微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)及陸生生物的影響

陳 蘇, 馮天朕, 劉 穎, 張曉瑩

(沈陽(yáng)大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽(yáng) 110044)

塑料是一種人工合成的有機(jī)高分子材料,由于其具備熱塑性好、輕質(zhì)耐用、抗腐蝕性強(qiáng)、成本低、易制取等優(yōu)異的特性,被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中。2014年,塑料制品全球年產(chǎn)量超過(guò)3.11億t,據(jù)估計(jì),到2050年,塑料制品年產(chǎn)量將會(huì)達(dá)到330億t[1-3]。由于高分子聚合物的鍵能較高,塑料被廢棄進(jìn)入環(huán)境后,在自然條件下很難降解,會(huì)在環(huán)境中逐漸積累,從而對(duì)海洋及陸地生態(tài)系統(tǒng)造成很大的威脅[4-5]。

微塑料是指顆粒直徑在5 mm以下的小顆粒塑料,具有粒徑小、數(shù)量多、易被微生物所吞食等特點(diǎn)[6]。根據(jù)形成方式可將其分為原生微塑料和次生微塑料2種,原生微塑料主要指生產(chǎn)中被制成粒徑小于5 mm的塑料顆粒,次生微塑料指由大塑料顆粒經(jīng)過(guò)碎裂或降解形成的微塑料顆粒,其形狀通常不規(guī)則[7]。根據(jù)形態(tài)特征的不同可將微塑料分為碎片、纖維、薄膜和球形顆粒等[8]。根據(jù)材料可以分為聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(EPS)等。微塑料具有一定的吸附特性,有研究表明微塑料可以吸附Pb、Cu、Cd等重金屬、三唑類殺菌劑等有機(jī)污染物及微生物等[9-13]。微塑料對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的污染最為直接,早在2005年,Ng等[14]最先報(bào)道了新加坡沿海環(huán)境中存在微塑料污染問(wèn)題。我國(guó)學(xué)者趙淑江等[15]也在2009年提出需要重視微塑料對(duì)于海洋的污染問(wèn)題。近幾年陸續(xù)有報(bào)道稱在海洋、湖泊、海岸帶潮灘、河流等水體不僅發(fā)現(xiàn)了微塑料污染,而且微塑料被水生動(dòng)物攝食后進(jìn)入了食物鏈,并在生物體內(nèi)呈現(xiàn)富集狀態(tài)[16-20]。已有學(xué)者研究顯示,在某些地區(qū)的野生魚(yú)類、貝類、蟹類等生物體內(nèi)都存在一定數(shù)量的微塑料[21-25]。相比于海洋中的微塑料污染問(wèn)題,土壤中微塑料污染問(wèn)題也十分嚴(yán)重。2012年,德國(guó)學(xué)者Rillig[26]第1次指出微塑料在進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)后會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)造成一定影響,會(huì)干擾土壤功能繼而影響土壤中的生物多樣性。至今為止,有較多的調(diào)查與研究報(bào)告顯示土壤中微塑料污染比較嚴(yán)重,相比于海洋中微塑料的豐度而言,陸地的豐度可能是海洋中的4～23倍[25,27]。

除此之外,微塑料是最貼近人們?nèi)粘Ｉ畹奈廴疚镏弧Ｓ醒芯繄?bào)道,在95 ℃的水溫下,用塑料茶包泡一杯茶,大約會(huì)釋放出116億個(gè)微塑料和31億個(gè)納米塑料顆粒,從茶包包裝中釋放出的微塑料顆粒的數(shù)量比之前報(bào)道的其他食品中微塑料的數(shù)量高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)[28]。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《飲用水中的微塑料》分析報(bào)告指出,人類吸收粒徑大于150 μm微塑料的可能性不大,但對(duì)于納米級(jí)別微塑料顆粒的吸收可能性較高[29]。美國(guó)加利福尼亞州于2019年3月25日發(fā)布了《超細(xì)纖維污染法草案》,它是人類第1次針對(duì)微塑料污染有關(guān)問(wèn)題提出的法案[30]。

