張文婷，唐成瑞，彭 柏，雷金鵬，李 偉

（1.西南交通大學(xué)，四川成都 611756；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司川西北氣礦，四川綿陽(yáng) 621700）

2004 年，英國(guó)學(xué)者THOMPSON 等首次提出一種新興環(huán)境污染物——微塑料，微塑料通常是指粒徑小于5 mm 的塑料顆粒，其特點(diǎn)為粒徑小、密度輕、遷移性強(qiáng)、疏水性強(qiáng)、比表面積大、表面疏水性強(qiáng)及在環(huán)境中可長(zhǎng)期穩(wěn)定存在[1-2]。目前，大部分微塑料的粒徑在微米級(jí)以下，納米級(jí)微塑料也不在少數(shù)，河流、河口、近岸海域甚至極地大洋及多種陸生和水生生物體相繼檢出微塑料，微塑料污染也逐漸受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注，并被聯(lián)合國(guó)環(huán)境大會(huì)列入全球亟待解決的第二大環(huán)境問(wèn)題[3]。目前，從全球生態(tài)系統(tǒng)來(lái)看，微塑料儼然成為一種日益嚴(yán)峻的新興威脅[4-5]。相比于海洋環(huán)境而言，陸地環(huán)境則更易接納微塑料，每年釋放到陸地上的塑料是海洋的4～23 倍。由于微塑料粒徑微小的特性，生物體易將其當(dāng)作其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吞噬吸收，進(jìn)而在食物網(wǎng)中富集并造成嚴(yán)重危害[6]。

微塑料通過(guò)多種途徑進(jìn)入土壤，對(duì)土壤生態(tài)會(huì)產(chǎn)生一定影響，同時(shí)它極易在土壤環(huán)境中進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化。RILLING 等人提出了研究土壤中微塑料污染狀況的重要性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土壤在微塑料作用下的相關(guān)變化，如土壤理化性質(zhì)的改變、土壤功能和生物多樣性的劣化等[7]。隨著不斷深入研究，他們發(fā)現(xiàn)基于土壤中微塑料的不斷遷移，其還會(huì)對(duì)水生和陸地生物產(chǎn)生不利影響，原因是塑料自身有毒物質(zhì)的毒害作用，以及由于微塑料體積小、比表面積大的特點(diǎn)，其在周?chē)h(huán)境中吸附的新污染物和重金屬等有毒有害物質(zhì)同樣會(huì)對(duì)生物體造成一定附加危害。同時(shí)，微塑料會(huì)影響動(dòng)物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育及繁殖，原因是微塑料可以承載污染物，被生物攝食后，會(huì)釋放出有毒化合物，并且微塑料在動(dòng)植物中積累后，通過(guò)食物鏈的傳遞，最終人體也會(huì)受到一定影響。

為深入理解微塑料對(duì)植物及其根系微生物的影響，關(guān)注并總結(jié)了近年來(lái)微塑料污染與植物生長(zhǎng)的相關(guān)研究，識(shí)別土壤中微塑料污染從而影響植物生理生長(zhǎng)的研究方向，以期提高對(duì)土壤中微塑料污染危害的認(rèn)識(shí)，并為科學(xué)評(píng)估土壤中微塑料污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)提供參考依據(jù)。

1 土壤中微塑料的來(lái)源

1.1 工業(yè)、農(nóng)業(yè)來(lái)源

在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，微塑料粒子大多直接出現(xiàn)在土壤環(huán)境中。農(nóng)田土壤中微塑料的主要來(lái)源為農(nóng)用地膜殘留。農(nóng)用地膜主要成分為聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS），其中PVC 薄膜透光性差，并且具有毒性和致癌。WANG 等研究發(fā)現(xiàn)，塑料含有鄰苯二甲酸鹽等有害添加劑，塑料地膜中鄰苯二甲酸鹽含量在50～120 mg·kg-1[8]。根據(jù)KONG 等人的調(diào)查結(jié)果，在我國(guó)，與非覆蓋土壤相比，使用塑料地膜覆蓋的土壤中鄰苯二甲酸酯濃度高出74%～208%[9]。因此，塑料地膜覆蓋可能連續(xù)富集土壤中的塑料碎片，并通過(guò)釋放鄰苯二甲酸鹽等有害污染物危害環(huán)境。在工業(yè)中，微塑料主要出現(xiàn)在服裝生產(chǎn)過(guò)程中，其使用的部分超細(xì)塑料纖維是土壤環(huán)境中微塑料的主要來(lái)源。BELZAGUI 等人的研究顯示，部分紡織外套和人造毛皮中微纖維含量在175～560 items·g-1[10]。工農(nóng)業(yè)中微塑料的來(lái)源多種多樣，應(yīng)嚴(yán)格控制微塑料的使用，從而減少其對(duì)環(huán)境的影響。

