土壤微塑料污染问题引起广泛关注,由于土壤基质的复杂性,目前尚没有提取土壤中微塑料的标准方法。为探究土壤微塑料提取标准方法,评估前消解、后消解和前后消解3种不同处理方法对红壤、褐土和黑土3种土壤中聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺树脂(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)9种类型微塑料的提取效果。结果表明,3种土壤中不同消解处理微塑料总回收率范围在96%~102%之间。综合考虑去除基质效应及对目标物微塑料的破坏程度,最优消解方案为对土壤进行后消解处理;最优土壤微塑料提取方法为基于微塑料分离装置用饱和ZnCl₂溶液进行3次密度浮选,再用5 μm孔径硝酸纤维素滤膜真空抽滤后,用w为30%的H₂O₂在70 ℃条件下消解去除土壤有机质,在消解完成后再次进行真空抽滤,这样可在有效去除土壤有机质的同时提取微塑料。

土壤中微塑料污染问题越来越受到公众关注。施用畜禽粪便堆肥被认为是土壤中微塑料积累的重要途径。但是,对粪便堆肥中微塑料污染程度的了解仍然处于起步阶段。该研究调查了来自中国4个省份的商品化鸡粪、牛粪、羊粪和猪粪堆肥中微塑料的赋存特征。通过筛分和Fenton试剂消解提取粪便堆肥中的微塑料,进一步分析其颜色、粒径、形状、聚合物种类和丰度。结果表明:粪便堆肥中透明、黑色、红色和蓝色微塑料含量较高;粪便堆肥中微塑料形状为纤维、碎片、薄膜和颗粒,以纤维为主;在粒径上以<1 mm的微塑料为主(27.6%~69.5%),粪便堆肥中微塑料的聚合物种类以聚酯(PES)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)为主(87.8%~97.0%);微塑料丰度为(2 054.8±493.9)~(9 131.0±600.7)个·kg^-1。该研究证实了粪便堆肥是农用地土壤微塑料的重要来源,其对中国农田土壤微塑料的年贡献量可高达1.1×10¹⁴个。研究结果为揭示粪便堆肥中微塑料污染特征和区域分布差异以及农田土壤中微塑料的溯源提供了基础数据和科学依据。

塑料制品的广泛使用导致陆地生态系统积累大量塑料垃圾,其风化破碎后形成微/纳塑料残存于环境中,对土壤生态系统造成威胁。目前全球气候变化导致高温、干旱、强降雨等特殊天气发生愈加频繁,直接影响土壤生态环境。温度、降水等气候环境因子对土壤中微/纳塑料的赋存状态、迁移转化和生态毒性等能够产生不同程度的影响。该文综述了不同气候因子对土壤中微/纳塑料污染与迁移的影响以及各气候因子与微/纳塑料两者的联合效应,发现升温、干旱、冻融与洪涝现象均能在一定程度上提高土壤微/纳塑料丰度,加速微/纳塑料的老化;两者联合效应体现于土壤性质、养分循环和植物生长等方面;其中升温与干旱联合微/纳塑料对土壤碳氮循环存在显著影响。未来研究重点应从不同气候因子对土壤微/纳塑料的老化特征与环境行为的影响,以及对土壤中关键生物地球化学循环过程的影响机制等方面深入开展。

以聚苯乙烯(PS)微粒和泰乐菌素(TYL)为研究对象,选取我国不同地区、不同性质农田土壤,通过吸附动力学和热力学试验研究微塑料添加对土壤吸附TYL的影响。结果表明,添加PS条件下4种土壤吸附TYL的能力显著提高,其中,PS对黏质土壤吸附TYL能力的提高作用大于壤土;土壤中w=1%的PS没有明显改变4种土壤对TYL的吸附过程,吸附过程能较好地用准二级动力学模型(R²＞0.97)拟合,通过颗粒内扩散模型判断原土壤和含PS土壤对TYL的吸附过程分为外部扩散、颗粒内扩散和吸附平衡3个阶段。土壤对TYL的吸附等温线可以用Freundlich和Langmuir方程进行较好的拟合(R²>0.97)。添加PS后土壤吸附TYL的能力随pH值和离子强度的增加均有一定程度减弱,且达到显著性差异,其吸附机制为以疏水作用和静电作用为主导的多相吸附。

