肖進(jìn)男，張珍明，張家春

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025；2.貴州省植物園，貴陽 550025）

微塑料通常指直徑小于5 mm的塑料碎片、顆粒、纖維和薄膜等不同形態(tài)聚合物[1]，也有學(xué)者認(rèn)為微塑料是指直徑小于1 mm的塑料顆粒[2]。塑料或塑料制品是具有成本低、可塑性好、耐腐蝕等特點(diǎn)的功能材料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活領(lǐng)域。目前，全球范圍內(nèi)微塑料生產(chǎn)總量已超過83億t，其主要應(yīng)用材料有聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）等聚合物。微塑料因結(jié)構(gòu)復(fù)雜及難以降解，其殘留物長期存在于土壤環(huán)境中并不斷積累，當(dāng)累積濃度達(dá)到一定程度時就對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)。根據(jù)來源不同，微塑料可分為初級微塑料和次級微塑料。初級微塑料由生產(chǎn)活動產(chǎn)生小粒徑塑料碎片或顆粒，次級微塑料是由初級微塑料經(jīng)長期風(fēng)化、破碎及降解形成的較小粒徑塑料碎片，其中次級微塑料比初級微塑料更易造成土壤生態(tài)系統(tǒng)破壞。

土壤作為人類宜居環(huán)境、作物生長養(yǎng)分來源、其他生物活動的場所，也是動植物賴以生存的物質(zhì)載體。隨著固體廢物不合理排放，全球土壤污染狀況不容樂觀，土壤微塑料污染已成為近年來污染面源廣及污染程度深的重大環(huán)境問題。湯慶峰等研究指出，微塑料最早發(fā)現(xiàn)是在海洋環(huán)境中，但目前陸地中排放的塑料垃圾是海洋的4～23倍[3]。

土壤環(huán)境中微塑料主要來源途徑有地膜殘留、有機(jī)肥利用、污水灌溉、地表徑流、污泥使用、大氣沉降等，其中地膜殘留是近年來土壤微塑料污染最嚴(yán)重的因素之一。微塑料進(jìn)入土壤環(huán)境后改變土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行。微塑料具有疏水性和吸附特性，將環(huán)境中污染物吸附在其表面，可成為各種污染物攜帶載體。另外，微塑料還可沿食物鏈傳遞，并在傳遞過程中將微塑料及其表面所攜帶的污染物釋放到生物體內(nèi)，對生物系統(tǒng)和人體健康造成危害[4]。

土壤微塑料污染現(xiàn)狀已成為目前亟須解決的重大課題。本文全面總結(jié)土壤環(huán)境中微塑料來源途徑、污染現(xiàn)狀及生態(tài)效應(yīng)，分析對土壤理化性質(zhì)、土壤動植物和微生物群落活動的影響，為未來土壤微塑料污染治理提供科學(xué)參考。

1 土壤環(huán)境中微塑料污染現(xiàn)狀

1.1 全球土壤中微塑料污染現(xiàn)狀

目前，全球?qū)λ芰闲枨罅恐鹉晟蠞q，但回收率較低且處置不當(dāng)，造成大量塑料廢棄物進(jìn)入土壤環(huán)境。本文結(jié)合近年有關(guān)學(xué)者對全球土壤中微塑料污染的研究，總結(jié)出部分典型地區(qū)土壤中微塑料豐度及分布特征（見表1）。由表1可知，全球大部分土壤均已受到微塑料不同程度污染，且這種污染現(xiàn)狀呈時區(qū)性差異。西班牙不同地區(qū)土壤中微塑料豐度和分布均存在差異性[5]。中國新疆石河子覆膜農(nóng)田中，覆膜年限越長則微塑料豐度相應(yīng)越高[6]。在中國內(nèi)蒙古河套灌區(qū)，隨污泥灌溉年限增長土壤中微塑料豐度也越高[7]。土壤中微塑料形態(tài)以纖維、碎片和薄膜為主，其組成聚合物以PP、PE為主。全球受微塑料污染的土壤類型以農(nóng)田土壤、污泥灌溉土壤、薄膜種植土壤等為主，其中施用污泥和溫室種植土壤微塑料的豐度較高且尺寸較小。工業(yè)區(qū)土壤中微塑料豐度較高，這是因?yàn)樯a(chǎn)塑料或塑料加工過程中釋放小粒徑顆粒及碎片沉降而成。Fuller報道澳大利亞悉尼工業(yè)用地土壤中微塑料豐度范圍為300～67 500 mg·kg-1[8]。Kim等研究指出，韓國溫室種植土壤均已檢測到PS、PE兩種組成聚合物，形態(tài)包括碎片，薄膜和纖維，豐度為（1 880±1 563）個·kg-1[9]。在土壤中，淺層土壤微塑料豐度高于深層土壤，這是因大部分塑料碎片或顆粒均被截流在淺層土壤中，而粒徑較小的塑料顆粒及碎片被運(yùn)輸?shù)缴顚油寥乐?。此外，通過耕作輪翻和土壤動物擾動，粒徑較小微塑料從表層土壤被帶入深層土壤中，提高不同深度土壤中微塑料豐度和分布范圍，加劇土壤微塑料污染，給土壤微塑料污染研究、治理及修復(fù)帶來難度。Huerta等對墨西哥郊區(qū)花園土壤研究指出，檢測到花園土壤中微塑料平均豐度為870個·kg-1，粒徑為0.01～1 mm，且粒徑隨土壤深度增加而變?。回S度隨土壤深度增加而越來越低，且并非簡單線性增加或減少的關(guān)系，隨環(huán)境條件改變而改變[10]。Amrutha等研究印度沿河土壤微塑料污染現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，沿河土壤微塑料豐度為84.45個·kg-1，粒徑和豐度大小隨土壤深度變化而變化，說明土壤中微塑料豐度及尺寸與土壤深度密切相關(guān)[11]。

