微塑料對(duì)土壤質(zhì)量影響的研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：X53

文章編號(hào)：1674-6139（2025)06-0044-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research Progress on Effects of Microplastics on Soil Quality

XieLian，TangLi，ZhangJiamei，XieYong （Guizhou University，College of Agriculture，Guiyang 55oo25，China）

Abstract:Microplasticsareanewtpeofpolutantinfarmlandsoil，ichasthecharacteriticsofwidedistribution，sallpticle size，easyacumulationnddfcultoegade.Itasbcomeanimportantdivingfactorfortechangeofsoiltructurendpopertis， andhasatractedwideatentionfromsholarsallovertheorldOntebasisofsummarzingtheimportantresearchresultsathomeand abroad，tispaersematicallasdsmmresthretiatioofilcroplastisdeirectssoilosure ganicmatergregates，andprosityinallythesudypointsoutteprospctofesponsemechanismofroplasticsadsil qualitychange，proposedthekeyointsanddificultiesofsoilmicroplasticpolutionndprovidesanewideaforthefuturesachof soil microplastic pollution.

Keywords:microplastics；soil pollution；soil quality

前言

隨著工業(yè)文明的不斷發(fā)展，塑料制品因價(jià)格低廉、重量輕和可塑性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用，給人們的生活帶來了諸多便利。自1950年代起，塑料的商業(yè)化迅速發(fā)展，全球年產(chǎn)量從200萬噸劇增至2017年的3.5億噸，預(yù)計(jì)在2040年將翻倍。然而，塑料的過度使用及其不當(dāng)處理導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年至2019年間，塑料垃圾的年產(chǎn)量從1.56億噸增至3.5億噸，其中約2.2億噸進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，微塑料占其中的 12% 。這些微塑料威脅著生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展。通常情況下，殘留在自然環(huán)境中的塑料垃圾難以降解，并在各種環(huán)境因素的影響下發(fā)生遷移，從而產(chǎn)生毒害或污染。隨著時(shí)間的推移，積累的塑料垃圾也會(huì)逐漸分解，釋放出有害的化學(xué)物質(zhì)，如鄰苯二甲酸酯。土壤作為基礎(chǔ)的自然資源，在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和人類健康上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，微塑料在土壤環(huán)境中的行為和分布如何改變土壤質(zhì)量是研究和防治土壤微塑料污染的起點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。因此，通過分析土壤中微塑料的來源、分布、遷移和污染情況，綜述微塑料對(duì)土壤質(zhì)量各個(gè)方面的具體影響，深人了解微塑料對(duì)土壤環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障人體健康提供科學(xué)依據(jù)。

1 微塑料概述

1. 1 定義及類型

塑料廢物累積在環(huán)境中產(chǎn)生危害的首次報(bào)道來自海洋生物學(xué)家理查德·湯普森，他于2004年首次提出“微塑料”這一概念，認(rèn)為微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒，包括微米和納米級(jí)別的塑料碎片。由于微小的尺寸，微塑料容易被生物體吸收，并有可能通過食物鏈進(jìn)入人體，從而對(duì)人類健康造成潛在影響。但長久以來，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于微塑料對(duì)海洋的影響研究比較多，而對(duì)土壤質(zhì)量的影響研究較少，因此需引起重視。

微塑料的類型與社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中使用的塑料制品成份有關(guān)，主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯(PVC）、聚苯乙烯(PS）、聚氨酯(PU)和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)等類型[1]

1.2 來源與分布

微塑料的來源很廣（如圖1所示），因體積很小，很難被捕獲和循環(huán)利用。土壤微塑料主要來源于農(nóng)膜、污泥、有機(jī)肥和塑料制品等。世界上每年可生產(chǎn)750萬噸的農(nóng)膜，其中 40% 以上為地膜。數(shù)據(jù)顯示，中國農(nóng)田塑料薄膜的使用總量從2006年的185萬噸增加至2015年的260萬噸。污水中的微塑料含量大致為 125～3160MPs/L 之間[2]。在有機(jī)肥的制備過程中，有機(jī)固體廢物如城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物等，通常采用好氧堆肥或厭氧消化的方法進(jìn)行處理，微塑料顆粒很容易摻雜在這些有機(jī)廢物中。即隨著有機(jī)肥用量的增加，輸入量將進(jìn)一步增加。而生活中常見的塑料瓶、塑料袋以及一次性塑料餐具等同樣會(huì)導(dǎo)致微塑料在土壤中的累積。

