土壤中微塑料污染及处理技术综述

摘要 微塑料作为一种小尺寸的塑料废弃物，其直径普遍小于5 mm，并且在自然界中极难被降解。针对土壤中的微塑料污染及处理方法展开讨论，从微塑料的来源和污染现状入手，对土壤环境的微塑料来源的复杂性和污染的严重性做了详细阐述。探讨了土壤中的微塑料对土壤中动植物、微生物的潜在影响，如对土壤动植物的生长代谢、微生物的活性以及生物多样性产生不良影响。总结了土壤中微塑料的治理技术及优缺点，并对土壤中微塑料的处理技术面临的挑战及未来研究方向进行了展望，为土壤生态系统的可持续发展贡献力量。

关键词 土壤污染；微塑料；生态影响；处理方法；未来展望

中图分类号 X 705  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）23-0016-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.004

Review of Microplastic Pollution and Its Treatment Technology in Soil

CHEN Zhan1，YANG Lü1，LIU Hai-long2 et al

（1.School of City and Architecture Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang，Shandong 277160;2.School of Environmental Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu 225127）

Abstract As a small-sized plastic waste，microplastics are generally less than 5 mm in diameter and are extremely difficult to degrade in nature.In this paper，microplastic pollution in soil and its treatment methods were discussed.Starting from the source and pollution status of microplastics，the complexity of the source of microplastics in soil environment and the severity of pollution were elaborated.The potential effects of microplastics in soil on plants，animals and microorganisms in soil were discussed，such as adverse effects on the growth and metabolism of soil plants and animals，microbial activity and biodiversity.The paper summarized the treatment technologies of microplastics in soil，their advantages and disadvantages，and prospected the challenges and future research directions of the treatment technologies of microplastics in soil，so as to contribute to the sustainable development of soil ecosystem.

Key words Soil pollution;Microplastics;Ecological impact;Treatment method;Future outlook

基金项目 山东省自然科学基金青年项目（ZR2021QE271）。

作者简介 陈占（1989—），男，山东滕州人，讲师，博士，从事城镇固体废物处理及资源化研究。

收稿日期 2024-01-12

塑料在过去几十年里成为全球工业和日常生活中不可或缺的材料，工业化和城市化的加速推动了塑料需求的迅速增长。与此同时，各种各样被称为“微塑料”的超小且不易分解的塑料残骸也随之大量产生，散布在地球的每一个角落。这种经历时间堆积而形成的微塑料污染已经引发了全球范围内的广泛关注，甚至可以说是一种新的环境危机［1］。尤其在土地开发频繁的农村地区，大量且精细的塑料垃圾被随机填埋，严重破坏了生态平衡和人类生存环境。

1 微塑料的来源与污染现状

微塑料作为一种小尺寸的塑料废弃物，其直径普遍小于5 mm，并且在自然界中极难被降解［2］。关于微塑料的研究主要集中在海水、淡水和近海水体中，而关于陆地生态系统中微塑料的研究相对较少［3］。

陆地生态系统中微塑料主要来源于工业排放［4-5］、农业使用［6］、城市生活垃圾填埋场［7］。工业排放方面，塑料制品的生产和加工过程中，难免产生一定量的微塑料颗粒。农业使用方面，农田中的塑料薄膜和地膜等农用塑料制品在土壤中的残留，农作物残渣中的塑料颗粒等成为微塑料的重要来源。城市生活垃圾中，塑料袋、塑料包装等废弃物经过风吹、雨淋等自然作用，破碎成微塑料颗粒，进入土壤环境。此外，地表径流和农田灌溉［8］、悬浮颗粒的大气沉降［9］、废水污泥和堆肥的有机肥料［10-11］等也存在一定含量的微塑料。大量的微塑料进入土壤后，会与土壤颗粒、微生物等相互作用，改变土壤结构、理化性质，导致污染物在土壤中迁移和积累，进而破坏土壤生态系统［8，12-13］。

土壤中微塑料形态以纤维、颗粒、碎片和薄膜为主，其组成主要以聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯为主［14］。全球受微塑料污染的土壤类型以农田土壤、污泥灌溉土壤以及薄膜种植土壤等为主，其中施用污泥和温室种植土壤微塑料的丰度较高且尺寸较小。工业区土壤中微塑料丰度较高，这是因为生产塑料或塑料加工过程中释放小粒径颗粒及碎片沉降。Scheurer等［15］报道瑞士土壤中微塑料丰度低于398个/kg。Kim等［16］指出，韩国温室种植土壤均已检测到聚苯乙烯、聚乙烯2种微塑料聚合物，形态有碎片、薄膜和纤维，温室内0～5 cm表层土壤中丰度为（1 880±1 563）片/kg。Huerta等［3］对墨西哥郊区的花园土壤调查研究中检测到微塑料平均丰度为870个/kg，粒径为0.01～1.00 mm。Vollertsen等［17］研究了丹麦污水污泥施用对农业土壤中微塑料的影响，结果发现施用污泥的土壤中微塑料的丰度为82 000（0～165 000）个/kg。在我国，不同地区、不同类型的土壤都具有不同程度的微塑料污染，粒径和丰度大小随土壤深度变化而变化。土壤中微塑料的丰度总体上呈现出不均衡、区域性强等特点。例如：在中部地区，土壤中微塑料的丰度为2.2×104～6.9×105个/kg［18］；在东部沿岸，土壤微塑料的浓度为1.3～14 712.5个/kg［19］；在东北，辽河流域土壤中微（中）塑料的丰度范围在（13.33±11.55）～（886.67±133.17）个 /kg［20］；在西北地区，Yu等［21］调查了77个农用地膜覆盖农田的微塑料丰度，以薄膜、碎片状微塑料为主，平均丰度为12 589片/kg，低于0.5 mm的微塑料占比93.3%。由此可见，微塑料污染已经遍布我国各地区，涉及各种类型的土壤，土壤微塑料污染问题已迫在眉睫，亟待解决。

