楊 杰，李連禎，周 倩，3，李瑞杰，3，涂 晨，駱永明1，，3?

（1. 中國(guó)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；2. 中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（煙臺(tái)海岸帶研究所），煙臺(tái) 264003；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

塑料制品因便宜、輕便和可塑性等特點(diǎn)而被廣泛使用，預(yù)計(jì)到2050 年塑料的產(chǎn)量將達(dá)到330 億噸[1]。塑料的回收利用率低，進(jìn)入環(huán)境的塑料通過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)、生物作用可進(jìn)一步破碎裂解成微塑料。微塑料是指粒徑小于5 mm 的塑料纖維、碎片、顆粒等，已普遍存在于水體環(huán)境中[2]，甚至存在于深海和極地水域[3-4]。陸地作為塑料生產(chǎn)的源頭，同時(shí)也是重要的匯集區(qū)，每年釋放到土壤的微塑料可能是海洋的4 倍～23 倍[5]。目前，對(duì)微塑料環(huán)境過(guò)程和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究大多集中于水生環(huán)境，盡管近兩年越來(lái)越多的研究開始關(guān)注陸地環(huán)境，土壤中微塑料的研究?jī)H占微塑料文獻(xiàn)總量的 6.34%（根據(jù)2019—2020 年Web of Science 和中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，截止2020 年8 月30 日），仍需引起更多的重視。微塑料在土壤中能夠發(fā)生多種環(huán)境化學(xué)過(guò)程，如吸附和釋放重金屬和持久性有機(jī)污染物等，可風(fēng)化降解成粒徑更小的塑料微粒；這些微粒在土壤中發(fā)生遷移，可能導(dǎo)致地下水污染；微塑料的存在能夠?qū)ν寥赖睦砘再|(zhì)以及動(dòng)植物的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生影響[6]。同時(shí)，暴露于環(huán)境中的微塑料能夠通過(guò)呼吸和食物鏈傳遞進(jìn)入人體[7]。土壤中微塑料污染已成為近年來(lái)全球環(huán)境界興起的研究熱點(diǎn)。本文綜合國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境中微塑料研究的最新研究進(jìn)展，著重介紹微塑料污染的來(lái)源、過(guò)程及風(fēng)險(xiǎn)，并提出未來(lái)研究方向與重點(diǎn)內(nèi)容，為深入認(rèn)識(shí)和進(jìn)一步研究土壤環(huán)境中微塑料污染與生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 土壤環(huán)境中微塑料的豐度與分布

與水體環(huán)境相比較，土壤中微塑料污染狀況的報(bào)道較少。不同土壤質(zhì)地、利用類型均會(huì)造成土壤中微塑料的豐度差異。目前，國(guó)內(nèi)外均相繼開展了土壤中微塑料污染的調(diào)查。

1.1 中國(guó)土壤環(huán)境中微塑料的豐度和分布

中國(guó)是近幾年較早開展土壤中微塑料調(diào)查研究的國(guó)家，雖然工作有限，但與國(guó)際同步。多種土地利用方式下的土壤中均發(fā)現(xiàn)有微塑料的存在（表1）。周倩等[8]報(bào)道了我國(guó)河北曹妃甸潮灘土壤中微塑料豐度達(dá)到634 ind·kg–1，平均粒徑為1.56±0.63 mm，其中小于1 mm 的微塑料占總量49.8%。該粒級(jí)的微塑料由于能夠被土壤生物吞食而受到關(guān)注[28]。土壤中的微塑料豐度隨著粒徑減小而增多，且空間差異大。在受高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響的黃海和渤海海岸帶土壤中微塑料豐度變幅在1.3～14 712.5 ind·kg–1，約60%的微塑料粒徑小于1 mm[12]。武漢郊區(qū)菜地的微塑料的豐度范圍為320～12 560 ind·kg–1，其中粒徑小于 0.2 mm 的微塑料占70%[18]。在有的土壤中微塑料豐度更高，達(dá)2.2×104～6.9×105ind·kg–1，81.7%的微塑料粒徑在10～100 μm[16]。土壤中微塑料的豐度隨著土壤深度的增加而降低。Liu 等[9]報(bào)道，在上海城郊蔬菜大棚土壤中，微塑料在表層土壤（0～3 cm）和較深層土壤（3～6 cm）中的豐度分別是78.00±12.91 和62.50±12.97 ind·kg–1，粒徑小于1 mm的微塑料分別占48.79%和59.81%。在不同土地利用方式的土壤中，微塑料豐度與分布存在差異。在上海三個(gè)魚稻共作養(yǎng)殖基地的水稻種植土壤中微塑料平均豐度為16.1±3.5 ind·kg–1，顯著高于養(yǎng)魚的稻田土壤（4.5±1.2 ind·kg–1）[15]。在云南滇池地區(qū)的湖濱退耕濕地及設(shè)施農(nóng)田中微塑料豐度高達(dá)7 100～42 960 ind·kg–1，平均值為18 760 ind·kg–1，其中粒徑小于1 mm 的微塑料占95%[10]。未來(lái)應(yīng)更加關(guān)注粒徑小于1 mm 的微塑料的環(huán)境行為與風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 全球土壤中微塑料的豐度和分布

