土壤中微塑料的污染防治綜述

趙起越，夏 夜，沈秀娥

（北京市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，北京 100048）

自20世紀初以來，塑料的開發(fā)應(yīng)用使材料行業(yè)、基礎(chǔ)資源及人們的日常生活發(fā)生了巨大變化，全球每年生產(chǎn)塑料3億t以上，我國2017年產(chǎn)量就超過7500萬t［1-3］。由于塑料產(chǎn)品復(fù)用率低，隨著產(chǎn)量的增長，塑料垃圾的產(chǎn)生量快速增加。據(jù)統(tǒng)計，塑料垃圾占所有固體廢物的85%，其中50%由一次性塑料制品產(chǎn)生［4］。塑料不溶于水，耐腐蝕，但降解周期長，回收成本較高，所以大部分廢塑料被填埋或隨意丟棄。廢棄塑料在自然環(huán)境中經(jīng)紫外線照射、機械磨損或生物降解，體積逐漸變小，比表面積逐漸增大。國際上規(guī)定粒徑小于5 mm的塑料為微塑料。由于體積小，比表面積大，微塑料對污染物吸附能力很強，也容易被動物誤食，進入食物鏈，引發(fā)嚴重的人體健康問題，近些年，微塑料污染受到國際社會越來越多的關(guān)注［5-8］。目前，對水體中的微塑料研究較多［9-10］，對陸地、土壤中的微塑料污染關(guān)注較少，相關(guān)研究表明：水體中的微塑料大部分來源于陸地塑料垃圾，土壤中的塑料垃圾比海洋中多幾倍至幾十倍，由此產(chǎn)生的微塑料污染可達40萬t［11-12］。

土壤中的微塑料會改變土壤的理化性質(zhì)及物質(zhì)循環(huán)，如改變土壤對氮、磷等的吸收，使土壤的結(jié)構(gòu)和容量發(fā)生變化，從而影響動、植物的生長發(fā)育及土壤生物多樣性，對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的負面影響。由于基體比較復(fù)雜，土壤中微塑料的采樣、分析難度較大，現(xiàn)有的水體及底泥的分析方法及評價模式也不適合土壤，導(dǎo)致現(xiàn)在土壤中微塑料的研究報道很少，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)幾乎空白［13-14］。

近期，陸地塑料垃圾的污染問題得到國際社會的重視，我國于2008年頒布了《限塑令》，10年后，又禁止國外進口除再生聚酯之外的一切塑料，對廢塑料的管控力度逐漸加大［15-17］，土壤中微塑料的污染防治工作將成為生態(tài)環(huán)境保護的熱點。我們參考了最新國內(nèi)外技術(shù)及法規(guī)文獻，從土壤中微塑料的來源、毒性、檢測手段和防控措施方面進行了綜述，對近期需要優(yōu)先開展的工作進行細化梳理，以期對管理部門進行土壤中微塑料的管控工作提供技術(shù)支持。

1 微塑料的來源及土壤微塑料的檢測方法

1.1 土壤中微塑料的來源

農(nóng)用地土壤污染與人體健康關(guān)系密切，因此其微塑料污染的關(guān)注度相對較高，如美國、歐洲及澳大利亞等地區(qū)，把土地的塑料負荷作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)風險管控不可或缺的要素［18］。污水處理廠的底泥通?？梢宰鳛橥寥婪柿希芯勘砻鳎菏姓鬯幚韽S對污水中微塑料的處理能力達90%以上，而去除的微塑料均進入到污水廠底泥中，在施肥時隨著污泥進入土壤［19-21］。以這種方式引入土壤的微塑料歐洲每年有6.3萬～43萬t，北美有4.4萬～30萬t［11，18］。

農(nóng)膜可以保持土地溫度、控制雜草生長、減少水分蒸發(fā)并改良作物性能，農(nóng)膜材質(zhì)以聚乙烯及聚氯乙烯為主，厚度在6～20 μm之間，由于環(huán)保意識淡漠，作物生長周期結(jié)束后，田地里會遺留許多廢舊的農(nóng)膜，它們大小和深淺位置不一，難以降解，成為農(nóng)用地土壤微塑料污染的重要來源。我國、日本和韓國農(nóng)業(yè)覆膜使用較多，而隨著覆膜栽培技術(shù)的推廣，全球農(nóng)膜的使用量與日俱增，據(jù)報道我國自2006年至2015年，農(nóng)膜的使用量由185萬t增至260萬t［22-23］，因此，廢棄農(nóng)膜產(chǎn)生的微塑料污染也越來越嚴重。