1.2 社會(huì)來(lái)源

人們?nèi)粘Ｉ钪幸矔?huì)向土壤輸入塑料，如在道路和小徑附近亂扔垃圾或非法傾倒廢物。在街道或小徑附近亂扔垃圾是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，但目前，還沒(méi)有研究能夠量化通過(guò)這種方式進(jìn)入土壤的塑料量。微塑料的主要來(lái)源還包括輪胎磨損顆粒，當(dāng)輪胎和路面接觸時(shí)，通過(guò)機(jī)械剪切力或揮發(fā)作用產(chǎn)生輪胎磨損顆粒。在HARTMANN 提出的判別準(zhǔn)則中，輪胎磨損顆?？梢员粍澐衷谖⑺芰系姆懂燵11]。WANG 等的研究顯示，原生微塑料釋放量中有53.9%是輪胎磨損顆粒[12]。環(huán)境中次生微塑料的來(lái)源包括日常護(hù)理用品中的塑料微珠，如沐浴露、洗面奶等清潔劑中都含有塑料微珠。截至目前，在人類生活中，塑料的應(yīng)用涉及方方面面，且未來(lái)其使用率仍將持續(xù)上升。因此，有效控制社會(huì)中微塑料的來(lái)源與產(chǎn)生量，以及降低其對(duì)土壤的污染強(qiáng)度勢(shì)在必行。

1.3 大氣沉降

大氣沉降也是微塑料進(jìn)入土壤的主要方式之一。WRIGHT 等人對(duì)倫敦市人口中心進(jìn)行了大氣沉積物中的微塑料檢測(cè)，結(jié)果基本在所有的樣品中都發(fā)現(xiàn)了微塑料[13]。而DRIS 等人也在巴黎進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，檢出結(jié)果表明每天巴黎周邊的大氣環(huán)境中微塑料含量在29～280 個(gè)·m-2，同時(shí)通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域微塑料種類大部分為纖維類微塑料，總質(zhì)量在3～10 t，占總量的90%，且1/2 以上的微塑料粒徑達(dá)到了1 000 μm[14]。DRIS 等人的研究表明，大量纖維存在于大氣沉降物中，并且這些纖維的含量據(jù)估算至少有29%為塑料聚合物[14]。因此，為了更好地研究大氣中的微塑料，需要考慮時(shí)空分布、大氣遷移特征、大氣遷移影響因素等方面，并進(jìn)一步對(duì)微塑料在大氣沉降中的傳輸范圍和沉降通量進(jìn)行估算。源解析在研究大氣中微塑料方面也必不可少。

2 微塑料對(duì)土壤的影響

微塑料在土壤環(huán)境中是很難降解的，因?yàn)樵谕寥乐形⑺芰鲜艿降淖贤饩€輻射少且物理磨損少，所以其可以在土壤中經(jīng)年累積。微塑料會(huì)與土壤結(jié)合形成小的團(tuán)聚體或互相包裹，這些情況會(huì)對(duì)土壤的持水量、容重、水穩(wěn)性團(tuán)聚等理化性質(zhì)產(chǎn)生影響。不同類型、不同濃度的微塑料對(duì)土壤環(huán)境的改變具有很大差異。如QI 等人的研究發(fā)現(xiàn)，低密度聚乙烯（Low Density Polyethylene，LDPE）塑料碎片的存在對(duì)容重、孔隙率、飽和導(dǎo)水率、田間容重和土壤斥水性有顯著影響，而對(duì)pH值、導(dǎo)電性和土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性沒(méi)有顯著影響，塑料碎片的類型、大小和含量及三者之間的相互作用對(duì)土壤參數(shù)的變化起著復(fù)雜的作用[15]。其中，高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）會(huì)使土壤pH 值降低，而聚乳酸（polylactic acid，PLA）則相反，在令土壤pH 值升高的同時(shí)會(huì)使電導(dǎo)率隨之降低，而PS 則對(duì)土壤不存在以上影響。還有研究表明，土壤中微塑料濃度高時(shí)，溶解性有機(jī)物會(huì)出現(xiàn)更難分解的現(xiàn)象，這也導(dǎo)致土壤具備更高養(yǎng)分，但特別的是，草甘膦等農(nóng)藥成分會(huì)與微塑料之間產(chǎn)生相互作用，反而使得土壤環(huán)境中部分溶解性有機(jī)碳和有機(jī)磷加速分解，土壤養(yǎng)分變低，部分可生物降解的塑料也會(huì)因?yàn)楦蓴_自然降解過(guò)程而影響氮元素循環(huán)[16]。SHI 等人研究發(fā)現(xiàn)，原PE 微塑料顯著降低土壤pH 值，提高土壤電導(dǎo)率，而與風(fēng)化PE 微塑料相比，原PE 微塑料能夠吸附土壤中更多的速效磷和鉀[17]。THORSTEN 等人在研究中通過(guò)反相色譜法分析了不同水相條件下，250 μm以下的聚乙烯微塑料對(duì)阿特拉津和4-（2,4-二氯苯氧基）丁酸這兩種植物保護(hù)劑在土壤中遷移的影響，研究表明，在聚乙烯微塑料的干擾下，土壤吸附能力降低，從而提高了土壤中有機(jī)污染物的流動(dòng)性[18]。微塑料還會(huì)通過(guò)影響土壤的水循環(huán)，導(dǎo)致土壤缺水情況加劇，且會(huì)影響污染物沿土壤裂縫向更深層遷移。由此可見(jiàn)，微塑料對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響不容忽視。