土壤是人類賴以生存的資源,由于工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展以及不合理的開(kāi)發(fā)利用,土壤污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。微塑料作為一種新型污染物,目前有關(guān)微塑料對(duì)于土壤生態(tài)系統(tǒng)影響的研究較少,其原因可能包括以下幾方面:從研究方法角度看,與海洋相比,土壤作為研究對(duì)象時(shí)復(fù)雜程度較高,且從土壤中分離與檢測(cè)微塑料的難度較大;從生態(tài)系統(tǒng)的角度看,水域生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)不同,水域生態(tài)系統(tǒng)的研究模式不宜應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)[31]?；谝陨显?本文著重介紹微塑料在土壤環(huán)境中的污染現(xiàn)狀,以便進(jìn)一步揭示土壤環(huán)境中微塑料污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),并且對(duì)微塑料污染土壤的修復(fù)、治理提出了展望,為將來(lái)更有效地控制微塑料土壤污染與危害提供一定參考。

1 微塑料在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的污染現(xiàn)狀

微塑料可以通過(guò)農(nóng)用地膜的長(zhǎng)時(shí)間殘留、有機(jī)肥的施用、地表水灌溉與大氣中懸浮的微塑料顆粒沉降等途徑進(jìn)入土壤環(huán)境中[32]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),29個(gè)瑞士自然保護(hù)區(qū),其中90%的土壤中發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[33]。在澳大利亞某工業(yè)園區(qū)也發(fā)現(xiàn)了土壤中有微塑料的存在,微塑料的豐度為67 500 mg·kg-1[34]。西班牙地區(qū)調(diào)查顯示地中海沿岸的沉積物中也存在微塑料,其中巴塞羅那的微塑料豐度為45.9±23.9個(gè)·kg-1,帕爾馬馬略卡島的微塑料豐度為280.3±164.9個(gè)·kg-1,馬拉加的微塑料豐度為113.2±88個(gè)·kg-1。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析,占比最高的微塑料類型是纖維類(82.9%),其次是碎片類,主要顏色是無(wú)色和藍(lán)色[35]。近幾年,我國(guó)對(duì)土壤微塑料存在和分布的野外調(diào)查工作開(kāi)展較多,研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)土壤中微塑料污染的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。在我國(guó)渤海和黃海海灘土中,發(fā)現(xiàn)微塑料豐度在1.3～14 712.5個(gè)·kg-1[36]。同時(shí),在中國(guó)的黃土高原,上海郊區(qū)的菜地土壤、水稻田,云南的菜地和河岸森林緩沖帶,武漢的城郊菜地,黃河三角洲濕地,大遼河流域以及沈陽(yáng)周邊農(nóng)田的土壤中也都發(fā)現(xiàn)了微塑料的污染[37-44]。土壤中微塑料類型各不相同,研究表明渤海、黃海沿岸土壤中微塑料的主要類型為PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯),武漢城郊菜地土壤中微塑料PP占比高達(dá)28.8%[36,41]。針對(duì)我國(guó)北方部分流域土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn),黃河三角洲濕地地區(qū)土壤中微塑料PE占比為23%,大遼河土壤中微塑料主要類型為PE(50%)和PP(24.23%),河套灌區(qū)農(nóng)田土壤中微塑料主要有PE、PP、PS,沈陽(yáng)周邊農(nóng)田土壤中微塑料PE占比較高,其次為PP、PS[42-45]。不同區(qū)域的微塑料污染不僅種類存在差異,而且粒徑大小也有顯著不同。渤海、黃海沿岸土壤中粒徑<1 mm的微塑料占60%,上海蔬菜農(nóng)田深層土壤中粒徑<1 mm的微塑料占59.81%,武漢城郊菜地土壤中粒徑為50～100 μm的微塑料占35.3%,黃河三角洲濕地地區(qū)蘆葦生長(zhǎng)點(diǎn)位土壤中微塑料以50 μm以下粒徑的小顆粒為主,約占62.50%,河套灌區(qū)農(nóng)田土壤中微塑料粒徑<1 mm的比例最高,大遼河流域土壤中粒徑在100～500 μm的微塑料占19.33%[38-43,45]。

