劉鑫蓓，董旭晟，解志紅?，馬學(xué)文，駱永明

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院反芻動(dòng)物營養(yǎng)與生理實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；3. 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安 271000；4. 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京土壤研究所），南京 210008）

塑料污染物的種類繁多，其產(chǎn)生的微塑料也并非單一的有機(jī)化合物，而是包含很多化學(xué)成分不同的塑料聚合物，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯等有機(jī)化合物。雖然一些塑料垃圾能及時(shí)地被回收利用，但大多數(shù)最終通過垃圾填埋場、污水處理廠等渠道進(jìn)入環(huán)境中，而其中很大一部分會(huì)富集到土壤中。此外，微塑料在土壤中的污染與一次性塑料產(chǎn)品、地膜等農(nóng)用材料的使用是密不可分的，灌溉和水培系統(tǒng)、溫室的塑料膜、土壤改良劑中也都有塑料的使用。一旦這些難降解的塑料進(jìn)入到土壤中，它們就會(huì)慢慢地被粉碎成更小的顆粒，從而加劇污染程度。在自然環(huán)境下，土壤中累積的塑料能通過光降解和熱氧化降解等降解作用被破碎分解，但是這些破碎分解過程不能完全分解塑料碎片，而塑料作為新型污染物，土壤的自凈能力對其分解能力極其有限，無法更進(jìn)一步對塑料進(jìn)行降解，最終這些塑料垃圾會(huì)成為直徑小于5 mm 的塑料顆粒，稱為微塑料。土壤中的微塑料會(huì)通過橫向和縱向遷移擴(kuò)大其污染范圍，橫向遷移主要指微塑料通過風(fēng)、地表水等方式在土壤表層進(jìn)行擴(kuò)散，而縱向遷移是指微塑料通過土壤中的生物、水或者各種富集方式向更深層的土壤中進(jìn)行擴(kuò)散的過程。目前的研究表明，微塑料已廣泛分布在世界各地的土壤中，并且有研究表明在30 cm 深的土壤中能發(fā)現(xiàn)微塑料的存在。微塑料廣泛的分布面積和較大的環(huán)境累積量導(dǎo)致了很嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng)，但目前還沒有提出很有效的微塑料降解方法可以應(yīng)對環(huán)境中的微塑料污染。因此本文從土壤環(huán)境、土壤微生物、植物體、食物鏈等方面綜述了微塑料的生態(tài)效應(yīng)，并且分析了近幾年研究比較火熱的微塑料生物降解方法，希望能提供一個(gè)對土壤微塑料生態(tài)效應(yīng)的詳細(xì)描述，并為微塑料的生物降解提供思路和參考。

1 土壤微塑料的生態(tài)效應(yīng)

微塑料因?yàn)槠浔旧淼某志眯?、多樣性和豐富性會(huì)對土壤環(huán)境造成很大的影響。土壤微塑料的生態(tài)效應(yīng)主要來自三個(gè)方面：塑料的主要成分、塑料合成過程中的添加劑、在環(huán)境中吸收的污染物。由于顆粒大小不一且密度與土壤顆粒不同，微塑料會(huì)直接改變土壤的物理性質(zhì)。小顆粒的微塑料可以很輕易地被土壤中的生物群體吸收，甚至有可能在食物鏈中累積。此外，微塑料較大的表面積也提供了吸附土壤中污染物的媒介，從而使污染物在這些顆粒上富集。因此，土壤中微塑料既可以被認(rèn)為是環(huán)境污染物，也可以被認(rèn)為是環(huán)境污染物的媒介。