與我國(guó)相比，全球其他國(guó)家對(duì)土壤中微塑料的調(diào)查研究更少（表2）。Fuller 和Gautam[29]報(bào)道了澳大利亞悉尼的工業(yè)用地土壤中微塑料豐度范圍為300～67 500 mg·kg–1，但未關(guān)注微塑料的分布特征。Scheurer 和Bigalke[32]指出瑞士29 個(gè)沖積平原的土壤樣品中有26 個(gè)存在微塑料，最多達(dá)593 ind·kg–1，粒徑在125～500 μm 之間的微塑料占比較大?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響微塑料豐度，因而農(nóng)地土壤是當(dāng)前研究的重點(diǎn)對(duì)象。調(diào)查表明，德國(guó)某傳統(tǒng)農(nóng)田中，微塑料的平均豐度僅為0.34±0.36 ind·kg–1[31]，而墨西哥的家庭菜地中微塑料高達(dá)870±1 900 ind·kg–1[30]。污泥長(zhǎng)期施用造成的微塑料污染問(wèn)題正受到關(guān)注。位于智利Mellipilla 連續(xù)多次施污泥的土壤中，微塑料豐度達(dá)到了600～10 400 ind·kg–1[33]，其中大部分是塑料纖維。西班牙Valencia 附近施污泥的土壤中輕質(zhì)（ρ＜ 1 g·cm–3）和重質(zhì)（ρ＞ 1 g·cm–3）微塑料豐度分別為2 130±950 和3 060±1 680 ind·kg–1，遠(yuǎn)高于未施污泥土壤中的輕、重質(zhì)微塑料（930±740 和1 100±570 ind·kg–1）[34]。當(dāng)前，對(duì)全球土壤中微塑料的積累調(diào)查研究很匱乏。各國(guó)所報(bào)道的土壤中微塑料豐度差異相當(dāng)大。這除了與不同土地利用方式有關(guān)外，還與所使用的土壤中微塑料提取、分離和分析的方法未統(tǒng)一有關(guān)（表1，表2）。微塑料的表達(dá)方法也不盡統(tǒng)一，數(shù)量（ind·kg–1）和質(zhì)量（mg·kg–1）表達(dá)方式間需要建立可換算的方法。未來(lái)需要建立統(tǒng)一的可比較的研究方法，規(guī)范微塑料豐度的表達(dá)方式。

2 土壤中微塑料的來(lái)源及途徑

土壤中微塑料來(lái)源廣泛，農(nóng)膜使用、污泥及有機(jī)肥施用、污水灌溉、大氣沉降、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液滲流等是土壤中微塑料積累的重要途徑（圖1）。

2.1 農(nóng)用塑料薄膜的使用

塑料薄膜被大量應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，2021 年全球農(nóng)用塑料薄膜年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)750 萬(wàn)t，其中超過(guò)40%是地膜[36]。我國(guó)是農(nóng)膜消費(fèi)大國(guó)，2017年農(nóng)膜的年使用量高達(dá)252.8 萬(wàn)t，地膜使用量達(dá)到了143.7 萬(wàn)t，地膜覆蓋面積達(dá)到1 865.7 萬(wàn)hm2，但地膜回收率不足60%[37]。土壤中積累的塑料薄膜在光照和微生物等作用下可被分裂成微塑料甚至是納米塑料[38]。Zhou 等[17]報(bào)道杭州灣附近覆膜農(nóng)田土壤中微塑料豐度高于未覆膜農(nóng)田。在新疆石河子地區(qū)的長(zhǎng)期覆膜棉花田中，覆膜24 年的土壤中微塑料豐度高達(dá)1 075.6±346.8 ind·kg–1，而覆膜5 年的土壤中微塑料僅為80.3±49.3 ind·kg–1[20]。因而，農(nóng)用薄膜的殘留是土壤中微塑料積累的重要途徑。

2.2 污泥的土地利用

污水處理過(guò)程可以有效去除污水中微塑料，但這些微塑料會(huì)積累在污泥中[39]。芬蘭某污水處理廠（日排放量為10 000 m3）的調(diào)查結(jié)果表明，每天通過(guò)污泥進(jìn)入到環(huán)境中的微塑料大約有4.6×108N；污水經(jīng)處理后，其中98.3%的微塑料積累于污泥中[40]。愛爾蘭污水處理廠的污泥中微塑料豐度達(dá)到了4 196～15 385 ind·kg–1[41]。我國(guó)11 個(gè)省28 個(gè)污水處理廠中的污泥樣品中微塑料的豐度范圍為1 600～56 400 ind·kg–1，平均為22 700±12 100 ind·kg–1[42]。這些含微塑料的污泥通常會(huì)被處置后進(jìn)入土壤中，尤其是作為肥料施加到農(nóng)田中而導(dǎo)致微塑料的積累。據(jù)估算，歐洲和北美每年通過(guò)污泥施用而進(jìn)入到土壤中的微塑料可達(dá)63 萬(wàn)～430 萬(wàn)t 和44 萬(wàn)～300 萬(wàn)t[43]。我國(guó)每年通過(guò)污泥進(jìn)入環(huán)境中的微塑料估計(jì)高達(dá)1.56×1014個(gè)[42]。污泥長(zhǎng)期農(nóng)用必然加劇土壤中微塑料的污染。已有報(bào)道，連續(xù)施用污泥的土壤中微塑料豐度顯著高于周圍未施污泥的土壤[21]。Corradini 等[33]對(duì)智利31 個(gè)施用污泥不同年限的農(nóng)用土壤進(jìn)行了調(diào)查，土壤中微塑料的含量隨污泥施加量增加而增加，施用污泥5 次后（總量200 t·hm2（干重））土壤中微塑料豐度平均達(dá)3 500 ind·kg–1。