表1 世界部分典型地區(qū)土壤中微塑料豐度及分布Table 1 Distribution and bundanceof microplasticsin soil in some typical regions abroad

基于表1及現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，全球土壤中微塑料含量較高，主要是由人類日常生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生的塑料廢棄物降解而成。微塑料來源途徑既有地膜覆膜、溫室種植和垃圾填埋等帶來的面源污染，也有通過污水排放、廢水灌溉及污泥利用等帶來的點(diǎn)源污染。目前全球土壤微塑料污染形勢嚴(yán)峻，微塑料廣泛存在于工業(yè)、潮灘、污泥、溫室種植、覆膜農(nóng)田和耕地等土壤中，且不同地區(qū)微塑料豐度和分布均存在較大差異。同種土地利用方式在不同地區(qū)土壤中，微塑料豐度和分布差異也不同，其中工業(yè)土壤中微塑料豐度普遍最高，其次是污泥、灌溉、覆膜農(nóng)田、公園綠地和潮灘土壤，而水稻、耕地農(nóng)田中微塑料豐度較低。工業(yè)土壤中微塑料豐度普遍最高，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)及加工過程中塑料顆粒等易發(fā)生泄漏或擴(kuò)散，污染附近土壤和周圍大氣。不同土壤中微塑料組成成分也不同，一般情況下主要以PE、PP、PS為主，其次是PVC、PET，還有少量土壤中分布ACR、PES等聚合物。通常條件下，不同土壤中微塑料形態(tài)主要以纖維、碎片和薄膜為主。部分土壤中還分布顆粒和泡沫等形態(tài)的微塑料，但不同土壤中微塑料尺寸均以小于5 mm為主[4]。