微塑料進(jìn)入土壤后,在長(zhǎng)期的風(fēng)化、雨水侵蝕等其他自然條件的影響下,表面會(huì)變得粗糙,并有部分微塑料裂解,導(dǎo)致其粒徑變小、比表面積增大,進(jìn)而改變土壤的理化性質(zhì)。微塑料不僅影響了土壤的容重水土持水能力,而且還影響了土壤中微生物的活性與水穩(wěn)定性團(tuán)聚體之間的功能關(guān)系[46]。有研究表明,云南滇池附近的土壤中,有七成的塑料顆粒與土壤團(tuán)聚體有關(guān),與微觀團(tuán)聚體有關(guān)的塑料纖維豐度明顯大于宏觀團(tuán)聚體中的塑料豐度,微團(tuán)聚體中塑料薄膜和碎片的濃度較低,顆粒與纖維的濃度較高[8]。但是目前對(duì)于微塑料污染與土壤團(tuán)聚體相互作用的研究較少,相互影響的機(jī)制尚不明確,因此尚無(wú)法判斷微塑料污染對(duì)土壤水分運(yùn)移和水土保持的影響程度。

2 微塑料對(duì)土壤中污染物及微生物的吸附情況

2.1 微塑料對(duì)重金屬的吸附

近年來(lái),有研究表明土壤中的微塑料會(huì)對(duì)重金屬元素產(chǎn)生吸附作用。研究人員以微塑料為載體,利用2%HNO3為解吸溶液,利用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法研究微塑料吸附Pb2+的能力。結(jié)果表明:不同材質(zhì)的微塑料對(duì)Pb2+的吸附能力不同,其中PVC與PP的吸附量相對(duì)較高,分別為1.32和0.63 μg·g-1。微塑料粒徑與微塑料對(duì)于Pb2+的吸附能力成反比。微塑料對(duì)Pb2+的吸附效率會(huì)隨著吸附時(shí)間的增加,呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)溶液中存在其他離子時(shí),如Pb2+和Cu2+共存時(shí),離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)性吸附[9]。Godoy等[47]研究表明,微塑料可以吸附金屬或藥物等化學(xué)污染物,并作為載體沿食物鏈富集。通過(guò)一系列的間歇式吸附實(shí)驗(yàn),研究了微塑料對(duì)天然和人工水體中Cd2+、Co2+、Cr2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+的吸附作用。結(jié)果表明,微塑料對(duì)Pb2+、Cr2+和Zn2+有明顯的吸附作用,其中PET對(duì)金屬離子的吸附作用最小,幾乎沒(méi)有吸附能力。影響吸附作用的主要因素有比表面積、孔隙度和微塑料的形態(tài)等;用Langmuir模型較好地描述了吸附等溫線,說(shuō)明主要的吸附機(jī)理可能是化學(xué)吸附。Li等[48]調(diào)查城市污泥中的微塑料得知,與未經(jīng)處理的微塑料相比,污泥中的微塑料對(duì)Cd2+的吸附能力提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),最高可達(dá)2.523 mg·g-1,這表明微塑料在經(jīng)過(guò)廢水處理后對(duì)金屬的吸附力有了很大的提高。SEM分析表明,污泥中的微塑料比未經(jīng)處理的微塑料表面更粗糙且孔隙更多。FTIR光譜表明,污泥中的微塑料具有C—O等官能團(tuán),且該官能團(tuán)在微塑料吸附Cd2+的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,而在未經(jīng)處理的微塑料中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該官能團(tuán)。由此得知,微塑料可能對(duì)污泥處理過(guò)程中金屬污染物的歸宿和遷移產(chǎn)生重要影響,值得進(jìn)一步關(guān)注。Yang等[10]將Cu2+作為模型研究了6種不同材料微塑料的吸附能力,其中PA和PMMA對(duì)于Cu2+吸附能力高于其他種類微塑料,通過(guò)Langmuir吸附方程估算其最大平衡吸附能力分別為323.6±38.2和41.03±1.78 μg·g-1。而且pH值對(duì)微塑料吸附Cu2+有一定影響,在pH=6和pH=7時(shí),PA和PMMA對(duì)Cu2+的吸附量最大。Ca2+或Mg2+的存在對(duì)微塑料吸附Cu2+有抑制作用,主要是由于吸附位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)。由此可知,當(dāng)微塑料進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)后,由于土壤復(fù)雜環(huán)境將導(dǎo)致其成為重金屬的有效載體,并將重金屬固定在土壤環(huán)境中,損害土壤生態(tài)系統(tǒng)健康。

