土壤微塑料的污染与处理

王嘉璐

（辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁 沈阳 110161）

微塑料作为一种对土壤生态系统构成严重威胁的新型难降解的环境污染物，最近几年来开始受到重视。由于土壤介质比较复杂不易于分离检测等原因，当前关于微塑料对土壤生态系统所造成影响的相关研究不多，对该污染的讨论目前主要集中在海洋、湖泊等水域系统。但由于当今废弃垃圾填埋、各种人类活动及农业工业技术的逐步发展，微塑料的进入不可避免地影响了陆地生态系统的各种功能，同时对土壤动物、植物及微生物等也造成了危害。

微塑料粒径小（小于5 毫米），数目庞大，遍及广泛，可长期在环境中稳定存在；被动植物误食吸收后会积聚于食物链，由食物链进入人体后造成塑料微球在人体内积累，最终将会影响人体健康；它同时具有吸附污染物质或微生物将其富集于表面的能力，并且其本身还会向环境中释放毒性。它可分为初生微塑料（应用于工业制造或化妆品生产的原料）和次生微塑料（农业工业生产的大型塑料经辐射高温等作用，分裂降解经土壤动物的作用而形成）。

农田系统中微塑料主要来自于农业地膜的应用及污水污泥的排放。使用农田地膜主要是为了增加土壤温度和防止害虫，加快植物根系发育等。作物在一个生长周期后，余留下的地膜在新作物种植前的松土及其他操作过程中被分解成碎片，会残留在表面土壤中或者被埋入土壤。残留在土壤表面的微塑料在长期光照后形成聚合物，它会向下迁移到土壤深层最终阻碍农作物根系的生长发育。在光照辐射、温度、土壤酸碱性等外力影响作用下，微塑料中所含有的有害物质如邻苯二甲酸盐，经过淋溶作用进入土壤后，会抑制土壤微生物活性，植物吸收后使其进入食物链而危害人类健康。作为农业生态系统重要组成部分的农作物，其生长必定会土壤环境所影响，所以对于农业系统中存在的微塑料进行监测和量化是十分重要的。

以小麦为例，有研究发现不同浓度下的微塑料对小麦种子有不同影响作用。中低浓度的微塑料含量对小麦种子发芽有抑制作用，而在高浓度下微塑料却对小麦发芽有一定的恢复或者促进作用，这可能是由于微塑料的粒径大小和本身所带有的电荷影响了小麦种子对微塑料的吸附和吸收。低中浓度下微塑料粒径大小可能是对小麦造成影响的主要因素，粒径越小可能使小麦对微塑料的吸附和吸收更有利。而高浓度的微塑料对小麦发芽的影响则是由微塑料的聚集而造成的，微塑料聚集后的粒径大小成为阻碍吸附的主要因素，聚集后的微塑料阻碍了小麦对它的可接触性，从而使小麦发芽因微塑料而受到抑制的情况得到减缓。农业生态系统同时面临着微塑料中所含的增塑剂带来的一系列问题。合成塑料过程中所添加的增塑剂会随着塑料的自然风化而散布到环境中，以及它对各类环境污染物具有一定的吸附能力，会进入并破环农业生态系统进而威胁到人体健康。塑料中的增塑剂会对小麦种子的萌发起抑制作用，浓度过高时还会造成小麦种子细胞死亡。除此之外，在环境中被风化后的微塑料表面粗糙，拥有较大的比表面积，会将重金属和有机污染物吸附于表面，而成为各类污染物的载体，使微塑料对植物的毒害效应加重。

1 微塑料的分离

用筛子使土壤中小于筛孔的细粒物（一般土壤筛选范围为＜5毫米和＜1毫米）筛分后，可采用密度分离法除去其中的土壤矿质相。因为有机矿质复合体在分选时与微塑料在土壤团聚体中的残留程度相关，为避免受其影响，在使用密度分离法前可用超声处理法先将团聚体打碎，再使用酸、碱、氧化或酶处理来去除其中残留的有机质，或使用静电分离法将其中的有机碎屑除去。使用加压流体萃取法（PFE）也可以从土壤中分离提取出微塑料，粒径小于30微米的塑料制品可以应用此方法从土壤中分离提取出来，其适用于分离聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等不同种类型的塑料。