1.2 中國土壤微塑料污染現(xiàn)狀

目前，國際上針對土壤微塑料污染現(xiàn)狀的研究還處于起步階段，全球土壤微塑料污染現(xiàn)狀呈現(xiàn)空間性及區(qū)域性差異，尤其在中國不同區(qū)域農(nóng)田土壤中微塑料污染程度差異較顯著。尹少媛等研究內(nèi)蒙古農(nóng)田耕層土壤地膜殘留現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古耕地耕層（0～30 cm）土壤平均地膜殘留量已超過我國農(nóng)田殘膜留量最大限值，3個區(qū)域地膜殘留量差異明顯，表現(xiàn)為北方高原山地區(qū)＞東北濕潤平原地區(qū)＞西北干旱半干旱平原區(qū)，表明內(nèi)蒙古農(nóng)田土壤中殘膜污染較嚴(yán)重，10 cm以下土層中殘膜量和碎片化呈現(xiàn)加重趨勢[19]。農(nóng)業(yè)種植方式不同，造成土壤中微塑料豐度及分布區(qū)域也不同，對土壤造成的污染程度也存在較大差異。2016年，周倩等發(fā)表關(guān)于中國土壤微塑料污染研究的報道[20]，此后，中國在土壤微塑料污染研究方面逐步深入。中國農(nóng)業(yè)土壤中微塑料豐度普遍較高且分布面廣，其中地膜種植具有代表性典型案例。程萬莉等對中國西北地區(qū)（陜西和甘肅）地膜種植土壤研究發(fā)現(xiàn)，西北作為我國地膜使用量和覆蓋面積最大地區(qū)，在覆膜農(nóng)田中均檢測到微塑料，且微塑料含量較高，0～30 cm土層中每千克干土所含微塑料豐度和面積為（5.09±1.21）×103個和（1.04±0.20）×103mm2，微塑料大小平均為0.19 mm2·piece-1[21]。另外，靳拓等分析國內(nèi)外農(nóng)用地膜使用情況指出，從2011～2019年，中國農(nóng)用塑料薄膜使用量為229萬～260萬t，僅在2017年中國農(nóng)用塑料薄膜使用量約占世界總使用量70%，覆蓋薄膜的土地面積接近世界總覆蓋土地面積的90%[22]。農(nóng)業(yè)土壤主要包括農(nóng)田、菜地、草地等類型，其中溫室種植地、菜地和農(nóng)田土壤均檢測到較高豐度微塑料，其豐度高于其他種植土壤。近10年來，中國塑料薄膜生產(chǎn)量和農(nóng)用薄膜使用量均呈先緩慢上升后趨于穩(wěn)定，且緩慢下降趨勢[23]，如圖1所示。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，地膜種植方面投入量在未來一段時期里仍將持續(xù)上漲，造成中國土壤微塑料污染現(xiàn)狀進(jìn)一步惡化。

圖1 2011～2020年中國塑料薄膜生產(chǎn)量與農(nóng)用薄膜使用比率之間關(guān)系（據(jù)中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局，2021）Fig.1 Relationship between China′s plastic film production and agricultural film use ratio from 2011 to 2020(National Bureau of Statistics,2021)

農(nóng)田土壤中微塑料組成聚合物類型主要包括PE和PP，各種組成聚合物類型豐度值在不同土壤中呈現(xiàn)顯著差異，與土壤種植方式選擇密切相關(guān)。時馨竹等對沈陽周邊農(nóng)田土壤調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，露天農(nóng)田中微塑料總濃度為217.30～2 324.22μg·g-1，平均值為1 187.76μg·g-1，與露天農(nóng)田相比，大棚種植土壤中微塑料總濃度較高，為612.35～2 512.18μg·g-1，平均值為1 439.56μg·g-1，是露天農(nóng)田1.21倍[24]。塑料大棚通過改變棚內(nèi)光照、溫度和濕度等種植條件達(dá)到保溫栽培作用，可跨區(qū)域、跨時令提供種類豐富的農(nóng)產(chǎn)品，為市場促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、規(guī)范農(nóng)藝技術(shù)以及搶占農(nóng)時提供支撐[25]。由此可知，不同種植方式對農(nóng)田土壤造成微塑料污染程度完全不同。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人為活動對微塑料污染現(xiàn)狀產(chǎn)生重要影響。一般來說，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)地區(qū)人為活動較頻繁，對土壤中微塑料豐度和尺寸產(chǎn)生顯著影響。長江和黃河中下游河道沉積物中微塑料豐度高于上游，是因下游地區(qū)是城市密集區(qū)和高度繁華水運(yùn)區(qū)。黃河下游沉積物中微塑料豐度較高，為300個·kg-1；長江中下游重慶和江西河道沉積物中微塑料豐度分別為（84～544）和（356～1 452）個·kg-1，尺寸分別為0.005～5 mm和0.005～5 mm[26]。姚蕊等對廈門旅游勝地廈門灣沙灘調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，廈門灣沙灘沉積物中微塑料豐度為（39～260）個·kg-1，平均豐度為（114±26）個·kg-1，污染水平達(dá)到國內(nèi)其他海灘沉積物的中等水平[27]。廈門海灘沉積物中微塑料豐度較高，主要因每年到海灘旅游人數(shù)較多，排放的塑料垃圾較多。不同農(nóng)田土壤類型中微塑料尺寸特征存在明顯差異。北京郊區(qū)菜田土壤中微塑料尺寸0～1和1～2 mm平均占比分別為43.0%和35.1%，而剩下21.9%微塑料尺寸分布在2～5 mm[28]。青藏高原溫室種植、覆膜種植和糧田土壤中微塑料尺寸范圍0～0.5和0.5～1.0 mm占比分別為71%、62%和61%[29]。不同土壤類型和深度中檢測到微塑料豐度存在較大差異。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，上海淺層土壤中微塑料豐度高于深層土壤；武漢大棚種植土壤中，從深度0～3 cm范圍內(nèi)取樣，檢測到樣品中微塑料豐度為（780±129）個·kg-1，明顯高于同深度菜地微塑料豐度（320～12 560）個·kg-1[30]。此外，在中國哈爾濱、石河子、海南東部等地沉積物以及西北地區(qū)黃土高原土壤中均檢測到微塑料，甚至在高海拔的青藏高原土壤中也已檢測到微塑料分布，表明中國土壤微塑料污染具有普遍性。