2 土壤中微塑料的潜在影响

与水环境和大气环境相比，土壤中物质的转移更为缓慢，微塑料在土壤环境中更容易积累。随着时间的推移，微塑料会不可避免地对土壤物理、化学和生物学特性产生影响，从而打破土壤环境原有的生态平衡，对土壤生态功能产生影响［22］。微塑料对土壤生态系统的影响是一个复杂而多层次的过程，微塑料对土壤和生物的长期活动带来了显著影响，可能造成水源问题甚至对动植物、微生物以及人类的健康产生深远影响。

2.1 土壤中微塑料对动植物的影响

2.1.1 土壤中微塑料对植物的影响。

植物作为土壤生态系统的重要组成部分，其根系与土壤紧密交互。植物根系可能吸收土壤中的微塑料颗粒，从而导致植物体内微塑料的积累。

目前已有研究报道了微塑料对小麦［23］、玉米［24］、黑麦草［25］、大豆［26］、豌豆［27］等陆生植物的作用，表明土壤微塑料的存在可以延缓植物种子的发芽时间、降低发芽率及幼苗成活率，并能显著改变植物的生物量及根系性状。李连祯等［28］报道了食用蔬菜能够吸收和积累微塑料。土壤中的微塑料会破坏土壤结构，阻碍植物吸收水分和养分，造成土壤表面干燥开裂，从而影响植物的生长和产量［8］。安菁等［26］通过盆栽试验研究了土壤微塑料残留对大豆幼苗生长及生理生化特征的影响，结果表明微塑料残留量较高时，会一定程度上阻碍大豆幼苗的生长，影响植株的叶面积、株高、根系活力等各项生理生化指标。有些植物可能对微塑料更为敏感，而其他植物可能表现出一定的耐受性。De Souza Machado等［29］研究表明，存在高密度聚乙烯的情况下，植物根部的生物量更大。可见，微塑料对植物的影响是复杂的、多样的［30］。

2.1.2 土壤中微塑料对土壤动物的影响。

微塑料的表面特性和疏水性使其可以作为有机物和重金属的优良载体，吸附了有机物或重金属的微塑料在进入动物体内后会发生脱附而被其吸收，甚至可能发生作用机制和毒性效应的改变［31-32］。

土壤中微塑料对动物生态毒理效应的研究主要集中在蚯蚓、线虫以及小鼠［33］，其中蚯蚓是土壤生态系统中最常见的大型土壤动物之一，同时也是目前研究土壤微塑料污染生态效应最常用的模式生物［34］。Browne等［35］发现聚氯乙烯微塑料可携带有机污染物转移入蚯蚓肠道组织，并引发蚯蚓对病菌的抵抗力下降、炎症、死亡等毒理效应。Rillig等［36］发现，进入土壤中的微塑料可以被蚯蚓摄取，将微塑料颗粒从表层土壤迁移到深层土壤，并在生物体内富集，进一步促进了微塑料在土壤环境中的迁移转化和降解。线虫是土壤中最具代表性的小型土壤动物之一，微塑料还可以穿透线虫的肠道壁被运输到其他组织和细胞，引起氧化应激反应，并影响某些基因的表达。Lei等［37］将线虫暴露于浓度1 mg/L、粒径0.1～5.0 μm聚苯乙烯微塑料的液体培养基中3 d，发现线虫的存活率、体长以及繁殖率显著下降，且粒径越小的微塑料毒性越强。

2.2 土壤中微塑料对土壤微生物的影响

微生物群落结构和丰度的改变，可以直接表现在土壤酶活性的变化上。塑料膜残留物会显著影响土壤中的酶活性和微生物功能多样性。同样地，微生物及酶活性等的变化也将反过来加剧土壤理化性质的变化，进而影响土壤重要的生态学功能［13］。

2.2.1 微塑料对土壤微生物的直接影响。

土壤中微生物是土壤生态系统中的关键组成部分，参与有机物分解、养分循环等关键生态过程。微塑料的存在可能改变微生物群落结构，干扰微生物功能基因［38］，进而影响微生物的多样性和丰度；有些微塑料的存在会增加能够降解复杂有机物的微生物量。Zhang等［39］调查了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料颗粒对沉积物中微生物群落的影响，结果表明PET微塑料的添加增加了沉积物中总有机碳（TOC）的含量，改变了微生物的多样性，增加了腐霉科微生物降解复杂有机物的能力。而聚乙烯微塑料可能干扰微生物功能基因，Yu等［40］调查发现，聚乙烯微塑料会改变水稻土的微生物功能基因丰度，增加氮氧化物的排放。