2.2 微塑料對(duì)有機(jī)污染物的吸附

土壤中的有機(jī)污染物,如多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑和抗生素等也是影響土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的另一主要因素,而微塑料在土壤環(huán)境中會(huì)成為有機(jī)污染物遷移的載體。Fang等[12]通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)研究了3種常用的三唑類殺菌劑在PS上的吸附行為,并探討了吸附機(jī)理。結(jié)果表明,微塑料對(duì)于殺菌劑的吸附動(dòng)力學(xué)和等溫線分別符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich模型吸附。吸附和解吸能力從大到小依次為:六康唑(HEX)、甲基丁腈(MYC)、三苯二酚(TRI),該順序與農(nóng)藥的辛醇-水分配系數(shù)呈正相關(guān),由此可推斷減小微塑料的粒徑和增加溶液pH值在一定程度上都有助于提高其吸附能力。吸附的主要機(jī)理是微塑料與有機(jī)污染物之間的疏水和靜電作用。陳守益等[49]以泰樂(lè)菌素為目標(biāo)有機(jī)污染物,研究了PE和PVC對(duì)其吸附特征。結(jié)果表明:PVC對(duì)泰樂(lè)菌素的吸附大于PE,吸附過(guò)程與二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合程度較高,吸附等溫線可以用Henry模型較好擬合,說(shuō)明泰樂(lè)菌素在PE和PVC上的吸附存在明顯的線性分配規(guī)律。Liu等[50]研究了不同老化的PS對(duì)阿托伐他汀(ATV)和氨氯地平(AML)的吸附機(jī)理以及PS衍生中間體在吸附過(guò)程中的作用。得知未經(jīng)處理的PS對(duì)藥物的吸附依賴于疏水和π-π鍵相互作用,而對(duì)于老化的PS,靜電和氫鍵的相互作用對(duì)于吸附的影響更大。高濃度老化PS(TOC為10 mg·L-1)對(duì)于ATV的吸附能力有所降低,但對(duì)于AML的吸附有所提高。土壤中的微塑料吸附了環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)成為了新的污染源,在土壤中遷移將危害土壤生態(tài)環(huán)境。由于土壤環(huán)境條件比較復(fù)雜,對(duì)于微塑料在自然條件下與復(fù)合型有機(jī)污染物的影響過(guò)程,目前研究較少。

2.3 微塑料對(duì)微生物的吸附

在土壤生態(tài)系統(tǒng)中,微生物是不可缺少的重要組成部分。由于對(duì)土壤中微塑料的研究逐漸加深,微塑料是否可以作為土壤中微生物的運(yùn)輸載體,從而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物菌群的生長(zhǎng)分布,繼而影響土壤生態(tài)健康,逐漸成為研究熱點(diǎn)。已有研究表明微塑料可以給微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供附著點(diǎn),而且隨著微生物數(shù)量的增多,會(huì)逐漸在其表面形成生物膜[13]。黃福義等[51]研究表明,微塑料能夠顯著改變沉積物中抗生素抗性基因結(jié)構(gòu)組成,并增加了抗性基因的絕對(duì)豐度?；貧w分析顯示,抗生素抗性基因豐度與轉(zhuǎn)座子、整合子基因成正相關(guān),表明土壤中微塑料的遷移可能促進(jìn)了抗生素抗性基因的遷移、傳播和擴(kuò)散。劉瑋婷等[52]研究顯示,對(duì)于某些能降解多環(huán)芳烴的細(xì)菌,微塑料能夠明顯改變這些細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu),影響其對(duì)于污染物的降解能力。相對(duì)而言,有關(guān)土壤中微塑料對(duì)微生物的吸附、基因表達(dá)的影響及微生物群落影響的研究較少,還處于發(fā)展階段,有待進(jìn)一步拓展和深入。