1.1 微塑料對土壤理化性質(zhì)的影響

研究表明微塑料會(huì)直接影響土壤的密度、無機(jī)鹽含量和保水的能力等，較大尺寸（100 nm～5 mm）的微塑料顆粒甚至可以直接破壞土壤結(jié)構(gòu)。由于微塑料的類型不同，每種塑料化合物的密度不同，因此其在土壤中的分布以及對土壤密度的影響也不同。通常，相比于土壤顆粒，微塑料具有更低的密度，微塑料的加入會(huì)降低土壤容重。微塑料顆粒的介入也會(huì)使土壤的團(tuán)聚性發(fā)生改變，研究表明土壤中72%的微塑料參與了土壤團(tuán)聚體的形成。土壤團(tuán)聚體的形成大大增加了土壤的通氣性和孔隙度，研究表明聚酯纖維與周圍的土壤結(jié)合后，其形成的團(tuán)聚體還將影響土壤的保水能力。微塑料顆粒及其團(tuán)聚性也會(huì)為水分的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造一個(gè)通道，從而加速土壤水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤表面干裂甚至還可能破壞土壤結(jié)構(gòu)的完整性。植物根系周圍通常會(huì)富集很多微塑料顆粒，而這些顆?？赡軙?huì)通過改變植物根系周圍微生物群落的豐度來影響植物根系周圍的土壤肥力。此外，微塑料還會(huì)影響土壤的pH，有研究表明高密度聚乙烯塑料會(huì)降低土壤pH，但是其他研究表明聚乳酸和低密度聚乙烯這兩種微塑料能增加土壤pH。目前，不同種類的微塑料對土壤pH 產(chǎn)生不同影響的原因還存在爭議，需要更進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

總之，微塑料的存在可能導(dǎo)致土壤理化參數(shù)的變化，如土壤結(jié)構(gòu)、容重、持水能力、pH 值和養(yǎng)分含量。這些土壤中的變化可能會(huì)通過植物的根系間接影響到植物體的根系發(fā)育、生長情況和養(yǎng)分吸收等過程。

1.2 微塑料的吸附性對土壤健康的影響

微塑料具有較大的表面積和疏水性，它能夠?qū)⒅亟饘俸褪杷杂袡C(jī)污染物等有毒化學(xué)品集中在其表面，成為這些污染物的載體，從而對土壤中的動(dòng)植物造成更進(jìn)一步的危害。由于微塑料種類較多，且每種材料的化學(xué)和物理特性不同，不同塑料材質(zhì)的表面積和分子極性，也會(huì)影響微塑料對重金屬的吸附能力。自然情況下在土壤中放置時(shí)間越久的微塑料，會(huì)吸附越多的重金屬，比如老化的聚氯乙烯顆粒中積累了更多的銅和鋅。暴露在陽光中越久，陽光中的紫外線照射越會(huì)增加土壤表面微塑料對重金屬的吸附作用，因此微塑料在土壤中存在的時(shí)間越長，其構(gòu)成的生態(tài)危害就越大。塑料制造過程中為了增加其韌性和強(qiáng)度會(huì)添加額外的有機(jī)或無機(jī)添加劑，這些添加劑可能包括除酸劑、潤滑劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、顏料、抗靜電劑、抗氧化劑和增塑劑。這些人工添加劑以及這些添加劑在土壤中吸收富集的有機(jī)污染物也會(huì)對土壤環(huán)境和生物造成很大的影響。微塑料的吸附能力與吸附劑的疏水性密切相關(guān)，極易吸附疏水性的有機(jī)物。土壤中的疏水性有機(jī)物主要包括多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機(jī)農(nóng)藥，這些疏水性有機(jī)化合物被吸附到微塑料表面后，通常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的復(fù)合污染。由于較強(qiáng)的吸附性，在研究土壤微塑料的過程中，有必要檢測土壤中含量較高的農(nóng)藥、重金屬等其他污染物，來判斷微塑料是否會(huì)與其他污染物形成復(fù)合污染，從而加劇土壤的污染程度。

在畜牧業(yè)中存在抗生素大量使用的現(xiàn)象，而過量的抗生素則隨動(dòng)物糞便一起排放到了土壤中。微塑料較大的表面積，多孔結(jié)構(gòu)也讓其對抗生素有很強(qiáng)的吸附能力。最近研究表明四環(huán)素類抗生素可以與土壤中的微塑料形成復(fù)合物，并能在微塑料周圍土壤微生物群落中產(chǎn)生抗藥性。微塑料是否會(huì)驅(qū)動(dòng)抗性基因增加細(xì)菌的耐藥性目前尚無定論，需要進(jìn)行深入探討。

