2 微塑料對(duì)微生物群落的影響

土壤微塑料對(duì)微生物群落的豐富度和多樣性受土壤類型、微塑料類型、暴露量等因素影響。低密度聚乙烯微塑料碎片(2 000個(gè)·kg?1)暴露對(duì)土壤中微生物α多樣性(豐富度、均勻度和多樣性)沒(méi)有明顯影響；但微塑料碎片上微生物的多樣性指數(shù)明顯低于對(duì)照和微塑料添加土壤；同時(shí)在微塑性碎片上形成了一個(gè)與供試土壤明顯不同的微生物區(qū)系，表現(xiàn)在放線菌顯著富集，包括塑料降解細(xì)菌和病原體更加豐富[59]。土壤中添加5%的聚乙烯微塑料后，放線菌取代蛋白質(zhì)細(xì)菌成為微塑料暴露土壤中的優(yōu)勢(shì)門，表明微塑料對(duì)微生物具有選擇作用，改變微生物群落的多樣性和豐富度[62]。研究發(fā)現(xiàn)：1%和5%的低密度聚乙烯和5%的聚氯乙烯顯著降低了細(xì)菌群落豐富度和多樣性，但顯著增加了β-變形菌，其中包括與土壤固氮密切相關(guān)的伯克氏菌科Burkholderiaceae，這表明微塑料可能影響土壤中的氮素循環(huán)[9, 61]。微塑料與微生物群落組成的相互影響可能對(duì)微生物參與的地球生物化學(xué)循環(huán)存在潛在影響，其中微生物異化鐵還原是最早具有全球意義的微生物呼吸過(guò)程之一。金屬假單胞菌Geobacter metallireducens GS15是一種異化鐵還原菌，是生物地球化學(xué)鐵循環(huán)關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，研究發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯微塑料對(duì)GS15以不溶性鐵水化合物為末端電子受體鐵循環(huán)過(guò)程表現(xiàn)出潛在的抑制作用。聚對(duì)苯二甲酸丁二酯微塑料和聚氯乙烯均能延遲GS15的電活性[63]。同時(shí)，微塑料也是環(huán)境微生物的新型棲息地，也被稱為“塑料圈”[64?65]。微塑料表面定殖的微生物群落與周圍土壤中、植物凋落物中的微生物群落具有顯著差異，富集了一些具有降解塑料聚合物的微生物種群，如酸桿菌門Acidobacteria、綠彎菌門Chloroflexi、芽單胞菌門Gemmatimonadetes和擬桿菌門Bacteroidetes等[66]。

4 植物對(duì)微塑料的吸收與效應(yīng)

4.1 植物對(duì)微塑料的吸收

目前關(guān)于植物吸收微塑料的相關(guān)研究極其缺乏。通過(guò)水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：小麥Triticum aestivum種子在萌發(fā)時(shí)會(huì)吸收納米聚苯乙烯(100 nm)塑料小球并傳輸?shù)礁縖67]，也可以在蠶豆Vicia faba根部積累，并可能阻斷細(xì)胞連接或細(xì)胞壁孔運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[68]。通過(guò)土培試驗(yàn)也可發(fā)現(xiàn)：綠豆Vigna radiata可以吸收納米塑料聚苯乙烯，并積累在葉片中[69]。對(duì)于更大粒徑的亞微米級(jí)和微米級(jí)微塑料的植物吸收，目前的相關(guān)報(bào)道更少。李連禎等[70]利用熒光標(biāo)記和掃描電鏡觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)水培試驗(yàn)中的粒徑為0.2 μm的聚苯乙烯微塑料小球不僅可在生菜Lactuca sativa var. ramosa根部大量富集, 并可被進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)至莖葉等可食部位積累。最近，又通過(guò)土培試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)：粒徑為0.2和2.0 μm的聚苯乙烯塑料小球可以通過(guò)小麥和生菜側(cè)根位置的裂隙進(jìn)入植物體內(nèi)部，并隨蒸騰作用從根部轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部[71]。

4.2 微塑料對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

微塑料對(duì)植物生長(zhǎng)的影響既有抑制也有促進(jìn)作用。有研究把6種常見微塑料加入土壤混合進(jìn)行洋蔥Allium fistulosum培養(yǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：微塑料添加對(duì)洋蔥的葉片性狀、總生物量、元素組成、根系性狀等均有顯著影響[3]。添加1%的微塑料對(duì)小麥的地上部分和地下部分生長(zhǎng)均有影響，并且可生物降解的微塑料比低密度聚乙烯微塑料表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制效果[72]。纖維或可生物降解的聚乳酸微塑料會(huì)抑制黑麥草Lolium multiflorum種子的發(fā)芽率，聚乳酸微塑料還會(huì)導(dǎo)致芽長(zhǎng)降低。但與聚乳酸微塑料的影響不同，高密度聚乙烯卻發(fā)現(xiàn)能增加根系生物量[24]。此外也發(fā)現(xiàn)地膜殘留物會(huì)長(zhǎng)期影響陸地棉Gossypium hirsutum產(chǎn)量[73]。微塑料對(duì)植物生長(zhǎng)的影響也表現(xiàn)在一些植物生理指標(biāo)上。如阻礙生菜的光合作用、干擾其抗氧化防御系統(tǒng)等[74]。蠶豆在10～100 mg·L?1的聚苯乙烯微塑料暴露下，過(guò)氧化氫酶活性降低，超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性顯著升高，表現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)；當(dāng)微塑料粒徑減小至納米級(jí)時(shí)，進(jìn)一步表現(xiàn)出遺傳毒性和氧化損傷毒性[68]。