2.3 有機(jī)肥的長(zhǎng)期施用

畜禽糞經(jīng)堆肥后的有機(jī)肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要肥料，尤其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中被廣泛使用。Bl?sing 和Amelung 等[44]發(fā)現(xiàn)德國(guó)波恩的有機(jī)肥中存在粒徑大于0.5 mm 的塑料碎片，含量為2.38～180 mg·kg–1；德國(guó)的另一項(xiàng)調(diào)查表明，有機(jī)肥中粒徑大于1 mm 的塑料碎片豐度達(dá)14～895 ind·kg–1[45]。值得注意的是，目前有機(jī)肥中所檢測(cè)出的塑料碎片粒徑大于0.5 mm，而粒徑小于0.5 mm 的微塑料尚不清楚。大多數(shù)國(guó)家尚未重視有機(jī)肥中的微塑料污染問(wèn)題。澳大利亞的有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)中允許有機(jī)肥中存在0.5 wt%（干重計(jì)）的硬質(zhì)塑料和0.05 wt%的輕質(zhì)塑料[46]。即使是在有機(jī)肥質(zhì)量管控較嚴(yán)格的德國(guó)，也允許有機(jī)肥中含有0.1 wt%的塑料且并沒(méi)有考慮粒徑小于2 mm 的微塑料[45]。我國(guó)是有機(jī)肥施用大國(guó)，商品有機(jī)肥的實(shí)際用量占生產(chǎn)量的88.4%[47]。如果以目前的統(tǒng)計(jì)量來(lái)估算，每年通過(guò)施用有機(jī)肥而進(jìn)入到土壤中的微塑料將高達(dá)52.4～26 400 t，考慮到粒徑小于0.5 mm 的微塑料豐度以及有機(jī)肥施用量的逐年增多，進(jìn)入到土壤中的微塑料可能更多[48]。有機(jī)肥不可避免地成為土壤中微塑料的重要來(lái)源。

圖1 土壤中微塑料的來(lái)源與途徑Fig. 1 Sources and pathways of microplastics entering into soil

2.4 地表徑流和污水灌溉

地表水中含有大量的微塑料。Di 和Wang[49]在長(zhǎng)江流經(jīng)重慶至宜昌江段水體中檢出的微塑料豐度為1.6～12.6 ind·L–1。鄱陽(yáng)湖中表面水體微塑料豐度達(dá)到5～34 ind·L–1[50]。水體中的微塑料隨地表徑流而進(jìn)入土壤。墨西哥Tijuana 地區(qū)雨水徑流中微塑料豐度為66～191 ind·L–1，通過(guò)估算得出雨水徑流中微塑料的年排放量為8×105～3×106ind·hm–2[51]。此外，污水灌溉能夠?qū)⑽⑺芰蠑y帶進(jìn)入土壤。污水處理廠中的各種方法并不能完全的去除微塑料，污水處理廠的污泥經(jīng)過(guò)活性污泥法和生物膜反應(yīng)器法處理后，水樣中仍有1.0 ind·L–1和0.4 ind·L–1的微塑料[40]。加拿大溫哥華某污水處理廠每年仍有約300 億個(gè)微塑料通過(guò)污水排放到環(huán)境中[52]。微塑料纖維大部分來(lái)源于生活污水及紡織品洗滌廢水[53]，通過(guò)污水的農(nóng)業(yè)灌溉，這些纖維很容易進(jìn)入土壤環(huán)境。

2.5 大氣沉降

在風(fēng)力作用下，微塑料碎屑能夠在空氣中傳輸?？諝獾牧魍ㄓ绊懳⑺芰县S度，一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明，室內(nèi)微塑料豐度（1.0～60.0 ind·m–3）較室外（0.3～1.5 ind·m–3）高[54]。Klein 和Fischer[55]發(fā)現(xiàn)微塑料普遍存在于德國(guó)漢堡的空氣中，平均豐度為136.5～512.0 ind·m–2·d–1。每年約有3～10 t 的微塑料通過(guò)大氣沉降到巴黎城市聚集區(qū)[56]。周倩等[57]首次報(bào)道了我國(guó)濱海城市大氣環(huán)境中的微塑料污染狀況，大氣中微塑料的年沉降通量可達(dá)1.46×105ind·m–2。通過(guò)模型估算，每年約有120.7 kg 的微塑料存在于上海的空氣中[58]。Allen 等[59]通過(guò)建模估測(cè)，微塑料在大氣中的傳輸距離可達(dá)95 km。微塑料通過(guò)大氣遷移到達(dá)偏遠(yuǎn)的地區(qū)，甚至北極浮冰上的沉積雪中也有微塑料的存在（0～14.4×103ind·L–1）[3]?？諝庵械奈⑺芰献罱K會(huì)遷移到地表和水面。大氣沉降是土壤中微塑料的重要來(lái)源之一。