1.3 微塑料對土壤微生物的影響

微塑料能改變土壤的理化性質(zhì)、土壤粒度和土壤環(huán)境，而這些改變會(huì)直接影響土壤微生物群落的功能和結(jié)構(gòu)多樣性，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的土壤環(huán)境問題。微塑料還可以通過吸收太陽輻射來提高土壤的溫度，在寒冷的地區(qū)，土壤溫度的細(xì)微升高很可能會(huì)改變其中的微生物群落。與周圍的土壤顆粒相比，由于微塑料顆粒凹凸不平的表面和表面附著的各種物質(zhì)，會(huì)使微塑料周圍會(huì)形成與土壤中完全不同的微生物群落，而塑料周圍的群落形成的生態(tài)系統(tǒng)通常被稱為塑料圈（Plastisphere）。塑料圈，是一個(gè)最近被命名的人造生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)術(shù)語最初是指從北大西洋亞熱帶環(huán)流收集的微塑料上的生物群落。微塑料進(jìn)入環(huán)境后，環(huán)境中的細(xì)菌或其他原核生物會(huì)通過可逆附著率先黏附在微塑料的表面，這些生物會(huì)在微塑料表面形成諸如菌毛、黏附蛋白和胞外多聚物等機(jī)制促進(jìn)不可逆的附著，然后隨著各種微生物的附著和增殖生長，生物之間產(chǎn)生更多樣化的協(xié)同和競爭關(guān)系，最終形成了一個(gè)復(fù)雜的生物群落，即為“塑料圈”。在海洋中，塑料圈由一些光養(yǎng)生物、原生生物、共生菌落和病原體組成。近5 年塑料圈在海洋中的研究有了一定的進(jìn)展，但在土壤中塑料圈的研究還比較少。通常塑料圈的生物群落與周圍環(huán)境有顯著差異，一些細(xì)菌群，如弧菌科（Vibrionaceae）或假交替單胞菌科（Seudoalteromonadaceae），能夠在塑料圈中大量繁殖，但在塑料圈周圍環(huán)境中很少發(fā)現(xiàn)。在土壤的微塑料顆粒表面中，研究人員發(fā)現(xiàn)了綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、節(jié)桿菌屬（）、鏈霉菌屬（）、諾卡氏菌屬（）、氣微菌屬（）、兩面神菌屬（）和分枝桿菌屬（）的一些細(xì)菌。

以“大語文”觀為先導(dǎo)，《語文課程標(biāo)準(zhǔn)》中“努力建設(shè)開放而有活力的語文課程”及綜合性學(xué)習(xí)的要求，都昭示著語文作業(yè)的開放性勢在必行，多姿多彩的自然社會(huì)及網(wǎng)絡(luò)的普及又為語文作業(yè)的開放性提供了諸多條件。

1.4 土壤微塑料對植物體的直接影響

在農(nóng)用地土壤中生長的植物，通常會(huì)使用覆蓋地膜、施用有機(jī)肥等措施，而這些措施也增加了農(nóng)業(yè)作物接觸微塑料的機(jī)會(huì)。由于其顆粒本身具有較強(qiáng)的黏附性，較小顆粒的微塑料極易被植物根系分泌的多糖黏液黏附從而被植物根系吸收，此外小顆粒的微塑料在受到擠壓力的作用下能夠進(jìn)入到狹小的根部質(zhì)外體空間，會(huì)進(jìn)一步滲透進(jìn)入根系皮層組織甚至到達(dá)植物的導(dǎo)管組織中。進(jìn)入植物根部后，這些塑料顆粒能從植物根部運(yùn)輸?shù)街参锏牡厣喜糠?，蒸騰作用可能是塑料顆粒在植物體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，并且蒸騰作用的加快會(huì)加速這一過程。