微塑料是一種廣泛存在的物質(zhì)，受多種因素的影響。(1)環(huán)境分布：微塑料廣泛存在于土壤中，尤其是在城市和農(nóng)業(yè)地區(qū)。這些微塑料主要來源于塑料垃圾、農(nóng)業(yè)的塑料薄膜和其他人類活動(dòng)。微塑料還分布在河流、湖泊和海洋等水體環(huán)境中。由于較小的尺寸，微塑料能夠通過水流較遠(yuǎn)的距離傳播。(2)空間分布：微塑料的分布在不同地區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)中存在顯著差異，城市地區(qū)和沿海地區(qū)的微塑料濃度通常較高，而偏遠(yuǎn)地區(qū)則相對(duì)較低。(3)深度分布：在海洋中，微塑料不僅分布在表層水域，還可以沉降到深海底部，影響海洋生態(tài)系統(tǒng)?？傊?，微塑料遍布于海洋、淡水、土壤、空氣、動(dòng)物，甚至是人的體內(nèi)。從江河到深海，從高山到極地的冰雪，甚至是食物和飲水中，都可以找到這些微小顆粒。微塑料的普遍性和持久性，已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。

1.3 遷移與污染

微塑料在土壤中的運(yùn)移受到諸多因子的影響，是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。影響微塑料在土壤中遷移的因素大致可歸結(jié)為4類，一、微塑料自身特性。低濃度微塑料滯留于表層，而高濃度微塑料可進(jìn)入深層。二、土壤性質(zhì)。由于受雨水沖刷等因素的影響，加之土壤本身存在一定的孔隙結(jié)構(gòu)，粒徑越小的微塑料就越易在土壤中遷移擴(kuò)散。三、土壤中的生物活動(dòng)。土壤生物是土壤中一大活躍因素，如蚯蚓挖洞可以促進(jìn)微塑料向土壤深層遷移，并且變形蟲和鞭毛蟲等土壤動(dòng)物可以作為載體，通過吞噬幫助轉(zhuǎn)移一定粒徑的微塑料。四、外界環(huán)境影響。外界因素(如太陽輻射、風(fēng)力、降雨等)是大氣中微塑料遷移與老化的重要自然驅(qū)動(dòng)力，如在風(fēng)的作用下，微塑料可以在空氣中懸浮，實(shí)現(xiàn)不同空間內(nèi)的遷移；雨水淋溶也可以將微塑料從土壤表層向下運(yùn)移。

