曹可，劉雪松，蘇海磊，王凡凡，季寧寧，沈亞琴，趙文思，魏源

（中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100012）

微塑料是指粒徑小于5 mm 的塑料碎片或顆粒，主要為塑料制品通過環(huán)境中物理、化學(xué)及生物作用裂解而成[1]。常見的微塑料包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等，在形態(tài)上可分為碎片、顆粒、纖維和薄膜狀等[1]。2022 年，生態(tài)環(huán)境部首次將微塑料和持久性有機(jī)污染物、內(nèi)分泌干擾物、抗生素共同界定為國際上廣泛關(guān)注的四大類新污染物[2]。有關(guān)微塑料的早期研究主要集中于海洋環(huán)境中[3]，但近年來的研究指出，陸地作為塑料制品生產(chǎn)的源頭與重要匯集地，微塑料污染比海洋更加普遍，其豐度可能是海洋中的4～23倍[4]。微塑料在土壤中能夠發(fā)生多種化學(xué)過程，并對(duì)土壤及土壤生物產(chǎn)生多種影響。此外，微塑料可與土壤中的其他污染物結(jié)合產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)[1]，使其環(huán)境效應(yīng)變得更加復(fù)雜。由于早期工業(yè)排放、交通污染、垃圾處置不當(dāng)?shù)仍?，我國土壤面臨著嚴(yán)重的重金屬污染，2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示我國土壤污染超標(biāo)率達(dá)16.1%。我國受微塑料污染影響的區(qū)域常與重金屬污染的分布相重合[5]，而微塑料與重金屬之間的相互結(jié)合可使污染物原有的危害顯著提升[1]，并使生態(tài)安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估面臨新的挑戰(zhàn)。

因此，本文對(duì)土壤環(huán)境中微塑料與重金屬間的相互作用、遷移轉(zhuǎn)化及其復(fù)合毒性效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)性的綜述，梳理了微塑料與重金屬復(fù)合污染的原理及過程，以期為微塑料和重金屬的復(fù)合毒性研究提供參考。

1 微塑料和重金屬的相互作用

1.1 微塑料對(duì)重金屬污染物的吸附與解吸

1.1.1 吸附-解吸機(jī)制

微塑料因其良好的吸附性能而被視為多種環(huán)境介質(zhì)中重金屬離子的重要載體。靜電引力是微塑料吸附重金屬的主要機(jī)制，如表面呈電負(fù)性的微塑料易通過靜電作用吸附Cu2+、Cd2+、Pb2+等重金屬陽離子[6]?；瘜W(xué)鍵合作用是微塑料吸附重金屬的另一項(xiàng)機(jī)制[7]，微塑料表面的一些官能團(tuán)可與重金屬離子通過化學(xué)鍵結(jié)合，如PVC 表面的鹵素原子[8]、PS 表面的π-π鍵[9]、聚酰胺（PA）表面的酰胺基[10]等對(duì)重金屬離子都有較高的親和力。此外，重金屬離子與微塑料表面的含氧官能團(tuán)發(fā)生結(jié)合時(shí)，重金屬離子可占據(jù)含氧基團(tuán)中O的位點(diǎn)，從而使二者吸附得更加牢固[11]。

在土壤環(huán)境中污染物間的吸附-解吸行為同時(shí)存在，當(dāng)吸附了重金屬污染物的微塑料顆粒發(fā)生遷移或環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，解吸出的污染物可能造成新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。酸性土壤中，大量H+使微塑料表面質(zhì)子化，產(chǎn)生的靜電排斥作用極易使Hg2+[12]、Cd2+[13]、Cu2+、Zn2+[14]等金屬陽離子重新解吸出來。在土壤溶液中，含硫、含氧基團(tuán)對(duì)重金屬的親和及Ca2+、Mg2+在微塑料表面的競爭吸附是發(fā)生解吸的主要機(jī)制[12]。此外，還有研究顯示，微塑料可以通過改變土壤理化性質(zhì)間接促進(jìn)重金屬從微塑料上解吸出來并轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的有機(jī)結(jié)合態(tài)[15]。

1.1.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和吸附等溫線

微塑料對(duì)重金屬的吸附行為通?？梢杂脺?zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型描述[16]，這表明微塑料表面有豐富的活性位點(diǎn)，吸附的限速步驟是化學(xué)吸附，包括重金屬和微塑料間發(fā)生的絡(luò)合、配位、螯合、共享或交換電子等過程[17]。