這些較小顆粒的微塑料進(jìn)入或者接觸植物體后，會(huì)影響植物體的健康。研究表明，土壤中的微塑料會(huì)減弱蔥根部的生物量和根的伸張情況，甚至?xí)绊懢婢谥参锔档亩ㄖ场２煌６鹊木郾揭蚁┚鶗?huì)造成生菜根和葉的氧化應(yīng)激，并且損害根和葉的生長發(fā)育。其他的研究也表明微塑料對土壤-植物之間均具有潛在的威脅。由于微塑料種類較多，不同材質(zhì)的微塑料會(huì)在土壤和植物中引起不同的反應(yīng)，此外不同植物種類和土壤環(huán)境對微塑料的響應(yīng)也不一樣，因此在研究微塑料對植物體的危害時(shí)應(yīng)該將土壤環(huán)境作為一個(gè)整體去考慮，進(jìn)一步研究應(yīng)該包括更多類型的塑料顆粒、植物種類和土壤條件，以便系統(tǒng)地評估土壤微塑料污染對植物體的影響。

土壤微塑料早期的研究主要集中在微塑料對種子發(fā)芽率的影響。Bosker 等的試驗(yàn)表明，微塑料顆粒會(huì)堵塞種子的氣孔，從而降低78%的種子的發(fā)芽率。一些細(xì)長的微塑料纖維也會(huì)纏繞幼苗的根系，阻礙幼苗的生長。微塑料在植物體內(nèi)富集的研究正在進(jìn)行，若微塑料能在植物體內(nèi)通過根部的導(dǎo)管系統(tǒng)分散到整個(gè)植物體，就會(huì)實(shí)現(xiàn)微塑料從土壤到植物體中的轉(zhuǎn)移，造成更嚴(yán)重的危害，甚至可能進(jìn)入食物鏈。研究發(fā)現(xiàn)3 μm 的聚乙烯顆粒能在水培的玉米根際區(qū)域檢測出，但是由于顆粒較大無法繼續(xù)到達(dá)植株的地上部分。小麥與生菜在含有微塑料的水培試驗(yàn)和廢水灌溉沙土中生長時(shí)，研究人員在這兩種植物的根、莖、葉中均發(fā)現(xiàn)了微塑料顆粒。水培條件下的研究表明，0.2 μm 的聚苯乙烯微球能被生菜的根部吸收并能轉(zhuǎn)移到生菜的莖中積累，而1 μm 聚苯乙烯微球未能被生菜根部吸收。土壤中的聚苯乙烯微球能夠轉(zhuǎn)移到綠豆的葉片中，然后還會(huì)在該環(huán)境下的蝸牛體內(nèi)富集。因此，土壤微塑料能夠在植物體內(nèi)富集，甚至是通過食草動(dòng)物和昆蟲在食物鏈流動(dòng)。不同微塑料在植物體內(nèi)的情況見表1。微塑料在植物體內(nèi)的富集能力與其顆粒大小密切相關(guān)，顆粒越小的微塑料，越容易進(jìn)入植物根系并且在葉片中積累。

表1 不同微塑料類型和粒徑在植物體內(nèi)的富集情況Table 1 Accumulation of different microplastic types and particle sizes in plants

1.5 土壤微塑料對陸地食物鏈的影響

塑料和相關(guān)污染物的營養(yǎng)轉(zhuǎn)移已在水產(chǎn)食物網(wǎng)中得到證實(shí)，與水生環(huán)境相比，關(guān)于陸地上微塑料對生物健康風(fēng)險(xiǎn)的研究仍處于起步階段。在水生環(huán)境中，水中聚苯乙烯納米顆粒（24 nm）能通過淡水食物鏈從藻類到大型浮游動(dòng)物體內(nèi)，然后會(huì)繼續(xù)通過采食進(jìn)入金魚體內(nèi)。但是在土壤中，富集到植物體內(nèi)的微塑料是否會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)富集或者沿食物鏈傳遞的研究還比較少。

最近試驗(yàn)表明，微塑料可能會(huì)通過飲食、飲水和呼吸等方式進(jìn)入動(dòng)物體和人體。除了通過沿食物鏈層級(jí)傳遞外，土壤微塑料還能通過揚(yáng)塵的方式擴(kuò)散到空氣中，從而被食物鏈中不同層次的動(dòng)物通過呼吸吸入到體內(nèi)。一旦微塑料進(jìn)入生物體內(nèi)后，可能會(huì)進(jìn)入生物體內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)，從而在動(dòng)物體內(nèi)各處積累。盡管在哺乳動(dòng)物上微塑料進(jìn)入機(jī)體循環(huán)系統(tǒng)的研究較少，但是在貝類的研究上，已經(jīng)證明微塑料可以進(jìn)入生物體的循環(huán)系統(tǒng)。