另外，有機肥的施用也會帶來微塑料污染。研究表明：市政固體廢物、人畜排泄物等均含有塑料或微塑料，在堆肥生產(chǎn)中經(jīng)降解、磨損、混合，最終隨施肥進入土壤。21世紀初，人們就在施用的有機肥中發(fā)現(xiàn)了不同粒徑的塑料，包括聚乙烯、塑料纖維、聚苯乙烯泡沫等，占總重量的5%左右。世界各地對有機肥的質(zhì)量和用量有不同的規(guī)定，比如澳大利亞肥料中塑料的重量比為0.5%，等同于一公頃農(nóng)田中含有5 t塑料［24］。我國有機肥年產(chǎn)量2500萬t，施用量2200萬t，因此有機肥施用造成土壤中的微塑料污染會更加嚴重［25］。

除此以外，灌溉也是農(nóng)田土壤微塑料的來源之一，據(jù)統(tǒng)計，全球灌溉面積達270 hm2，不管使用市政污水灌溉，還是使用地表水（河、湖等）、地下水灌溉，其水體中的微塑料均會隨之進入土壤。不同水體的微塑料含量差異很大［23-27］，污水及地表水大部分均有檢出微塑料，地下水也有被污染的趨勢，有的水體濃度很高，比如，我國長江口灌溉水中微塑料最高達到6.6×103個/m3，太湖水中微塑料豐度為3.4×103～25.8×103個/m3［28-29］。

塑料生產(chǎn)使用或市政、工業(yè)垃圾填埋場也會造成土壤中的微塑料污染。塑料生產(chǎn)或使用中，有時出現(xiàn)道路遺灑、廢品處理不當?shù)榷紩?dǎo)致附近土壤被微塑料污染［30］。市政垃圾填埋場的塑料垃圾，如衣服上的纖維、個人護理品中的玻璃微球、塑料包裝物等均含有塑料或微塑料。大多數(shù)填埋場的使用壽命是幾十年，而塑料完全降解需要上百年，因此，廢塑料不適合使用填埋方式進行處理［31］。然而，出于種種原因，塑料產(chǎn)品的填埋處理現(xiàn)在還沒有廢止，有時塑料垃圾填埋量還超過設(shè)計負荷；更有甚者，有些地區(qū)因監(jiān)管不利，塑料垃圾隨意丟棄現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致大量廢塑料被丟棄在荒野空地，造成嚴重的土壤微塑料污染［32］。

除此以外，道路上輪胎摩擦、建筑空地防塵網(wǎng)的覆蓋等都會帶來土壤的微塑料污染。大氣顆粒物的長距離傳輸及沉降也是土壤微塑料污染的來源之一［33-35］。

土壤中的微塑料分為初級微塑料和次級微塑料，在土壤中兩者很難分清。初級微塑料是直接排入土壤的微塑料，如上述污水廠污泥帶入的微塑料；次級微塑料是經(jīng)初級微塑料分解形成的，如一些廢棄塑料經(jīng)光照、磨損、動物消化等變成微塑料進入土壤。

1.2 土壤中微塑料的檢測

目前，環(huán)境基體中微塑料的檢測以水體為主，有關(guān)海洋、底泥和海洋動物中的微塑料分析報道很多，但土壤中的微塑料報道很少。土壤中的微塑料采集沒有標準，文獻中報道的采樣方法多種多樣，數(shù)據(jù)結(jié)果可比性不高［36］。采集到的土壤樣品必須先經(jīng)過分離才能進行檢測。分離方法有密度浮選、篩分、加壓溶劑萃取、酸堿消解法等，土壤基體復(fù)雜，含有大量有機質(zhì)、有機纖維、砂石、黏土等，其中有些物質(zhì)與微塑料的密度相當，使用密度萃取法不能進行較好的分離；使用酸、堿溶液消解法雖然可去除有機質(zhì)干擾，但有時也會將微塑料消除；加速溶劑萃取法會破壞微塑料的形態(tài)，使后續(xù)溯源工作難度增加。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)實際情況選擇分離方法，同時對方法中的所有參數(shù)進行優(yōu)化，確定獲得最佳分析結(jié)果后才可以使用［37-39］。

