微塑料对土壤及植物的影响综述

张文婷，唐成瑞，彭 柏，雷金鹏，李 伟

（1.西南交通大学，四川成都 611756；2.中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司川西北气矿，四川绵阳 621700）

2004 年，英国学者THOMPSON 等首次提出一种新兴环境污染物——微塑料，微塑料通常是指粒径小于5 mm 的塑料颗粒，其特点为粒径小、密度轻、迁移性强、疏水性强、比表面积大、表面疏水性强及在环境中可长期稳定存在[1-2]。目前，大部分微塑料的粒径在微米级以下，纳米级微塑料也不在少数，河流、河口、近岸海域甚至极地大洋及多种陆生和水生生物体相继检出微塑料，微塑料污染也逐渐受到全社会的广泛关注，并被联合国环境大会列入全球亟待解决的第二大环境问题[3]。目前，从全球生态系统来看，微塑料俨然成为一种日益严峻的新兴威胁[4-5]。相比于海洋环境而言，陆地环境则更易接纳微塑料，每年释放到陆地上的塑料是海洋的4～23 倍。由于微塑料粒径微小的特性，生物体易将其当作其他营养物质进行吞噬吸收，进而在食物网中富集并造成严重危害[6]。

微塑料通过多种途径进入土壤，对土壤生态会产生一定影响，同时它极易在土壤环境中进行迁移和转化。RILLING 等人提出了研究土壤中微塑料污染状况的重要性，并通过实验发现土壤在微塑料作用下的相关变化，如土壤理化性质的改变、土壤功能和生物多样性的劣化等[7]。随着不断深入研究，他们发现基于土壤中微塑料的不断迁移，其还会对水生和陆地生物产生不利影响，原因是塑料自身有毒物质的毒害作用，以及由于微塑料体积小、比表面积大的特点，其在周围环境中吸附的新污染物和重金属等有毒有害物质同样会对生物体造成一定附加危害。同时，微塑料会影响动物的正常生长、发育及繁殖，原因是微塑料可以承载污染物，被生物摄食后，会释放出有毒化合物，并且微塑料在动植物中积累后，通过食物链的传递，最终人体也会受到一定影响。

为深入理解微塑料对植物及其根系微生物的影响，关注并总结了近年来微塑料污染与植物生长的相关研究，识别土壤中微塑料污染从而影响植物生理生长的研究方向，以期提高对土壤中微塑料污染危害的认识，并为科学评估土壤中微塑料污染的潜在风险提供参考依据。

1 土壤中微塑料的来源

1.1 工业、农业来源

在工业、农业生产活动中，微塑料粒子大多直接出现在土壤环境中。农田土壤中微塑料的主要来源为农用地膜残留。农用地膜主要成分为聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS），其中PVC 薄膜透光性差，并且具有毒性和致癌。WANG 等研究发现，塑料含有邻苯二甲酸盐等有害添加剂，塑料地膜中邻苯二甲酸盐含量在50～120 mg·kg-1[8]。根据KONG 等人的调查结果，在我国，与非覆盖土壤相比，使用塑料地膜覆盖的土壤中邻苯二甲酸酯浓度高出74%～208%[9]。因此，塑料地膜覆盖可能连续富集土壤中的塑料碎片，并通过释放邻苯二甲酸盐等有害污染物危害环境。在工业中，微塑料主要出现在服装生产过程中，其使用的部分超细塑料纤维是土壤环境中微塑料的主要来源。BELZAGUI 等人的研究显示，部分纺织外套和人造毛皮中微纤维含量在175～560 items·g-1[10]。工农业中微塑料的来源多种多样，应严格控制微塑料的使用，从而减少其对环境的影响。

1.2 社会来源

人们日常生活中也会向土壤输入塑料，如在道路和小径附近乱扔垃圾或非法倾倒废物。在街道或小径附近乱扔垃圾是一种常见的现象，但目前，还没有研究能够量化通过这种方式进入土壤的塑料量。微塑料的主要来源还包括轮胎磨损颗粒，当轮胎和路面接触时，通过机械剪切力或挥发作用产生轮胎磨损颗粒。在HARTMANN 提出的判别准则中，轮胎磨损颗粒可以被划分在微塑料的范畴[11]。WANG 等的研究显示，原生微塑料释放量中有53.9%是轮胎磨损颗粒[12]。环境中次生微塑料的来源包括日常护理用品中的塑料微珠，如沐浴露、洗面奶等清洁剂中都含有塑料微珠。截至目前，在人类生活中，塑料的应用涉及方方面面，且未来其使用率仍将持续上升。因此，有效控制社会中微塑料的来源与产生量，以及降低其对土壤的污染强度势在必行。

1.3 大气沉降

大气沉降也是微塑料进入土壤的主要方式之一。WRIGHT 等人对伦敦市人口中心进行了大气沉积物中的微塑料检测，结果基本在所有的样品中都发现了微塑料[13]。而DRIS 等人也在巴黎进行了类似的实验测量，检出结果表明每天巴黎周边的大气环境中微塑料含量在29～280 个·m-2，同时通过比对发现，该区域微塑料种类大部分为纤维类微塑料，总质量在3～10 t，占总量的90%，且1/2 以上的微塑料粒径达到了1 000 μm[14]。DRIS 等人的研究表明，大量纤维存在于大气沉降物中，并且这些纤维的含量据估算至少有29%为塑料聚合物[14]。因此，为了更好地研究大气中的微塑料，需要考虑时空分布、大气迁移特征、大气迁移影响因素等方面，并进一步对微塑料在大气沉降中的传输范围和沉降通量进行估算。源解析在研究大气中微塑料方面也必不可少。