2.6 填埋場(chǎng)塑料垃圾滲流

垃圾填埋場(chǎng)并不是塑料垃圾最終的歸宿，填埋場(chǎng)中塑料垃圾的滲流是土壤中微塑料的又一潛在來(lái)源[60]。隨著塑料產(chǎn)量和用量的增加，到2050 年全球有1 200 億t 的塑料垃圾將被丟棄[61]。長(zhǎng)期存在于土壤環(huán)境中的塑料廢物經(jīng)風(fēng)化降解成粒徑更小的微塑料并釋放出有害的添加劑，如：鄰苯二甲酸鹽類污染物[62]。我國(guó)多個(gè)城市垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液中微塑料豐度為0.42～24.58 ind·L–1，其中聚丙烯和聚乙烯是最主要的塑料類型[60]。上海某垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液和垃圾中微塑料豐度分別為8±3 ind·L–1和62±23 ind·g–1[63]。未經(jīng)處理的滲流液中存在的微塑料會(huì)隨著滲流液進(jìn)入到土壤，而經(jīng)處理后的滲流液會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為污水污泥而進(jìn)入土壤環(huán)境中。

2.7 其他來(lái)源

此外，垃圾的非法傾倒和處置不當(dāng)、塑料制品和汽車輪胎磨損、海水潮汐運(yùn)動(dòng)等均是土壤中微塑料的來(lái)源。以輪胎碎屑為例，Roychand 和Pramanik[64]指出，在澳大利亞墨爾本多處道路中存在大量的輪胎碎屑。法國(guó)每年有75 291 t 的輪胎等道路顆粒釋放到環(huán)境中[65]。據(jù)估算，全球每年人均排放的輪胎磨損橡膠微粒為0.81 kg[66]。

3 土壤中微塑料的污染過(guò)程與環(huán)境效應(yīng)

來(lái)源廣泛的微塑料能夠?qū)ν寥拉h(huán)境及生命體產(chǎn)生影響。微塑料在土壤環(huán)境中的污染過(guò)程如圖2 所示。微塑料不但可以釋放出有害添加劑，還可以從環(huán)境中吸附污染物。同時(shí)，微塑料能在表層土壤中長(zhǎng)期積累和徑流遷移，并可風(fēng)化降解成粒徑更小的微塑料甚至是納米塑料，遷移到地下水。

圖2 土壤中微塑料的污染過(guò)程與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Fig. 2 Contamination processes and ecological risks of microplastics in soil

3.1 微塑料與污染物相互作用

3.1.1 微塑料釋放污染物 增塑劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等是塑料加工生產(chǎn)過(guò)程中常用的添加劑[67]。有機(jī)錫，作為聚氯乙烯（PVC）塑料制造中的一種光、熱穩(wěn)定劑，已經(jīng)使用了40 多年，光化學(xué)風(fēng)化能夠?qū)е缕鋸乃芰现嗅尫懦鰜?lái)[68]。Zhang 等[69]報(bào)道渤海和黃河沙灘微塑料中普遍存在有機(jī)磷酯（OPEs）和酞酸酯（PAEs）。微塑料能夠釋放酞酸酯類物質(zhì)，從而影響土壤中微生物的多樣性[70]。微塑料同時(shí)也會(huì)分解并釋放出低聚體。聚苯乙烯食品包裝袋能夠?qū)⒈揭蚁┻w移到食物中，每人每日接觸苯乙烯的濃度為18.2～55.2 μg[67]。3.1.2 微塑料對(duì)污染物的吸附 微塑料可以作為環(huán)境污染物的載體，吸附抗生素、持久性有機(jī)污染物等[68]。塑料薄膜上普遍存在有機(jī)污染物。塑料大棚中的薄膜上殺蟲劑濃度（占總濃度 38.8%～52.2%）遠(yuǎn)高于土壤（占2.9%～5.4%）[71]。薄膜上毒死蜱和毒殺酚殘留量甚至達(dá)到土壤中殘留量的70倍以上[72]。微塑料對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力、吸附機(jī)制與塑料種類有關(guān)。Hüffer 和Hofmann[73]研究了4 種微塑料（聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC））對(duì)7 種脂肪烴和芳香烴化合物的吸附作用，認(rèn)為PE 的吸附主要是固液相的分配平衡，而PA、PS 和PVC 吸附以表面吸附為主導(dǎo)。Lee 等[74]使用聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯微塑料對(duì)14 種不同的疏水性有機(jī)污染物進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)表明，微塑料吸附能力與其疏水性存在顯著相關(guān)性。靜電相互作用、氫鍵和陽(yáng)離子橋聯(lián)機(jī)制也會(huì)對(duì)微塑料吸附有機(jī)污染物產(chǎn)生影響[69]。重金屬同樣可以被微塑料吸附。土壤中提取出的微塑料中含不同濃度的Cu、Cd 和Pb[16]。老化使微塑料具有更強(qiáng)的吸附能力。人工老化后的高密度聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯微塑料對(duì)Cu、Zn 的吸附能力增加[75]。環(huán)境中的陽(yáng)離子、小分子有機(jī)酸和可溶性有機(jī)物等影響微塑料對(duì)污染物的吸附[76-77]。與耕地相比，高密度聚乙烯在含有機(jī)質(zhì)多的林地土壤中對(duì)Zn2+的吸附能力更強(qiáng)[78]。