分離后的微塑料使用顯微鏡或電鏡識別尺寸和形狀，使用傅里葉變換紅外光譜或拉曼光譜進行化學結(jié)構(gòu)的定性定量分析，另外，熱解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用或熱解析-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)也有應(yīng)用。在這些方法中，傅里葉紅外光譜法可以通過特征光譜的指紋范圍，識別微塑料的種類，應(yīng)用較多，但納米級的微塑料不能使用紅外光譜檢測；熱解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)誤判率較高，且無法得到微塑料的粒徑分布及顆粒數(shù)量的信息；目視法靈敏度較低；電鏡法可能存在電荷效應(yīng)產(chǎn)生誤差等。因此土壤中微塑料使用的檢測方法也需根據(jù)實際情況進行篩選［40-43］。

2 微塑料對土壤生物的毒性效應(yīng)

微塑料的生物毒性早有研究，但大多數(shù)集中在海洋及河湖水體［44-45］，有關(guān)土壤中微塑料的生物毒性研究很少，微塑料的毒性分成如下兩部分。

2.1 微塑料本身的毒性

微塑料體積較小，易被動物誤食，對其腸道組織造成物理損傷，嚴重的會阻塞消化道，降低動物的攝食率，影響生長發(fā)育；納米級的微塑料會進入植物體，遮擋陽光，影響植物對水分和養(yǎng)分的運輸，不僅對其生長發(fā)育產(chǎn)生影響，還會對人類健康構(gòu)成威脅［46-52］。研究表明：微（納米）級的微塑料易于在生物體和細胞內(nèi)積累，引起生物代謝紊亂和局部發(fā)炎，造成細胞核分子層面的毒性［53］。

另外，微塑料中含有增塑劑、添加劑、阻燃劑等，如鄰苯二甲酸酯類、雙酚A等內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，一旦動物攝食了微塑料，這些物質(zhì)會釋放出來，使動物的器官和組織發(fā)生化學損傷，對神經(jīng)系統(tǒng)及生殖發(fā)育等都會產(chǎn)生不良影響［54-56］。類似的效應(yīng)也體現(xiàn)在土壤植物上，研究表明：農(nóng)田中的殘留農(nóng)膜會抑制小麥種子的萌發(fā)，并影響幼芽的生長發(fā)育［50-52］。

2.2 微塑料與其它物質(zhì)的聯(lián)合作用

微塑料粒徑小，比表面積很大，在形成過程中表面通常帶有缺損，極易吸附其它物質(zhì)，如重金屬、持久性有機污染物及其它有毒物質(zhì)，并在表面進行富集。重金屬、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥、抗生素等物質(zhì)都是已知的致死、致畸、致突變毒性化合物，它們與微塑料結(jié)合后，通過協(xié)同作用產(chǎn)生聯(lián)合毒性，對生物體的傷害更大［57-59］。微塑料進入生物體后將吸附的有毒物質(zhì)釋放出來，引起生物分子學、組織學、細胞學以及行為學等的改變，使土壤微生物群落活性降低，繁殖發(fā)育受到影響，甚至造成DNA損傷，產(chǎn)生癌變，有的可直接導(dǎo)致生物體死亡［60-61］。除此以外，微塑料上的生物膜可以為細菌和一些致病菌提供繁殖場所，通過食物鏈等途徑增加生物和人類的曝露風險［62-63］。

3 土壤中微塑料的防治對策

土壤中微塑料數(shù)量大，降解時間長，危害大，修復(fù)困難，因此，土壤中微塑料的污染防治宜采取源頭控制為主的對策。2015年至2018年期間，許多國家紛紛頒布法律法規(guī)限制和禁止不可降解塑料的生產(chǎn)，如美國2015年頒布的《無微珠水域法案》中規(guī)定至2017年7月1日起，禁止在美國境內(nèi)生產(chǎn)和銷售添加了塑料微珠的清潔類化妝品。英國承諾在2042年前消除所有可避免的塑料垃圾。我國也在2008年實施了《限塑令》，明確規(guī)定在全國范圍內(nèi)不得生產(chǎn)、銷售使用厚度小于0.025 mm的塑料袋。2018年，隨著電子商務(wù)快遞的發(fā)展，我國發(fā)布了《快遞封裝用品》系列國家標準，要求快遞包裝袋采用生物降解塑料，避免過度包裝［15-17］。