微塑料對(duì)重金屬的吸附等溫線多數(shù)符合Langmuir 模型或Freundlich 模型[18]，表明二者間通常發(fā)生物理和化學(xué)的單層均相或非均相吸附。然而也有研究發(fā)現(xiàn)Henry 模型和Temkin 模型也可以很好地?cái)M合微塑料對(duì)重金屬的吸附過程。Lang 等[19]發(fā)現(xiàn)老化后的PS 對(duì)Cd2+的吸附符合Henry 模型。Guo 等[20]報(bào)道Temkin 模型是擬合PA、PS、PP 和Sr2+之間吸附過程的最佳模型，并推測多層吸附是其主要機(jī)制。因此，微塑料對(duì)重金屬的吸附機(jī)制因微塑料和重金屬的類型與性質(zhì)不同而具有特異性，且常是物理吸附和化學(xué)吸附、單層吸附和多層吸附同時(shí)發(fā)生[18]。

1.1.3 吸附-解吸的影響因素

影響微塑料對(duì)重金屬吸附和解吸行為的因素主要包括微塑料的性質(zhì)、重金屬的性質(zhì)和土壤環(huán)境條件3個(gè)方面（圖1）。

圖1 土壤環(huán)境中重金屬在微塑料表面吸附-解吸的影響因素Figure 1 Factors affecting the mechanisms of adsorption and desorption of heavy metals on microplastics in soil environment

不同微塑料的結(jié)構(gòu)特征、帶電性及其表面官能團(tuán)存在差異，不同制備工藝的聚合物分子鏈排列緊密程度也不同，從而影響了微塑料的親疏水性質(zhì)，使其對(duì)重金屬的吸附能力存在顯著差異[21]。例如：氯化聚乙烯（CPE）、PVC 含有的Cl-增強(qiáng)了材料表面的電負(fù)性，使其對(duì)Pb2+、Cu2+、Cd2+的吸附能力均高于PE[22]；PA 表面的酰胺基提高了其親水性，使其對(duì)Cd2+[11]與Cu2+[23]的吸附顯著高于其他種類的微塑料（如PE、PS、PVC等）；PP 表面金屬離子的有效吸附位點(diǎn)比PE 更多，因此同等條件下PP對(duì)Cu2+和Zn2+的吸附量比PE更大[24]。

微塑料顆粒的形貌也對(duì)重金屬的吸附有較大影響。微塑料的粒徑越小，比表面積越大，對(duì)重金屬的吸附能力越強(qiáng)[25]，反之，較大粒徑的微塑料則會(huì)促進(jìn)重金屬在其表面和土壤環(huán)境中的解吸[26]；其次，微塑料的結(jié)晶度、表面粗糙度、形狀等也會(huì)對(duì)重金屬的吸附和解吸產(chǎn)生影響[27]。

微塑料對(duì)重金屬的吸附-解吸也受重金屬性質(zhì)的影響。首先，金屬離子和微塑料間靜電作用的強(qiáng)弱和金屬元素本身的性質(zhì)有關(guān)，如Cu2+比Zn2+的電負(fù)性更強(qiáng)、離子半徑更小，因此，Cu2+和微塑料表面的靜電引力作用較大，使PP和PE對(duì)Cu2+的吸附量大于Zn2+[24]。其次，重金屬在環(huán)境中常見形態(tài)的不同也會(huì)影響其和微塑料的結(jié)合能力，例如：與Pb2+相比，Cu2+在水溶液中易形成水合離子，同時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)酸弱堿鹽極易水解，影響了Cu2+與微塑料的結(jié)合能力，使Cu2+與PVC、PP、PE、PA 的結(jié)合能力均弱于Pb2+[28]；Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）在PE 和PP 表面均是通過離子配位與塑料分子上的甲基或亞甲基結(jié)合，但Cr（Ⅲ）在酸性條件下與水分子形成絡(luò)合物，減弱了Cr（Ⅲ）與甲基、亞甲基的配位能力，而Cr（Ⅵ）形成酸根陰離子對(duì)配位能力影響較小，從而使Cr（Ⅵ）的吸附率高于Cr（Ⅲ）[29]。

