關(guān)鍵詞：微塑料；土壤生態(tài)系統(tǒng)；新興污染物；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

前言

土壤是地球生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組分，對(duì)維持植被生長(zhǎng)、水源凈化、物質(zhì)循環(huán)等生態(tài)功能至關(guān)重要。近年來，隨著城市化、工業(yè)化和塑料制品廣泛使用，微塑料污染逐漸成為土壤環(huán)境的新挑戰(zhàn)。尤其值得注意的是，微塑料可以改變土壤的理化性質(zhì)和生物特性，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、作物產(chǎn)量以及有機(jī)質(zhì)分解過程產(chǎn)生不同程度的影響，其潛在的環(huán)境影響和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。文章旨在深入研究微塑料進(jìn)入土壤的途徑、在土壤中的命運(yùn)以及對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的可能影響，以應(yīng)對(duì)微塑料對(duì)土壤環(huán)境和生物多樣性帶來的潛在威脅。通過這項(xiàng)研究，我們希望為土壤科學(xué)領(lǐng)域提供新的見解，以更好地理解和管理微塑料污染對(duì)土壤的影響。

1國(guó)內(nèi)土壤環(huán)境現(xiàn)狀及背景

為了更好的理解當(dāng)前微塑料的研究領(lǐng)域，使用了VOSviewer并以科學(xué)的方式構(gòu)建了文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集的圖形化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過檢索了中國(guó)知網(wǎng)中2019年一2023年近五年間北大核心期刊中以“微塑料”為主題的相關(guān)文獻(xiàn)，并以Co-occurrence的方式對(duì)其中的關(guān)鍵詞進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，根據(jù)總體關(guān)聯(lián)強(qiáng)度可視化的呈現(xiàn)出來，用以評(píng)估它們與微塑料之間的關(guān)聯(lián)性（如圖1所示）。這有助于更好地理解當(dāng)前微塑料的研究重心和發(fā)展趨勢(shì)，為未來研究方向提供參考性的價(jià)值。

土壤在全球物質(zhì)循環(huán)及生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展中扮演了至關(guān)重要的角色，它既是動(dòng)植物生存的載體，又是與其他環(huán)境接觸的媒介。土壤環(huán)境關(guān)系到人體健康以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也是保障糧食安全與生態(tài)環(huán)境安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。中國(guó)作為最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó)之一，一直在努力改善土地管理和農(nóng)業(yè)實(shí)踐，以提高土地的可持續(xù)利用率。耕地質(zhì)量較差、土壤質(zhì)量的不均衡分布導(dǎo)致中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量總體較低是當(dāng)前國(guó)內(nèi)面臨的首要問題。在當(dāng)前2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和目標(biāo)的大背景下，土壤環(huán)境現(xiàn)狀的關(guān)鍵在于如何通過強(qiáng)調(diào)土壤健康。將土壤環(huán)境的管理與國(guó)家發(fā)展大計(jì)更緊密地結(jié)合起來，這不僅是當(dāng)前土壤環(huán)境管理的重心，也是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵戰(zhàn)略之一。

2土壤中微塑料的來源

微塑料是指那些直徑小于5毫米的微小塑料顆粒或碎片，由于其極低的尺寸和廣泛的來源備受研究者們的關(guān)注。土壤中微塑料的來源途徑多樣，廢棄塑料制品的分解、電子垃圾的拆解以及農(nóng)田覆蓋物的降解等都將為微塑料的誕生提供有利條件。微塑料從來源對(duì)象上劃分具體可以追溯到農(nóng)業(yè)和城市兩個(gè)領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)用覆膜的使用、再生水灌溉和污泥回用是當(dāng)今農(nóng)業(yè)實(shí)踐的重要組分部分，這都為微塑料進(jìn)入土壤提供了可乘之機(jī)。對(duì)于城市而言，固體廢物的掩埋、污水的排放等方式會(huì)將微塑料引入到周邊土壤，并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成威脅。

2.1微塑料的農(nóng)業(yè)污染源

中國(guó)是全球最大的塑料覆膜消費(fèi)國(guó)之一，地膜覆蓋面積近0.2億平方公頃。雖然塑料薄膜覆蓋有助于提高田間生產(chǎn)效率并確保糧食供應(yīng)安全，但大部分的覆膜并沒有在收獲季后得到有效的回收利用。由于完全暴露于陽光下并與土壤表層直接接觸，使得塑料薄膜在紫外線照射、機(jī)械外力作用下破碎老化，成為微塑料（lt;5mm）或粒徑更小的納米顆粒被土壤所吸附，造成不可預(yù)知的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)計(jì)到2030年，全球農(nóng)用塑料薄膜的使用量將以每年5.6%的速度持續(xù)增長(zhǎng)。

