湯慶峰 高峽 李琴梅 高麗娟 張裕祥 邵鵬 陳啟榮

摘要 微塑料作為一類新型環(huán)境污染物，對海洋及陸地水域生態(tài)環(huán)境的污染問題受到全球的關注，然而農(nóng)田土壤中微塑料的污染尚未引起廣泛的關注。當前農(nóng)田土壤微塑料污染形勢不容樂觀，對土壤生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品安全構成威脅;因微塑料可在生物體內(nèi)積累，并在食物鏈間傳遞、積聚，對人體健康存在潛在風險。對當前農(nóng)田土壤微塑料污染現(xiàn)狀、來源、遷移降解及對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響進行了總結和分析，指出當前農(nóng)田土壤微塑料污染研究中出現(xiàn)的問題和不足。在此基礎上，對農(nóng)田土壤微塑料的污染研究進行了展望，并指出在農(nóng)田微塑料污染研究中統(tǒng)一分析標準、系統(tǒng)分析農(nóng)田微塑料的生態(tài)效應及健康風險;加強源頭控制與風險管控措施相結合，為未來我國農(nóng)田土壤微塑料污染研究和污染防治技術的創(chuàng)新提供參考與思路。

關鍵詞 農(nóng)田土壤;微塑料污染;生態(tài)效應;健康風險;防治措施

中圖分類號 X 53 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）15-0072-07

Abstract Microplastics，as a new type of environmental pollutants，its pollution problems to the ecological environment of marine and land waters have attracted global attention.However，the pollution of microplastics in farmland soil has not attracted extensive attention.At present，the pollution situation of microplastics in farmland soil is not optimistic，which poses a threat to the safety of soil ecology and agricultural products.This paper summarized and analyzed the current situation，source，migration and degradation of microplastic pollution in farmland soil and its impact on soil ecology，and pointed out the problems and deficiencies in the research process of farmland soil microplastic pollution.On this basis，the research on the pollution of farmland soil microplastics was prospected，and it was pointed out that unified analysis standards and systematic analysis of ecological effects and health risks of farmland microplastics in the study of farmland microplastics pollution were pointed out; the combination of source control and risk control measures should be strengthened to provide reference and ideas for the future research and innovation of pollution prevention and control technology.

Key words Farmland soil;Microplastic pollution;Ecological effect;Health risks;Prevention strategies

基金項目 北京市科學技術研究院高水平創(chuàng)新團隊計劃項目（HIT201902）。

作者簡介 湯慶峰（1976—），男，山東鄆城人，高級工程師，碩士，從事環(huán)境污染分析與評價研究。*通信作者，研究員，博士，從事材料物理與化學研究。

收稿日期 2020-11-10

土壤為作物生長提供養(yǎng)料和所需的營養(yǎng)物質，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎和核心。因此，土壤是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展重要的自然資源，成為生態(tài)和環(huán)境保護的重要對象。然而全球土壤資源狀況不容樂觀，“土壤污染”已成為全球土壤功能退化所面臨的主要威脅之一。在諸多土壤污染物中，塑料的“白色污染”問題日益嚴重，已對全球各國環(huán)境和經(jīng)濟造成了嚴重威脅[1]。大塊塑料經(jīng)紫外線照射、碰撞磨損或工業(yè)生產(chǎn)等方式，形成粒徑小于5 mm的顆粒被稱為微塑料[2]，也有學者提出粒徑小于1 mm才稱為微塑料[3]。相比大塊塑料，微塑料作為一種新型環(huán)境污染物更值得關注，其所引起的生態(tài)環(huán)境污染問題已成為近年來的研究熱點[4]。目前，國內(nèi)外開展了大量微塑料的研究，但多數(shù)研究集中于海洋[5-9]、海岸帶潮灘[10-14]、 河口[15-17]、湖泊[18-24]等水域生態(tài)系統(tǒng)，其來源、豐度、環(huán)境行為及生態(tài)效應受到普遍關注。陸地環(huán)境是微塑料污染的重要源頭和主要匯集地，被認為是海洋塑料的主要來源和運輸路徑，但關于陸域環(huán)境微塑料的研究，尤其是陸地土壤中微塑料的研究比較缺乏[25]。與水域環(huán)境相比，陸域中微塑料污染更應該引起足夠重視[26]，其污染水平可能更加嚴重。研究者指出，陸地中存在的微塑料豐度可能是海洋的4～23倍，資料表明每年排放到歐洲和北美農(nóng)田的微塑料分別達到了11萬和73萬t[27]，這一數(shù)字甚至超過了海洋表面水體的年均微塑料增加量。