除微塑料和重金屬本身的性質(zhì)外，土壤環(huán)境條件也可顯著影響微塑料對(duì)重金屬的吸附-解吸。例如：土壤中的H+和堿土金屬離子（如Ca2+、Mg2+）可占據(jù)微塑料表面的吸附位點(diǎn)，與Pb2+、Cu2+、Zn2+等重金屬陽離子產(chǎn)生競爭吸附，直接影響微塑料對(duì)重金屬的吸附水平[7，30-31]；土壤中的低分子有機(jī)酸（如蘋果酸、檸檬酸）可通過與重金屬絡(luò)合、改變微塑料表面吸附點(diǎn)位數(shù)量等方式促使重金屬從微塑料表面解吸出來并轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的結(jié)合態(tài)[15，31]。此外，還有研究顯示，長期種植蔬菜的土壤中更容易發(fā)生微塑料對(duì)重金屬的吸附[32]，但相關(guān)機(jī)制還有待進(jìn)一步揭示。

除直接影響微塑料與重金屬的結(jié)合外，環(huán)境條件還可通過使微塑料發(fā)生老化，進(jìn)而改變微塑料的大小、形貌及表面官能團(tuán)等性質(zhì)來影響微塑料對(duì)重金屬的吸附。在老化過程中微塑料發(fā)生了破碎、氧化和無規(guī)則的斷鏈，表面變得粗糙、結(jié)晶度改變，并逐步由高分子向低分子轉(zhuǎn)化，進(jìn)而形成了一些新的飽和及不飽和的含氧官能團(tuán)[33]。這些含氧官能團(tuán)的增加可能歸因于塑料上的C—H 鍵在老化條件作用下斷裂后與氧反應(yīng)形成的過氧自由基（C—O），這些過氧自由基可以從周圍環(huán)境中吸收氫原子，形成過氧化氫基團(tuán)（COOH），并進(jìn)一步分解為其他產(chǎn)物[33]，這些官能團(tuán)的出現(xiàn)?？梢栽鰪?qiáng)微塑料對(duì)環(huán)境中重金屬的結(jié)合能力，并使吸附絡(luò)合在其表面的重金屬更難發(fā)生解吸[33-34]。例如：在真實(shí)環(huán)境中，紫外光可老化表層土壤中的微塑料，增大其比表面積并在表面形成羰基官能團(tuán)，提高其對(duì)Cu2+、Zn2+等重金屬的吸附能力[34]；在中深層土壤環(huán)境中，微塑料顆?？砂l(fā)生化學(xué)和生物老化（如Fenton 氧化、微生物降解等）[19]，造成與紫外光老化相似的效果，進(jìn)而顯著增強(qiáng)其對(duì)重金屬的吸附能力[35]。

1.2 微塑料與重金屬復(fù)合體的環(huán)境行為

微塑料作為一類不易生物降解的污染物可長期存在于土壤中并在土壤不同組分間遷移。因此，微塑料與重金屬的結(jié)合可使重金屬隨微塑料在土壤中遷移，并向土壤深層甚至地下水中轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步加劇各自的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[36]（圖2）。

圖2 土壤環(huán)境中微塑料對(duì)重金屬的吸附和共遷移Figure 2 Adsorption and co-migration of heavy metals by microplastics in soil environment