在畜牧生產(chǎn)中很多研究已經(jīng)表明，微塑料可能會(huì)污染動(dòng)物產(chǎn)品，如蜂蜜、牛奶等。在對墨西哥家庭散養(yǎng)雞的調(diào)查中，微塑料已經(jīng)在家禽的砂囊中被檢測到，同時(shí)在周圍的土壤和蚯蚓中也能檢測到微塑料的存在，但在當(dāng)?shù)氐闹参飪?nèi)并未檢測到微塑料，推測雞可能通過啄食蚯蚓或者吞食土壤顆粒幫助消化的過程中將微塑料攝入到了體內(nèi)。人類若在食用這樣的砂囊時(shí)沖洗不干凈，其內(nèi)容物中的微塑料將直接進(jìn)入人體消化道。在其他經(jīng)濟(jì)動(dòng)物產(chǎn)品中，牛奶和蜂蜜中也發(fā)現(xiàn)了聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯酰胺這三種材質(zhì)的微塑料。但是微塑料是在動(dòng)物體內(nèi)富集后轉(zhuǎn)移到這些動(dòng)物產(chǎn)品中，還是在包裝、加工、運(yùn)輸?shù)倪^程中對這些產(chǎn)品造成的污染仍然未知。這些微塑料污染畜牧產(chǎn)品的途徑，是通過飼料采食還是水或者空氣的污染也有待進(jìn)一步的研究。

盡管目前進(jìn)行的土壤微塑料富集到植物體后是否會(huì)通過食物鏈傳遞到動(dòng)物體內(nèi)的研究還比較少，但在人體上微塑料的研究表明，調(diào)查的6 名女性中有4 名女性胎盤中檢測出微塑料，且在母體側(cè)、胎兒側(cè)和絨毛膜三個(gè)部分均檢測出了5～10 μm 大小不等的微塑料，這些微塑料很可能是通過食物鏈或者呼吸的方式進(jìn)入母體循環(huán)系統(tǒng)從而到達(dá)胎盤，這個(gè)結(jié)果足以引起人們對微塑料的重視。有關(guān)微塑料的動(dòng)物和細(xì)胞的添加試驗(yàn)表明，微塑料可以在人的腸道上皮細(xì)胞中積累，在小鼠的腸道、肝臟和腎臟中也均能發(fā)現(xiàn)微塑料的累積。累積在體內(nèi)的微塑料會(huì)給動(dòng)物機(jī)體造成不同的損傷，研究表明小鼠口服微塑料后，會(huì)減輕小鼠的體重，并且會(huì)影響小鼠肝臟中氧化應(yīng)激和脂代謝過程。此外，塑料在制作過程中添加的有害化學(xué)添加劑，在其成為微塑料進(jìn)入生物體后，也能對生物體產(chǎn)生更進(jìn)一步的影響。盡管尚沒有直接證據(jù)表明植物體內(nèi)的微塑料會(huì)通過采食傳遞到動(dòng)物體內(nèi)，但是目前的大多數(shù)研究均表明，很多畜牧業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)受到微塑料的污染，即使含量很微少，但是這些微塑料通過食物鏈不斷富集后，可能在人體內(nèi)大量累積，最終可能會(huì)對機(jī)體造成很大的損害。

2 土壤微塑料的生物降解

目前針對體積較大的塑料的處理方法包括回收利用、填埋、熱降解、機(jī)械降解和生物降解等。土壤中微塑料的顆粒較小，已經(jīng)廣泛融入土壤環(huán)境中的各處，無法進(jìn)行回收或者富集。由于微塑料分布的廣泛性，很難使用熱降解等簡單的方法對其進(jìn)行無害化處理。因此，研究人員主要關(guān)注使用生物降解的方法對土壤中的微塑料進(jìn)行降解，利用土壤中生物自身的運(yùn)動(dòng)和繁殖能力，也可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的微塑料降解。和其他方式相比，生物降解也更加安全、環(huán)保，有利于增強(qiáng)土壤環(huán)境對污染的自潔能力。目前研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的昆蟲、細(xì)菌和真菌均具有降解微塑料的能力，這些生物也都能成為解決土壤微塑料污染很好的對策。