3.2 微塑料的積累過(guò)程

土壤的物理性阻塞可使通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤的微塑料積累。Corradini 等[33]報(bào)道，土壤中的微塑料含量隨著污泥施用年限的延長(zhǎng)而增多。本課題組對(duì)連續(xù)施用豬糞有機(jī)肥22 年的旱地土壤調(diào)查表明，施肥顯著地增加了土壤中微塑料積累（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。土壤的理化性質(zhì)影響微塑料的積累。微塑料的存留率與與Fe/Al 氧化物的含量成正比[79]。由于受到低氧化作用和光屏蔽效應(yīng)，土壤環(huán)境中的微塑料降解效率低，殘留時(shí)間長(zhǎng)[48]。

3.3 微塑料的遷移過(guò)程

微塑料在土壤中會(huì)發(fā)生橫向和縱向遷移。風(fēng)力作用使土壤表層微塑料發(fā)生長(zhǎng)距離的橫向遷移。歐洲甚至是北極的雪中均有微塑料存在[3]。降雨影響土壤中微塑料的縱向遷移。土柱模擬結(jié)果表明，沙土中微塑料的遷移深度與干濕交替次數(shù)成正比；利用我國(guó)347個(gè)城市的氣象信息估算，100 年后微塑料的平均滲透深度達(dá)5.24 m[80]。遷移到地下后的微塑料，通過(guò)侵蝕和壤中流等方式，可進(jìn)一步進(jìn)入到水體和地下水中。美國(guó)伊利諾伊州的兩個(gè)喀斯特地貌（巖溶）含水層中存在微塑料纖維，微塑料最大豐度達(dá)到了15.2 ind·L–1[81]。Nizzetto 等[82]通過(guò)污染物分布模型模擬顯示，污泥施用后的土壤中殘留約16%～38%的微塑料，大部分微塑料從土壤遷移到水體環(huán)境中。Engdahl[83]使用珠-桿鏈接模型模擬纖維類微塑料在飽和多孔介質(zhì)中的遷移，當(dāng)纖維長(zhǎng)度達(dá)到土壤平均孔徑的數(shù)量級(jí)及以下時(shí)，纖維的遷移行為類似于溶質(zhì)。纖維兩端對(duì)其余部位產(chǎn)生持續(xù)的阻力而限制其遷移，最終造成斷裂。

土壤中動(dòng)物活動(dòng)和植物根系生長(zhǎng)對(duì)微塑料的橫向、縱向遷移有促進(jìn)作用。將蚯蚓暴露于含微塑料的土壤表面凋零物中，微塑料能夠隨蚯蚓遷移至洞穴中[84]。蚯蚓擾動(dòng)下，60%以上的聚乙烯微球從土壤表層向下遷移至10 cm 以下的土層，其中粒徑（710～850 μm）越小的微塑料越容易遷移[85]。蚯蚓洞穴提供的優(yōu)勢(shì)流可以使微塑料隨水流出，土壤浸出液中的微塑料更直接反映出蚯蚓活動(dòng)造成了微塑料的縱向遷移[86]。不同動(dòng)物物種對(duì)微塑料的遷移能力不盡相同。跳蟲可以將樹脂顆粒和纖維從土壤表層遷移到地下層，但與小原等節(jié)跳（Proisotoma minuta）相比，白符跳（Folsomia candida）對(duì)大粒徑微塑料的遷移距離更遠(yuǎn)[87]。

3.4 微塑料的風(fēng)化與降解過(guò)程

微塑料在土壤中長(zhǎng)期積累必然會(huì)出現(xiàn)風(fēng)化和降解。風(fēng)化降解不僅造成了微塑料表面的形貌變化，當(dāng)這些塑料碎片暴露于陽(yáng)光下，微塑料表面可能會(huì)形成大量的持久性自由基和活性氧[88]。光照、溫度、濕度等均會(huì)影響微塑料的風(fēng)化[89]。長(zhǎng)期物理、化學(xué)和生物作用下，潮灘微塑料表面出現(xiàn)微孔裂紋，且含氧官能團(tuán)增加[8]。長(zhǎng)期風(fēng)化作用使微塑料表面逐漸老化裂解成粒徑更小的微塑料甚至是納米塑料，增強(qiáng)其環(huán)境遷移性。

微生物在降解中扮演著重要的角色，其中聚乙烯（PE）降解菌受到廣泛的關(guān)注。微生物產(chǎn)生的胞外酶（氧化還原酶）會(huì)加速PE 的降解[90]。從韓國(guó)仁川垃圾填埋場(chǎng)分離出的芽孢桿菌和類芽孢桿菌的混合菌群加速了PE 的降解[91]。蚯蚓和蠟螟幼蟲腸道內(nèi)也存在降解PE 的微生物[92-93]。其他類型的微塑料也可被微生物降解，且不同微生物的降解效率不同。Cephalosporium species（sp.）和Mucor species（sp.）菌株孵化PS 微塑料8 d 后，F(xiàn)TIR 紅外譜圖和SEM 圖均顯示PS 發(fā)生了降解；同時(shí)，微塑料表面出現(xiàn)了裂紋甚至是孔隙[94]。紅樹林沉積物中分離出的芽孢桿菌（Bacillus sp. stain 27）和紅球菌（Rhodococcus sp. stain 36）能在40 d 內(nèi)使聚丙烯（PP）失重4.0%和6.4%[95]。在30℃條件下，6 周內(nèi)菌株Ideonella sakaiensis 可以使 60 mg 的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜嚴(yán)重破損[96]。氮、磷肥料的施用可以提升土壤肥力并改變土壤微生物的活力，從而促進(jìn)土壤中微塑料的降解[97]。

