土壤微塑料污染研究進(jìn)展與展望

徐湘博，孫明星，張林秀，薛穎昊，李暢，馬劭越

（1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）綜合研究中心，北京 100101；2.聯(lián)合國環(huán)境署國際生態(tài)系統(tǒng)管理伙伴計(jì)劃，北京 100101；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站，北京 100125；4.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，沈陽 110866；5.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

微塑料是一種新的環(huán)境污染物，微塑料污染已成為全球性的環(huán)境問題。在過去的近60 年，從兩極到赤道的生物棲息地中經(jīng)常有塑料碎片被檢出的報(bào)道[1-2]，2004 年，Thompson 等[3]首次報(bào)道了微塑料廣泛存在于海洋中。一般認(rèn)為，微塑料是直徑小于5 mm的塑料碎片或顆粒，包括碎片、纖維、顆粒、發(fā)泡、薄膜等不同形貌類型[4-5]，由于具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其可在環(huán)境中存在數(shù)百年到幾千年[6]，并且微塑料具有粒徑小、數(shù)量多、分布廣等物理性質(zhì)，極易被生物吞食，在食物鏈中積累[7]，同時(shí)微塑料可進(jìn)一步降解至納米級(jí)威脅人體健康[8]，因而受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。自2011 年起，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）開始關(guān)注海洋中的塑料污染問題，尤其是微塑料污染。2016 年聯(lián)合國第二次環(huán)境大會(huì)報(bào)告進(jìn)一步從國際法規(guī)和政策層面推動(dòng)海洋微塑料的管理和控制。根據(jù)對(duì)微塑料研究文獻(xiàn)的檢索統(tǒng)計(jì)，有關(guān)微塑料的研究主要集中在近10 年，并呈逐年增長的趨勢。

目前，微塑料污染問題的研究大都集中在海洋和陸地水環(huán)境。關(guān)于微塑料在水環(huán)境中的賦存與分布研究主要集中于海洋[9]、海岸[10]、河口[11]、河流[12]和湖泊[13]等，其在沉積物中的賦存也有報(bào)道[14]；關(guān)于微塑料的水生生物生態(tài)毒性效應(yīng)研究主要集中在貽貝、斑馬魚等海洋生物物種[15-16]。而關(guān)于微塑料土壤污染問題的研究還相對(duì)缺乏[17]，de Souza Machado 等[18]研究表明微塑料能夠改變土壤性質(zhì)，影響植物生長性狀，因此陸地尤其是土壤中微塑料污染也應(yīng)該引起足夠重視[7]。Nizzetto 等[19]研究表明，陸地中存在的微塑料豐度可能是海洋中的4～23 倍，并且農(nóng)用地土壤中的微塑料輸入量遠(yuǎn)超海洋中的微塑料輸入量。迄今，有多項(xiàng)研究表明陸地土壤環(huán)境中廣泛存在微塑料污染[20-21]。

目前針對(duì)微塑料污染研究的主要環(huán)境介質(zhì)為水環(huán)境，且主要研究方向?yàn)槲⑺芰显谒h(huán)境中的分布、檢測方法與水生生物毒性等[22-23]。而關(guān)于土壤中微塑料污染的研究相對(duì)缺乏，僅有的綜述文章也僅從微塑料在土壤中的分布、檢測方法、對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響等方面進(jìn)行了單方面的綜述[24-26]。目前，微塑料研究日新月異，文獻(xiàn)發(fā)表量每年呈倍數(shù)增長，新的研究發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，新的認(rèn)知不斷迭代，需要不斷總結(jié)最新研究進(jìn)展。針對(duì)任何一種污染物研究的最終目標(biāo)是一致的，即科學(xué)預(yù)防和治理污染物對(duì)環(huán)境帶來的損害。本研究從土壤微塑料污染防治的整體視角綜述了土壤微塑料的定義、檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展、微塑料在土壤中的賦存分布與來源及其土壤生物毒性效應(yīng)，進(jìn)一步綜述了土壤微塑料的污染防治措施，并基于此展望了未來的研究重點(diǎn)與方向，旨在為土壤微塑料污染防治體系構(gòu)建提供有價(jià)值的參考。