2.1 微塑料的動(dòng)物降解

有些昆蟲能夠咀嚼和采食蜂蠟或塑料制品，并且將這些物質(zhì)用作唯一的碳源，能為微塑料的生物降解提供強(qiáng)大的生物資源。目前已有8 種昆蟲被報(bào)道具有采食、降解塑料的能力，大部分的研究集中在黃粉蟲、大麥蟲和蠟螟幼蟲上。幼蟲期的黃粉蟲、蚯蚓和蠟螟，已經(jīng)被證明能吞食并在他們體內(nèi)微生物的幫助下降解各種塑料聚合物。這些土壤中的昆蟲通常起到富集土壤中微塑料的作用，它們能通過咀嚼的過程將微塑料磨碎并通過腸道中的微生物進(jìn)一步分解微塑料。這些昆蟲能降解微塑料的本質(zhì)是其體內(nèi)微生物的降解作用，因此除了直接從塑料圈分離可降解微塑料的微生物外，從這些昆蟲腸道中進(jìn)行微塑料降解菌的篩選也成為了一種可行的途徑（表2）。

表2 微塑料降解昆蟲及其體內(nèi)參與降解的微生物Table 2 Microplastic degrading insects and their internal microorganisms

2.2 微塑料的微生物降解

塑料圈可以為很多微塑料降解菌等特殊微生物群落提供棲息地，這些微生物群落可以改變土壤生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能，并在微塑料降解過程中發(fā)揮作用，這也為微塑料的微生物降解提供了新的思路。雖然微塑料可以在環(huán)境中持續(xù)存在并具有一定的抗降解能力，但它們?nèi)钥梢员灰恍┪⑸锝到?，其中?xì)菌和真菌均能參與微塑料的降解作用，但僅僅靠一種單一的菌株很難完全降解微塑料，需要幾種菌類形成復(fù)合物才能有效的降解微塑料。除了廣泛分布于塑料圈中，這些能降解微塑料的微生物也存在于一些土壤動(dòng)物的消化道內(nèi)。微生物降解微塑料是一種安全、清潔、高效的微塑料降解方法，能在不破壞環(huán)境的情況下降解微塑料，利用微生物分布廣泛的特點(diǎn)，也能很好地進(jìn)行大面積微塑料的降解，因此微塑料的微生物降解，在近幾年受到很多關(guān)注。

想要通過微生物降解微塑料，首先需要解決的是高分子量的微塑料很難進(jìn)入微生物細(xì)胞的問題，而微塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)也較為穩(wěn)定，缺少微生物酶可以破壞的官能團(tuán)，微塑料碳骨架的較高疏水性和結(jié)晶度也會(huì)給微生物附著產(chǎn)生影響。目前研究發(fā)現(xiàn)紫外光照射、熱處理或化學(xué)處理，能在微塑料的碳鏈上產(chǎn)生各種官能團(tuán)（羰基、酮基、硝基等）來降低疏水性，從而能促進(jìn)微塑料的分解。微塑料完整的生物降解過程，首先要通過附著在微塑料表面的微生物或者土壤中的成分在微塑料的碳鏈上加入能被微生物結(jié)合和降解的官能團(tuán)，然后通過微生物分泌的各種酶將微塑料分解為分子量低的單體或者脂肪酸、酮、醛、醇等物質(zhì)，這些分子量較低的產(chǎn)物可以被微生物的細(xì)胞吸收，最終在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行分解代謝，產(chǎn)生CO、N等氣體，從而實(shí)現(xiàn)微塑料的無害降解。