土壤中塑料逐年積累，污染土壤生態(tài)環(huán)境，導致土壤質量下降，對糧食的生產(chǎn)安全和質量安全構成挑戰(zhàn);又因微塑料能夠在食物鏈中傳遞和積蓄，所以對食品安全和生命健康也存在潛在的威脅。因此，農(nóng)田土壤微塑料污染問題目前已成為科學界亟須解決的重大環(huán)境問題。筆者總結了當前農(nóng)田土壤微塑料的污染現(xiàn)狀、來源、遷移降解及生態(tài)效應，分析了目前農(nóng)田土壤微塑料污染研究中存在的問題和不足。鑒于農(nóng)田土壤微塑料污染研究現(xiàn)狀，提出在其對生態(tài)效應系統(tǒng)研究的基礎上，加強農(nóng)田土壤微塑料污染的源頭控制與降解修復治理措施，在污染防治中需以“防”為主，“防”與“治”結合，逐步構建農(nóng)田土壤微塑料污染研究的防控與治理體系，為我國未來農(nóng)田土壤微塑料污染防治研究和土壤健康發(fā)展提供借鑒。

1 農(nóng)田土壤微塑料污染現(xiàn)狀與成因分析

1.1 農(nóng)田土壤微塑料污染現(xiàn)狀

土壤中的微塑料主要由人類活動產(chǎn)生，來源豐富，既有農(nóng)業(yè)用膜、垃圾填埋等帶來的面源污染，又有通過污水排放、廢水灌溉及污泥土地利用等帶來的點源污染;同時土壤也是大氣和水體污染的終端載體，排放到環(huán)境中的微塑料，經(jīng)過大氣沉降與地表徑流等方式又會重新進入到土壤中。據(jù)研究，微塑料幾乎遍布世界各地，在土壤中分布廣泛（表1）[28-38]。

表1選擇的國家和地區(qū)中，不同區(qū)域的土壤中微塑料呈現(xiàn)不同豐度、不同尺寸范圍和不同組成的特點，如瑞士的洪泛平原90%的土壤樣品中存在微塑料污染，但分布不均[29];澳大利亞悉尼工業(yè)區(qū)土壤中微塑料含量高達0.03%～6.7%[30]，而在一些塑料污染熱點地區(qū)土壤中微塑料含量可能高達60%[39]。微塑料通過各種途徑每年都在向土壤遷移積累，據(jù)研究在歐洲和北美農(nóng)田中每年積累微塑料總量分別高達6.3萬～43.0萬t/a和4.4萬～30.0萬t/a [40];研究認為我國是塑料使用大國，同時也是塑料垃圾的排放大國，僅沿海地區(qū)估計每年排放塑料垃圾高達132.0萬～353.0萬t，排放量在全球居首位[41]。我國滇池周邊農(nóng)田和河岸森林土壤中微塑料豐度達7 100～42 960個/kg，95%的微塑料粒徑在005～1.00 mm[34];大遼河流域土壤[37]中微塑料豐度為（27333±327.65） 個/kg，也是0.05～1.00 mm粒徑的微塑料最多（41.10% ）。西北地區(qū)作為我國地膜用量和覆蓋面積最大的地區(qū)，農(nóng)田土壤中微塑料含量很高，而且地塊之間差異大，0～30 cm 土層微塑料豐度 5.8×102～1.189×104 個/kg;地膜殘片（直徑>5 mm）被認為是農(nóng)田土壤微塑料的最主要來源[42]。隨著地膜覆蓋年限增加，土壤中小顆粒微塑料豐度所占比例增加，土壤潛在污染加重[37]。受耕作的影響，微塑料在土壤中的分布不均，如上海城郊淺表層（0～3 cm）和深表層（3～6 cm）土壤中，發(fā)現(xiàn)粒徑為0.02～5.00 mm的微塑料豐度達78.0和62.5個/kg[35];哈爾濱市周邊典型黑土覆膜耕地表層土壤中豐度均值達89個/kg，部分下層土壤含量達400個/kg[36]。