4 土壤中微塑料的生態(tài)效應(yīng)

微塑料在土壤環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)如圖2 所示。微塑料不僅會(huì)影響土壤理化性質(zhì)而且還會(huì)對(duì)土壤環(huán)境中動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖造成危害，對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，甚至?xí)淖兺寥乐形⑸锶郝浼懊富钚浴?/p>

4.1 微塑料對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

微塑料的存在影響土壤水力特征和土壤團(tuán)聚體的變化[98-99]。這種影響的程度在不同類型微塑料間的差異較大。聚酯纖維（PES）能顯著降低土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，而聚乙烯（PE）碎片的影響不顯著[99]。PES 促進(jìn)了土壤中大團(tuán)聚體（＞1 mm）的形成，且PES 能夠增強(qiáng)土壤持水力，使水飽和度長(zhǎng)期保持在較高水平[99]。土壤中塑料薄膜可顯著增加土壤水分蒸發(fā)速率并導(dǎo)致土壤開裂。隨著塑料豐度增加和粒徑減小，影響越顯著[100]。微塑料同時(shí)影響土壤中物質(zhì)循環(huán)。低密度聚乙烯（LDPE）和生物可降解塑料對(duì)土壤pH、EC 以及碳氮比產(chǎn)生較大影響，且生物可降解塑料顯著影響了小麥根際揮發(fā)性有機(jī)物的釋放[101]。土壤中加入聚丙烯（PP）微塑料30 d后，土壤可溶性有機(jī)物（DOM）中的可溶性有機(jī)碳、氮、磷隨微塑料添加量的增加而增加[102]。由此可見，微塑料對(duì)土壤碳儲(chǔ)存有隱蔽性貢獻(xiàn)[103]。

4.2 微塑料對(duì)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的影響

前期研究報(bào)道，微塑料能夠被土壤原生動(dòng)物（纖毛蟲、鞭毛蟲和變形蟲等）吞食[104]。微塑料可影響土壤無(wú)脊椎動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖[105]。聚苯乙烯（PS）能顯著影響秀麗隱桿線蟲的體長(zhǎng)、生存率、繁殖率和氧化應(yīng)激基因，且影響具有尺寸效應(yīng)。1 μm的微塑料與0.1、0.5、2、5 μm 的微塑料相比，對(duì)線蟲生存、壽命和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等影響更嚴(yán)重[106]。目前，關(guān)于微塑料對(duì)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物毒性作用的研究主要集中于蚯蚓和跳蟲[107-108]。蚯蚓攝食微塑料后，引發(fā)腸道損傷和繁殖率下降，這與土壤中微塑料含量相關(guān)。Rodriguez-seijo 等[109]指出，聚乙烯（PE）微塑料在土壤（干重）中濃度低于0.1%（質(zhì)量比）時(shí)，雖然引起了蚯蚓腸道的組織病理學(xué)變化，但并未影響蚯蚓的體重以及繁殖率。當(dāng)濃度達(dá)到1%以上時(shí)，蚯蚓生長(zhǎng)受阻且死亡率增加[110]。當(dāng)蚯蚓分別暴露于20%的PE 和PS 微塑料中14 d 后，蚯蚓體內(nèi)的過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶以及脂質(zhì)過(guò)氧化水平提高，而超氧化物歧化酶和谷胱甘肽的水平受到了抑制[111]。聚酯纖維（PES）同樣對(duì)蚯蚓生殖率產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)35 d 的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，在土壤中PES 達(dá)1.0%時(shí)，蚯蚓生殖率與對(duì)照相比下降了 1.5 倍，金屬硫蛋白（mt-2）增加了24.3 倍，熱休克蛋白（hsp70）降低了9.9 倍[112]。跳蟲也有相似的規(guī)律。當(dāng)土壤中PE微塑料濃度為0.1%時(shí)，跳蟲繁殖受到抑制；濃度為0.5%時(shí)，顯著改變了跳蟲腸道微生物群落，降低了細(xì)菌多樣性；濃度達(dá)到1%時(shí)，微塑料處理組與對(duì)照組的跳蟲相比，繁殖率下降了70.2%[113]。其他土壤動(dòng)物同樣受到微塑料影響。當(dāng)暴露高濃度納米PS塑料微球（10%）時(shí)，土壤寡毛蟲Enchytraeus crypticus腸道微生物群中根瘤菌科、黃桿菌科等菌科的相對(duì)豐度降低，這些群落中包含了有助于氮循環(huán)和有機(jī)物分解的關(guān)鍵微生物[114]。蝸牛攝食PES 會(huì)造成蝸牛T-AOC（反映氧化應(yīng)激的綜合指數(shù)）水平下降，GPx 肝臟抗氧化物酶活性下降，丙二醛（MDA）含量增加，這將導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化，引起蝸牛胃腸道的損傷[115]。然而微塑料對(duì)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物的影響不僅僅是因?yàn)槲⑺芰媳粩z入體內(nèi)，也可能是因?yàn)槠涓淖兞酥車h(huán)境或者是對(duì)生物體的物理傷害[116]。有關(guān)微塑料對(duì)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物損害的作用機(jī)理和閾值還有待深入研究。

