微塑料对土壤环境的污染及生态效应研究进展

2021-12-27李玉婷

南方农业 2021年5期

李玉婷，张亮

（南京师范大学泰州学院化学与生物工程学院，江苏泰州 225300）

随着工业水平的提高，塑料因其快捷方便而被越来越多的国家使用，但与此同时，塑料稳定性好、难降解的特性使其在环境中长期残留，并深入地表。随着迁移、风化等物理化学活动，塑料会被“割裂瓜分”地越来越细微，粒径在5 μm 以下的塑料颗粒被称为微塑料，通常以碎片等形式广泛存在于环境中［1-2］。另外，将直接排入水环境的塑料颗粒称为初生微塑料，而经过物理化学过程裂解成更小颗粒的则称为次生微塑料［3］。微塑料由于直径的微小，迁移更加容易，污染无处不在，湖泊、海洋、陆地等生态系统均存在大量微塑料，甚至人体也会由于食物链的层层流转而出现微塑料。当前，国内外学者关于微塑料对环境生态效应的研究，主要集中在微塑料对海洋环境及生物的影响，而关于微塑料对土壤生态系统的研究较少，在微塑料对土壤微生物影响方面的研究更是未见报道。基于此，对土壤微塑料的来源，微塑料对土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物的影响进行总结，以期为土壤微塑料的污染防治和生态风险评估提供依据。

1 土壤中微塑料的主要来源

1.1 地膜的广泛使用

地膜是农业生产中用于覆盖地表的一种塑料薄膜，覆盖地膜是提高农作物产量的措施之一，其因操作简便、成本低廉而被农民广泛使用。地膜覆盖在我国农业生产，如蔬菜种植、瓜果栽种中发挥了重要作用，据统计，2015 年我国农用塑料薄膜使用量达260.36 万吨，其中地膜使用量为145.5 万吨，地膜覆盖面积达到1 833 万公顷，但农田地膜回收率却不到60%。大量的地膜使用，导致地膜的主要组分——塑料的残留，地膜塑料在紫外辐射、沉积、侵蚀、风化等作用下［4］，在土壤表面积累了大量微塑料，后经动物摄入、雨水冲刷、农业灌溉等途径，进入土壤深层从而影响土壤内微生物的生长存活以及土壤内部生态系统的稳定。

1.2 污水灌溉

随着水资源的日渐匮乏，尤其是在一些缺水国家，直接或间接使用污水灌溉农田的情况也逐渐增多。生活中，厨余洗洁污水、衣物洗涤剂等是污水的主要来源，研究发现，市面上流通的洗护用品，如洗面奶、沐浴露等商品中都检测到以聚乙烯（PE）为主的微塑料。此外，地表水中也存在大量微塑料。由此可见，无论是未经处理的生活污水，还是地表水的灌溉，都不可避免地掺杂了“隐形的微塑料”，这些均是土壤微塑料的主要来源。

1.3 污泥堆肥

生活生产中的污水大多含有微塑料，需净化后使用。调查发现，经污水处理设施处理后，微塑料浓度含量有所下降，但被去除的微塑料实际上并未被降解消失，而是附着残留在污泥中。城市污水处理厂污泥的组成中氮、磷、钾等营养物质含量较多，常被用于堆肥工艺来增加土壤肥力，因此在污水处理中未降解的微塑料就会随着污泥堆肥的广泛运用，在土壤中不断积累。

1.4 塑料的大量使用

无论是在人们日常生活还是工厂工业生产中，塑料的使用几乎随处可见。塑料是一种聚合物材料，主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等种类。由于耐用、成本低、持久性好等优点被广泛运用在生产生活中，大数据统计2018 年全球塑料产量高达3.59 亿吨，同期我国产量达到1.08 亿吨，而全球塑料回收率仅约35%，意味着全球约有2.33 亿吨塑料未被回收，散落在世界各角落，经外力环境等作用在土壤中大量沉积。