目前在微生物對微塑料降解的研究指標(biāo)主要是微塑料的質(zhì)量改變、拉伸強(qiáng)度和光譜學(xué)分析等。在微生物分解的微塑料研究主要集中在聚乙烯上，其他類型的微塑料降解菌也有研究，但是相對較少（表3）。對單一菌種的降解效果研究表明，真菌對微塑料的降解效果優(yōu)于細(xì)菌。因?yàn)橄啾扔诩?xì)菌，真菌的菌絲能更牢固地附著在微塑料的表面，并且可能穿透到塑料顆粒內(nèi)部，真菌也可以促進(jìn)微塑料中羰基、羧基和酯基等化學(xué)鍵的形成，從而降低微塑料的疏水性，因此真菌在減少塑料污染對環(huán)境影響的方面具有很大的潛力。但無論是細(xì)菌還是真菌，單一菌株對微塑料的降解效果一般情況均比較有限，而由多種真菌和細(xì)菌的混合菌群，由于存在菌種間的協(xié)作關(guān)系，對微塑料往往有更好的降解效果。即使是同一塑料顆粒，顆粒不同位置的生物降解效果也不同，具體取決于該位置的微生物組成，往往單一的真菌和細(xì)菌的降解效果較差。盡管目前有大量的研究致力于微塑料降解菌的篩選，但是目前篩選出的微生物其降解速率均較慢，微生物與微塑料之間的相互作用尚不清楚，不同菌群之間的協(xié)作關(guān)系也較為復(fù)雜，想要通過微生物降解土壤中的微塑料還有很長的路要走。

表3 土壤中微塑料降解微生物Table 3 Microplastics degrading microbes

2.3 微塑料的酶降解

無論真菌還是細(xì)菌，微生物降解微塑料的本質(zhì)是分泌各種降解酶，因此很多學(xué)者著手于通過直接的酶合成的方式進(jìn)行微塑料的降解。微塑料降解酶按照其作用位置可以分為胞外酶和胞內(nèi)酶，胞

外酶參與了微塑料聚合物的長碳鏈的解離，使其形成低聚物或二聚體從而能被微生物吸收到細(xì)胞內(nèi)，被吸收到微生物體內(nèi)后，胞內(nèi)酶會(huì)進(jìn)一步將這些低聚物進(jìn)行分解。但由于微塑料降解酶的研究還剛剛起步，只有為數(shù)不多的研究對微生物降解過程中的酶進(jìn)行了調(diào)查，而且關(guān)注的重點(diǎn)也主要集中在胞外酶。

續(xù)表

目前發(fā)現(xiàn)在微塑料降解過程中起重要作用的酶有蛋白酶、脂肪酶、角質(zhì)酶、蟲漆酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素過氧化物酶和烷烴羥化酶等。不同類型的微生物產(chǎn)生的降解酶也不盡相同，比如桿菌屬或芽孢桿菌屬的細(xì)菌主要通過分泌蛋白酶的方式對塑料進(jìn)行降解，而有些真菌則是通過分泌蟲漆酶催化芳香族化合物的氧化來完成降解過程。這些胞外酶首先會(huì)與微塑料底物相結(jié)合，然后才能進(jìn)行降解，因此酶與微塑料聚合物底物的結(jié)合對于維持酶生物催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。酶的結(jié)合效果和催化活性受外界環(huán)境影響較大，由于土壤環(huán)境的多變性和復(fù)雜性，會(huì)直接影響胞外酶與底物的結(jié)合效果。目前很多研究僅關(guān)注了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境理想情況下的酶降解，降解酶在土壤中真實(shí)的降解效果仍然有待研究。相比于微生物的研究，參與微塑料降解的酶更多且更復(fù)雜。酶制劑通常很難大面積地對土壤中微塑料實(shí)現(xiàn)降解，但降解酶作為微生物降解微塑料的本質(zhì)，仍然不能忽視，在后續(xù)的研究中，應(yīng)該得到足夠的重視。

3 展 望

隨著國家政策的頒布和環(huán)保意識(shí)的提高，微塑料作為新型污染物受到了越來越多的關(guān)注，其治理也在我國“十四五”的污染防治工作中占很重要的地位。越來越多的學(xué)者也開始關(guān)注微塑料的問題，土壤中微塑料的分布、土壤微塑料在動(dòng)植物體內(nèi)的積累、土壤微塑料的危害等方向的研究也逐漸增多，未來在對微塑料進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)，應(yīng)該著重關(guān)注以下幾個(gè)方面。