3 微塑料對(duì)植物的影響

微塑料對(duì)植物產(chǎn)生的直接影響主要體現(xiàn)在堵塞植物根部通道、影響植物光合作用方面。植物根系附近的微塑料會(huì)對(duì)植物本身吸收和運(yùn)輸養(yǎng)分造成較大影響，甚至當(dāng)微塑料不斷分解為納米微塑料時(shí)，植物根系會(huì)直接將其當(dāng)作養(yǎng)分一起向上輸送，進(jìn)而影響植物整體的生長(zhǎng)發(fā)育。微塑料可能通過(guò)自身毒性及負(fù)載毒性直接或間接影響植物生長(zhǎng)，但其正面和負(fù)面影響因微塑料及植物類型而異。牛佳瑞等人的研究結(jié)果顯示，聚乙烯微塑料會(huì)破壞紫花地丁植物的抗氧化酶系統(tǒng)，當(dāng)暴露濃度超過(guò)500 mg·kg-1時(shí)，抗氧化酶活性顯著降低，且通過(guò)阻礙植物的光系統(tǒng)Ⅱ，葉片的光合作用也受到了嚴(yán)重破壞[19]。

雖然微塑料被定義為污染物，但它們可以促進(jìn)高等植物的生長(zhǎng)。某些塑料含有氮等元素，氮滲入土壤，能為植物提供養(yǎng)分，對(duì)植物的生長(zhǎng)起到一定的促進(jìn)作用。例如，MACHODO 等人報(bào)道，一種名為聚酰胺（Polyamide，PA）的含氮塑料增加了蔥的葉片氮含量和總生物量。原因可能是PA 向土壤釋放氮進(jìn)而被蔥作為營(yíng)養(yǎng)元素吸收[20]。其他非含氮塑料聚合物也能刺激植物生長(zhǎng)。LOZANO 等人的研究顯示，在濕潤(rùn)和干旱條件下，聚酯微纖維在良好澆水條件下使拂子茅的芽質(zhì)量分別增加了66%和85%，他們認(rèn)為可能是微塑料降低了土壤容重、改善了土壤通氣性，提高了微纖維對(duì)根系的滲透性[21]。此外，土壤中的薄膜、聚氨酯泡沫和碎片可以增加植物的生物量。

4 結(jié)語(yǔ)

作為一種新型環(huán)境污染物，微塑料已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注，對(duì)微塑料影響的研究也與日俱增。微塑料會(huì)對(duì)土壤的基本理化性質(zhì)造成一定影響，并且通過(guò)影響土壤環(huán)境，從而對(duì)植物也產(chǎn)生影響。同時(shí)，納米級(jí)微塑料本身會(huì)同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一起進(jìn)入植物體內(nèi)，降低植物的光合作用，影響細(xì)胞膜的整體功能，造成氧化應(yīng)激損傷，進(jìn)而影響植物的基因表達(dá)。綜述了微塑料土壤理化性質(zhì)及對(duì)植物的影響，以期為今后微塑料的污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)前人的研究，發(fā)現(xiàn)微塑料對(duì)土壤及植物的影響機(jī)制的研究中還存在一些不足。目前，大多數(shù)學(xué)者主要研究的是原生微塑料的影響，而老化微塑料或者老化過(guò)程中的微塑料的相關(guān)研究還比較薄弱，且對(duì)植物生長(zhǎng)期的影響缺乏系統(tǒng)了解；同時(shí)，土壤中含有多種污染物，微塑料與其他污染物的復(fù)合效應(yīng)被關(guān)注的不多，其聯(lián)合毒性效應(yīng)相關(guān)機(jī)理存在很多未知；此外，需要從分子學(xué)方面去探究機(jī)理，以了解微塑料對(duì)植物的影響機(jī)制。因此，在未來(lái)的研究中，可以從3 個(gè)方面進(jìn)一步完善：1）微塑料暴露過(guò)程和老化塑料對(duì)植物影響的相關(guān)研究需要被重視，以全面了解微塑料對(duì)植物的影響機(jī)制；2）微塑料和污染物之間的復(fù)合作用，需要更多探討和研究，以了解復(fù)合污染的毒性機(jī)理；3）微塑料對(duì)植物關(guān)鍵酶和基因等大分子的影響，其相關(guān)研究也需要深入開(kāi)展，以期為微塑料生態(tài)環(huán)境效益的探索提供更多的證據(jù)。