1 微塑料的定義與土壤微塑料的檢測方法

微塑料是指尺寸在100 nm～5 mm 之間的塑料碎片或顆粒，且會(huì)進(jìn)一步分解成納米級(jí)塑料（＜100 nm），又稱納米塑料[27]。微（納米）塑料的主要組成成分為聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚乳酸（PLA）及聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）等聚合物[26]。

土壤微塑料檢測方法的發(fā)展晚于其他介質(zhì)，比如海水、淡水、沉積物、生物體等[24]。目前土壤微塑料檢測方法主要包括兩步，即土壤微塑料的分離、土壤微塑料的檢測。土壤微塑料的分離方法又包括篩分-分選-移除有機(jī)質(zhì)及其他土壤成分、提取微塑料，其中篩分-分選-移除有機(jī)質(zhì)及其他土壤成分的方法主要有酸處理法（HNO3、HCl、HNO3+HClO4）、堿處理法（NaOH、KOH）、酶消解法[蛋白酶K、蛋白酶A-01、脂肪酶、纖維素酶（與H2O2處理聯(lián)用）]、氧化法（H2O2）、靜電分離法；提取微塑料的方法主要有加壓流體萃取法[17，24]。微塑料的定量檢測方法主要有傅立葉紅外光譜法（FT-IR）、拉曼光譜法及Pyr-GCMS 熱解分析法，但是以上方法的應(yīng)用都受到土壤成分復(fù)雜程度以及方法本身發(fā)展階段的限制，亟需加強(qiáng)土壤微塑料檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)的研究[17，24]。

2 土壤微塑料的賦存與分布

大部分塑料垃圾最終流入海洋或被丟棄在陸地上。1950—2015 年，全球大約產(chǎn)生了63 億t 塑料垃圾，其中近50 億t 塑料垃圾被填埋或者滯留在環(huán)境中[28]。由于歷史排放原因，次生微塑料會(huì)不斷由降解產(chǎn)生，同時(shí)初生微塑料仍不斷產(chǎn)生，造成了土壤環(huán)境中微塑料的持續(xù)累積。有證據(jù)表明，低溫、低氧、覆蓋于水下或埋于土壤中等環(huán)境條件會(huì)阻礙塑料的碎片化，土壤環(huán)境中光氧化途徑的塑料碎片化過程極其緩慢，所以普遍認(rèn)為土壤是微塑料的儲(chǔ)存庫[29]。關(guān)于土壤微塑料賦存和分布情況的研究還相對(duì)匱乏。在Web of Science 數(shù)據(jù)庫通過標(biāo)題關(guān)鍵詞“microplastic、marine（river/soil/estuary/beach/lake）”檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，海洋微塑料污染是最受研究者關(guān)注的領(lǐng)域，土壤微塑料研究起步較晚（圖1）。與其研究熱度相反的是，土壤中微塑料的含量可能是海洋的4～23 倍，并且每年向土壤中輸入的微塑料量也高于海洋[19]。

圖1 基于Web of Science數(shù)據(jù)庫的微塑料賦存介質(zhì)研究情況統(tǒng)計(jì)Figure 1 Statistics on research of the occurrence of microplastics medium based on Web of Science database

迄今，為數(shù)不多的研究表明，土壤環(huán)境中存在相當(dāng)高豐度的微塑料。Fuller等[30]對(duì)澳大利亞悉尼某工業(yè)區(qū)土壤調(diào)查表明，微塑料含量最高可達(dá)6.7%；在瑞士平原地區(qū)也發(fā)現(xiàn)90%的土壤樣品存在微塑料污染[31]；墨西哥東南部的傳統(tǒng)家庭菜園中也檢測到微塑料污染，豐度為2 770個(gè)·kg-1，主要成分以聚乙烯和聚苯乙烯為主[32]；有些熱點(diǎn)地區(qū)土壤中微塑料含量甚至高達(dá)60%[32]。我國土壤環(huán)境中同樣也檢測到微塑料污染。上海郊區(qū)菜地中微塑料的主要成分為聚丙烯和聚乙烯，0～3 cm 土層和3～6 cm 土層的微塑料含量分別為（78.00±12.91）個(gè)·kg-1和（62.50±12.97）個(gè)·kg-1[20]；我國黃土高原檢出微塑料含量小于0.54 mg·kg-1[33]；我國云南省西南滇池河岸森林緩沖帶中檢測到主要成分以聚乙烯和聚丙烯為主的微塑料污染，豐度為7 100～42 960 個(gè)·kg-1[34]。表明我國土壤環(huán)境中存在微塑料污染，但是現(xiàn)有研究較少且無法描述微塑料污染的分布特征。

