微塑料對(duì)土壤環(huán)境的污染及生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展

李玉婷，張 亮

（南京師范大學(xué)泰州學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇泰州 225300）

隨著工業(yè)水平的提高，塑料因其快捷方便而被越來(lái)越多的國(guó)家使用，但與此同時(shí)，塑料穩(wěn)定性好、難降解的特性使其在環(huán)境中長(zhǎng)期殘留，并深入地表。隨著遷移、風(fēng)化等物理化學(xué)活動(dòng)，塑料會(huì)被“割裂瓜分”地越來(lái)越細(xì)微，粒徑在5 μm 以下的塑料顆粒被稱為微塑料，通常以碎片等形式廣泛存在于環(huán)境中［1-2］。另外，將直接排入水環(huán)境的塑料顆粒稱為初生微塑料，而經(jīng)過(guò)物理化學(xué)過(guò)程裂解成更小顆粒的則稱為次生微塑料［3］。微塑料由于直徑的微小，遷移更加容易，污染無(wú)處不在，湖泊、海洋、陸地等生態(tài)系統(tǒng)均存在大量微塑料，甚至人體也會(huì)由于食物鏈的層層流轉(zhuǎn)而出現(xiàn)微塑料。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于微塑料對(duì)環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的研究，主要集中在微塑料對(duì)海洋環(huán)境及生物的影響，而關(guān)于微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的研究較少，在微塑料對(duì)土壤微生物影響方面的研究更是未見報(bào)道?；诖?，對(duì)土壤微塑料的來(lái)源，微塑料對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤動(dòng)物、土壤微生物的影響進(jìn)行總結(jié)，以期為土壤微塑料的污染防治和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

1 土壤中微塑料的主要來(lái)源

1.1 地膜的廣泛使用

地膜是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于覆蓋地表的一種塑料薄膜，覆蓋地膜是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施之一，其因操作簡(jiǎn)便、成本低廉而被農(nóng)民廣泛使用。地膜覆蓋在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如蔬菜種植、瓜果栽種中發(fā)揮了重要作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年我國(guó)農(nóng)用塑料薄膜使用量達(dá)260.36 萬(wàn)噸，其中地膜使用量為145.5 萬(wàn)噸，地膜覆蓋面積達(dá)到1 833 萬(wàn)公頃，但農(nóng)田地膜回收率卻不到60%。大量的地膜使用，導(dǎo)致地膜的主要組分——塑料的殘留，地膜塑料在紫外輻射、沉積、侵蝕、風(fēng)化等作用下［4］，在土壤表面積累了大量微塑料，后經(jīng)動(dòng)物攝入、雨水沖刷、農(nóng)業(yè)灌溉等途徑，進(jìn)入土壤深層從而影響土壤內(nèi)微生物的生長(zhǎng)存活以及土壤內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.2 污水灌溉

隨著水資源的日漸匱乏，尤其是在一些缺水國(guó)家，直接或間接使用污水灌溉農(nóng)田的情況也逐漸增多。生活中，廚余洗潔污水、衣物洗滌劑等是污水的主要來(lái)源，研究發(fā)現(xiàn)，市面上流通的洗護(hù)用品，如洗面奶、沐浴露等商品中都檢測(cè)到以聚乙烯（PE）為主的微塑料。此外，地表水中也存在大量微塑料。由此可見，無(wú)論是未經(jīng)處理的生活污水，還是地表水的灌溉，都不可避免地?fù)诫s了“隱形的微塑料”，這些均是土壤微塑料的主要來(lái)源。

1.3 污泥堆肥

生活生產(chǎn)中的污水大多含有微塑料，需凈化后使用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)污水處理設(shè)施處理后，微塑料濃度含量有所下降，但被去除的微塑料實(shí)際上并未被降解消失，而是附著殘留在污泥中。城市污水處理廠污泥的組成中氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較多，常被用于堆肥工藝來(lái)增加土壤肥力，因此在污水處理中未降解的微塑料就會(huì)隨著污泥堆肥的廣泛運(yùn)用，在土壤中不斷積累。

1.4 塑料的大量使用

無(wú)論是在人們?nèi)粘Ｉ钸€是工廠工業(yè)生產(chǎn)中，塑料的使用幾乎隨處可見。塑料是一種聚合物材料，主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等種類。由于耐用、成本低、持久性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用在生產(chǎn)生活中，大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2018 年全球塑料產(chǎn)量高達(dá)3.59 億噸，同期我國(guó)產(chǎn)量達(dá)到1.08 億噸，而全球塑料回收率僅約35%，意味著全球約有2.33 億噸塑料未被回收，散落在世界各角落，經(jīng)外力環(huán)境等作用在土壤中大量沉積。

2 微塑料對(duì)土壤環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)

2.1 微塑料對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

微塑料通過(guò)地膜、污水污泥處理、大氣沉降等方式在土壤中大量積累，微塑料的主要成分如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等都是難降解有機(jī)成分。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)重金屬、有機(jī)污染物等在土壤中含量有所上升，微塑料具有吸附作用，會(huì)吸附重金屬等污染物從而對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生影響。研究表明，微塑料不僅會(huì)吸附重金屬等污染物，從而影響其釋放，還會(huì)因與土壤官能團(tuán)的結(jié)合，而影響自身對(duì)重金屬的吸附。因此，微塑料一旦進(jìn)入土壤，會(huì)因其吸附性作為重金屬等復(fù)雜物質(zhì)的載體，可能會(huì)破壞原有土壤理化性質(zhì)的穩(wěn)定，對(duì)土壤生態(tài)造成損害。