表1呈現(xiàn)了世界范圍內(nèi)部分地區(qū)土壤中微塑料的污染特征，但由于缺少統(tǒng)一的土壤微塑料分析標準，采樣方式和分析方法各異，致使微塑料豐度單位描述上不盡相同，計數(shù)上也有數(shù)量和質量的區(qū)別，不同機構間的結果難以比較。雖然結果存在差異，但不難得出這樣的結論，即世界各地的農(nóng)田土壤已在不同程度上被微塑料污染。

1.2 農(nóng)田土壤微塑料污染成因分析

1.2.1 農(nóng)用薄膜廣泛使用。

農(nóng)田土壤中的微塑料主要是農(nóng)用地膜殘留的產(chǎn)物。農(nóng)用地膜因其優(yōu)良的保溫、保水、保肥及增產(chǎn)效應，目前已被廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。作為農(nóng)業(yè)大國，自20世紀80年代中期開始，我國地膜使用量和覆蓋面積一直居世界第一位，且1991—2004年我國農(nóng)用薄膜使用量以每年30%的速度增長[43]，而2006—2015年，農(nóng)用薄膜的使用總量增幅達41%，其中2015年地膜使用量為145.5萬t，約占世界地膜使用總量的90%[44]。農(nóng)膜應用廣泛，使用量大，但殘留嚴重，調查表明我國農(nóng)用地膜殘留量占使用量的25%～33%[45];農(nóng)膜回收技術落后，回收率不高，有些地方回收率甚至不到60%[46]。如在新疆地區(qū)棉田中平均地膜殘留量為 265.5 kg/hm2，殘留量最高 381.5 kg/hm2，而且覆膜年限越久，污染越嚴重[47]。殘留的地膜，通過物理、生物和人為機械等作用，大的農(nóng)膜碎片逐漸破碎形成尺寸更小的微塑料或納米塑料[48-49]。這些殘留的塑料碎片，成為農(nóng)田土壤微塑料的一個重要來源。

1.2.2 污泥、有機肥土地農(nóng)用。

污泥和有機肥中富含植物養(yǎng)分（N、P、K 等）和有機碳，能夠改善土壤結構，增加土壤肥力;但污泥和有機肥中都存在高濃度的微塑料。國際上對污水處理廠微塑料的調查，發(fā)現(xiàn)約90%的微塑料在污水處理后積累到污泥中[50]，其中微塑料含量為1 500～24 000個/kg[51-52];Li等[53]在調查我國11個省28個污水處理廠79個污泥樣品中發(fā)現(xiàn)，污泥中微塑料含量為1 600～56 400個/kg，均值在（22 700±12 100）個/kg。據(jù)統(tǒng)計，在芬蘭和愛爾蘭，高達72%的污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[54]，而歐盟每年有4×106～5×106 t干重的污泥用于耕地堆肥，約有40×104t的微塑料進入土壤中[27，52];澳大利亞每年污泥施用所產(chǎn)生的微塑料總量達2.8×103～1.9×104t[55]。而我國每年污泥產(chǎn)量在3×107～4×107t，農(nóng)業(yè)利用率雖然不到10%[56]，但污泥利用量逐年增加[57]。Nizzetto等[27]從污泥施用量的角度考慮，僅歐洲和北美的污泥中微塑料的負荷量分別達（6.3×104～43×104）和（4.4×104～30×104）t/年，該數(shù)據(jù)已經(jīng)遠遠高于全球海洋中每年9.3萬～23.6萬t微塑料的輸入量。相比污泥中的微塑料，對有機肥中微塑料豐度的調查數(shù)據(jù)很少。Blsing等[58]比較了德國波恩某有機肥加工廠的3個有機肥樣品，發(fā)現(xiàn)肉眼可見的塑料碎片（粒徑>0.5mm）含量在2.38～180.00 mg/kg;Weithmann等[59]觀測到粒徑大于1 mm的微塑料有14～895個/kg;而在斯洛文尼亞的調查中發(fā)現(xiàn)有機肥中塑料含量高達1 200 mg/kg[60]。上述3例報道都是針對有機肥中粒徑0.5 mm以上的塑料碎片，對關注度更高的更小粒徑的微塑料污染尚不得而知?？梢灶A料，有機肥中粒徑<0.5 mm的微塑料特別是微納米級微塑料的豐度會更高。歐盟2008年約生產(chǎn)了1.8×107 t有機肥，預計到2020年將增加約37%[61];而我國更是有機肥生產(chǎn)和使用大國，僅商品有機肥的年生產(chǎn)量在2.5×107 t以上，實際施用量在2.2×107 t左右[62]。如果按照目前有機肥中調查的微塑料含量來估算，我國農(nóng)田土壤中每年投入微塑料量在52.4～2.64×107 t，若考慮到粒徑<0.5 mm的微塑料含量以及有機肥產(chǎn)量和施用量的逐年增幅，其數(shù)量會更高。因而，污泥、有機肥的土地農(nóng)用是農(nóng)田土壤中微塑料積累的又一個重要來源途徑。