3 微塑料對(duì)陸生生物的影響

3.1 微塑料對(duì)陸生動(dòng)物的影響

作為一種新型污染物,微塑料對(duì)于土壤動(dòng)物影響方面的研究較多,受到諸多學(xué)者的關(guān)注。由于微塑料體積小,能夠被動(dòng)物攝食進(jìn)入體內(nèi)參與其體內(nèi)的生理生化反應(yīng),產(chǎn)生生物累積,并可以通過(guò)食物鏈產(chǎn)生污染物的遷移,從而在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的土壤生物體內(nèi)富集。微塑料在生物體內(nèi)的濃度由于營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高產(chǎn)生生物累積,會(huì)影響各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的土壤動(dòng)物以及其他生物。在受到土壤中微塑料影響的各種陸生動(dòng)物中,土壤動(dòng)物首先受到影響,蚯蚓就是一種典型代表動(dòng)物。Wang等[53]用尼羅紅熒光染色微塑料,可以清楚地觀察到蚯蚓對(duì)PE和PS顆粒的攝食,證明蚯蚓體內(nèi)存在微塑料。在一定濃度的PE或PS微塑料暴露14 d后,蚯蚓體內(nèi)的過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化酶的活性明顯增加,脂質(zhì)過(guò)氧化的水平明顯提升,同時(shí)抑制了蚯蚓體內(nèi)的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性。Chen等[54]發(fā)現(xiàn),在土壤中LDPE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 g·kg-1時(shí),蚯蚓暴露28 d后出現(xiàn)表面損傷的情況。除了土壤動(dòng)物,微塑料對(duì)其他動(dòng)物也有不同程度的影響。Song等[55]的研究表明,土壤中的微塑料對(duì)非洲大蝸牛有一定的影響。在PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～0.71 g·kg-1(土壤干重)的土壤中暴露28 d后,發(fā)現(xiàn)微塑料可在48 h內(nèi)被攝入并排出。在這樣的土壤中,蝸牛的食物攝入量平均減少了24.7%～34.9%,排泄量減少了46.6%～69.7%。40%實(shí)驗(yàn)蝸牛的胃腸道壁中有明顯的絨毛損傷,但沒(méi)有影響蝸牛的肝臟和腎臟。肝臟中丙二醛水平升高(58.0±6.4%),這表明中毒性機(jī)制中有氧化應(yīng)激反應(yīng)。Silvac等[56]發(fā)現(xiàn)沉積物中的微塑料會(huì)被搖蚊幼蟲(chóng)攝食。由于幼蟲(chóng)的下頜骨結(jié)構(gòu)的原因,它們吞食的微塑料粒徑一般在32～63 μm的范圍內(nèi)。目前,土壤中微塑料對(duì)動(dòng)物影響的研究常以模式動(dòng)物為主,而對(duì)實(shí)際條件下土壤動(dòng)物影響的研究還較少,關(guān)于微塑料如何在食物鏈中傳遞的了解仍十分有限。

微塑料在土壤生態(tài)系統(tǒng)中遷移與擴(kuò)散與土壤動(dòng)物關(guān)系密切,而且土壤動(dòng)物還能夠?qū)е挛⑺芰系亩畏纸?。比?微塑料在經(jīng)過(guò)非洲大蝸牛的消化系統(tǒng)后,其表面出現(xiàn)了裂紋,并且有部分微塑料裂解為粒徑更小的狀態(tài)[55]。通過(guò)對(duì)比不同種類的蚯蚓與土壤中微塑料的相互影響關(guān)系可知,不同種類的蚯蚓對(duì)于同一種微塑料的裂解程度不同[57]。有研究表明,某些食碎屑生物可以降解土壤中的微塑料,以黃粉蟲(chóng)為例,其腸道中存在具有降解塑料功能的細(xì)菌和放線菌等[58]。黃粉蟲(chóng)這一性質(zhì)可以經(jīng)過(guò)培養(yǎng)用于降解土壤中的微塑料。已有研究證明黃粉蟲(chóng)提取物可以改變EPS的親水性,繼而分解EPS[59]。同時(shí)有學(xué)者研究大麥蟲(chóng)對(duì)塑料的降解能力,若能取得突破性進(jìn)展,土壤中的微塑料的治理方法將有很大的改進(jìn),效率也將有很大的提高[60]。所以,土壤中微塑料的遷移不僅受到雨水沉降等自然因素的影響,與土壤動(dòng)物以及食物鏈的關(guān)系也非常密切,微生物對(duì)塑料的降解作用可以作為未來(lái)治理土壤中微塑料污染的新方法[61]。

