环境污染中微塑料对土壤植物的影响

摘 要：微塑料在土壤环境中分布广泛，通过迁移行为能够对土壤植物产生一定的影响。在当前生态文明高质量建设过程中，相关部门应进一步加强微塑料对土壤植物的影响研究，为其后续治理提供科学依据。基于此，概述了土壤环境中微塑料的来源及分布情况，并在剖析微塑料在土壤植物中的迁移行为的基础上，探讨了微塑料对土壤植物的直接影响和间接影响。

关键词：环境污染；微塑料；土壤植物

中图分类号：S154.1 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–00-03

塑料属于高分子化合物，在农业、工业、建筑、包装、医疗等领域应用广泛[1-3]。微塑料是塑料经自然作用后分解而成的塑料碎片，粒径在5 mm以下，由于数量巨大、降解难度大，会严重影响土壤环境，并危害到土壤环境中的植物生长发育等[4-6]。因此，在新时期土壤环境高质量治理与高水准利用的过程中，实践主体有必要加强微塑料对土壤植物的影响研究，为其实践提供科学依据。

1 土壤环境中微塑料的来源及分布情况

1.1 来源

微塑料对土壤环境的污染，也被称为“白色污染”，具有降解难、处理难、污染大的主要特征。其来源主要有3条途径：一是农业生产中使用的地膜、化肥编织袋；二是生活污水、工业污水排放；三是大气沉降产生的塑料微粒[7-8]。其中，前两种来源比较容易理解，最后一种来源相对复杂，主要是在生态系统循环过程中，人为焚烧塑料垃圾产生了可挥发的塑料微粒，此类微粒在空气流动作用下被分散在大气环境中，再经过聚集沉降或雨水沉降等不同方式沉降至土壤环境中。

1.2 分布

微塑料会长期存在于土壤的表层与内部，并借助渗透、迁移、转化等方式进入地下水与地表植物中。土壤环境中微塑料的主要来源是地膜与污水排放，因此我国不同地区的土壤环境污染微塑料分布呈现出“西北地区分布广，东南地区分布少”的特点，而此类土壤环境作为用地类型，主要包括公园、耕地、工业区、景区、退耕湿地等。从全国范围看，耕地中的微塑料污染始终占据主流。近几年，虽然一系列阻断方式起到了抑制微塑料分布范围继续扩大的作用，但受微塑料性质的影响，如何对其进行有效处理仍是一个大难题。

2 微塑料在土壤植物中的迁移行为

植物生长以土壤为基质，通过吸收其中的水分、微量元素、营养成分等获得生长所需养分。当土壤环境遭到微塑料污染后，其表面与内部会分布大量未降解的微塑料，此类物质借助不同的迁移行为可以被植物吸收并进入植物内部，进而对植物的生长发育产生一定的影响。

微塑料在土壤植物中的迁移行为主要通过“塑料→土壤环境污染→微塑料→植物根系→植物可食用部分→食物链”等环节进行。当植物吸收土壤养料时，微塑料会通过植物根系进入植物内部，在植物蒸腾作用下向上迁移至植物可食用部分，再次富集于食物链。从当前的研究成果看，当微塑料向植物体内迁移时，决定迁移行为的迁移能力始终与微塑料粒径、植物种类有关。当微塑料的粒径较大时，它会堵塞植物细胞壁孔洞。例如，当微塑料在从植物维管向脉管迁移过程中堵塞细胞壁孔洞后，不仅会降低植物种子发芽率，还可能抑制其幼苗根的发育。值得注意的是，土壤环境遭遇微塑料污染时，微塑料本身比表面积较大、疏水性较强、表面带有电荷，此时可以通过吸附其他污染物或污染因子形成对植物的复合污染。

3 微塑料对土壤植物的直接影响和间接影响

微塑料污染土壤环境后，会进一步影响土壤植物生长发育。通过查阅文献资料，与同行开展技术交流，并总结日常环境管理工作经验，确认这种影响主要有直接影响和间接影响2种类型。为了论述其清晰性，分别从微塑料对植物生理指标的直接影响和微塑料通过改变土壤理性化性质、生物群落结构对植物生长发育产生的间接影响2个方面，展开具体分析。