1.2.3 農(nóng)田灌溉與大氣沉降。

農(nóng)田灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的一種方式，灌溉用水主要是地表水或地下水及凈化后的污水，甚至有些地區(qū)直接使用或部分使用未經(jīng)處理的污水灌溉農(nóng)田的情況也時有發(fā)生。水域中微塑料幾乎無處不在，據(jù)調查，我國太湖中微塑料豐度達（1×104～6.8×106）個/km2 [63]，長江口水表面漂浮的微塑料豐度達（4 137.3±2 461.5）個/m3[17]。Mintenig等[52]發(fā)現(xiàn)地下水塑料微粒（>20 μm）濃度達0～7個/m3，飲用水中平均值為0.7個/m3。而污水中微塑料含量更多，即使經(jīng)處理的污水中仍含有大量的微塑料[53，64]。Lares 等[65]研究表明，污水經(jīng)活性污泥法和生物膜反應器法處理后，水樣中仍含有1.0和0.4個/L的微塑料。通過灌溉進入到農(nóng)田土壤中的微塑料，有些留在土壤表層，有些會隨著灌水沿土壤孔隙向下運移。因此，農(nóng)田灌溉也是土壤中微塑料來源的重要途徑。

另外，農(nóng)田土壤也接納大氣沉降帶來的微塑料。Dris等[66]對巴黎城市大氣微塑料的調查發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中每天沉降的微塑料為29～280個/m2;而周倩等[67]發(fā)現(xiàn)我國城市大氣環(huán)境中微塑料沉降通量高達1.46×105個/（m2·a）。Kim等[68-69]發(fā)現(xiàn)道路上輪胎磨損產(chǎn)生的橡膠微粒也可通過大氣沉降或地表徑流的形式進入路邊土壤環(huán)境中，并統(tǒng)計瑞典和德國輪胎粉塵年排放量分別約為1×104和11×104 t。由此可見，大氣沉降也是農(nóng)田土壤微塑料污染來源的一條途徑，而且不容忽視。

2 微塑料在土壤中的遷移、降解及對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響

Rillig[26]指出微塑料進入土壤，不斷地遷移和積累，并且也會逐漸的老化、降解;當微塑料在土壤中積累到一定程度則會影響土壤性質、土壤功能及生物多樣性。土壤微塑料的來源、遷移及對農(nóng)田土壤生態(tài)效應的影響見圖1。