微塑料的污染主要包括：(1)微塑料對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的污染：微塑料可以隨著水流沖洗變成廢水進(jìn)入水體環(huán)境，由于在水體中不能被降解，它的半衰期可以達(dá)到幾百年，比大多數(shù)持久性有機(jī)污染物都要長，最后的結(jié)果就是不斷地在海洋中累積，擾亂海洋的物質(zhì)循環(huán)。一般說來，微塑料對(duì)水體的污染主要體現(xiàn)在生物攝入、有害物質(zhì)釋放、生態(tài)鏈影響、物理干擾、生物多樣性下降等幾個(gè)方面。這些微小塑料顆粒被水生生物誤食，尤其是濾食性生物如貝類和魚類，導(dǎo)致它們在消化過程中遭遇不良反應(yīng)，影響營養(yǎng)吸收和生長。同時(shí)，微塑料表面可吸附水中的有害污染物，如重金屬和其他有機(jī)污染物，這些有害物質(zhì)在生物體內(nèi)釋放，導(dǎo)致毒性積累，威脅生物健康。隨著微塑料在生態(tài)系統(tǒng)中的累積，它們通過食物鏈向上游傳播，從底層生物到頂級(jí)捕食者，造成生態(tài)鏈的廣泛影響。此外，微塑料的存在可能改變水體的物理特性，干擾棲息地的結(jié)構(gòu)與功能，抑制水生植物和生物的生長，最終可能導(dǎo)致某些水生種群的減少或滅絕，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性；（2）微塑料對(duì)土壤環(huán)境的污染：根據(jù)Chang[3的研究，微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的，它們通過改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，如容重、團(tuán)聚體、孔隙度、電導(dǎo)率和pH值，具體影響取決于微塑料的種類和濃度。此外，微塑料對(duì)土壤動(dòng)物，包括蚯蚓、草履蟲和線蟲等，產(chǎn)生負(fù)面影響，干擾它們的進(jìn)食、生長和生殖能力，威脅它們的健康。同時(shí)，土壤中各種細(xì)菌、真菌和藻類等微生物在養(yǎng)分循環(huán)中扮演著重要角色，負(fù)責(zé)釋放必需的營養(yǎng)物質(zhì)并促進(jìn)地球化學(xué)循環(huán)。然而，微塑料的存在可能擾亂這些微生物的功能，并通過改變土壤中各成分之間的相互作用，進(jìn)一步影響土壤健康和生態(tài)系統(tǒng)功能。(3)微塑料對(duì)人類食物的污染：微塑料污染已成為一個(gè)全球性問題，其存在涉及到很多食品類別，包括海鮮、食鹽、蜂蜜、糖、啤酒和茶等飲品。微塑料的存在可能通過改變食品的物理和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響營養(yǎng)價(jià)值和口感，從而對(duì)食品安全構(gòu)成威脅。此外，這些微小顆粒有可能作為致病菌的載體，從而增加食品被污染的風(fēng)險(xiǎn)。微塑料通過食物鏈逐漸進(jìn)人人類飲食中，尤其是在海鮮和水產(chǎn)品中，人體可能會(huì)攝入含有微塑料的食品，進(jìn)而面臨潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)馬敏東等4的研究發(fā)現(xiàn)，微塑料可經(jīng)食物、呼吸等途徑進(jìn)入機(jī)體，在肺、胃等組織中富集，且小粒徑微塑料可經(jīng)血液循環(huán)擴(kuò)散至體內(nèi)各個(gè)組織、器官。實(shí)驗(yàn)表明，微塑料暴露可引起細(xì)胞膜完整性、免疫應(yīng)激、腸道微生物群落結(jié)構(gòu)及能量代謝，并可能對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生潛在危害。

綜上可知，微塑料的污染問題嚴(yán)重影響人類社會(huì)發(fā)展的方方面面，尤其是農(nóng)業(yè)土壤微塑料污染的問題不容小，因?yàn)檫@最終會(huì)影響到人類健康。已有相關(guān)研究聚焦于土壤中微塑料的分布特征、對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，以及對(duì)作物生長的危害。為了保護(hù)土壤資源和維護(hù)生態(tài)平衡，研究微塑料對(duì)土壤質(zhì)量的影響顯得尤為重要?；诖耍C述微塑料對(duì)土壤質(zhì)量的影響，旨在梳理和闡明土壤質(zhì)量對(duì)微塑料累積的響應(yīng)特征，為進(jìn)一步的研究提供研究基礎(chǔ)和思路。

2微塑料對(duì)土壤質(zhì)量的影響

2.1 土壤水分變化

土壤水文過程是陸地生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)的重要組成部分。研究表明，微塑料對(duì)土壤水分的入滲和蒸發(fā)具有顯著影響。不同種類的微塑料（如PP、PVC 和PE)及其豐度變化，均會(huì)對(duì)土壤的入滲時(shí)間、含水量、濕潤鋒和蒸發(fā)特征產(chǎn)生重要影響。具體而言，由于物理特性，隨著微塑料豐度的增加，累積入滲時(shí)間明顯延長，這會(huì)導(dǎo)致土壤表層水分的積聚。而不同種類的微塑料對(duì)入滲過程的影響也有所不同，其中PP微塑料的影響尤為顯著。隨著微塑料的增加，土壤水分含量也隨之升高，最大含水量發(fā)生在10～25cm 的土層。在同一入滲期內(nèi)，隨微塑料豐度的增大，濕潤鋒的移動(dòng)速度隨土壤濕度鋒的移動(dòng)距離減小而減小。同時(shí)，微塑料賦存能減少水分蒸發(fā)，即累積蒸發(fā)量隨微塑料豐度的增加而減小[5]這可能是由于微塑料在土壤表面形成一層覆蓋，減緩了水分從土壤到大氣的蒸發(fā)過程，從而提高土壤的水分保持能力。這些研究結(jié)果揭示了微塑料在土壤水分動(dòng)態(tài)中的重要作用。