3.1 綜合考慮土壤微塑料的生態(tài)效應(yīng)

與海洋環(huán)境相比，土壤的環(huán)境和成分更加多樣，微塑料在土壤中的擴(kuò)散和分布程度也更加復(fù)雜。目前由于缺乏田間和實(shí)驗(yàn)室研究，關(guān)于微塑料在土壤中的轉(zhuǎn)移和生物學(xué)影響的爭論越來越多。在評估土壤中微塑料的影響時(shí)還要額外考慮到微塑料對土壤中其他污染物的吸附作用，以及微塑料是否會(huì)同這些物質(zhì)產(chǎn)生聯(lián)合效應(yīng)，因此分析土壤微塑料的生態(tài)效應(yīng)時(shí)要綜合考慮微塑料對土壤可能產(chǎn)生的影響。

3.2 將土壤中生物與非生物部分作為整體進(jìn)行研究

為了更好地評價(jià)土壤微塑料在時(shí)空變化條件下對土壤生物群的作用，需要更好地理解土壤中的塑料圈以及土壤微塑料對微生物區(qū)系的調(diào)控過程。應(yīng)將土壤中的生物部分和非生物部分以及兩者之間的相互作用作為整體去研究，從而能更好地研究不同部分之間的互作關(guān)系。不同類型的微塑料對污染物的吸附過程是不同的，微塑料類型是否會(huì)影響其對周圍物質(zhì)的吸附能力以及對塑料圈的影響也需要更進(jìn)一步的研究。

3.3 分離培養(yǎng)微塑料高效降解菌

不同材質(zhì)和粒度的微塑料周圍可能會(huì)存在不一樣的塑料圈和微生物群落，其降解菌之間也存在不同的互作關(guān)系。而不同農(nóng)作物的根系往往也有其特有的微生物群落，這些微生物群落也會(huì)更進(jìn)一步地和塑料圈中的微生物相融合，形成更復(fù)雜的互作關(guān)系。想要更好地分離微塑料降解菌，就要弄清不同菌屬之間的互作關(guān)系，篩選高效的分解菌組合。目前分離得到的降解微生物效率普遍較低，因此，參與塑料降解過程的微生物和酶仍需要被進(jìn)一步揭示。

3.4 土壤微塑料研究應(yīng)更接近真實(shí)的自然條件

未來土壤微塑料的研究還應(yīng)考慮微塑料的濃度。目前大部分的試驗(yàn)采用較高濃度的微塑料，以便顯著觀察到微塑料對植物體或土壤的影響，但在自然環(huán)境下土壤中微塑料含量往往低于試驗(yàn)中的添加量。除特別極端情況外，自然環(huán)境中受到污染的土壤中的微塑料含量通常不到土壤0.1%（按質(zhì)量計(jì)），且自然條件下的土壤環(huán)境往往更復(fù)雜，因此需要用更接近自然狀態(tài)下的研究環(huán)境去進(jìn)行微塑料的研究。隨著全球塑料垃圾的大量產(chǎn)生，土壤中微塑料的濃度預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)增加，因此，未來的研究應(yīng)該關(guān)注不同濃度的土壤微塑料對土壤和植物之間、土壤生物和土壤性質(zhì)的影響。

3.5 結(jié)合不同學(xué)科，共同研究微塑料對食物鏈的影響

微塑料累積是否會(huì)沿著食物鏈富集到食草動(dòng)物或者是人類體內(nèi)仍然未知。食草動(dòng)物及其畜牧產(chǎn)品是人類很重要的食物來源，但對其采食的飼料中微塑料的含量和研究卻比較少。若畜牧動(dòng)物采食的飼草中存在微塑料污染，對肉、蛋、奶等畜牧產(chǎn)品中微塑料含量的評估，將會(huì)是一個(gè)很有意義的研究方向，這需要畜牧、土壤、環(huán)境學(xué)等多方面學(xué)科的合作。