2.1 微塑料在土壤中的遷移、降解

微塑料在土壤中的遷移行為受多種因素的制約，如受土地使用和覆蓋的影響，其在10～30 cm深土層中的數(shù)量和重量一般要比0～10 cm土層的高[70];而我國黃土高原的某果園和溫室中0～10和10～30 cm土層中微塑料豐度結果則相反[33]，造成這一現(xiàn)象的主要原因是由土壤耕作方式和降雨產(chǎn)生的地表徑流和入滲決定的。Rezaei等[71]在調查伊朗地區(qū)不同用地的風蝕沉積物中時發(fā)現(xiàn)，不僅農(nóng)田中有大量的LDPE（20.27 mg/kg），甚至在自然區(qū)中也存在 LDPE（6.91 mg/kg），表明風蝕作用對微塑料在陸地環(huán)境中的遷移起了重要作用。此外，重力作用和生物活動可以使表層微塑料向下遷移，甚至到地下排水系統(tǒng)中，密度大者更易向下遷移。近年來有學者[53]開展了蚯蚓 （L.terrestris） 對土壤中微塑料遷移行為的研究，發(fā)現(xiàn)蚯蚓可將60%以上的PE小球從表層向下遷移至10 cm以下的土層，其中小粒徑（710～850 μm）微塑料要比大粒徑更容易遷移;Lwanga等[28]研究也發(fā)現(xiàn)蚯蚓對微塑料的遷移具有粒徑選擇性，粒徑越小越易于遷移。其他中型土壤動物也可以通過表面附著、抓、推等形式加速微塑料在土壤中的遷移，其取食的微塑料顆粒也能通過表面附著、排泄和死亡軀體等形式擴散到其他區(qū)域。

微塑料在風、熱、光、氧及生物等因素的作用下，其物理、化學及力學性能也在變化，出現(xiàn)老化、降解現(xiàn)象，如聚合物分子鏈斷裂、歧化、表面含氧官能團（如酯基團、酮基團等）增加等。塑料老化的實質是大分子發(fā)生了降解和交聯(lián)反應，而降解的結果是大分子鏈的無規(guī)斷裂，變成相對分子質量較低的物質[72]。塑料老化后，韌度、強度功能會大大減弱，變得易碎。農(nóng)田土壤中的微塑料大多被土粒或作物覆蓋，其光、熱降解能力大大減弱，其降解途徑以生物降解為主，但降解速度非常緩慢[73-74]，PP在土壤中培養(yǎng)1年后其重量損失僅為0.4%[75]，而PE土壤培養(yǎng)800 d后重量損失為0.1%～0.4%[76]。研究表明，薄膜碎片變成粒徑更小的微塑料或納米級塑料，可在土壤中存留數(shù)年甚至數(shù)十年[77]。這是因為大多數(shù)烯烴類高聚物不易被微生物分解，且耐酸堿腐蝕;但聚烯烴類塑料經(jīng)紫外光輻射或熱解氧化后，可發(fā)生有利于其中間產(chǎn)物發(fā)生生化降解的變化，如光解或熱解后的產(chǎn)物分子量可降至10 000以下，抗張強度明顯降低，導致塑膜變脆、易碎，經(jīng)紅外光譜鑒定發(fā)現(xiàn)其分子結構中出現(xiàn)了母體分子結構中沒有的、易受微生物攻擊的羰基功能團[78]。

2.2 微塑料對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響

微塑料在土壤鹽度、pH、有機質等復雜因素的影響與調控下，與土壤中重金屬、有機污染物等無機、有機物質相互作用，引起土壤的物理化學性質的改變，進而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康[18，79]。

2.2.1 對土壤理化性質的影響。

微塑料易和土壤團聚體結合，一項云南的野外調查發(fā)現(xiàn)，70%以上的微塑料顆粒和土壤團聚體相結合，特別是和微團聚體結合[34];De Souze Machado等[80]研究發(fā)現(xiàn)，微塑料可以影響土壤容重、水力特征以及團聚體的變化，而且聚合物類型不同，對土壤理化性質存在較大差異，如聚酯顯著降低土壤水穩(wěn)性團聚體，而聚乙烯則顯著提高土壤水穩(wěn)性團聚體的量。微塑料還可以增加土壤孔隙度、改變團粒結構或成為土壤團聚體的一部分[26]，從而促進土壤養(yǎng)分的有效性和土壤微生物的生物活性[81-82]。Liu 等[83]研究微塑料PP（<180 μm）對土壤可溶性有機碳（DOC）、可溶性有機氮（DON）、可溶性有機磷（DOP）及PO43-濃度和FDA水解酶和酚氧化酶活性的影響，經(jīng)30 d培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)低濃度的微塑料對可溶性有機物（DOM）中的有機碳、無機氮、總磷、高分子量的腐殖質類物質及富里酸的影響很小，而高濃度微塑料顯著增加了DOM中的DOC、DON、DOP、PO43-、NO3-、高分子量的腐殖質類物質及富里酸的濃度。