此外，灌溉是土壤中微塑料的重要間接來源。經(jīng)污水處理廠處理后產(chǎn)生的再生水被作為農(nóng)業(yè)用水循環(huán)使用．而這些水體本身所含的微塑料并沒有被完全有效地去除，從而對(duì)土壤造成了污染。解立國(guó)等人檢測(cè)了太原某污水處理廠中微塑料的賦存，結(jié)果表明每年仍有6.09×103億個(gè)微塑料顆粒排放到淡水環(huán)境中。而在部分缺少水資源的地區(qū)甚至存在污水灌溉的情況，這對(duì)土壤環(huán)境的破壞是毋庸置疑的。

2.2微塑料的城市污染源

塑料制品由于其輕量、耐用、低廉的成本備受人們的喜愛，逐漸成為了現(xiàn)代城市中不可或缺的產(chǎn)品之一。據(jù)《2023年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》公布的數(shù)據(jù)顯示，2023年全國(guó)生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到了24444.7萬噸，其中約有444萬噸固體廢物被用于垃圾填埋，648萬噸垃圾被集中焚燒。盡管一些可生物降解塑料在降解過程中減少了部分污染的風(fēng)險(xiǎn)，但不得不承認(rèn)這種生物降解能力往往是有限的。大部分的塑料制品經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化下（如聚合物的水解、光老化、分子鏈縮短、熱剪切應(yīng)力作用）產(chǎn)生二次微塑料或納米塑料，這些微小塑料隨著垃圾滲濾液滲透到土壤內(nèi)部，成為城市土壤中的主要污染源。

此外，污水處理廠被認(rèn)為是城市中的微塑料的重要點(diǎn)源，有研究表明大型污水處理廠每天排放的微塑料顆粒多達(dá)5.0×105～1.4×10。雖然污水處理廠并不能有效攔截微塑料對(duì)城鎮(zhèn)土壤的污染，但更深層次的處理工藝以及適當(dāng)?shù)脑O(shè)備對(duì)減少微塑料的排放仍具有重要意義。

3微塑料在土壤中的遷移行為

微塑料在土壤中的遷移往往是復(fù)雜多變的，如圖2所示微塑料在土壤中的遷移途徑。首先，微塑料可以通過大氣沉降進(jìn)入地表，也可以通過地表徑流等方式進(jìn)入土壤，然后在風(fēng)力、水力等外部條件的影響下在土壤淺層分布。其次，微塑料還可以通過農(nóng)耕翻作、生物擾動(dòng)、土壤侵蝕等不同機(jī)制遷移到土壤的更深層，這種復(fù)雜的遷移過程在不同環(huán)境條件下會(huì)表現(xiàn)出多種特征。對(duì)于埋藏較淺的微塑料，地表徑流和風(fēng)力遷移是它們最好的遷移選擇。微塑料可以通過徑流運(yùn)輸?shù)洁徑鼌^(qū)域和水體，并通過干濕過程在大氣中進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)輸和沉積，這種方式通常受到土壤表層的物理和化學(xué)性質(zhì)影響。土壤顆粒大小、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地和pH值等因素都會(huì)干擾微塑料在土壤中的層次分布。土壤中的生物活動(dòng)，如蚯蚓、昆蟲的運(yùn)動(dòng)及植物根系生長(zhǎng)等，都可能會(huì)將微塑料從土壤表層帶人更深的土壤層，這種生物介導(dǎo)的遷移過程會(huì)對(duì)微塑料在土壤中的分布產(chǎn)生重要影響。此外，由于土壤多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，微塑料在土壤中的遷移和分布也受到孔隙空間的影響。不同大小和形狀的微塑料顆?？赡軙?huì)在土壤孔隙中表現(xiàn)出不同的遷移和滯留特性，進(jìn)而影響其在土壤介質(zhì)中的命運(yùn)。最新的研究表明孔隙水的離子強(qiáng)度可以改變微塑料與土壤顆粒之間的靜電排斥作用，對(duì)微塑料的遷移行為產(chǎn)生顯著影響，這一發(fā)現(xiàn)將為進(jìn)一步預(yù)測(cè)微塑料在土壤系統(tǒng)中的遷移和分布情況做出貢獻(xiàn)。

4微塑料對(duì)土壤種群影響

微塑料的存在可能引發(fā)土壤結(jié)構(gòu)破壞，影響土壤的通透性和保水性，進(jìn)而妨礙了水分滲透和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。此外，微塑料與植物根系的相互作用可能抑制植物的正常生長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響。另一方面，微塑料在土壤中的存在也可能導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物和其他生物多樣性的改變，進(jìn)一步影響了土壤的生態(tài)功能。因此，深入了解微塑料對(duì)土壤生態(tài)功能的影響，以及采取措施來減輕潛在的負(fù)面影響，對(duì)于土壤環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