微塑料對(duì)植物的促進(jìn)作用最近也有報(bào)道。如添加0.4%的聚酯纖維微塑料增加了植物群落根、莖的質(zhì)量，提高植物群落的生物量，可能是土壤中的微塑料降低了土壤容重，增加了土壤大孔隙比例，改善了土壤通氣性和滲透性，從而改善了植物生長(zhǎng)環(huán)境[75]。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)：不同種類植物生長(zhǎng)受微塑料的影響不同，最終會(huì)體現(xiàn)在植物群落結(jié)構(gòu)組成上的差異，減少植物群落的多樣性[75]。

4.3 植物根際環(huán)境中的微塑料效應(yīng)

植物根際環(huán)境中微塑料污染的效應(yīng)研究非常有限。微塑料對(duì)根際環(huán)境的效應(yīng)是土壤物理化學(xué)性質(zhì)、根系分泌物與根際微生物之間相互作用的結(jié)果[76]。植物根系也是微塑料向土壤內(nèi)部遷移的動(dòng)力之一，因此，微塑料可能在根際環(huán)境中富集并對(duì)根際環(huán)境產(chǎn)生影響[30]。當(dāng)小麥根系暴露在1%低密度聚乙烯微塑料時(shí)，根際的細(xì)菌群落與對(duì)照相比有顯著差異，說(shuō)明土壤中微塑料污染對(duì)小麥根際環(huán)境中細(xì)菌群落的組成有顯著影響[77]。微塑料與一般的化學(xué)污染物質(zhì)不同，它是一種物理顆粒，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)可能是通過(guò)影響土壤物理化學(xué)性質(zhì)[77]、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[58, 78?79]、污染物質(zhì)釋放[80]等，并進(jìn)而影響土壤微生物組成與功能多樣性等綜合作用的結(jié)果。

5 研究展望

土壤微塑料污染的生態(tài)效應(yīng)研究才剛起步，相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累少，還無(wú)法認(rèn)識(shí)微塑料對(duì)不同生物體的效應(yīng)機(jī)制。目前的研究存在如下問(wèn)題：①相關(guān)研究中還存在暴露量與實(shí)際環(huán)境濃度相差較大、劑量-效應(yīng)關(guān)系不確定、供試土壤性質(zhì)單一等突出問(wèn)題；②微塑料的生態(tài)效應(yīng)不僅受暴露量的影響，也受到其粒徑大小、形狀、聚合物類型等因素共同作用，目前許多研究?jī)H僅考慮暴露量的效應(yīng)而忽視了其他性質(zhì)的作用，導(dǎo)致研究結(jié)果之間缺乏可比性；③微塑料含有多種添加劑，并會(huì)在土壤中富集農(nóng)藥、抗生素、抗性基因等污染物質(zhì)，在一定條件下，這些添加劑和污染物質(zhì)會(huì)重新釋放到土壤或生物體中，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)。因此，開展土壤微塑料污染的生態(tài)效應(yīng)研究，必須在認(rèn)識(shí)環(huán)境微塑料的粒徑、化學(xué)、結(jié)構(gòu)、表面等基本特性基礎(chǔ)上，圍繞土壤生態(tài)安全相關(guān)的生物受體，從多學(xué)科角度開展系統(tǒng)研究，具體包括以下幾個(gè)方面：①加強(qiáng)土壤微塑料污染生態(tài)效應(yīng)方法學(xué)的研究，篩選模式生物與敏感的生物標(biāo)志物，探究環(huán)境暴露劑量下，不同性質(zhì)微塑料的生物作用機(jī)制與效應(yīng)，建立土壤微塑料污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系；②加強(qiáng)土壤微塑料及其負(fù)載污染物對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)鍵功能微生物的影響研究，闡明土壤微塑料與養(yǎng)分元素、重金屬、有機(jī)污染物之間相互作用的微生物學(xué)機(jī)制；③加強(qiáng)研究土壤微塑料及其負(fù)載污染物質(zhì)的植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及在植物體內(nèi)的積累機(jī)制，探討植物根際環(huán)境中微塑料與根系分泌物、微生物、養(yǎng)分元素之間的相互作用機(jī)制，明確土壤微塑料污染的植物反饋機(jī)制；④加強(qiáng)微塑料及其負(fù)載污染物在地下食物網(wǎng)系統(tǒng)的傳遞、積累機(jī)制研究，探明微塑料及其負(fù)載污染物在不同營(yíng)養(yǎng)層生物間的傳遞、轉(zhuǎn)化與生物富集過(guò)程，揭示土壤微塑料污染的地下—地上生物聯(lián)動(dòng)效應(yīng)及其機(jī)制；⑤加強(qiáng)土壤“塑料圈”研究，探究不同類型土壤生態(tài)系統(tǒng)條件下微塑料表面生物膜和微生物組成與功能特征，及其對(duì)土壤中微塑料降解、污染物和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的作用機(jī)制。