1.2.1 土壤環(huán)境中微塑料的遷移轉(zhuǎn)化和歸趨

微塑料在土壤中的遷移從距離上可分為短距離傳播與長距離傳播，而從遷移方向上可分為水平遷移與垂直遷移。生物擾動(dòng)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)是微塑料進(jìn)行短距離傳播的主要方式，而長距離傳播主要通過地表徑流和土壤侵蝕[37]；土壤中微塑料的水平遷移受土壤生物群活動(dòng)及土壤性質(zhì)的影響，而耕作、收獲和生物擾動(dòng)是造成微塑料在土壤中垂直遷移的主要原因[38]。此外，同一因素可對(duì)微塑料的遷移產(chǎn)生多種影響。例如：蚯蚓體內(nèi)富集的微塑料顆粒能通過蚯蚓的排泄和死亡等方式擴(kuò)散到其他區(qū)域[39]，同時(shí)，蚯蚓活動(dòng)所形成的土壤孔隙也能促進(jìn)土壤表層的微塑料向更深層土壤轉(zhuǎn)移[38]；植物側(cè)根生長過程中形成的間隙可成為植物周圍土壤中納米至微米級(jí)塑料（2μm）進(jìn)入植物體內(nèi)的入口，而在蒸騰拉力的作用下，植物體內(nèi)地下部的微塑料可遷移至植物的地上部，并隨著收割而離開土壤環(huán)境[40-41]。在降水活動(dòng)的影響下，土壤中的微塑料顆粒受重力沉降作用可進(jìn)一步向深層土壤轉(zhuǎn)移，同時(shí)，降水活動(dòng)形成的地表徑流可使微塑料向其他區(qū)域或環(huán)境介質(zhì)轉(zhuǎn)移[42]。在農(nóng)田土壤中，這一過程常受到土壤質(zhì)地、離子強(qiáng)度、溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM），特別是農(nóng)田有機(jī)品投入（秸稈還田、有機(jī)肥施用、生物炭土壤改良等）釋放的DOM 的影響。如Quevedo 等[43]的研究表明，微塑料在粒度分布不均勻的農(nóng)田土壤中的保留量比在高純度石英砂中更大；Ma 等[44]發(fā)現(xiàn)，不同種類的DOM 對(duì)不同粒徑納米塑料在多孔介質(zhì)上的垂直傳輸具有選擇性，這可能導(dǎo)致粒徑較大的納米塑料不斷向土壤深層遷移，而粒徑較小者則長期保留在耕作層中，從而增大微塑料及其負(fù)載的污染物對(duì)作物及人體暴露的風(fēng)險(xiǎn)。此外，自然環(huán)境中生物膜的存在也會(huì)增強(qiáng)微塑料在土壤中沉積，減少其在陸地系統(tǒng)中的遷移和傳輸[45]。

微塑料在土壤環(huán)境中會(huì)經(jīng)歷一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物作用并發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)化。土壤表層的微塑料在紫外線輻射和熱氧化作用下發(fā)生老化，可增加微塑料表面粗糙度，形成新的表面官能團(tuán)，并可破碎成更小的微塑料顆粒[19，46]；中深層土壤中，土壤動(dòng)物與微生物可驅(qū)動(dòng)微塑料降解并產(chǎn)生短鏈片段；在更深層的無光厭氧土壤環(huán)境中，微塑料還可作為土壤微生物生長的碳源，被分解利用[38]。除直接作用外，土壤動(dòng)物也可間接促進(jìn)微塑料的生物降解。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)由陸正蚓（L.terrestris）代謝釋放的微塑料碎片易被生態(tài)冠、生物膜或土壤衍生的有機(jī)和無機(jī)大分子包圍，進(jìn)而增加其被生物降解的可能性[39]。

土壤中的微塑料可能缺乏有效的歸趨。通常認(rèn)為，土壤和沉積物是環(huán)境中微塑料最重要也是最終的匯。與水體和大氣環(huán)境不同，進(jìn)入土壤環(huán)境中的微塑料流動(dòng)性差，可能在各種天然有機(jī)質(zhì)（如多糖、胡敏酸、富里酸等）的作用下被土壤團(tuán)聚體包裹而發(fā)生聚集和沉積[47]。外力作用（如濕沉降、水徑流和生物擾動(dòng)等）也能夠促進(jìn)微塑料在土壤中的聚集[42]。粒徑大、密度低的微塑料更傾向于懸浮在土壤或沉積物表層，而尺寸越小、密度越大的微納米塑料則越容易在重力作用和生物活動(dòng)的影響下沉積到土壤中，甚至長期停留在土壤深層或地下水環(huán)境中[48]。

1.2.2 重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律已被人們所熟知。土壤中的重金屬離子或絡(luò)離子不易隨水淋濾，但可以通過一系列物理化學(xué)過程在水平和垂直方向上遷移[49]。土壤重金屬的遷移機(jī)理主要包括：通過專性或非專性吸附與土壤無機(jī)膠體結(jié)合，通過絡(luò)合、螯合或表面吸附與土壤有機(jī)膠體結(jié)合，通過溶解-沉淀作用在土壤固液相之間遷移，通過氧化-還原作用進(jìn)行遷移等[50]。其中土壤膠體作為土壤中最活躍的組分，對(duì)土壤重金屬的遷移起到關(guān)鍵作用。粒徑過大的膠體產(chǎn)生的位阻效應(yīng)和不可移動(dòng)膠體對(duì)重金屬的吸附絡(luò)合可以阻滯重金屬在土壤中的遷移；而當(dāng)優(yōu)先流、大孔隙或裂縫存在時(shí)，可移動(dòng)的土壤膠體又能通過易化遷移加快重金屬向土壤深層及地下水的傳輸速度；負(fù)載著其他污染物的土壤膠體還能驅(qū)動(dòng)重金屬和有機(jī)污染物、微塑料等的共遷移，顯著改變單一污染物的遷移能力和生物有效性[51]。