2.2土壤有機(jī)質(zhì)變化

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)于維持和提升土壤質(zhì)量至關(guān)重要，是土壤肥力的基礎(chǔ)，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都有著不可替代的作用。劉晨磊[研究發(fā)現(xiàn)，添加聚乙烯微塑料能明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)、總碳和可溶性有機(jī)碳含量。因?yàn)槲⑺芰系慕M成中所含碳（ 90% )可經(jīng)一系列物理化學(xué)反應(yīng)后進(jìn)入土壤，所以微塑料可作為土壤外界碳源，從而增加土壤總碳、有機(jī)質(zhì)及可溶性有機(jī)碳。此外，微塑料可能會(huì)影響土壤中養(yǎng)分的可用性，例如通過吸附土壤中的氮、磷等營養(yǎng)元素，影響它們的循環(huán)和植物的吸收，微塑料還可能會(huì)影響土壤微生物的多樣性和活性，這些微生物在有機(jī)質(zhì)的分解和營養(yǎng)循環(huán)中起著關(guān)鍵作用，如微塑料的添加可以降低土壤中細(xì)菌的豐度和群落多樣性，改變細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，并刺激固氮微生物的生長，從而固氮生物可以通過參與到有機(jī)物的分解過程中，幫助釋放養(yǎng)分，供植物吸收利用。在一些特定情境下，微塑料可以作為土壤微生物的載體，促進(jìn)生長，從而間接增加有機(jī)質(zhì)的分解和形成。值得注意的是，微塑料對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響可能與粒徑、濃度和形狀有關(guān)。小尺寸的微塑料可能更容易被微生物利用，而高濃度的微塑料可能會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的負(fù)面影響。

2.3 土壤團(tuán)聚體變化

土壤團(tuán)聚體在土壤結(jié)構(gòu)和孔隙狀況中起著關(guān)鍵作用，進(jìn)而影響土壤性質(zhì)及微生物活性。微塑料在土壤中的累積會(huì)影響團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。已有研究表明，添加微塑料可降低大粒徑團(tuán)聚體的含量，同時(shí)提高小粒徑團(tuán)聚體的比例，這可能是因?yàn)槲⑺芰细淖兞送寥李w粒間的聚合能力[]。微塑料通過改變土壤保水性能、團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，從而對(duì)土壤通氣、養(yǎng)分遷移等方面產(chǎn)生重要影響。微塑料對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響除了體現(xiàn)在水穩(wěn)性上之外，還體現(xiàn)在影響團(tuán)聚體的直徑。例如，隨著微塑料添加量的增大，團(tuán)聚體的幾何平均直徑呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，與對(duì)照組(未添加微塑料的土壤)相比，添加了微塑料的團(tuán)聚體的幾何平均直徑比對(duì)照組提高了 。微塑料的存在增加了團(tuán)聚體的幾何平均直徑，對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了積極的影響。從理論上看，這種影響有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善。但是目前有關(guān)微塑料污染與土壤團(tuán)聚體相互作用的研究較少，同時(shí)，考慮到土壤的異質(zhì)性特征，關(guān)于微塑料對(duì)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和功能微生物的作用機(jī)制仍不明確。

2.4 土壤pH值變化

土壤pH值是土壤酸堿度的定量指標(biāo)，是評(píng)估土壤理化性質(zhì)的重要參數(shù)之一。為了研究微塑料對(duì)土壤pH的影響，喻晨等8在添加微塑料的土壤中進(jìn)行豌豆盆栽試驗(yàn)，結(jié)果顯示，隨著微塑料濃度的增加，各處理組(添加聚乙烯微塑料)的pH值普遍上升。另一方面，Shi等[9的研究表明，未處理過的PE微塑料可以導(dǎo)致土壤pH值下降，同時(shí)增強(qiáng)導(dǎo)電性。此外，未處理的PE微塑料對(duì)土壤中有效磷和鉀的吸收能力強(qiáng)于風(fēng)化后的PE微塑料。一般而言，微塑料在降解過程中會(huì)釋放出酸性或堿性物質(zhì)，這也會(huì)對(duì)土壤pH值造成一定影響。例如，聚氯乙烯(PVC)微塑料在土壤中降解時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，導(dǎo)致土壤pH值下降，而聚乳酸(PLA)在降解過程中可能會(huì)釋放堿性物質(zhì)，從而提高土壤的pH值。因此，微塑料的存在與行為在調(diào)節(jié)土壤pH值方面起著重要作用。