微塑料具有較強的吸附能力，Hodson等[84]研究發(fā)現(xiàn)高密度聚乙烯對Zn2+的吸附能力強，吸附行為符合Langmuir 和Freundlich方程;而Hüffer等[85]在研究4種微塑料（PE、PA、PS 和 PVC）對7種脂肪族和芳香族有機物的吸附作用時，還發(fā)現(xiàn)了微塑料的吸附能力與污染物的疏水性緊密相關，并揭示了疏水作用是影響微塑料吸附性的主要因素。微塑料的老化風化對環(huán)境中有機污染物的吸附也有很重要的影響，Bandow等[86]研究發(fā)現(xiàn)高密度聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等微塑料顆粒老化后不僅明顯增加了其對TOC、Cl、Ca、Cu、Zn的吸附，而且也減弱了重金屬的解吸和釋放作用，說明老化的微塑料對重金屬具備更強的固定能力和親和力;相似的結果在Zhang等[87]的研究中也得到了體現(xiàn)，老化的發(fā)泡微塑料對抗生素的吸附能力比新鮮塑料更強。此外，土壤中的官能團吸附到微塑料表面，可能對其吸附重金屬有一定影響，Kim 等[88]對官能團包被的聚苯乙烯吸附Ni的研究，表明官能團改變微塑料和重金屬表面的疏水性。

2.2.2 對土壤生物的影響。

2.2.2.1 土壤動物。

微塑料在多個方面影響土壤動物，研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓可以攝入微塑料，但高含量PE（>28%）暴露后，其生長受到明顯抑制，致死率也顯著增加[89];而對白符跳受PVC（80～250 μm）顆粒暴露后的研究，發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)腸道菌群發(fā)生改變，生長和繁殖也受到明顯抑制[81]。這是因為微塑料被取食后，容易在動物體內(nèi)結塊，影響進食和排泄，并造成腸道的損傷，嚴重影響其成長和存活[90-91]。毒理學研究進一步發(fā)現(xiàn)，PE對蚯蚓組織病理學損傷和免疫系統(tǒng)的影響明顯，可以增加蚯蚓蛋白質、脂類和多糖含量;聚氨酯泡沫與多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）的聯(lián)合作用研究，發(fā)現(xiàn)PBDEs可以在蚯蚓體內(nèi)積累，并通過食物鏈影響其他土壤動物[92]。值得關注的是，近期對線蚓的研究表明，低濃度納米塑料急性飲食暴露（0.5%納米塑料/麥片）可顯著增加其繁殖率，但隨著暴露濃度的增加，繁殖率隨之下降且其生物量顯著降低[93]。微塑料對線蟲的主要不良反應是腸道損傷和氧化損傷，引起腸道鈣水平的降低，進而影響其神經(jīng)毒性、繁殖率、成長和存活率，且微塑料粒徑的影響大于微塑料種類的影響[91，93]。最近，一項微塑料對土壤動物腸道微生物的研究結果引起了大家的關注，微塑料的土壤暴露破壞了跳蟲腸道微生物的群落結構，但顯著增加了其腸道微生物的多樣性[94]。一項對墨西哥東南部傳統(tǒng)瑪雅家庭花園的調查顯示微塑料濃度在土壤[（0.87±1.90）個/g]、蚓糞[（14.8±28.8）個/g]和雞糞[（129.8±82.3）個/g]中逐級增加，說明微塑料能夠通過土壤微型/中型動物取食在其土壤碎屑食物鏈中傳遞累積。隨著研究的深入和研究范圍的擴大，微塑料對土壤動物的影響也表現(xiàn)出了多樣性，如微塑料通過改變土壤動物的棲息環(huán)境間接影響土壤動物的活動，微塑料可能堵塞土壤的孔隙，從而影響土壤中型動物的活動[26];凋落物中混雜微塑料會影響大型土壤動物（蚯蚓等）的取食，如凋落物受微塑料的污染后會影響蚯蚓的適口性[81]。