3 土壤微塑料的來源

土壤環(huán)境中微塑料的來源主要包括塑料薄膜和地膜等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的使用、作物種植施肥、灌溉用水和污泥的使用以及大氣沉降等。

3.1 塑料薄膜和地膜

塑料薄膜和地膜主要成分為聚氯乙烯和聚乙烯，因其具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，如高產(chǎn)、早收、提高果實(shí)質(zhì)量和提高水利用效率，已成為一種全球應(yīng)用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，然而作物收獲后其殘留在土壤中可能會(huì)破碎成微塑料，尤其是不合格地膜的使用，對(duì)土壤造成了嚴(yán)重的污染和損害[35]。塑料薄膜和地膜進(jìn)入土壤以后，會(huì)經(jīng)歷物理破碎、化學(xué)分解和生物降解等多個(gè)過程，并最終轉(zhuǎn)化為微塑料。近年來，全球農(nóng)用薄膜的應(yīng)用增長迅速，我國塑料薄膜和地膜的使用量也逐年增加，《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國2017年農(nóng)用塑料薄膜使用量達(dá)252.8萬t，其中地膜使用量為143.7 萬t，與2000 年相比分別增加了89.31%和98.92%。有研究表明，我國塑料薄膜和地膜使用量不斷增加，大量的殘留物滯留在土壤中[36-37]，逐步破碎、分解、降解為微塑料，土壤微塑料含量達(dá)到72～260 kg·hm-2[38]，成為土壤微塑料的主要來源。

3.2 有機(jī)肥料

通常地，有機(jī)廢棄物經(jīng)過堆肥、發(fā)酵后作為營養(yǎng)物質(zhì)被施用到農(nóng)田中，實(shí)現(xiàn)了營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素和腐殖質(zhì)的再次利用，原則上是一種環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。然而，在有機(jī)肥料的生產(chǎn)過程中，大多數(shù)國家允許一定數(shù)量的其他物質(zhì)存在，比如微塑料，例如德國是世界上對(duì)肥料質(zhì)量規(guī)定最嚴(yán)格的國家之一，它允許肥料中含有占總質(zhì)量不超過0.1%的塑料，并且對(duì)于直徑小于2 mm 的塑料顆粒并未考慮在內(nèi)[39]。因此，施用有機(jī)肥料可能是一種不容忽視的土壤微塑料來源。雖然有機(jī)肥中微塑料的研究報(bào)道較少，但已有相關(guān)研究表明有機(jī)肥料中含有微塑料。Weithmann等[40]研究發(fā)現(xiàn)雖然有機(jī)肥料的不同生產(chǎn)方式和生產(chǎn)環(huán)節(jié)微塑料含量有所差別，但生物廢棄物發(fā)酵和堆肥產(chǎn)生的有機(jī)肥料普遍含有微塑料，其中粒徑大于1 mm 的約有14～895 個(gè)·kg-1。堆肥在全世界被廣泛應(yīng)用，近10年歐盟的使用量不斷增加[41]，我國是有機(jī)肥生產(chǎn)和使用大國，僅商品有機(jī)肥年生產(chǎn)量和年使用量均超過2 000萬t，有研究保守估算我國通過有機(jī)肥每年投入到農(nóng)田土壤中的微塑料總量為52.4～26 400 t[5]，微塑料通過有機(jī)肥進(jìn)入土壤中的途徑值得警惕。