2.5 土壤孔隙度變化

孔隙度與土壤的保水能力、氣體交換能力和根系生長密切相關(guān)，因此，微塑料對(duì)土壤孔隙結(jié)構(gòu)的影響備受關(guān)注。微塑料對(duì)土壤孔隙結(jié)構(gòu)具有顯著影響。通過CT掃描發(fā)現(xiàn)，在砂質(zhì)土和壤土中添加微塑料后，土壤孔隙可能會(huì)迅速縮小甚至消失。研究結(jié)果顯示，土壤中累積的微塑料可能會(huì)造成一定程度的結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致滲透性下降，從而影響水分和氣體的遷移[10]。此外，不同濃度的微塑料對(duì)土壤孔隙度的影響也存在差異。相關(guān)研究表明，當(dāng)土壤中聚乙烯微塑料的累積濃度在 0.5% 以內(nèi)時(shí)，對(duì)土壤孔隙度的性狀沒有顯著影響。然而，當(dāng)聚乙烯微塑料的累積濃度達(dá)到 1% 以上時(shí)，土壤孔隙度隨微塑料濃度的增加而呈現(xiàn)出上升趨勢，增加幅度達(dá)到3.8%至7.0%[6] 。

3結(jié)論

微塑料對(duì)土壤質(zhì)量的影響涉及多個(gè)方面，包括水分、有機(jī)質(zhì)、團(tuán)聚體 、pH 值和孔隙度的變化。微塑料能夠改變土壤水分循環(huán)，影響入滲時(shí)間和水分保持，同時(shí)減少蒸發(fā)。它們的加入可增加土壤有機(jī)質(zhì)和可溶性有機(jī)碳含量，但可能通過吸附養(yǎng)分影響可用性。微塑料的累積可能降低土壤的穩(wěn)定性，影響通氣和養(yǎng)分遷移。微塑料與土壤顆粒的交互作用顯著影響pH值，降解過程中釋放的物質(zhì)也可能改變pH，這與微塑料的類型有關(guān)。此外，微塑料的累積可能改變土壤孔隙結(jié)構(gòu)，影響滲透性和氣體交換，不同濃度的微塑料對(duì)孔隙度的影響存在差異。微塑料對(duì)土壤質(zhì)量的影響是極其復(fù)雜的，既受到單一因素的影響，也受多重因素的交互作用所影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫彥敏，高惠敏，徐春祥，等.環(huán)境中微塑料檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2024，40(1)：36-43.

[2]吳世磊，徐安明，周杰，等.污水處理過程中微塑料去除的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].生物工程學(xué)報(bào)，2022，38（7)：2410-2422.

[3]ChangN，ChenL，WangN，etal.Unveilingtheim pacts of microplastic pollution on soil ecosystems:A comprehensivereview[J].Scienceof The TotalEnvironment，2O24:175643.

[4]馬敏東，趙洋塵，朱龍，等.人體微塑料污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)，2024，45（1）：459-469.

[5]王志超，張博文，倪嘉軒，等.微塑料對(duì)土壤水分入滲和蒸發(fā)的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2022，43(8)：4394-4401.

[6]劉晨磊.微塑料對(duì)土壤理化特性及氮循環(huán)功能微生物的影響研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2023.

[7]陳榮桓，余瑤，黃珊，等.聚乙烯微塑料濃度對(duì)黑土團(tuán)聚體特征及其穩(wěn)定性的影響[J].土壤通報(bào)，2023，54（1）：56-66.

[8]喻晨.聚乙烯微塑料對(duì)豌豆生長及土壤特性的影響研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2023

[9]ShiL，Hou Y，Chen Z，etal.Impact of polyethylene on soil physicochemical properties and characteristics of sweet potato growth and polyethylene absorption[J].Chemosphere，2022， 302：134734.

[10]Wang Z，LiJ，QuZ，etal．Effects of microplastics on the pore structure and connectivity with different soil textures : Based on CT scanning[J].Environmental Technology Innovation，2024，36:103791.