2 土壤中微塑料來源及現(xiàn)狀

微塑料產(chǎn)生源頭是陸地，也是微塑料重要匯集區(qū)。土壤環(huán)境中微塑料主要來源途徑包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中農(nóng)用地膜殘留物、農(nóng)用灌溉污水、有機(jī)肥料、污水處理廠排放的污泥，以及來源于日常填埋場塑料垃圾滲流、塑料制品廢棄物和大氣沉降等。垃圾隨意傾倒、處置不當(dāng)以及汽車運(yùn)行中輪胎磨損均是土壤環(huán)境中微塑料不可缺少的重要來源途徑（見圖2）。

圖2 土壤環(huán)境中微塑料來源途徑Fig.2 Sources of microplastics in soil environment

2.1 地膜殘留物

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常大規(guī)模采用地膜種植方式提高農(nóng)作物產(chǎn)量。土壤中累積的地膜廢棄物在微生物、紫外線照射和物理化學(xué)等共同作用下被降解為微塑料，甚至少部分可能被降解為納米級顆粒（＜0.1μm）。因而，農(nóng)用地膜殘留物是土壤環(huán)境中微塑料逐步積累的重要來源，我國典型地區(qū)土壤耕作后遺留地膜殘留物，如圖3所示。

圖3 部分典型土壤耕作后地膜殘留情況Fig.3 Residue situation of plastic film in some typical soils after tillage

中國作為世界上重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，近年來農(nóng)用薄膜使用量呈逐年增長態(tài)勢，2006～2015年使用總量從1.85×106t增至2.6×106t，增量達(dá)41%。而全球農(nóng)用薄膜覆蓋面積隨覆膜栽培技術(shù)改進(jìn)被大規(guī)模推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)以5.7%速率增長[31]。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年中國地膜使用面積占全球80%，但地膜殘留量回收率遠(yuǎn)小于60%。2017年中國塑料薄膜生產(chǎn)量為1 454.29萬t，其中用于地膜種植比例為17.38%。表明中國塑料薄膜用于地膜種植量較大，同時產(chǎn)生的地膜廢棄物因回收率較低而大量被排入土壤環(huán)境，擴(kuò)大土壤環(huán)境面源污染。于慶鑫等研究發(fā)現(xiàn)，哈爾濱農(nóng)田土壤中微塑料豐度約為485.80個·kg-1，形態(tài)包括纖維狀、薄膜狀和碎片等。劉旭研究發(fā)現(xiàn)，野外調(diào)查的4塊耕地均存在微塑料殘留不同采樣區(qū)微塑料豐度大小與大塑料殘留量有關(guān)，土壤中大塑料殘留越多，微塑料豐度一般越大，表層土壤微塑料豐度最高達(dá)89個·kg-1[32]，說明農(nóng)用地膜種植是土壤中微塑料來源重要方式。對于使用后殘膜，由于缺乏有效回收設(shè)備及有效處置，導(dǎo)致農(nóng)作物收獲后大量殘膜積累在農(nóng)田土壤中，進(jìn)一步加劇土壤生態(tài)系統(tǒng)污染。

2.2 塑料制品廢棄物

隨著人類生活水平提高，對塑料制品需求快速增長。2016年美國排放約0.42億t塑料垃圾，居世界第一；2016年美國總?cè)丝趦H占全球總?cè)丝?.3%左右，人均排放130 kg塑料垃圾[33]。據(jù)報道，全球產(chǎn)出9×109t塑料中，僅9%左右被回收或再次利用，大部分以塑料廢棄物方式進(jìn)入土壤環(huán)境。根據(jù)排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲及北美地區(qū)每年向農(nóng)田排放的微塑料分別增加1.1×105和7.3×105t[34]。在中國，塑料廢棄物占城市生活垃圾比重的5%～14%，“白色污染”已成為社會發(fā)展中的一大公害。