4.3 微塑料對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

陸生植物生長(zhǎng)同樣可受微塑料影響。塑料殘膜使小麥、玉米等農(nóng)作物的肥料利用效率降低，產(chǎn)量下降，抑制根系生長(zhǎng)[117]。不同類型、濃度的微塑料均將對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。小麥?zhǔn)潜谎芯孔疃嗟募Z食作物。當(dāng)濃度低于500 mg·L–1時(shí)，乙烯-乙酸乙烯酯共聚合物、線性低密度聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯對(duì)小麥發(fā)芽產(chǎn)生抑制[118]?？缮锝到馑芰弦灿绊懽魑锷L(zhǎng)。小麥生長(zhǎng)受可生物降解塑料碎片的影響較低密度聚乙烯更大[119]。PS 微塑料（0～100 mg·kg–1）對(duì)小麥葉片光合作用產(chǎn)生損害，抑制蛋白合成并影響氧化應(yīng)激反應(yīng)[120]。對(duì)其他陸生植物的研究表明，微塑料影響生菜生長(zhǎng)、光合作用以及抗氧化防御系統(tǒng)[121]；阻塞水芹種子毛孔而抑制水分吸收，進(jìn)而延遲發(fā)芽和根的生長(zhǎng)[122]。當(dāng)暴露于合成纖維和可生物降解聚乳酸（PLA）中，黑麥草種子發(fā)芽率低，PLA降低了黑麥草莖高；暴露于高密度聚乙烯中的黑麥草生物量與對(duì)照相比顯著降低[123]。高劑量的PLA（10% w/w）的植物毒性效應(yīng)高于同濃度的聚乙烯[124]。不同尺寸的微塑料對(duì)植物產(chǎn)生不同影響。小粒徑的微塑料毒性作用更強(qiáng)。100 nm 的微塑料（100 mg·L–1）對(duì)蠶豆生長(zhǎng)有抑制作用，其產(chǎn)生基因毒性較5 μm 的微塑料強(qiáng)[125]。值得注意的是，這些影響均是在高劑量微塑料的試驗(yàn)中觀測(cè)到的。

植物吸收、傳遞微塑料是微塑料通過(guò)植物進(jìn)入食物鏈的關(guān)鍵。研究表明，100 nm 的聚苯乙烯（PS）微塑料可以進(jìn)入豆科植物-蠶豆的根中，阻塞細(xì)胞壁氣孔和細(xì)胞間的連接而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳輸[125]。亞微米級(jí)（200 nm）的PS 微塑料可被生菜和小麥吸收和富集，并從根部遷移到地上部，分布于可直接被食用的莖葉之中[126-127]。亞微米級(jí)微塑料甚至是微米級(jí)微塑料（2 μm）可以通過(guò)植物側(cè)根生長(zhǎng)過(guò)程中形成的間隙進(jìn)入植物體[128]。微塑料在土壤-植物系統(tǒng)中傳遞機(jī)制以及通過(guò)食物鏈傳遞是否產(chǎn)生人體健康風(fēng)險(xiǎn)，均有待進(jìn)一步探明。

4.4 微塑料對(duì)微生物及酶活性的影響

微塑料對(duì)土壤根系微生物群落組成產(chǎn)生影響，破壞有益的植物-微生物相互作用體系[101]。聚酯纖維顯著增加了小蔥根部的叢枝菌根菌絲定殖量[98]。土壤酶活性反映了土壤微生物的活性。長(zhǎng)期使用PE薄膜顯著抑制了土壤脲酶活性，進(jìn)而改變了土壤中碳氮循環(huán)相關(guān)基因的豐度[129]。粒徑更小的PS 納米塑料對(duì)參與土壤碳氮磷循環(huán)的酶和脫氫酶的活性有抑制作用[130]。而PP 微塑料（7%和28%的質(zhì)量百分比濃度）卻促進(jìn)了土壤中熒光素二乙酸水解酶（FDAse）活性[102]。聚乙烯PE 和聚氯乙烯（PVC）加入土壤后均刺激了脲酶和酸性磷酸酶的活性，抑制了熒光素二乙酸水解酶的活性[131]。同時(shí)，微塑料能為微生物提供吸附位點(diǎn)，使微生物可以長(zhǎng)期生存于微塑料的表面并形成生物膜，在微塑料碎片上形成了明顯不同于土壤的微生物群落，這可能會(huì)改變土壤的功能特性[132]。微塑料表面的細(xì)菌積累后具有更高的生物毒性，進(jìn)入機(jī)體后容易引起機(jī)體感染；且生物膜存在可能導(dǎo)致微塑料吸附更多污染物[133]。微塑料形貌和表面結(jié)構(gòu)的不同可造成其表面生物膜組成和微生物群落結(jié)構(gòu)的差異[134]。而對(duì)于土壤中微塑料的表面生物膜來(lái)說(shuō)，密度浮選土壤中微塑料時(shí)所使用的飽和高密度溶劑會(huì)影響微塑料表面生物膜。能夠不破壞微塑料表面形貌并觀察微生物群落的相關(guān)技術(shù)仍需探索，土壤中微塑料表面生物膜的研究方法也有待發(fā)展。

5 土壤環(huán)境中微塑料的暴露與潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)