2.2 微塑料對(duì)土壤動(dòng)物的影響

微塑料對(duì)土壤動(dòng)物的影響，主要通過(guò)攝食途徑。此前關(guān)于微塑料對(duì)土壤動(dòng)物影響的研究大多以蚯蚓為對(duì)象，蚯蚓可以穿梭在土壤表面和內(nèi)部，隨著微塑料在土壤中的沉積，蚯蚓極易在攝食過(guò)程中攝入大量微塑料，并將微塑料運(yùn)輸至土壤深層。Rillig 等研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的攝食及運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)微塑料在土壤內(nèi)部的遷移，并且微塑料徑粒越小，遷移越容易［5］。此外，微塑料在蚯蚓體內(nèi)的蓄積不僅會(huì)影響其生長(zhǎng)、存活情況，對(duì)自身造成腸道損傷，還會(huì)因?yàn)槭澄锞W(wǎng)的流轉(zhuǎn)影響其他土壤動(dòng)物。除蚯蚓外，線蟲、跳蟲等動(dòng)物也能夠食取微塑料。

以蚯蚓研究為例，土壤動(dòng)物攝入微塑料后，既會(huì)排泄到周圍環(huán)境中，擴(kuò)大微塑料侵染范圍，也會(huì)有部分保存體內(nèi)從而影響個(gè)體生長(zhǎng)、繁殖及多樣性。由于微塑料徑粒微小，比其他物質(zhì)更易留存腸道內(nèi)，甚至可以穿過(guò)腸道壁進(jìn)入其他組織，動(dòng)物攝入微塑料后會(huì)對(duì)其機(jī)體器官、免疫細(xì)胞等造成損害。

2.3 微塑料對(duì)土壤微生物的影響

研究微塑料對(duì)土壤微生物的影響時(shí)，可借助其對(duì)水域動(dòng)物、土壤動(dòng)物影響的相關(guān)研究。Lee 等發(fā)現(xiàn)，不同濃度顆粒微塑料對(duì)海洋橈腳類動(dòng)物會(huì)激發(fā)不同產(chǎn)卵反應(yīng)，其中徑粒為0.5μm 和6μm 所有濃度下的PS 均可使海洋橈腳類動(dòng)物產(chǎn)卵量顯著下降［6］；Huerta Lwanga 等研究不同濃度微塑料對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)率的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)在高濃度聚乙烯環(huán)境下，對(duì)其死亡率和生長(zhǎng)率均產(chǎn)生不良影響［7］；Cao 等在對(duì)蚯蚓的研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度微塑料對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)豐度影響很小，而高濃度微塑料能顯著抑制其生長(zhǎng)。由此可見不同直徑、不同濃度的微塑料均會(huì)對(duì)生物造成不同的影響結(jié)果［8］。因此，微塑料侵入土壤生態(tài)環(huán)境中，必定會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生影響。微塑料具有吸附性，可吸附重金屬、病原菌等其他物質(zhì)，同時(shí)也會(huì)附著其他微生物。當(dāng)附著污染物的微塑料作為微生物生長(zhǎng)載體時(shí)，會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)情況，如鄰苯二甲酸鹽、重金屬等物質(zhì)會(huì)抑制微生物的活性，從而影響微生物的生長(zhǎng)發(fā)育［9］；附著在聚乙烯、聚苯乙烯顆粒上的真菌，可在微塑料上大量繁殖；彈尾蟲腸道菌暴露在PCV 中56 d，其群落結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)繁殖會(huì)受到影響［10］。

目前，對(duì)于微塑料對(duì)土壤微生物影響的研究有限，主要集中在微塑料對(duì)土壤微生物生長(zhǎng)情況影響和微生物對(duì)微塑料降解能力兩方面。是否不同徑粒、不同濃度微塑料對(duì)土壤微生物的影響也具備其對(duì)水域動(dòng)物、土壤動(dòng)物影響的特性，還有待進(jìn)一步研究。

3 土壤中微塑料的防治措施

從土壤中微塑料的主要來(lái)源入手，提出以下4 點(diǎn)防治措施。1）從思想入手，提高全民環(huán)保意識(shí)，減少塑料用品使用，積極響應(yīng)國(guó)家“限塑令”“禁塑令”“垃圾分類”等舉措。2）頒布具體有效農(nóng)業(yè)土壤管理法規(guī)，減少地膜使用，同時(shí)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)器、方法的革新，找到比地膜更環(huán)保高效的增產(chǎn)方法。3）做好各地城鄉(xiāng)、村鎮(zhèn)、學(xué)校等部門的微塑料污染知識(shí)普及宣傳工作，同時(shí)制定具體可行的法律法規(guī)，禁塑、限塑不僅僅止步于口號(hào)，更要落在實(shí)處。4）加快污水處理技術(shù)革新，同時(shí)嚴(yán)格落實(shí)和遵守工廠污水排放相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

微塑料對(duì)海洋微生物影響的研究較多，關(guān)于土壤微塑料的研究較少［4-7］，而針對(duì)微塑料對(duì)土壤微生物的研究則為空白，但國(guó)內(nèi)外學(xué)者都已逐漸意識(shí)到微塑料可能給土壤生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)影響，關(guān)于不同直徑、不同濃度微塑料對(duì)微生物生長(zhǎng)情況有何影響的問題還需作進(jìn)一步研究。