2.3 有機(jī)肥使用

大多數(shù)城市排放的生活垃圾經(jīng)堆肥處理和生物發(fā)酵后有機(jī)肥中塑料垃圾經(jīng)長期物理化學(xué)或微生物協(xié)同作用下降解為微塑料。如：大多數(shù)城市排放的生活垃圾經(jīng)堆肥處理和生物發(fā)酵后有機(jī)肥中塑料垃圾經(jīng)長期物理化學(xué)或微生物協(xié)同作用下降解為微塑料。目前，土壤中有機(jī)肥使用量高，種類多，主要有畜禽糞尿與作物秸稈、草木灰、污泥、生活垃圾、污水、熏土和海肥等。目前，土壤中有機(jī)肥使用量高，種類多，主要有蓄禽糞尿與作物秸稈、草木灰、污泥、生活垃圾、污水、熏土和海肥等。中國是生產(chǎn)和使用有機(jī)肥大國，年生產(chǎn)量超2.5×107t，每年施用量達(dá)2.2×107t[35]。德國是全球?qū)Ψ柿腺|(zhì)量要求最嚴(yán)格國家之一，每年通過使用有機(jī)肥進(jìn)入農(nóng)田土壤微塑料3.5×1010～2.2×1012個[36]。在國外某場地堆肥產(chǎn)品中微塑料平均濃度達(dá)到1.2 g·kg-1，且在個別區(qū)域堆肥產(chǎn)品中微塑料濃度更高[37]。有機(jī)肥中的微塑料通過土壤施肥將微塑料帶入土壤。隨生產(chǎn)技術(shù)水平提高，有機(jī)肥中微塑料粒徑越來越小，通常情況下不易被檢測或分辨。中國每年通過有機(jī)肥使用而帶入農(nóng)田土壤的微塑料含量高達(dá)50 t，若把粒徑小于0.5 mm微塑料含量考慮在內(nèi)，則有機(jī)肥使用量和微塑料豐度均持續(xù)增加。

各層次之間通過統(tǒng)一的接口進(jìn)行通信，確保各層次間的獨(dú)立性，從而實(shí)現(xiàn)低耦合高類聚，確保系統(tǒng)具有更好的獨(dú)立性、穩(wěn)定性和高擴(kuò)展性。

2.4 污水灌溉

1957年起，中國農(nóng)田普遍采用污水灌溉。隨污水排放和農(nóng)業(yè)灌溉用水量增加，污水灌溉面積擴(kuò)大。據(jù)中國污水灌溉區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況普查統(tǒng)計(jì)，1963年中國農(nóng)田污水灌溉面積為4.2萬hm2，1998年達(dá)361.84萬hm2。2019年據(jù)中國水利部數(shù)據(jù)顯示，中國農(nóng)田灌溉面積達(dá)11.1億hm2，居世界首位，其中耕地灌溉面積達(dá)10.2億hm2，占全國耕地總面積50.3%[38]。說明中國近20多年污水灌溉面積增長，其中耕地污水灌溉面積發(fā)展較顯著。因發(fā)展中國家受技術(shù)水平限制，所排放的污水中微塑料含量較高。研究發(fā)現(xiàn)，處理后的污水中仍檢測到微塑料，因目前污水處理設(shè)備不能把污水中全部微塑料除去，尤其是粒徑較小微塑料顆?；蜉^細(xì)的微塑料纖維。芬蘭某污水處理廠發(fā)現(xiàn)PE占纖維微塑料占比達(dá)96.3%，而在微塑料總量中占比79.1%[39]。由此可知，污水中微塑料成分復(fù)雜，給土壤帶來的污染形式不一。同時因污水處理設(shè)備升級和污水處理技術(shù)提高，污水處理廠污水處理能力水平提高，污水處理廠截留污泥量也穩(wěn)步增長。Li等研究發(fā)現(xiàn)污泥中微塑料顏色多樣，其中白色占比最高，其次是黑色[40]（見圖4），通過污泥農(nóng)田利用將污泥中所含微塑料一并帶入土壤環(huán)境中，造成土壤環(huán)境中“白色污染”形勢嚴(yán)峻，應(yīng)引起人們高度重視。

圖4 污水灌溉中污泥所含微塑料的顏色情況Fig.4 Color of microplasticscontained in sludgeduring sewageirrigation