3.3 灌溉用水

大部分農(nóng)作物在生長過程中對(duì)水資源都有較高的要求，灌溉用水是農(nóng)業(yè)種植過程中十分重要的資源。就全球范圍看，灌溉用水的主要來源有地表水、地下水和凈化后的污水，我國的灌溉用水也主要來源于以上三種，但部分水資源匱乏地區(qū)存在農(nóng)田污灌現(xiàn)象。關(guān)于海洋水體中微塑料含量的研究已開展較多，多數(shù)研究結(jié)果表明海洋水體中具有較高的微塑料豐度[42-43]。同樣地，微塑料在我國被調(diào)查的內(nèi)陸水系中也普遍存在，在發(fā)達(dá)地區(qū)微塑料含量較高，其中次生微塑料是主要來源[44]。Luo 等[45]在長江三角洲調(diào)查發(fā)現(xiàn)，淡水水體中微塑料的豐度（1 800～2 400個(gè)·m-3）高于河口和近岸水體（900 個(gè)·m-3），小型淡水水體中微塑料污染比河口和沿海水域更嚴(yán)重[45]。灌溉用水的地表水來源主要有河流和湖泊。我國有多條河流被檢測出微塑料，長江口表層水中微塑料的平均豐度為4 137個(gè)·m-3，長江、漢江武漢段微塑料豐度分別為（2 516.7±911.7）個(gè)·m-3和（2 933±305.5）個(gè)·m-3，臺(tái)風(fēng)前后閩江口微塑料豐度分別為（1 170.8±953.1）個(gè)·m-3和（1 245.8±531.5）個(gè)·m-3，椒江和甌江表層水微塑性豐度分別為（680±284.6）個(gè)·m-3和（955.6±848.7）個(gè)·m-3，甚至在青藏高原的河流表層水中也檢測到微塑料，豐度為483～967 個(gè)·m-3[46-49]；我國湖泊中也有大量的微塑料被檢出，已有的研究報(bào)道包括太湖、鄱陽湖和系列小型湖泊等，太湖地表水樣品中微塑料的豐度為3 400～25 800 個(gè)·m-3，長江中下游的鄱陽湖、巢湖、高郵湖等湖泊表層水中微塑料豐度為500～3 100 個(gè)·m-3[50-51]。地下水是灌溉用水的另一個(gè)主要來源，也有研究報(bào)道了地下水微塑料的污染，其中美國的伊利諾伊州地下水中微塑料污染的最高豐度為15 200 個(gè)·m-3，另有研究發(fā)現(xiàn)鹽井的食用鹽中檢測出了大量的微塑料，綜上，地下水受到了一定程度的微塑料污染[52]。雖然污水處理過程能去除大量的微塑料，但凈化后的污水中仍存在含量較高的微塑料，日化用品中添加的微塑料和次生微塑料是污水中微塑料的主要來源，有研究表明污水原水和處理后的水中微塑料含量分別高達(dá)3 160 000 個(gè)·m-3和125 000 個(gè)·m-3，顯著高于已報(bào)道的地表水和地下水微塑料豐度水平[53]。綜上，灌溉用水可能是土壤中微塑料污染的一個(gè)重要來源。

3.4 污泥

污泥是污水處理廠的終端產(chǎn)物，其中富含有機(jī)質(zhì)和微量元素，因而通常被當(dāng)作肥料施用到農(nóng)田中。污水處理廠的水主要來自工業(yè)廢水、生活廢水、雨水等，污水中大部分微塑料通過污水處理的沉降過程分離出來，最終夾帶在污泥中[54]。Mahon 等[54]檢測了愛爾蘭的七個(gè)污水處理廠污泥中微塑料含量發(fā)現(xiàn)，其豐度為4 196～15 385 個(gè)·kg-1。另有研究表明，歐洲每年每百萬居民大約產(chǎn)生125～850 t 的微塑料，并通過污泥排入農(nóng)田土壤中[55]，美國、澳大利亞、芬蘭、德國、法國、智利污水處理廠的污泥中含有微塑料也被報(bào)道[56-57]。綜合多項(xiàng)研究結(jié)果推知污泥中的微塑料平均含量約為170 900 個(gè)·kg-1[53]。在我國，污泥中微塑料含量的研究報(bào)道也屢見不鮮。Li 等[58]在我國11 個(gè)省份28 個(gè)污水處理廠采集了污泥樣本，檢測結(jié)果顯示，全部樣本污泥中微塑料平均含量為（22 700±12 100）個(gè)·kg-1（干污泥）并核算了我國每年大約有1.56×1014個(gè)微塑料顆粒通過污泥進(jìn)入環(huán)境中。據(jù)計(jì)算，2015 年我國污泥總產(chǎn)生量約為4 000 萬t（含水率80%），隨著污水處理能力提高和污水處理廠數(shù)量增加，污泥總產(chǎn)生量也穩(wěn)步增長，年增長量約為13%，據(jù)預(yù)測2020年污泥產(chǎn)生量約為6 000萬t[58]。研究表明，污泥傾倒不當(dāng)會(huì)加劇土壤微塑料污染[54]。