3.2 微塑料對(duì)植物的影響

土壤中的微塑料不僅影響動(dòng)物,也可以對(duì)植物的生長(zhǎng)造成一定影響。研究結(jié)果表明,將蠶豆根尖分別置于質(zhì)量濃度不同的微塑料48 h,低質(zhì)量濃度下,蠶豆根的生物量和過(guò)氧化氫酶活性下降,超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性明顯增加;在高質(zhì)量濃度(100 mg·L-1)時(shí)生長(zhǎng)顯著下降,高質(zhì)量濃度微塑料對(duì)蠶豆產(chǎn)生更高的遺傳毒性和氧化損傷[62]。此外,實(shí)驗(yàn)證明微塑料在蠶豆根中積累很可能會(huì)阻塞運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)的細(xì)胞間隙或細(xì)胞壁孔。李連禎等[63]研究表明,微塑料能夠在生菜體內(nèi)吸收、傳輸及分布。生菜的莖、葉等人們經(jīng)常食用的部分有微塑料的分布和累積。這些微塑料是由植物的蒸騰拉力作用由根部從土壤中大量吸收和富集,并通過(guò)輸導(dǎo)組織從根部遷移到地上部分最后進(jìn)入莖葉中。也有實(shí)驗(yàn)證明,綠豆、生菜和水稻等植物在含有微塑料土壤中的吸水率,與不含微塑料土壤中同種植物的吸水率相比略有提升[64]。同時(shí),微塑料對(duì)于小麥的生長(zhǎng)發(fā)芽也有不同程度的影響,高濃度微塑料明顯抑制了生長(zhǎng)中的綠豆對(duì)水分的吸收[65-67]。

綜合國(guó)內(nèi)外研究可知,微塑料對(duì)植物的影響研究尚處于起步階段,相關(guān)資料較少。微塑料對(duì)于植物的發(fā)芽、幼苗、成熟整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程都有不同程度的影響,但影響機(jī)理尚不明確。土壤中微塑料對(duì)于植物的影響研究目前主要集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下,影響因素比較單一,研究者并未在復(fù)雜多樣的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下研究土壤中微塑料對(duì)于植物的影響。作為生產(chǎn)者以及食物鏈的基礎(chǔ)部分,土壤中微塑料對(duì)植物影響與食物鏈頂端的人類健康息息相關(guān),研究意義重大。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

微塑料污染并不是一個(gè)區(qū)域性污染問(wèn)題,由于水循環(huán)的影響導(dǎo)致微塑料污染是一個(gè)立體的全球性問(wèn)題。但目前針對(duì)微塑料的研究體系并不健全,對(duì)于其在環(huán)境中的污染過(guò)程缺乏整體性思考。關(guān)于微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響,未來(lái)需要特別關(guān)注以下問(wèn)題:

1) 微塑料在土壤生態(tài)系統(tǒng)的遷移與轉(zhuǎn)化。盡管已經(jīng)了解了土壤中微塑料污染的來(lái)源,但對(duì)于土壤中微塑料的遷移轉(zhuǎn)化研究較少。由于微塑料的吸附特性,其在土壤中的遷移過(guò)程不僅會(huì)影響土壤成分及理化性質(zhì),還會(huì)對(duì)土壤中微生物基因和生物群落產(chǎn)生一定影響。

2) 提高土壤生物對(duì)微塑料降解的效率。由目前研究可知,微塑料是可以被某些土壤生物及微生物降解的,所以針對(duì)土壤中的微塑料污染問(wèn)題,除了開(kāi)發(fā)易降解的高分子材料替代塑料外,還應(yīng)該發(fā)展生物修復(fù)技術(shù),以解決土壤中微塑料污染問(wèn)題。

3) 提高微塑料在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的毒理學(xué)認(rèn)識(shí)。微塑料對(duì)于土壤的主要危害是其結(jié)構(gòu)單體和制造過(guò)程中添加的有機(jī)物質(zhì)所產(chǎn)生的有機(jī)污染物,這些化學(xué)物質(zhì)在塑料降解過(guò)程中被釋放出來(lái),影響了環(huán)境系統(tǒng)的健康。所以需要盡快了解微塑料在土壤中的生化反應(yīng)、在食物鏈中的積累機(jī)制及毒理效應(yīng)等。

4) 微塑料對(duì)于陸生生物的影響。在土壤中,微塑料是微生物的另一附著點(diǎn)。未來(lái)需要探明微塑料表面微生物生長(zhǎng)繁殖的影響因子,不同種類、粒徑微塑料以及其表面附著電荷對(duì)于微生物群落的影響。植物作為生產(chǎn)者,與人類日常生活、生產(chǎn)關(guān)系十分密切,對(duì)人們的健康產(chǎn)生至關(guān)重要的影響;人類作為食物鏈的頂端部分,生物放大與生物累積效應(yīng)使微塑料對(duì)人類的健康產(chǎn)生較大影響。所以,探明微塑料進(jìn)入動(dòng)植物體內(nèi)的原理與方式,以及微塑料在動(dòng)植物體內(nèi)的毒理學(xué)原理有著十分重要的意義。