土壤環(huán)境中的重金屬以多種形態(tài)存在，重金屬的不同形態(tài)決定了其在土壤中的遷移能力及環(huán)境效應(yīng)[49]。土壤重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理主要包括：化學(xué)作用驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，如土壤pH、有機(jī)質(zhì)、土壤膠體發(fā)生改變時(shí)，土壤電解質(zhì)的平衡狀態(tài)被破壞，使重金屬的存在形態(tài)也發(fā)生變化；生命活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，如生物對(duì)特定重金屬元素的吸收和外排等[52]。

1.2.3 微塑料對(duì)重金屬遷移的影響

微塑料可在土壤中進(jìn)行遷移并可沿食物鏈進(jìn)行傳遞[41，53-54]?；谖⑺芰吓c重金屬的相互作用，微塑料必然會(huì)驅(qū)動(dòng)重金屬在土壤及食物鏈中的傳遞。

部分研究調(diào)查了多孔介質(zhì)中微塑料與重金屬的遷移，表明微塑料對(duì)重金屬遷移的影響隨環(huán)境因素與微塑料粒徑的變化而變化。Yao 等[55]發(fā)現(xiàn)，中性條件下納米塑料對(duì)多孔介質(zhì)表面吸附位點(diǎn)的競爭導(dǎo)致介質(zhì)對(duì)Tl（Ⅰ）的吸附能力減弱，從而加速了Tl（Ⅰ）在水飽和多孔介質(zhì)中的傳輸。但酸性條件下，沉積在介質(zhì)表面的納米塑料則為Tl（Ⅰ）提供了更多吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致Tl（Ⅰ）的移動(dòng)性受到抑制。Li等[56]的研究表明，納米塑料（20 nm）與氧化鐵的吸附絡(luò)合、對(duì)多孔介質(zhì)上沉積位點(diǎn)的競爭及懸浮納米塑料引起的空間位阻效應(yīng)共同促進(jìn)了二者在水飽和多孔介質(zhì)中的傳輸；而較大粒徑的微塑料（2μm）會(huì)吸附在氧化鐵表面并提供額外的沉積位點(diǎn)，導(dǎo)致二者在多孔介質(zhì)中的傳輸受到抑制。以上研究提示了環(huán)境中的微塑料會(huì)影響重金屬在土壤系統(tǒng)中的遷移，其過程和結(jié)果取決于介質(zhì)對(duì)微塑料的吸附、介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附以及微塑料和重金屬間的相互吸附等多種復(fù)雜因素。總體來說，微塑料的遷移可以促進(jìn)重金屬的遷移，而微塑料的阻塞或滯留也會(huì)使重金屬的遷移受到抑制。此外，現(xiàn)有研究均使用玻璃珠、高純度石英砂等模擬多孔介質(zhì)，在實(shí)際的土壤環(huán)境中，土壤質(zhì)地、粒度分布、土壤膠體、DOM 以及其他污染物的存在均會(huì)影響二者的共遷移，其環(huán)境效應(yīng)和機(jī)理機(jī)制有待進(jìn)一步研究揭示。

目前關(guān)于微塑料對(duì)重金屬在食物鏈中遷移影響的研究還非常有限。Abbasi 等[57]發(fā)現(xiàn)聚PET 顆粒可作為載體將Pb、Cd 和Zn 運(yùn)輸?shù)叫←湹母H區(qū)并解吸。Dong 等[58]的研究表明，PS 微塑料可抑制胡蘿卜對(duì)As（Ⅲ）的吸收，但As（Ⅲ）增加了PS 表面的負(fù)電荷面積，使細(xì)胞壁扭曲變形，導(dǎo)致更多較大粒徑的PS得以進(jìn)入胡蘿卜細(xì)胞中。

2 微塑料和重金屬的復(fù)合毒性效應(yīng)