2.2.2.2 植物。

Qi等[95]以低密度聚乙烯（LDPE）和一種淀粉基生物降解塑料薄膜為研究對象，發(fā)現(xiàn)在小麥生長過程中，LDPE和可生物降解塑料地膜碎片對小麥種子及幼苗的生長具有明顯的抑制作用，微塑料（1～50 ?μm）對小麥生長的負面影響大于大塑料（最大長度6.98 mm，最大寬度6.10 mm）。微塑料可以被植物吸附并積累，李連禎等[96]發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯微球（0.2 μm）可被生菜根部大量吸收和富集，并從根部遷移到地上部，積累和分布在可被直接食用的莖葉之中。微塑料顆粒大小不同，對高等植物生長發(fā)育的影響也不同：當微塑料尺寸小于6 μm 時，很容易附著在植物的花絮上，影響植物的生長[97]，納米級塑料微珠可通過細胞內(nèi)吞作用進入煙草細胞[98]。粒徑5 μm的聚苯乙烯微球較100 nm的聚苯乙烯微球（PS）對陸生高等植物小麥的生長表現(xiàn)出更大的毒性效應，水培試驗中，高濃度（200 mg/L）PS顯著抑制小麥根、莖的伸長[99];而粒徑5 μm的聚苯乙烯微球還可導致蠶豆幼根SOD和POD等抗氧化酶含量顯著增高[100]。

2.2.2.3 土壤微生物。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心，其活性對土壤生態(tài)至關重要。目前，微塑料對土壤微生物影響的研究主要集中在微塑料對土壤微生物群落的影響和微生物對微塑料的降解兩方面[101-105]，表明微塑料不僅可為微生物提供吸附位點，使其長期吸附在微塑料表面，形成生物膜;而且伴隨微塑料的遷移，微生物會擴散到其他生態(tài)系統(tǒng)，進而影響或改變其他生態(tài)系統(tǒng)的菌群和功能。Zhu等[106]將土壤假絲酵母暴露于PVC下 56 d，顯著增加了細菌生物多樣性。Oberbeckmann等[107]發(fā)現(xiàn)在聚乙烯和聚苯乙烯顆粒上的寄生真菌和腐生真菌均有大量繁殖。Sun等[104]研究設施栽培土壤中表面活性劑和微塑料污染對土壤細菌和噬菌體相關的抗生素抗性基因的影響，發(fā)現(xiàn)這種影響還沒有明確的規(guī)律性。塑料的化學成分（鄰苯二甲酸鹽、雙酚A、重金屬等）在其老化降解過程中釋放，對土壤微生物活性有抑制作用，從而影響微生物的繁殖發(fā)育[108]。Kong等[109]研究表明，隨著土壤中二丁基鄰苯二甲酸酯含量的提高，土壤微生物多樣性下降;Wang等[110]發(fā)現(xiàn)土壤中的二甲基鄰苯二甲酸酯增加了土壤中一些功能基因的表達，并認為這些基因表達的增加可能導致土壤中碳氮循環(huán)的加快，可能不利于黑土肥力的維持。