2.5 大氣沉降

大氣沉降釋放到土壤中的微塑料也是土壤環(huán)境中微塑料重要來源，通過大氣沉降所釋放的微塑料，通常情況下呈粒徑較小的顆粒狀。塑料生活垃圾未被妥善處理直接或間接傾倒，通過大氣沉降到附近農(nóng)田中。部分塑料垃圾在各種外界因素綜合作用下風(fēng)化、破碎和降解成為粒徑更小的塑料殘留碎屑，通過大氣沉降釋放到土壤環(huán)境中。沿著公路干線，車輛橡膠輪胎磨損會產(chǎn)生細(xì)微微塑料顆粒。Kim等對沿線公路旁土壤調(diào)查指出，輪胎磨損產(chǎn)生的橡膠微粒經(jīng)大氣沉降或地表徑流作用下攜帶到沿線公路附近土壤中[41]。Yukioka等報道，日本草津和尼泊爾加德滿都道路灰塵中微塑料豐度分別為（2.0±1.6）和（12.5±10.1）個·m-2，其粒徑范圍在0.01～5.00 mm。建筑施工過程中排放的塑料顆粒、工業(yè)生產(chǎn)中因泄露或擴(kuò)撒釋放的塑料顆粒以及家具老舊釋放的灰塵也通過大氣沉降過程進(jìn)入土壤環(huán)境[42]。

3 微塑料在土壤環(huán)境中的生態(tài)效應(yīng)

土壤耕作后殘留的微塑料通常情況下難以降解，在土壤中逐漸累積，并受土壤環(huán)境因素作用進(jìn)行發(fā)生水平遷移或垂直遷移（見圖5）。微塑料造成土壤表面污染，而且對不同深度土壤層也造成不同程度污染。在深層土壤中已檢測到不同豐度微塑料，尺寸以小粒徑顆粒為主，其中還存在少量絲狀纖維，影響深層土壤中動植物及微生物群落。另外，土壤中微塑料具有較強(qiáng)吸附特性，在各種因素共同作用下，不僅吸附病毒物質(zhì)及有機(jī)污染物，還可作為土壤中重金屬遷移的重要載體。這些被微塑料吸附的有毒物質(zhì)經(jīng)土壤動植物及微生物群落的生命代謝后，沿土壤食物鏈傳遞并逐漸積累，改變土壤中物質(zhì)及能量正常循環(huán)。土壤微塑料不但改變土壤理化性質(zhì)，且對土壤生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成嚴(yán)重負(fù)面影響。

圖5 土壤環(huán)境中微塑料的污染現(xiàn)狀Fig.5 Pollution status of microplastics in soil environment

3.1 微塑料對土壤理化性質(zhì)的影響

微塑料通過地膜種植、有機(jī)肥使用、污水灌溉、地表徑流和大氣沉降等途徑進(jìn)入土壤，并在土壤中發(fā)生大量累積。排入到土壤環(huán)境中的微塑料將表面所吸附的各種物質(zhì)（如重金屬、有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)等）釋放到土壤環(huán)境中，改變土壤pH、土壤空隙率、土壤質(zhì)地黏重、電導(dǎo)率、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤營養(yǎng)成分。土壤中添加高密度PE導(dǎo)致土壤pH降低，添加聚乳酸導(dǎo)致土壤pH升高、電導(dǎo)率降低[43]，說明不同類型微塑料聚合物對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不同影響。Liu等對中國黃土研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田土壤中草甘膦等農(nóng)藥組分與微塑料產(chǎn)生作用之后改變土壤中溶解性有機(jī)碳和有機(jī)磷質(zhì)量損失，改變土壤理化性質(zhì)，降低土壤養(yǎng)分含量，影響農(nóng)作物生長發(fā)育[44]。因此，微塑料進(jìn)入土壤環(huán)境，直接或間接改變土壤環(huán)境理化性質(zhì)的穩(wěn)定性，尤其是次級微塑料對土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生顯著影響，影響土壤中動植物及微生物群落的有序生命活動。