2.1 微塑料的毒性效應(yīng)和作用機(jī)制

微塑料可對(duì)土壤中不同營養(yǎng)層級(jí)的生物造成影響。有研究顯示，微塑料通過篩選能在其表面定殖的微生物，可以導(dǎo)致特殊微生物群落的形成，從而降低了土壤微生物群落及其功能基因的多樣性[59]。土壤動(dòng)物如蚯蚓、跳蟲等吞食微塑料可造成器官物理損傷，引起腸道的組織病理學(xué)變化，并造成一系列氧化損傷，導(dǎo)致土壤動(dòng)物生長繁殖受阻、死亡率增加[60]。微塑料還可通過阻塞植物種子氣孔、抑制水分吸收延遲植物的發(fā)芽和生根[61]，并顯著改變植物的生物量、根系性狀和根際微生物的活動(dòng)[62]。此外，微塑料還會(huì)損害植物葉片光合系統(tǒng)以及抗氧化防御系統(tǒng)，并降低植物肥料利用效率，導(dǎo)致小麥、玉米等農(nóng)作物產(chǎn)量下降[63-64]。除對(duì)土壤生物的影響外，研究還發(fā)現(xiàn)，土壤中的微塑料還可通過影響土壤容重、水力特征及土壤團(tuán)聚體，改變土壤pH、電導(dǎo)率、碳氮比等指標(biāo)，從而對(duì)土壤理化性質(zhì)及土壤環(huán)境造成負(fù)面影響[62]。

微塑料自身的毒性作用主要受微塑料種類、濃度、粒徑和表面化學(xué)特性與表面形態(tài)等因素影響，其毒性機(jī)制主要可以總結(jié)為以下3個(gè)方面：

第一，物理作用。土壤動(dòng)物攝食微塑料會(huì)堵塞或磨損攝取器官和消化道，從而減少對(duì)食物的攝入，導(dǎo)致土壤動(dòng)物死亡[3]。微塑料也會(huì)附著于植物種子表面和植物根系，從而阻礙其對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收，延遲植物生長發(fā)育。

第二，生化作用。微塑料在生物體內(nèi)會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激，引發(fā)氧化脅迫、細(xì)胞損傷和基因毒性等[65]。此外，微塑料會(huì)破壞土壤動(dòng)物腸道微生物的群落結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞內(nèi)能量平衡和新陳代謝的紊亂，甚至導(dǎo)致生物死亡[66]。

第三，添加劑浸出。塑料制品在生產(chǎn)過程中會(huì)加入塑化劑、表面活性劑、顏料、納米纖維等添加劑[67]，這些添加劑在微塑料遷移過程中易從微塑料中浸出，參與生化反應(yīng)，誘導(dǎo)一系列毒性效應(yīng)[68-70]。

2.2 重金屬的毒性效應(yīng)及影響因素

重金屬作為一類傳統(tǒng)污染物，人們對(duì)于其毒性效應(yīng)及影響因素有著廣泛而深入的研究。重金屬可在土壤和有機(jī)體中富集，并對(duì)各營養(yǎng)層級(jí)的生物產(chǎn)生嚴(yán)重影響。重金屬會(huì)抑制土壤酶的活性，降低活性細(xì)菌、真菌和放線菌菌落的數(shù)量[71]；進(jìn)入土壤動(dòng)植物體的重金屬能導(dǎo)致氧化應(yīng)激，抑制動(dòng)植物生長，并可導(dǎo)致動(dòng)植物死亡[72]。除對(duì)土壤生物個(gè)體的影響外，重金屬還可顯著降低土壤生物群落多樣性，影響土壤理化性質(zhì)[73]。

土壤中重金屬的毒性效應(yīng)取決于其生物有效性和賦存形態(tài)。土壤的理化性質(zhì)，包括土壤pH、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)和其他污染物的含量等會(huì)影響重金屬的生物有效性。此外，土壤動(dòng)植物和微生物的活動(dòng)也會(huì)影響重金屬的生物有效性[74]，如植物接種叢枝菌根真菌能夠降低土壤pH、氧化還原電位，有助于Cu、Cd 等重金屬從土壤中析出并形成相應(yīng)的金屬螯合物，減輕重金屬對(duì)植物的毒害[75]。向土壤中添加鐵氧化物等鈍化劑可以固定土壤中非穩(wěn)態(tài)的As，減少As 由土壤向植物中的轉(zhuǎn)移，降低As對(duì)植物的傷害[76]。