4.1微塑料對(duì)土壤動(dòng)物的影響

土壤動(dòng)物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要載體，承擔(dān)著物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和能量的循環(huán)。通常情況下，土壤中的微塑料被土壤生物攝取并在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的土壤生物體內(nèi)累積，從而影響它們的生長(zhǎng)、繁殖、腸道微生物群和免疫系統(tǒng)。目前已有大量的研究表明微塑料可能對(duì)這些生物體的個(gè)體或種群產(chǎn)生潛在性的危害。蚯蚓作為一種常見的土壤生物，由于其腐食性的特點(diǎn)，最容易攝人含有微塑料的土壤顆粒。Chen等人的研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓在長(zhǎng)時(shí)間（28天）接觸1.5g/kg LDPE后，出現(xiàn)了明顯的體表損傷。此外，在1.0g/kg LDPE濃度下，蚯蚓體內(nèi)的抗氧化酶催化酶活性和丙二醛含量顯著增加，這表明蚯蚓在這一過程中經(jīng)歷了氧化應(yīng)激反應(yīng)。這些結(jié)果證實(shí)了微塑料的存在對(duì)蚯蚓的生理健康產(chǎn)生了不利影響。

4.2微塑料對(duì)植物的影響

由于植物的富集作用，微塑料可能對(duì)植物產(chǎn)生多層次、復(fù)雜而持久的影響。這些影響不僅涵蓋了植物的生長(zhǎng)和發(fā)育過程，還可能涉及到植物的生理、生態(tài)功能。Liu等人的研究發(fā)現(xiàn)高濃度的可降解生物對(duì)環(huán)境的危害更大。微塑料的存在顯著提高了土壤酶活性，通過改變小白菜根際細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)，加速微塑料的產(chǎn)生，從而嚴(yán)重限制了植物的生長(zhǎng)。此外，一些研究指出，長(zhǎng)期暴露于微塑料（聚氯乙烯、聚丙烯）環(huán)境下的植物，其生物產(chǎn)量（根、芽的鮮重）明顯下降。Colzi等人的實(shí)驗(yàn)中還觀察到，微塑料顆粒對(duì)植物的根系造成了不可逆的損傷，導(dǎo)致葉片尺寸減小以及植物光合作用能力下降。這些研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了微塑料對(duì)土壤和植物健康的重要影響，需要采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略來減輕影響。

4.3微塑料對(duì)微生物群落的影響

微生物通過直接參與土壤中有機(jī)物分解、養(yǎng)分循環(huán)，維持了土壤的肥力和質(zhì)地。同時(shí)它們對(duì)于抑制土壤病原體、儲(chǔ)存有機(jī)碳和維持生態(tài)系統(tǒng)多樣性等方面也發(fā)揮舉足輕重的作用。因此，理解和保護(hù)土壤中的微生物群落對(duì)于維護(hù)土壤健康和生態(tài)平衡至關(guān)重要，是土壤環(huán)境領(lǐng)域的重要研究課題。

微塑料對(duì)土壤微生物的影響主要包括對(duì)其代謝活動(dòng)的抑制，以及對(duì)群落結(jié)構(gòu)功能的影響。研究表明，微塑料可以增加或降低土壤細(xì)菌和真菌群落的豐度，從而改變它們的群落組成。此外，微塑料可能與其他有機(jī)污染物或重金屬物質(zhì)結(jié)合，共同阻礙微生物的繁殖和發(fā)展，最終導(dǎo)致微生物種群的豐富度和多樣性的下降。有報(bào)告稱，微塑料污染對(duì)土壤細(xì)菌群落的不利影響取決于微塑料的類型和大小，較小尺寸的可降解塑料顆粒在降解過程中往往會(huì)對(duì)微生物群落產(chǎn)生更嚴(yán)重的毒性影響。

5生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

由于微塑料的新興屬性，國(guó)內(nèi)尚未建立統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，特別是在評(píng)估土壤中微塑料的情境下，缺乏相關(guān)背景值的參考，這使得傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法在應(yīng)用時(shí)面臨困難。當(dāng)前主流的評(píng)估方法包括污染復(fù)合指數(shù)法（PLI），這種方法不僅能夠反映單個(gè)采樣點(diǎn)的污染程度，還可以對(duì)特定區(qū)域的整體污染狀況進(jìn)行綜合評(píng)估，公式如式（1） -式（3）：

此外，聚合物危害指數(shù)法（PHI）也可以對(duì)土壤微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估，該指數(shù)考慮了各類微塑料聚合物對(duì)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)毒性。

6結(jié)論

微塑料污染是全球性焦點(diǎn)，但研究體系尚不完備，尤其缺乏對(duì)其在土壤中的整體污染過程的全面考量。未來研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：首先，需要深入研究微塑料在土壤中的長(zhǎng)期行為，包括持久性、分布和遷移過程，考慮季節(jié)性變化、氣候差異等因素。其次，應(yīng)提高土壤生物對(duì)微塑料降解的效率，除了研發(fā)易降解替代材料外，還應(yīng)發(fā)展生物修復(fù)技術(shù)。最后，必須加強(qiáng)對(duì)微塑料在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的毒理學(xué)認(rèn)識(shí)，了解其結(jié)構(gòu)單體和制造過程中添加的有機(jī)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，包括生化反應(yīng)、積累機(jī)制和毒理效應(yīng)等。這些研究將有助于更全面地理解微塑料對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，并為解決微塑料污染問題提供科學(xué)依據(jù)。