3.2 微塑料對土壤動物活動的影響

土壤動物與微塑料之間能相互產(chǎn)生影響。一方面，土壤動物維持生命活動過程中對土壤中微塑料遷移、破碎、降解和再分布產(chǎn)生重要影響，通過土壤動物的取食活動和對微塑料運(yùn)輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)。另一方面，在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡方面，土壤動物扮演重要生態(tài)調(diào)節(jié)功能。通過有序調(diào)節(jié)有機(jī)物分解、土壤養(yǎng)分循環(huán)及能量傳遞，這些過程通常受土壤中微塑料豐度和分布影響。微塑料可直接或間接對土壤動物和微生物群的生命活動產(chǎn)生危害，且土壤微塑料及其所攜帶的污染物可能通過食物鏈傳遞到動物體內(nèi)，對其組織和器官產(chǎn)生危害。納米級微塑料顆粒通過植物吸收后可轉(zhuǎn)移到淺層土壤中，經(jīng)無脊椎動物或昆蟲吞食又被動物捕食。微塑料可沿著食物鏈傳遞到動物體內(nèi)，不僅造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的健康風(fēng)險，還給人體健康帶來危害[45]。通常條件下，對微塑料與土壤動物的研究，一般選擇蚯蚓、昆蟲等為研究對象，主要是因土壤動物在完成自身生命活動中能夠?qū)ξ⑺芰习l(fā)生遷移和運(yùn)輸?shù)哪芰Ξa(chǎn)生重要影響。土壤動物可促進(jìn)微塑料在土壤中發(fā)生遷移、擴(kuò)撒和二次降解。微塑料經(jīng)非洲大蝸牛消化系統(tǒng)作用后，表面出現(xiàn)粗糙和裂紋，部分降解成粒徑更小的顆粒態(tài)[46]。另一方面，土壤動物通過縱向遷移運(yùn)動，將土壤表面微塑料帶入到更深層土壤。土壤中蚯蚓暴露在一定含量微塑料環(huán)境后，產(chǎn)生更致密蚯蚓洞穴。蚯蚓在轉(zhuǎn)運(yùn)微塑料過程中，將微塑料轉(zhuǎn)運(yùn)到合適環(huán)境，經(jīng)微生物作用下微塑料進(jìn)一步降解成粒徑較小的微塑料顆粒。蚯蚓攝入脆性塑料垃圾后，在蚯蚓體內(nèi)微囊消化作用下，可將這些塑料垃圾磨碎，進(jìn)一步降解成為次級微塑料[47]，蚯蚓排出糞便中含有較小粒徑微塑料，提高土壤環(huán)境中微塑料濃度，擴(kuò)大微塑料在土壤環(huán)境中分布范圍。少量微塑料繼續(xù)殘留在蚯蚓體內(nèi)，對蚯蚓體內(nèi)器官和組織產(chǎn)生損害。因此，有必要加強(qiáng)對土壤中微塑料遷移途徑的研究，減少土壤微塑料對土壤動物的危害。

3.3 微塑料對土壤植物生長的影響

土壤環(huán)境中，微塑料與土壤植物之間相互影響，但與其他微塑料生態(tài)效應(yīng)研究相比，土壤植物與微塑料之間影響研究較少。植物根部吸收土壤中微塑料，沿植物生長過程在體內(nèi)發(fā)生遷移，微塑料積累，干擾植物體吸收養(yǎng)分，對植物生長造成不利影響[48]。根系生長過程中對土壤中微塑料遷移產(chǎn)生較大影響，其中根系分解時可促進(jìn)微塑料在土壤中發(fā)生遷移。早期對微塑料與植物之間關(guān)系研究，主要集中在土壤微塑料對種子發(fā)芽影響的研究。Bosker等研究微塑料對種子發(fā)芽率影響，結(jié)果表明微塑料顆粒會堵塞種子氣孔，阻斷種子通過氣孔進(jìn)行養(yǎng)分交換，降低種子發(fā)芽率，其中細(xì)長微塑料纖維還會對幼苗進(jìn)行纏繞，阻礙幼苗發(fā)芽生長[49]。另外，植物體中微塑料還會將自身表面所攜帶的某些重金屬或化學(xué)物質(zhì)釋放到植物體內(nèi)，對植物器官及其組織產(chǎn)生不同程度危害，對植物生長造成不利影響。植物體富集的微塑料及微塑料表面攜帶的污染物質(zhì)沿食物鏈傳遞，最終進(jìn)入人體，對人體器官、免疫細(xì)胞產(chǎn)生損傷。因此，應(yīng)密切關(guān)注土壤環(huán)境中微塑料遷移行為和影響遷移機(jī)制的因素，提高對微塑料造成污染的防控效率。