3.5 大氣沉降

大氣傳輸是微塑料在偏遠(yuǎn)地區(qū)沉積的重要途徑，密度較小的大塑料顆粒和微塑料顆粒會(huì)被風(fēng)帶入到土壤環(huán)境中[59]。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，包括極地、青藏高原和馬里亞納海溝最深處，已經(jīng)檢測到微塑料的存在，并且海冰中微塑料含量較高[49，60]，大氣傳輸成為微塑料向偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其是人跡罕至地區(qū)遷移的主要途徑。最近的研究顯示，在巴黎、東莞、上海、漢堡等城市的大氣沉降物中檢測到了微塑料，纖維通常是大氣微塑料的主要形狀，在漢堡，碎片被發(fā)現(xiàn)是相對(duì)于纖維的主要形狀[61-62]，這些大氣微塑料有可能從城市源頭運(yùn)輸?shù)狡渌貐^(qū)，特別是人類活動(dòng)和工業(yè)稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)?，F(xiàn)有研究已證實(shí)大氣沉降是土壤微塑料的主要來源之一，但關(guān)于大氣沉降中微塑料的研究還相對(duì)缺乏，需進(jìn)一步加強(qiáng)微塑料的大氣傳輸范圍、沉降通量、源解析等方面的研究[63]。

4 微塑料對(duì)土壤生物的毒性效應(yīng)

目前，研究者已對(duì)微塑料毒性效應(yīng)和環(huán)境影響開展了較為廣泛的研究，但是大多數(shù)研究主要集中在微塑料對(duì)水生生物的影響[55]。土壤中的微塑料可以被土壤動(dòng)物攝入和轉(zhuǎn)移，對(duì)土壤動(dòng)物自身產(chǎn)生不利影響并隨食物鏈傳遞、富集，微塑料對(duì)土壤生物影響的研究還相對(duì)缺乏[24]。一般地，土壤生物包括生活在土壤中的微生物、動(dòng)物和植物。進(jìn)一步細(xì)分，土壤微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類，土壤動(dòng)物主要為無脊椎動(dòng)物，包括環(huán)節(jié)動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、線形動(dòng)物和原生動(dòng)物。當(dāng)前已報(bào)道的研究已經(jīng)涉及多門類土壤生物，但對(duì)于土壤生態(tài)系統(tǒng)影響描述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)仍顯不足[64]?；谕寥牢⑺芰涎芯康奈墨I(xiàn)計(jì)量分析結(jié)果顯示，微塑料的毒性效應(yīng)研究越來越多地關(guān)注微塑料和其他毒性物質(zhì)的聯(lián)合毒性效應(yīng)，出現(xiàn)頻次較高的其他毒性物質(zhì)關(guān)鍵詞有持久性有機(jī)污染物、重金屬和抗生素等[25]?？傮w而言，關(guān)于微塑料毒性效應(yīng)的研究，目前可大致分為自身毒性效應(yīng)研究和負(fù)載毒性效應(yīng)研究[26]。

4.1 自身毒性效應(yīng)