其次，對塑料垃圾進行妥善處置，完善塑料垃圾的管理。比如禁止塑料垃圾的隨意丟棄，逐漸減少塑料垃圾的填埋量，鼓勵廢塑料的回收利用?，F(xiàn)在廢塑料回收的工藝逐漸成熟，許多方案設(shè)備簡單，經(jīng)濟實用，但在一些落后國家或地區(qū)，塑料回收還只停滯在科研階段，沒有進一步形成有資金鏈保證的長期穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)模式。為了順應(yīng)全球“減塑、限塑，甚至禁塑”的趨勢，突破廢塑料管控的瓶頸，行政部門應(yīng)按照法律法規(guī)要求，使用經(jīng)濟手段，結(jié)合市場機制，促進塑料垃圾的減量化工作。如提高塑料的使用成本，要求塑料制品貼上耐久度及回收率標簽，規(guī)范塑料回收技術(shù)，對于進行廢塑料回收的項目優(yōu)先審批，發(fā)放補助等。另外，大力支持可降解塑料的研發(fā)工作，鼓勵使用環(huán)境友好的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料。對于使用可降解材料的企業(yè)實行優(yōu)惠政策，減稅補貼，引導(dǎo)廠商減少塑料的產(chǎn)量［64-65］。

除此以外，還應(yīng)開發(fā)受污染土壤的修復(fù)技術(shù)，并提升公眾對微塑料污染的防范意識，形成全社會減少消費塑料制品的風氣，促進塑料制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 土壤微塑料污染防治應(yīng)優(yōu)先開展的工作

4.1 建立并規(guī)范土壤中微塑料的采樣分析方法

水體和底泥由于基體與土壤不同，其分析方法不能完全適用于土壤中微塑料的分析。土壤基體復(fù)雜，其中微塑料的測定涉及豐度、粒徑、種類判定等方面。建立統(tǒng)一規(guī)范的土壤中微塑料采樣分析方法是摸清土壤微塑料污染底數(shù)的基礎(chǔ)，也是進行風險評估，完善法律法規(guī)的依據(jù)。該方法體系必須統(tǒng)一、規(guī)范，并可以與水體和大氣中微塑料的分析接軌，以便于各種環(huán)境基體的數(shù)據(jù)比較，進行溯源研究。

4.2 開展土壤中微塑料的生物毒性研究

現(xiàn)在的生物毒性研究大多處于實驗室實驗階段，實驗物種少，污染劑量高，研究時間短，以后的毒性研究應(yīng)在實際土壤環(huán)境中進行，增加長期效應(yīng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合基因組學、代謝組學等分子生物學技術(shù)，研究土壤中微塑料的生物毒性機理及對整個土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，提出土壤環(huán)境中微塑料殘留的參考標準。

4.3 進行土壤微塑料在食物鏈中傳遞的研究

塑料中攜帶很多有機和無機污染物、致病菌等，通過土壤動物或植物進入食物鏈，最終可能被人類攝取。研究微塑料及其攜帶污染物在食物鏈中的傳遞規(guī)律，探明人類對其的暴露途徑，為以后制定相應(yīng)標準閾值、保護人體健康和生命安全奠定基礎(chǔ)。

4.4 完善法律法規(guī)

現(xiàn)有的土壤微塑料管控方面的法律法規(guī)不能滿足微塑料污染防治的要求，應(yīng)盡快建立健全法律法規(guī)，強化法律的可執(zhí)行性及時效性，尤其側(cè)重廢塑料的管理，大力推廣廢塑料回收再生技術(shù)，搞活市場，加大公眾參與力度，促進塑料產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。

4.5 開發(fā)土壤修復(fù)技術(shù)

世界上大量的土地已經(jīng)被微塑料污染，在減少塑料產(chǎn)量的同時，還要研發(fā)新型的土地修復(fù)技術(shù)，讓被污染的土地得以恢復(fù)，徹底阻斷微塑料對地下水的污染通道，保護飲用水源的安全。

研究發(fā)現(xiàn)：陸地土壤中的微塑料是環(huán)境介質(zhì)中微塑料污染的重要來源，土壤中的微塑料不僅通過對生物的不利影響破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，還可通過食物鏈傳遞，對人體健康構(gòu)成威脅［66］。土壤中的微塑料污染是持久性的，而人們對此的認知卻非常有限，檢測方法也不夠成熟，污染防控措施基本空白。我國作為發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，土壤中微塑料的污染非常嚴重。目前，急需著手進行土壤中微塑料的調(diào)查研究，開發(fā)實用的采樣分析方法，實施有效的污染防治措施，如源頭控制、市場調(diào)節(jié)、經(jīng)濟補償?shù)?，以促進綠色循環(huán)的塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，削減微塑料對土壤的污染，為全球生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。