2 微塑料对土壤的影响

微塑料在土壤环境中是很难降解的，因为在土壤中微塑料受到的紫外线辐射少且物理磨损少，所以其可以在土壤中经年累积。微塑料会与土壤结合形成小的团聚体或互相包裹，这些情况会对土壤的持水量、容重、水稳性团聚等理化性质产生影响。不同类型、不同浓度的微塑料对土壤环境的改变具有很大差异。如QI 等人的研究发现，低密度聚乙烯（Low Density Polyethylene，LDPE）塑料碎片的存在对容重、孔隙率、饱和导水率、田间容重和土壤斥水性有显著影响，而对pH值、导电性和土壤团聚体的稳定性没有显著影响，塑料碎片的类型、大小和含量及三者之间的相互作用对土壤参数的变化起着复杂的作用[15]。其中，高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）会使土壤pH 值降低，而聚乳酸（polylactic acid，PLA）则相反，在令土壤pH 值升高的同时会使电导率随之降低，而PS 则对土壤不存在以上影响。还有研究表明，土壤中微塑料浓度高时，溶解性有机物会出现更难分解的现象，这也导致土壤具备更高养分，但特别的是，草甘膦等农药成分会与微塑料之间产生相互作用，反而使得土壤环境中部分溶解性有机碳和有机磷加速分解，土壤养分变低，部分可生物降解的塑料也会因为干扰自然降解过程而影响氮元素循环[16]。SHI 等人研究发现，原PE 微塑料显著降低土壤pH 值，提高土壤电导率，而与风化PE 微塑料相比，原PE 微塑料能够吸附土壤中更多的速效磷和钾[17]。THORSTEN 等人在研究中通过反相色谱法分析了不同水相条件下，250 μm以下的聚乙烯微塑料对阿特拉津和4-（2,4-二氯苯氧基）丁酸这两种植物保护剂在土壤中迁移的影响，研究表明，在聚乙烯微塑料的干扰下，土壤吸附能力降低，从而提高了土壤中有机污染物的流动性[18]。微塑料还会通过影响土壤的水循环，导致土壤缺水情况加剧，且会影响污染物沿土壤裂缝向更深层迁移。由此可见，微塑料对土壤理化性质的影响不容忽视。

3 微塑料对植物的影响

微塑料对植物产生的直接影响主要体现在堵塞植物根部通道、影响植物光合作用方面。植物根系附近的微塑料会对植物本身吸收和运输养分造成较大影响，甚至当微塑料不断分解为纳米微塑料时，植物根系会直接将其当作养分一起向上输送，进而影响植物整体的生长发育。微塑料可能通过自身毒性及负载毒性直接或间接影响植物生长，但其正面和负面影响因微塑料及植物类型而异。牛佳瑞等人的研究结果显示，聚乙烯微塑料会破坏紫花地丁植物的抗氧化酶系统，当暴露浓度超过500 mg·kg-1时，抗氧化酶活性显著降低，且通过阻碍植物的光系统Ⅱ，叶片的光合作用也受到了严重破坏[19]。

虽然微塑料被定义为污染物，但它们可以促进高等植物的生长。某些塑料含有氮等元素，氮渗入土壤，能为植物提供养分，对植物的生长起到一定的促进作用。例如，MACHODO 等人报道，一种名为聚酰胺（Polyamide，PA）的含氮塑料增加了葱的叶片氮含量和总生物量。原因可能是PA 向土壤释放氮进而被葱作为营养元素吸收[20]。其他非含氮塑料聚合物也能刺激植物生长。LOZANO 等人的研究显示，在湿润和干旱条件下，聚酯微纤维在良好浇水条件下使拂子茅的芽质量分别增加了66%和85%，他们认为可能是微塑料降低了土壤容重、改善了土壤通气性，提高了微纤维对根系的渗透性[21]。此外，土壤中的薄膜、聚氨酯泡沫和碎片可以增加植物的生物量。

4 结语

作为一种新型环境污染物，微塑料已经受到国内外研究学者越来越多的关注，对微塑料影响的研究也与日俱增。微塑料会对土壤的基本理化性质造成一定影响，并且通过影响土壤环境，从而对植物也产生影响。同时，纳米级微塑料本身会同营养物质一起进入植物体内，降低植物的光合作用，影响细胞膜的整体功能，造成氧化应激损伤，进而影响植物的基因表达。综述了微塑料土壤理化性质及对植物的影响，以期为今后微塑料的污染防控提供科学依据。

根据前人的研究，发现微塑料对土壤及植物的影响机制的研究中还存在一些不足。目前，大多数学者主要研究的是原生微塑料的影响，而老化微塑料或者老化过程中的微塑料的相关研究还比较薄弱，且对植物生长期的影响缺乏系统了解；同时，土壤中含有多种污染物，微塑料与其他污染物的复合效应被关注的不多，其联合毒性效应相关机理存在很多未知；此外，需要从分子学方面去探究机理，以了解微塑料对植物的影响机制。因此，在未来的研究中，可以从3 个方面进一步完善：1）微塑料暴露过程和老化塑料对植物影响的相关研究需要被重视，以全面了解微塑料对植物的影响机制；2）微塑料和污染物之间的复合作用，需要更多探讨和研究，以了解复合污染的毒性机理；3）微塑料对植物关键酶和基因等大分子的影响，其相关研究也需要深入开展，以期为微塑料生态环境效益的探索提供更多的证据。