3.1 直接影响

3.1.1 对种子发芽和生长的影响

土壤植物种子在萌发时期，将自身暴露于微塑料污染的土壤环境后，其生理指标如平均发芽时间、活力指数、发芽率会受到相应的影响。以菜心种子发芽为例，微塑料颗粒粒径存在差异，当微塑料颗粒粒径为0.07 μm时，它会阻塞菜心种子细胞壁的孔洞，从而抑制种子发芽。当其粒径范围在1～20 μm时，经过对微塑料粒径的处理，菜心种子的发芽情况也会表现出不同的变化并产生一定的毒性作用。其原在于塑料颗粒粒径进入菜心种子内部后，其中的毒性可以迁移至细胞内部，进一步阻碍菜心种子吸收水分和营养物质。此外，微塑料主要分为聚甲基丙烯酸甲酯、线性低密度聚乙烯、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物，它们浓度的高低直接关联到抑制作用的强弱，从而对菜心的种子发芽率产生影响。

微塑料对种子发芽的影响会持续通过自身的迁移行为延续至种子的幼苗生长期、植株发育期。具体而言，当土壤环境中存在微塑料时，植物进入幼苗生长期会伸长它的根系向土壤吸收养分，此时微塑料形成的土壤污染环境可以弱化其新陈代谢，阻碍其植株发育。但不同的微塑料产生的抑制作用存在相应差异。例如：高密度聚乙烯只有在高浓度条件下，才会对绿豆幼苗根系的伸长产生抑制作用；当小葱幼苗根部生长时，其组织密度会受聚醚砜树脂、聚乙胺所形成的土壤污染环境的影响，出现降低的现象；常见的聚氯乙烯微塑料不仅不会阻碍莴苣的生长，反而会使其幼苗根系增长、直径增加、表面积扩大；覆盖于农田土壤的农膜微塑料对大豆有显著的抑制作用，可以阻碍其根鲜重、叶面积、株高等增加。

3.1.2 对植物光合作用的影响

植物主要借助光合作用完成物质和能量转化，微塑料进入植物体内后，可以对光合作用产生一定的影响，阻碍植物植株发育。

第一，聚乙烯属于当前应用较多的材料，聚乙烯微塑料进入土壤环境后，会影响生菜叶片的光合作用，通过测定其中的指标发现，瞬时蒸腾速率、气孔导度、光合作用速率3项主要指标均有明显降低的现象。值得注意的是，当聚乙烯微塑料影响生菜叶片的光合作用时，其中的二氧化碳浓度呈现出显著增加的现象。进一步看，植物细胞间的二氧化碳浓度是判定其光合速率变化是否由气孔性限制引起的关键指标之一，当微塑料导致生菜叶片光合作用各项指标明显下降且发生生菜叶片细胞间二氧化碳浓度增加的情况下，可以判定是非气孔性限制弱化了其光合作用速率。根据现阶段的研究，普遍认为关键酶在光合系统中会对非气孔限制产生显著影响，并与光合作用速率呈现正相关关系。因此在二氧化碳利用率下降或其浓度增加时，植物叶片细胞受非气孔限制会引发光合作用速率下降的情况。

第二，微塑料进入植物体内后可对植物中的叶绿素产生影响，在使其发生代谢紊乱的同时，促进活性氧累积，然后在两种危害下进一步破坏叶绿素结构，进而达到减少叶绿素含量并抑制其光合作用的目的。一般而言，大豆、小麦、生菜、黄瓜、大蒜、拟南芥等植物，受到不同粒径和浓度的聚氯乙烯、聚乙烯等微塑料影响后，虽然微塑料的毒性效应存在差异，但都会在不同程度上通过影响植物光合作用、减少叶绿素等，影响植株生长发育。

3.1.3 对植物抗氧化系统的影响

微塑料除了对植物的种子、光合作用等产生影响，还可以进一步影响其抗氧化系统。具体而言，活性氧在植物体内过多时会出现对植物的“氧化胁迫”现象。一旦发生这种现象，植物的正常生命活动会受到严重干扰，进而推动植物走向死亡。

植物体内形成的抗氧化系统中含有3种酶即过氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶。它们的活性变化能够准确反映出植物“氧化胁迫”现象及其程度。其中，后两种酶对于活性氧具有一定的消除作用。例如，过氧化氢酶具有分解作用，当它分解了植物体内的过氧化氢之后，它的含量会减少，进而阻止脂质发生过氧化。