3 微塑料污染研究存在問題與展望

3.1 存在問題與不足

農(nóng)田土壤微塑料污染是一個全球性的問題，也是目前關注的熱點問題，研究主要集中于微塑料在土壤中的分布、遷移及其生態(tài)毒理的影響，但這些研究大多還處在初步的探索階段，內(nèi)容比較分散，缺乏系統(tǒng)性的思考。如土壤微塑料來源廣泛，殘留量大，但很難從實際土壤中分離、鑒別出足夠量的微塑料用于其生態(tài)環(huán)境效應的評價。盡管目前已有不少關于農(nóng)田土壤中微塑料污染的報道，但由于尚缺乏統(tǒng)一的土壤微塑料采樣與分析檢測的標準方法，研究結果相互之間難以比較，導致無法確定微塑料在土壤中實際的暴露水平。對農(nóng)田土壤微塑料本底值研究不充分，也就難以準確評估微塑料對農(nóng)田土壤健康以及生產(chǎn)力的潛在危害。部分研究結果表明微塑料的積累對土壤生物具有毒害作用，但目前所研究的土壤生物種類有限，相應結果并不適用于所有類別的生物。對于土壤動物而言，其體系龐雜、功能多樣，個體大小差異大，且棲居方式不同，在土壤中分布極不均勻，全面評價微塑料對土壤動物類群的影響難度很大。相同的問題在植物類群中也是如此，如農(nóng)田作物，不同作物由于根系分泌物、細胞壁空隙度、蒸騰速率和根系水力傳導率等影響因素的差異，其吸收富集微塑料顆粒的能力和應對微塑料毒性反應機制也可能存在差異。以往科學試驗中所設置的微塑料濃度大多超過環(huán)境中實際發(fā)生的情況，雖然這樣的條件有助于研究微塑料在生物體內(nèi)的富集，但與生物真正生長的環(huán)境有一定的區(qū)別，同時微塑料種類、粒徑大小以及土壤的理化性質等因素均對土壤生物有一定的影響，況且土壤環(huán)境中含有大量的黏土礦物、腐殖質和微生物等天然物質均可以與環(huán)境污染物結合，那么土壤中豐度相對較低的微塑料本身和其吸附的有毒有害物質是否會對土壤動物產(chǎn)生毒害，亟需通過理論研究和系統(tǒng)的科學試驗去揭示。微塑料具有較強的黏附性和可變形性，容易被農(nóng)田作物黏附并可被植物吸收、蓄積、生物放大和轉化，從而產(chǎn)生潛在的生態(tài)和健康風險;但目前尚缺乏農(nóng)作物中微塑料含量、膳食暴露對人體毒性的基礎數(shù)據(jù)，其健康風險評估方法亟需建立。近年來，國內(nèi)外針對環(huán)境微塑料污染防治研究開展了一些調查和評價工作，但大多限于海洋生態(tài)系統(tǒng)，而農(nóng)田土壤微塑料污染的總體分布和污染程度等問題仍存在較大的信息缺口，存在農(nóng)田微塑料污染底數(shù)不清，土壤修復技術有待進一步開發(fā)等問題。亟需通過加大對污染土壤進行系統(tǒng)的調查評估，結合相應管控治理技術的實施與治理效果評價，逐步建立一套完善的土壤微塑料監(jiān)測、污染土壤修復的程序和方法。

3.2 展望

針對當前農(nóng)田土壤微塑料污染研究的不足，未來需要特別關注以下問題，并需要進一步深入系統(tǒng)的研究。建立相對統(tǒng)一的、規(guī)范的微塑料采樣和分析標準，該標準包括明確的、普遍認可的微塑料尺寸分類界定標準，微塑料理化分析、鑒定和計量標準。在統(tǒng)一標準下，加大對土壤微塑料污染進行系統(tǒng)的調查和評估研究，開展技術交流與合作，提高研究工作效率;未來需加強土壤理化性質、土壤生物（動物、植物、微生物）的微塑料劑量-效應關系的基礎研究，長期在典型地區(qū)、典型農(nóng)田中開展田間試驗，以更接近微塑料環(huán)境濃度和環(huán)境條件的暴露試驗，探明微塑料對土壤生產(chǎn)功能、環(huán)境凈化功能的真實影響，提高微塑料顆粒、添加劑和黏附污染物毒性等相關基礎數(shù)據(jù)的積累，更加客觀地評價微塑料積累對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的真實影響;開展微塑料在農(nóng)田環(huán)境中遷移、降解機制及塑料中其他化學品的釋放規(guī)律研究，探明這些化學物質在農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的行為、毒理效應以及在食物鏈中的傳遞、轉化規(guī)律與積累機制等;增加膳食暴露及對人體毒性的基礎數(shù)據(jù)研究，評估微塑料對農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈和人體健康影響的聯(lián)合效應;農(nóng)田土壤微塑料的污染控制與治理的首要任務，是從源頭上減少微塑料的制造和使用，針對塑料產(chǎn)品源頭控制，制定相應的法律法規(guī)，逐步淘汰并禁止生產(chǎn)和使用含不可生物降解的微塑料產(chǎn)品，生產(chǎn)可降解的塑料制品或者是使用別的物質代替;在研究微塑料降解的基礎上，未來更需要發(fā)展生物修復技術，以緩解農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)塑料污染的問題。

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)田土壤微塑料污染關系到我國農(nóng)產(chǎn)品的質量和數(shù)量安全。因此，在加強農(nóng)田土壤微塑料污染和治理研究的基礎上，還需提高農(nóng)田土壤微塑料污染防治復雜性和艱巨性的認識，認識到在農(nóng)田土壤微塑料污染防控與治理的道路上，任務艱巨而道遠。

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