5.1 微塑料的呼吸暴露與食物鏈傳遞

風(fēng)力作用使微塑料隨地面揚(yáng)塵漂浮到空中，可被人體吸入到肺部。據(jù)估算，人體肺部每天要暴露在26～130 個(gè)空氣微塑料中[135]。在人體肺部甚至觀測(cè)到長(zhǎng)達(dá)250 μm 的塑料纖維[136]。根據(jù)中國(guó)39 個(gè)主要城市的揚(yáng)塵中微塑料濃度估算，不同年齡段的人通過(guò)粉塵攝入的塑料纖維和顆粒范圍在 64.1～889 ind·kg–1·d–1和8.44～119 ind·kg–1·d–1[137]。食物鏈富集傳遞是微塑料暴露的重要途徑。Lwanga 等[30]報(bào)道了微塑料在土壤環(huán)境中的食物鏈（土壤-蚯蚓-雞）傳遞，微塑料從土壤到蚯蚓糞的富集系數(shù)為12.7，從蚯蚓糞到雞糞中的富集系數(shù)高達(dá)105；雞砂囊中微塑料的富集系數(shù)達(dá)到5.1，砂囊作為食材可能導(dǎo)致微塑料進(jìn)入人體。小麥、生菜對(duì)微塑料的吸收和積累，表明微塑料有可能通過(guò)植物進(jìn)入食物鏈傳遞[128]。食鹽[138]、日常飲用的啤酒[139]和飲用水[140]中也有微塑料存在。最近研究顯示，高溫下（95℃）浸泡的單個(gè)茶葉袋能夠釋放大約116 億微塑料和31億納米塑料[141]，較之前食品中報(bào)道的微塑料含量高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，寵物和人類的糞便中微塑料豐度間接證明了微塑料已經(jīng)在食物鏈中傳遞[142]。

5.2 微塑料的潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)

此前的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)呼吸道持續(xù)攝入塑料纖維能引發(fā)肺部炎癥，造成免疫力下降并可能誘發(fā)癌癥[135]。Zuskin 等[143]對(duì)紡織廠工人的調(diào)查時(shí)注意到，紡織工人慢性呼吸系統(tǒng)癥狀的患病率高于非紡織工人，其中以鼻竇炎最為顯著。由于涉及倫理問(wèn)題，微塑料與人體健康的風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)的結(jié)果獲得啟示。微塑料會(huì)對(duì)哺乳動(dòng)物（小鼠）的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，造成氧化應(yīng)激反應(yīng)，神經(jīng)毒性、細(xì)胞毒性以及慢性毒性。小鼠肝臟、腎臟和腸道可以積累微塑料，同時(shí)引發(fā)肝臟一系列不良反應(yīng)（能量和脂質(zhì)代謝紊亂、氧化應(yīng)激和神經(jīng)毒性反應(yīng)等），誘導(dǎo)腸道屏蔽功能障礙，減少群落多樣性[144-145]。通過(guò)口服灌胃不同劑量（6、60、600 μg·d–1）的聚乙烯（10～150 μm）試驗(yàn)指示，高濃度的微塑料增加了小鼠腸道細(xì)菌豐度和菌群多樣性，同時(shí)引起了明顯的腸道炎癥[146]。體外實(shí)驗(yàn)表明，聚苯乙烯微塑料會(huì)誘導(dǎo)人體肺上皮細(xì)胞產(chǎn)生活性氧而產(chǎn)生細(xì)胞毒性和炎癥作用[147]。體外脂質(zhì)消化模型顯示，微塑料顯著降低了脂質(zhì)消化，這可能對(duì)健康產(chǎn)生影響[148]。微塑料不僅本身可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)微塑料攜帶的添加劑和吸附的其他污染物在體內(nèi)也會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。人體體外全消化系統(tǒng)模型結(jié)果表明：攜帶有鉻（Cr）的微塑料會(huì)在體內(nèi)釋放；通過(guò)估算，不同人群通過(guò)微塑料攝入Cr 的最大量為0.50 到1.18 μg·d–1[149]。

6 未來(lái)研究展望

由于土壤的復(fù)雜性和研究的滯后，目前對(duì)土壤環(huán)境中微塑料行為及風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)尚為淺顯。土壤中微塑料的調(diào)查缺乏統(tǒng)一的分離、鑒定方法，造成豐度比較的困難。不同來(lái)源對(duì)土壤中微塑料的貢獻(xiàn)率尚不得而知。微塑料在土壤環(huán)境中的污染過(guò)程及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與微塑料的組成及性質(zhì)密切相關(guān)，因而也影響著微塑料在土壤環(huán)境中的生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)以下研究：

1）建立統(tǒng)一的土壤中微塑料快速提取、便捷鑒定、高效監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2）精準(zhǔn)解析土壤中微塑料的來(lái)源與貢獻(xiàn)，揭示土壤環(huán)境中微塑料積累、遷移和降解規(guī)律，為土壤中微塑料污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

3）研究土壤中微塑料與污染物相互作用和復(fù)合污染機(jī)制，評(píng)估微塑料的劑量-生物效應(yīng)及健康風(fēng)險(xiǎn)，為土壤中微塑料的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定基礎(chǔ)。

4）研發(fā)可快速降解材料，從源頭上削減土壤微塑料污染；加強(qiáng)土壤中農(nóng)膜和塑料制品的回收管理，從過(guò)程中阻控微塑料污染；開發(fā)微塑料的高效降解新技術(shù)，從末端凈化受微塑料污染的土壤。

5）加強(qiáng)土壤微塑料污染的相關(guān)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)研究與制定。