通常情况下，植物体内形成的抗氧化系统本身具有自我调节功能，当微塑料对土壤环境产生污染并进入植物体内后，受到微塑料的刺激，抗氧化系统会通过弱化、去除其中的活性氧，进而对其中的氧化损伤做出一定的调节。需要指出的是，这种抗氧化酶活性的“短暂升高”虽然能够起到调节作用，但当土壤环境污染程度较为严重时，微塑料进入植物体内通过破坏叶绿素而累积的活性氧含量超过了其调节范围，不仅不能达到调节目的，还可能对上述酶造成相应的损伤。由于土壤环境污染中微塑料的不同种类对植物产生的氧化应激反应存在差异，因此它对植物抗氧化系统的影响也会有所不同，具体见表1。

3.2 间接影响

3.2.1 通过改变土壤性质影响植物生长

植物依赖土壤环境生存，土壤的物理性质、化学性质发生改变后可以在不同程度上对植物生长产生影响，微塑料对土壤环境的污染会改变土壤性质，因此它能够间接实现对植物生长的影响。具体而言，微塑料进入土壤环境后会改变土壤的物理性质，包括酸碱度、容重、持水量等，当植物透过种子细胞壁和根系向土壤吸收营养时，会吸收到经过微塑料改变的土壤物质，从而在生长期间发生相应的变化。

第一，在土壤酸碱度方面，高密度聚乙烯微塑料可以降低土壤酸碱度、聚乳酸微塑料会造成土壤酸碱度升高。

第二，在土壤容重方面，高密度聚乙烯、聚酰胺、聚醚砜树脂、荧光聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料，均会降低土壤容重并增加土壤密度，尼龙微塑料则不会影响土壤容重。

第三，在土壤水分蒸发方面，聚乙烯地膜微塑料进入土壤环境后，微粒达到2 mm便会提升其中的水分蒸发量，当这种微塑料含量增加（减少）时，水分蒸发速率会随之增加（减少），两者之间存在显著的正相关关系。但聚酯纤维微塑料不仅不会影响土壤水分蒸发，还会增强其持水能力。

第四，在土壤中的酶活性影响方面，聚丙烯微塑料会刺激荧光素二乙酸水解酶活性，在这种微塑料浓度持续增加的条件下，可以增加其活性。低密度聚乙烯则能显著提高过氧化氢酶、脲酶的活性等。从微塑料改变土壤理化性质的情况看，主要通过微塑料种类、粒径大小、形状规则与否等产生影响，间接呈现于吸收了土壤营养成分的植物生理指标。

3.2.3 通过改变微生物群落影响植物生长

微塑料在改变土壤理性性质与植物生理指标的同时，还会对植物根际微生物群落结构造成一定的影响，包括影响其降低污染物或污染因素的能力，阻碍植物生长发育等。

第一，当聚乙烯和聚氯乙烯微塑料的粒径在125 μm时，其污染物浓度（按质量分数）为1%、5%、10%、20%，土壤中的微生物总量会增加。

第二，当高密度聚乙烯和聚氯乙烯微塑料粒径分别为678、18 μm，浓度（按质量分数）分别为1%、5%时，均可以增加植物根际的固氮菌。

第三，当高密度聚乙烯微塑料粒径为2 mm×2 mm

×0.01 mm、浓度为0.076 g/kg时，在植物根际微生物群落中可见明显的微生物富集现象，此类微生物均与微塑料降低相关。

第四，当聚丙烯微塑料粒径为250 μm、浓度（按质量分数）为7%和28%时，可提高土壤中的微生物呼吸速率等。除以上微塑料种类外，聚乙烯和聚醚砜树脂等微塑料在不同粒径、不同浓度条件下的毒性效应也存在显著差异，但此类微塑料对微生物群落结构的改变间接影响着植物生长发育，当其产生积极影响时可以促进植物生长发育，反之则会抑制植物生长发育。因此，在新时期土壤环境污染微塑料对植物生长影响方面的研究中，应区分有害、有益两种影响，然后采用扬长避短的方法促进植物健康生长等。

4 结束语

微塑料是环境污染中的一种污染物或污染因素，具有来源广、分布范围大、降解难度大的基本特点，通过在土壤植物方面的迁移可以对植物产生不同程度的影响。其中，直接影响和间接影响均会影响植物生长发育，并通过植物内部迁移方式危害生物生存。在新时期环保行业高质量发展过程中，相关部门应加强环境污染中微塑料对土壤植物的影响研究，透过影响产生的根源制定一些适配性较高的防治措施，进而在控制微塑料对环境污染的前提下有效控制其对土壤植物的影响。

参考文献

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