2 微塑料对土壤环境的生态效应

2.1 微塑料对土壤理化性质的影响

微塑料通过地膜、污水污泥处理、大气沉降等方式在土壤中大量积累，微塑料的主要成分如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等都是难降解有机成分。调查发现，近年来重金属、有机污染物等在土壤中含量有所上升，微塑料具有吸附作用，会吸附重金属等污染物从而对土壤环境产生影响。研究表明，微塑料不仅会吸附重金属等污染物，从而影响其释放，还会因与土壤官能团的结合，而影响自身对重金属的吸附。因此，微塑料一旦进入土壤，会因其吸附性作为重金属等复杂物质的载体，可能会破坏原有土壤理化性质的稳定，对土壤生态造成损害。

2.2 微塑料对土壤动物的影响

微塑料对土壤动物的影响，主要通过摄食途径。此前关于微塑料对土壤动物影响的研究大多以蚯蚓为对象，蚯蚓可以穿梭在土壤表面和内部，随着微塑料在土壤中的沉积，蚯蚓极易在摄食过程中摄入大量微塑料，并将微塑料运输至土壤深层。Rillig 等研究发现，蚯蚓的摄食及运动可促进微塑料在土壤内部的迁移，并且微塑料径粒越小，迁移越容易［5］。此外，微塑料在蚯蚓体内的蓄积不仅会影响其生长、存活情况，对自身造成肠道损伤，还会因为食物网的流转影响其他土壤动物。除蚯蚓外，线虫、跳虫等动物也能够食取微塑料。

以蚯蚓研究为例，土壤动物摄入微塑料后，既会排泄到周围环境中，扩大微塑料侵染范围，也会有部分保存体内从而影响个体生长、繁殖及多样性。由于微塑料径粒微小，比其他物质更易留存肠道内，甚至可以穿过肠道壁进入其他组织，动物摄入微塑料后会对其机体器官、免疫细胞等造成损害。

2.3 微塑料对土壤微生物的影响

研究微塑料对土壤微生物的影响时，可借助其对水域动物、土壤动物影响的相关研究。Lee 等发现，不同浓度颗粒微塑料对海洋桡脚类动物会激发不同产卵反应，其中径粒为0.5μm 和6μm 所有浓度下的PS 均可使海洋桡脚类动物产卵量显著下降［6］；Huerta Lwanga 等研究不同浓度微塑料对蚯蚓生长率的影响时，发现在高浓度聚乙烯环境下，对其死亡率和生长率均产生不良影响［7］；Cao 等在对蚯蚓的研究中发现，低浓度微塑料对蚯蚓生长丰度影响很小，而高浓度微塑料能显著抑制其生长。由此可见不同直径、不同浓度的微塑料均会对生物造成不同的影响结果［8］。因此，微塑料侵入土壤生态环境中，必定会对土壤微生物产生影响。微塑料具有吸附性，可吸附重金属、病原菌等其他物质，同时也会附着其他微生物。当附着污染物的微塑料作为微生物生长载体时，会影响微生物的生长情况，如邻苯二甲酸盐、重金属等物质会抑制微生物的活性，从而影响微生物的生长发育［9］；附着在聚乙烯、聚苯乙烯颗粒上的真菌，可在微塑料上大量繁殖；弹尾虫肠道菌暴露在PCV 中56 d，其群落结构及生长繁殖会受到影响［10］。

目前，对于微塑料对土壤微生物影响的研究有限，主要集中在微塑料对土壤微生物生长情况影响和微生物对微塑料降解能力两方面。是否不同径粒、不同浓度微塑料对土壤微生物的影响也具备其对水域动物、土壤动物影响的特性，还有待进一步研究。

3 土壤中微塑料的防治措施

从土壤中微塑料的主要来源入手，提出以下4 点防治措施。1）从思想入手，提高全民环保意识，减少塑料用品使用，积极响应国家“限塑令”“禁塑令”“垃圾分类”等举措。2）颁布具体有效农业土壤管理法规，减少地膜使用，同时加强农业机器、方法的革新，找到比地膜更环保高效的增产方法。3）做好各地城乡、村镇、学校等部门的微塑料污染知识普及宣传工作，同时制定具体可行的法律法规，禁塑、限塑不仅仅止步于口号，更要落在实处。4）加快污水处理技术革新，同时严格落实和遵守工厂污水排放相关规定。