目前，關(guān)于微塑料對(duì)土壤細(xì)菌和真菌的關(guān)鍵影響和具體機(jī)制還不清楚，但De Tender 等[65]研究表明微塑料會(huì)成為微生物群落的新棲息地，而且依附在微塑料上的微生物群落與周邊環(huán)境中的微生物群落存在顯著差異，并區(qū)別于周邊環(huán)境的細(xì)菌群落而出現(xiàn)。微塑料被土壤中的變形蟲、纖毛蟲和鞭毛蟲等原生動(dòng)物攝入也已得到研究證實(shí)，就生物效應(yīng)而言，根據(jù)已有研究可推測微塑料對(duì)原生動(dòng)物的影響主要通過影響它們攝食對(duì)象（細(xì)菌、真菌以及其他原生動(dòng)物）的特性實(shí)現(xiàn)[64]。土壤生態(tài)系統(tǒng)是土壤生物的重要棲息地，土壤生物無意識(shí)攝入微塑料后無法消化，將阻礙其腸道的食物吸收功能[66]，并產(chǎn)生其他的生物效應(yīng)。Zhu等[67]通過設(shè)置食物鏈模型研究了以白符跳（Folsomia candida）、尖狹 板螨（Hypoaspis aculeifer）、珠 甲螨（Damaeus exspinosus）為代表的土壤節(jié)肢動(dòng)物對(duì)微塑料的生物效應(yīng)，結(jié)果顯示三種節(jié)肢動(dòng)物均促進(jìn)了微塑料顆粒在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的擴(kuò)散，并且觀察到了白符跳對(duì)微塑料的回避行為。Ju 等[68]研究也證實(shí)了白符跳對(duì)微塑料的回避行為，并進(jìn)一步揭示了微塑料對(duì)白符跳具有生長和生殖毒性效應(yīng)，并能改變其腸道微生物菌群，類似生物效應(yīng)也被Zhu等[69]研究證實(shí)。

蚯蚓是微塑料土壤動(dòng)物毒性效應(yīng)研究最為廣泛的模式物種之一，目前已有較多研究報(bào)道。Huerta等[70]以陸正蚓（Lumbricus terrestris）為受試物種通過設(shè)置系列微塑料濃度梯度量化研究了蚯蚓對(duì)微塑料的運(yùn)輸和沉積特征，證實(shí)了蚯蚓對(duì)小粒徑微塑料的向地下運(yùn)輸作用，同時(shí)Huerta 等[71]還研究發(fā)現(xiàn)高濃度的微塑料會(huì)顯著降低陸正蚓的生長速度。然而，Rodriguez-Seijo 等[72]以安德愛勝蚓（Eisenia andrei）為受試物種，設(shè)置微塑料濃度為0～1 000 mg·kg-1，研究發(fā)現(xiàn)，雖然微塑料導(dǎo)致蚯蚓的腸道組織損傷并激發(fā)了免疫系統(tǒng)，但是直至培養(yǎng)28 d后也未觀察到微塑料對(duì)蚯蚓的存活、幼體數(shù)量和體質(zhì)量有顯著影響。除了蚯蚓以外，微塑料對(duì)土壤寡毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物（Enchytraeus crypti?cus）的毒性效應(yīng)也被證實(shí)，微塑料明顯抑制其生長并且顯著改變了其腸道微生物菌群[73]。對(duì)于植物而言，有研究證實(shí)土壤微塑料阻礙植物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收并顯著改變植物生物量、組織元素組成、根系性狀和根際土壤微生物活性[25]。說明微塑料自身對(duì)土壤生物具有一定的毒性效應(yīng)。

4.2 負(fù)載毒性效應(yīng)

微塑料在環(huán)境中扮演著污染物載體的角色，目前已經(jīng)在微塑料表面檢測到持久性有機(jī)污染物（鄰苯二甲酸酯類、多溴聯(lián)苯醚、多環(huán)芳烴等）、重金屬（As、Cu、Zn 等）、抗生素（四環(huán)素、阿莫西林、環(huán)丙沙星等）等環(huán)境污染物，間接對(duì)土壤生物產(chǎn)生毒性影響[74-75]。相較于微塑料毒性效應(yīng)研究，微塑料上負(fù)載的污染物毒性效應(yīng)的研究已經(jīng)展開了多物種、多技術(shù)、多層次的廣泛研究，并已證實(shí)這些負(fù)載污染物均具有一定的毒性效應(yīng)。因此，微塑料負(fù)載毒性效應(yīng)成為目前研究的關(guān)注重點(diǎn)，并且研究主要集中在微塑料與負(fù)載污染物的吸附行為與復(fù)合作用下的毒性效應(yīng)。