2.3 微塑料和重金屬的復(fù)合毒性對(duì)環(huán)境和生物的影響及機(jī)理

微塑料和重金屬作為土壤中廣泛存在的污染物，不可避免會(huì)發(fā)生相互作用并產(chǎn)生復(fù)合毒性效應(yīng)，近年有關(guān)微塑料和重金屬對(duì)土壤生物復(fù)合毒性的報(bào)道不斷涌現(xiàn)（表1）。

表1 微塑料和重金屬復(fù)合污染對(duì)土壤生物的影響Table 1 Combined effects of microplastics and heavy metals on soil organisms

一些研究表明微塑料可以增加重金屬的生物毒性，如微塑料可通過增強(qiáng)重金屬的生物有效性、增加重金屬在植物中的富集等方式提高重金屬的毒性并抑制植物生長[58，79-82]。同時(shí)，微塑料對(duì)植物造成的物理損傷也會(huì)加劇重金屬對(duì)植物的毒性[82]。此外，微塑料還能通過改變重金屬的生物可利用性和在生物體內(nèi)的分布影響重金屬毒性。Feng 等[83]在小鼠的暴露實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，微塑料吸附的Pb 可轉(zhuǎn)移到小鼠的多個(gè)器官，且從微塑料中解吸的Pb 加劇了小鼠肝臟炎癥結(jié)節(jié)的產(chǎn)生，導(dǎo)致小鼠腸道微生物多樣性降低，并顯著提高了小鼠的血鉛含量。

然而微塑料對(duì)重金屬毒性的影響在不同的研究中并不一致，有一些研究顯示微塑料可以減緩重金屬的毒性。如微塑料可以通過吸附土壤中的重金屬，阻止其進(jìn)入植物體，從而減緩重金屬對(duì)植物的毒性效應(yīng)[88-89]。也有研究表明微塑料能夠通過吸附絡(luò)合的方式降低As（Ⅴ）的生物可利用性，并降低As在蚯蚓腸道中的積累和As（Ⅴ）向As（Ⅲ）的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而減緩As對(duì)蚯蚓的毒性[85]。此外，微塑料表面定殖的微生物可以通過氧化還原反應(yīng)將重金屬轉(zhuǎn)化為不溶性或生物可利用度較低的價(jià)態(tài)，從而減低重金屬的毒性[90]。如定殖在微塑料表面上的假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、腸桿菌屬等可以分泌鉻酸鹽還原酶、谷胱甘肽、抗壞血酸等還原性物質(zhì)將Cr（Ⅵ）還原為毒性較低的Cr（Ⅲ）[91]。

綜上所述，微塑料與重金屬的結(jié)合可以改變重金屬的毒性效應(yīng)，但影響因素十分復(fù)雜，其效應(yīng)與重金屬和微塑料的種類、特性、濃度、結(jié)合關(guān)系、環(huán)境因素等密切相關(guān)，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究和揭示。

3 展望

微塑料和重金屬都是環(huán)境中普遍存在的污染物，因而不可避免會(huì)發(fā)生相互作用。微塑料因種類、形貌、粒徑、老化程度等因素的差異可表現(xiàn)出截然不同的理化性質(zhì)和環(huán)境行為，從而增加了其與重金屬相互作用時(shí)的復(fù)雜性。大量研究揭示了微塑料和重金屬間的相互作用關(guān)系，但有關(guān)二者在環(huán)境系統(tǒng)中的共同傳遞、在生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化及其造成的協(xié)同效應(yīng)的研究仍不夠完善。

因此，未來應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究：

（1）關(guān)注微塑料和重金屬在土壤中的共遷移。從界面過程等方面進(jìn)一步厘清二者在土壤環(huán)境中的相互作用機(jī)制，探索不同土壤理化性質(zhì)及環(huán)境因素對(duì)二者結(jié)合關(guān)系的影響，從而有效地掌握二者在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境行為。

（2）關(guān)注微塑料和重金屬對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響。將土壤性質(zhì)和土壤生態(tài)系統(tǒng)中的要素納入考量，以此來評(píng)估復(fù)合污染的毒性效應(yīng)。

（3）關(guān)注微塑料和重金屬復(fù)合污染的環(huán)境暴露途徑及其對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過揭示復(fù)合污染的整個(gè)暴露過程評(píng)估其造成的人體健康風(fēng)險(xiǎn)。