2 微塑料的消解

因为H2O2（双氧水）成分简单且几乎不与常见人工合成聚合物反应，所以常用30%H2O2（双氧水）溶液来进行化学消解。有研究为了增强消解效果使用双氧水与强酸如H2SO4（硫酸）、HNO3（硝酸）等溶液混合，再与Fe2+（亚铁离子）等催化剂混合来到达此目的。但有些像聚苯乙烯和尼龙这类对pH敏感的聚合物，在硝酸溶液中会溶解消失。为避免微塑料在强酸高温消解时物理化学特性发生改变，可使用8.25%NaClO（次氯酸钠）溶液进行氧化消解及样品消毒。另外还可以使用酶消解法来降解附着在微塑料上的生物有机质。酶消解法常在提取生物组织或生物质含量较高样品中的微塑料时被采用。一般情况下消解效果会随着消解时间延长、消解温度升高而更明显，但是若温度过高会使微塑料的官能团结构被破坏，影响后续研究，所以在操作过程中应特别注意。

微塑料经分离提取后被截留在滤膜或筛网上，通过显微镜下观察到的颗粒形态、尺寸大小等物理特征可初步简单判断其是否为微塑料，若要给出更科学的鉴别结果则必须采用热分析法或者光谱分析法通过判断高聚物的化学组分来得出颗粒性质。

3 微塑料的处理措施

高级氧化技术。通过可以产生具有高氧化电位的活性自由基的高级氧化技术，可以将不易降解的大分子聚合物氧化成低毒、无毒的小分子物质，甚至可以转化生成CO2（二氧化碳）和H2O（水）。高级氧化技术具备强氧化力，反应速率很快，可将有机物由大分子分解为小分子，可通过将污染物矿化来减少二次污染，适用范围广泛等优点。高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法和光催化氧化法等。常使用的氧化技术为光催化氧化技术，该技术分为均相催化和非均相催化。均相催化主要以三价或二价铁离子、过氧化氢为介质，通过光Fenton反应生成游离氢氧根离子来使微塑料等到降解。此外，该技术可以通过可见光或紫外光使微塑料与三价铁离子发生光降解反应。非均相催化主要是使用半导体材料，如TiO2（二氧化钛）、Fe2O3（三氧化二铁）等，通过光催化作用将有机物降解。以TiO2（二氧化钛）为例，当受到外界加热后打破了其原有的共价键结构，价电子脱离束缚成为自由电子而形成一个具有强氧化性的空穴，将微塑料污染物表面羟基、水分子或有机分子的电子吸引走，可以使其达到活化目的。此外拥有强还原性的电子还可与表面吸附的O2（氧气分子）结合生成负氧离子，再与电子、H+（氢离子）结合生成过氧化氢，电子还可以和过氧化氢反应直接生成氢氧根离子。非均相催化不必在高温高压下进行操作，反应所需要的条件比较温和，用于光催化反应的设备构造简单、易于控制操作。所加入的催化剂价格低廉且无毒。

利用恋臭假单孢菌的生物代谢作用可以使微塑料得到降解。恋臭假单孢菌是一种腐生营养土壤杆菌，属于革兰氏阴性菌。其代谢途径丰富，可以分解许多有机分子。细菌将微塑料降解后，会将它以碳源及能量的形式使用。在生长条件不平衡时，该细菌可以把塑料当中的有机物分解代谢为可降解的塑料聚羟基脂肪酸酯。

4 展望及总结

微塑料由于长期在环境中积累且遍及土壤水域等系统，已经对陆地海洋生物甚至人类造成严重的生命威胁，有关于微塑料的来源、分布及处理方式等方面的研究已经开始被重视起来。但由于在环境中的较大塑料会在如风力等自然作用力下会被破碎和降解成粒径很小的微塑料，关于这些微塑料的大小、数目及形状等均不能确定，与传统的塑料垃圾相比，微塑料的迁移转化能力很强且易于富集有毒物质，相关解决方法和标准尚不完善，这些原因致使目前为止我们对微塑料的研究还不完备。我国目前针对微塑料尚未形成相关限制政策和监管，为了有效预防和将微塑料对生态环境及人类健康造成的影响减小，深入探究微塑料给人类生活带来的影响将是今后重要研究的问题之一。