微塑料具有比表面積大和疏水性高等物理性質(zhì)。迄今為止，已有較多研究顯示微塑料對(duì)土壤中不同類型環(huán)境污染物具有不同的吸附行為。Hüffer等[76]研究表明微塑料的疏水性與脂肪族物質(zhì)的吸附系數(shù)密切相關(guān)，Teuten 等[77]研究發(fā)現(xiàn)土壤中塑料上的有機(jī)污染物濃度高于周圍土壤環(huán)境，說明塑料顆粒對(duì)有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的吸附能力。但Gaylor 等[78]將蚯蚓（Eisenia fetida）分別暴露于僅添加多溴聯(lián)苯醚的土壤和同時(shí)添加微塑料和多溴聯(lián)苯醚污染的土壤中，結(jié)果顯示添加微塑料對(duì)蚯蚓體內(nèi)多溴聯(lián)苯醚濃度沒有明顯影響。雖然重金屬元素的物理和化學(xué)性質(zhì)多樣，但微塑料在自然環(huán)境中風(fēng)化、破碎、分解的過程中會(huì)使其表面帶有電荷，普遍認(rèn)為微塑料對(duì)金屬陽離子具有吸附作用[79]。研究發(fā)現(xiàn)微塑料對(duì)重金屬Zn 有較強(qiáng)的吸附作用，雖然在自然環(huán)境中微塑料和土壤對(duì)Zn 的解吸量都很小，但是在陸正蚓（Lumbricus terrestris）的腸道中微塑料對(duì)Zn 的解吸量（40%～60%）高于土壤（2%～15%），微塑料可以顯著地提高Zn在蚯蚓體內(nèi)的生物利用率，但是進(jìn)一步研究并未發(fā)現(xiàn)微塑料造成蚯蚓體內(nèi)Zn 累積以及蚯蚓死亡和體質(zhì)量變化等證據(jù)[80]?？股乇粡V泛應(yīng)用于醫(yī)療和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，最終可能隨著生活垃圾與生活污水等介質(zhì)滲入到土壤環(huán)境中，抗生素和微塑料同時(shí)存在于土壤環(huán)境中，抗生素在微塑料上的吸附可能導(dǎo)致抗生素的遠(yuǎn)程遷移并且可能導(dǎo)致環(huán)境影響復(fù)合效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)微塑料的多孔結(jié)構(gòu)和氫鍵導(dǎo)致微塑料對(duì)各類抗生素存在廣泛的吸附行為，在淡水系統(tǒng)中5 種抗生素（磺胺嘧啶、阿莫西林、四環(huán)素、環(huán)丙沙星、甲氧芐啶）在5 種微塑料（PE、PS、PP、PA、PVC）上的分配系數(shù)（Kd）為（7.36±0.257）～（756±48.0）L·kg-1[81]，土壤中也可能存在相似的吸附機(jī)制。Shen 等[82]研究表明微塑料的不同老化程度對(duì)抗生素的吸附能力沒有顯著影響，但是微塑料可以顯著降低抗生素的降解速率[83]。需要提及的是，關(guān)于微塑料與其他污染物的復(fù)合效應(yīng)機(jī)理尚不明確，未來需要開展更多的復(fù)合效應(yīng)機(jī)理研究。