3.4 微塑料對土壤微生物群落活動的影響

土壤微生物群落對保持土壤生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)功能。動植物健康生長和土壤養(yǎng)分良性循環(huán)均離不開微生物調(diào)節(jié)，尤其在動植物殘體及其他廢棄物分解過程中微生物扮演重要角色。微塑料具有強(qiáng)烈吸附特性，通過各種方式排入到土壤環(huán)境中的微塑料可能攜帶某些有害物質(zhì)或病毒，對土壤環(huán)境中動、植物及微生物群落產(chǎn)生危害。研究發(fā)現(xiàn)，不同微塑料成分和濃度對微生物產(chǎn)生不同程度影響，尤其是對微生物豐富度和多樣性影響顯著。通常條件下，高濃度微塑料對微生物及其群落活性產(chǎn)生明顯抑制作用。費(fèi)禹凡等研究表明聚氯乙烯（5%）和低密度聚乙烯（1%或5%）明顯降低細(xì)菌群落豐富度和多樣性，但可增加β-變形菌豐度和種類[50]。經(jīng)污水排放和地表徑流帶到土壤環(huán)境中微塑料表面可能攜帶某些重金屬、化學(xué)污染物及病原體，會對土壤微生物區(qū)和土壤理化性質(zhì)均產(chǎn)生不利影響，抑制微塑料降解過程中酶活性，導(dǎo)致微塑料不能被完全降解，繼續(xù)留在土壤環(huán)境中。Huang等研究發(fā)現(xiàn)，微塑料可明顯提高土壤過氧化氫酶和脲酶活性，改變土壤細(xì)菌群落組成[51]。胡曉婧等研究表明，添加微塑料可能加速土壤微生物群落演替速度，改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[52]。

目前，對微塑料和微生物之間相互影響的研究，主要聚焦于微塑料對土壤微生物生長的影響以及微生物群落降解微塑料兩個方面。未來應(yīng)關(guān)注微塑料在影響土壤微生物群落定植機(jī)制、室外微塑料降解的基本條件和微生物群落對微塑料降解機(jī)制方面的研究。

4 結(jié)論

微塑料作為一種新型污染物，在土壤環(huán)境中廣泛存在。微塑料具有較強(qiáng)吸附性，可與其他污染物結(jié)合在一起產(chǎn)生復(fù)合污染效應(yīng)。微塑料在遷移過程中不僅受單一因素影響，還受多重因素聯(lián)合作用。目前，土壤微塑料造成的環(huán)境污染情況復(fù)雜，雖然土壤中微塑料分離和檢測方法很多，但表示豐度的單位不統(tǒng)一，不利于微塑料豐度的比較。今后需進(jìn)一步建立及完善規(guī)范性、通用性及可行性分離檢測標(biāo)準(zhǔn)，為防控和減少微塑料污染提供可行性措施和建議。

5 展望

土壤中微塑料降解緩慢，現(xiàn)有技術(shù)很難在短期內(nèi)將其有效降解及去除。目前，對微塑料的來源途徑、遷移機(jī)理、降解機(jī)制等生態(tài)效應(yīng)方面還缺少系統(tǒng)性研究。微塑料與各種化學(xué)污染物之間的吸附機(jī)理認(rèn)識尚為淺顯，尤其在微塑料分離和檢測方面還達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。因此，在全面揭示土壤微塑料污染現(xiàn)狀及生態(tài)效應(yīng)之前，需在以下幾方面加深研究。

a.進(jìn)一步建立及完善微塑料分離和檢測方法，開展土壤微塑料污染系統(tǒng)性調(diào)查和評估。通過建立并完善系統(tǒng)性、規(guī)范性、通用性及可行性的分離及檢測標(biāo)準(zhǔn)，找到相對統(tǒng)一的豐度表達(dá)換算方法，多區(qū)域與多尺度全面了解微塑料造成的污染。

b.加強(qiáng)對微塑料在土壤環(huán)境中分布、遷移、運(yùn)輸及通量的微觀尺度綜合研究。微塑料在土壤中遷移不僅受單一因素影響，而是在土壤理化性質(zhì)、微塑料本身特性和土壤生物多重因素影響下進(jìn)行發(fā)生遷移。找出影響微塑料發(fā)生遷移的關(guān)鍵性因素，是精準(zhǔn)理清土壤中微塑料來源關(guān)鍵。

c.提高微塑料降解技術(shù)水平，降低土壤中微塑料庫存量。研發(fā)塑料改性材料，將不易降解塑料轉(zhuǎn)化自然條件下生物和光易可降解的塑料材料，是實(shí)現(xiàn)塑料制品可持續(xù)發(fā)展前提。

d.進(jìn)一步制定、落實(shí)和完善塑料廢棄物處置和管控方面的法律法規(guī)文件及約束條例。通過進(jìn)一步制定、規(guī)范和落實(shí)塑料垃圾法律法規(guī)文件，提高對相應(yīng)法律法規(guī)文件的執(zhí)行力度，增加公眾對垃圾管控的重要性意識，為全球塑料垃圾管控和消除提供制度保障。