5 土壤微塑料的污染防治

鑒于土壤微塑料的賦存和分布特征，土壤微塑料的直接污染控制技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)成本較大，控制措施也鮮有研究。在土壤微塑料的間接污染控制方面，已有較多的技術(shù)研究和政策實(shí)踐。針對(duì)水體微塑料污染，在污水處理過程中，創(chuàng)新污水處理技術(shù)，降低出水中微塑料含量以及灌溉水中微塑料進(jìn)入土壤的風(fēng)險(xiǎn)[84-85]。殘存在土壤中塑料垃圾的破碎、分解和降解是土壤微塑料的主要來源，針對(duì)塑料垃圾本身已經(jīng)開發(fā)了焚燒技術(shù)、填埋技術(shù)、分類回收和化學(xué)處理技術(shù)等多維度處理技術(shù)，從根源上減少了微塑料在土壤中的累積。在政策方面，2015 年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署倡議在化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中逐步停止或禁止添加微塑料，意大利政府也宣布從2020年1月起禁止化妝品行業(yè)添加微塑料顆粒。我國針對(duì)塑料污染也制定了一系列政策，2007 年發(fā)布“限塑令”，2018 年起禁止從國外進(jìn)口24 類“洋垃圾”。2016 年5 月頒布的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和2018 年8 月頒布的《中華人民共和國土壤污染防治法》都對(duì)農(nóng)膜利用和垃圾回收作出了規(guī)定。2018 年11 月我國生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)的《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》指出，加強(qiáng)農(nóng)村生產(chǎn)生活垃圾污染防治，試點(diǎn)地膜生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，力爭2020 年實(shí)現(xiàn)90%以上的村莊生活垃圾得到治理、農(nóng)膜回收率達(dá)到80%以上。綜上，雖然已有系列技術(shù)和政策措施通過間接方式降低微塑料的產(chǎn)生，但是鮮有直接從微塑料污染防控角度制定的環(huán)境保護(hù)政策。

6 未來研究展望

近幾年，土壤微塑料的研究增長迅速，研究主要集中于土壤微塑料的賦存與分布、來源以及自身和負(fù)載毒性效應(yīng)等方面，但相關(guān)研究并不能充分、明確解答所研究的科學(xué)問題。從微塑料污染防治的角度來看，目前微塑料污染防控的技術(shù)體系和宏觀決策體系的研究仍為空白。綜上，未來關(guān)于微塑料的研究應(yīng)主要關(guān)注以下兩方面：

（1）繼續(xù)加強(qiáng)土壤微塑料賦存與分布、來源以及自身毒性效應(yīng)和負(fù)載毒性效應(yīng)等方面的研究。該類研究為準(zhǔn)確診斷微塑料對(duì)土壤環(huán)境的影響提供數(shù)據(jù)支持，但是目前研究的廣度和深度仍不夠，主要表現(xiàn)在以下方面：一是微塑料檢測方法多樣，亟需加強(qiáng)微塑料檢測標(biāo)準(zhǔn)制定的研究，統(tǒng)一檢測方法；二是在研究對(duì)象方面，鮮有研究關(guān)注農(nóng)用地膜對(duì)土壤微塑料的貢獻(xiàn)，而農(nóng)用地膜使用廣泛并且是土壤微塑料的直接來源；三是微塑料在土壤系統(tǒng)中的遷移機(jī)制是亟需回答的科學(xué)問題，而其物理、化學(xué)或生物過程主導(dǎo)的遷移機(jī)制研究較少；四是微塑料對(duì)土壤生物的毒性效應(yīng)仍不明確，需繼續(xù)加強(qiáng)模式生物毒性效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究，并加強(qiáng)微塑料與其他污染物的復(fù)合污染毒性效應(yīng)與機(jī)理研究。

（2）加強(qiáng)微塑料污染防控技術(shù)和宏觀決策體系研究?；谘芯垦莼窂?，需要依托于土壤微塑料的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)和研究結(jié)果，目前基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)庫已初步成型，可以開展該方面研究以支撐決策制定，主要研究路徑有以下幾個(gè)方面：一是微塑料治理技術(shù)體系的構(gòu)建，需要基于微塑料的物質(zhì)特征與已相對(duì)成熟的塑料垃圾處理技術(shù)，針對(duì)性地建立和發(fā)展微塑料治理的技術(shù)體系；二是開展土壤微塑料的全鏈條物質(zhì)流分析（Material flow analysis，MFA），通過構(gòu)建物質(zhì)流模型，定量研究土壤微塑料在環(huán)境中的源匯及各環(huán)節(jié)貢獻(xiàn)，并且基于毒理學(xué)研究結(jié)果與全生命周期評(píng)價(jià)方法（Life cycle assessment，LCA），分環(huán)節(jié)、分類別定量核算土壤微塑料的環(huán)境影響；三是基于以上研究結(jié)論和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，開展土壤微塑料產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)因素分析和因果關(guān)系推斷研究，為土壤微塑料污染治理防控的環(huán)境經(jīng)濟(jì)與管理政策制定提供科學(xué)參考。