微塑料作为一种新污染物,其污染已成为全球广泛关注的热点环境问题。农田土壤中微塑料污染对食物链和陆生生态系统构成了潜在威胁。本文通过中宇宙试验装置,模拟了农田土壤中不同生物因素(跳虫、蚯蚓密度、植物根系)和非生物因素(微塑料的类型和老化、暴露时间、淹水)的变化,探索了上述变化对蚯蚓驱动土壤中微塑料垂向迁移的影响。结果表明,微塑料的垂向迁移量随土壤深度的增加而减少;跳虫的存在和蚯蚓密度的增大对土壤中微塑料垂向迁移产生积极影响;植物根系的生长则倾向于将微塑料保留在表层土壤,从而减少蚯蚓对微塑料的垂向迁移;不同微塑料类型对其在土壤中的垂向迁移影响由大到小依次为聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET);短期老化未影响蚯蚓垂向迁移土壤中微塑料;随着暴露时间的增加,更多的微塑料垂向迁移到深层土壤中;淹水可促进土壤中微塑料的垂向迁移。该研究揭示了蚯蚓驱动土壤中微塑料的垂向迁移规律与影响因素,为认识农田土壤中微塑料的迁移规律提供了科学依据。

微塑料污染作为全球性环境问题,仍有诸多具有挑战性的前沿科学问题有待解决。植物对微塑料的吸收和响应方面研究已有诸多报道,但关于影响植物吸收微塑料的环境因素研究仍非常有限。基于室内水培条件,研究了不同温湿度条件(高温低湿,30 ℃、相对湿度55%;低温高湿,10 ℃、相对湿度85%)下,小麦幼苗(Triticum aestivum)对亚微米级(0.2 μm)聚苯乙烯(polystyrene, PS)微球吸收的量化特征。进一步基于形态学指标、光合作用指标和生化指标,分析小麦吸收微球后生长与生理状态的变化。结果表明,随着PS微球暴露浓度的增加,其在小麦体内的积累量成比例地显著增加。在高温低湿环境中,PS微球会抑制小麦根系生长和小麦茎叶中的过氧化氢酶活性,高浓度(200 mg·L^-1)PS微球可显著降低叶绿素b含量,并显著增加小麦茎叶中超氧化物歧化酶活性和小麦根中丙二醛含量;而在低温高湿环境中,高浓度PS微球可显著增加小麦茎叶丙二醛含量,但对小麦光合作用和抗氧化酶活性无显著影响。综上,研究结果证实小麦对微塑料的吸收及微塑料的植物毒性效应与小麦生长环境和PS微球暴露浓度密切相关。研究结果可为高等植物对微塑料吸收及传递的量化分析提供技术支撑,也可为微塑料对陆地生态系统的影响评估提供科学依据。

聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)微塑料广泛分布于设施土壤中,具有较强的植物毒性,对农作物生长发育构成严重威胁,因此,亟需采取措施降低土壤微塑料的植物毒性。生物炭具有较强的吸附能力,能有效钝化土壤污染物,被广泛应用于污染土壤修复。此外,生物炭在改土增产方面表现出巨大潜力。为了探究生物炭对土壤中PVC微塑料植物毒性的影响,对比分析了单一PVC微塑料暴露以及PVC微塑料和不同浓度生物炭复合暴露条件下生菜的生长指标和生理生化指标。结果表明,单一PVC微塑料暴露下生菜叶片叶绿素含量较对照组显著增加(P<0.01),然而,生菜地下部和地上部生物量却分别降低23.54%和12.04%。这可能是因为PVC微塑料附着在生菜根系表面,诱导根部过氧化氢(H₂O₂)积累并产生氧化损伤,从而影响根系的正常生理功能。向PVC微塑料污染土壤中添加质量分数w为0.5%~2.5%的生物炭,降低了生菜根部和叶片丙二醛(MDA)含量,并使得生菜生物量较单一PVC微塑料处理组有所增加。但是,高浓度(w=5.0%)生物炭加剧了生菜根部的氧化损伤,其对生菜的促生长作用也相继减弱。因此,通过添加适量生物炭能够缓解土壤微塑料的植物毒性,这为治理设施土壤微塑料污染提供了科学依据。

由于农业活动、大气沉降和地表径流等原因,土壤已成为微塑料重要聚集地。微塑料在土壤中积累会影响陆生植物生长发育,并威胁陆地生态系统及食物链安全。因此,研究微塑料对陆生植物生长发育影响具有重要意义。该文在综述微塑料对陆生植物生长发育和根际环境影响等方面研究进展的基础上,提出加强相关研究的展望和建议。微塑料能吸附在植物表面,并通过根尖进入植物体内,影响种子萌发和根系发育,诱导氧化应激反应,改变光合作用强度,产生细胞毒性和遗传毒性,影响植物新陈代谢和营养吸收等。微塑料的植物毒性受到微塑料特征(浓度、大小、形状、电荷和成分等)以及不同植物及其生长阶段的影响。同时,微塑料还能改变植物根际土壤特性和微生物群落,间接影响植物生长。最后,总结了微塑料对陆生植物生长发育和根际环境影响,并对未来土壤-植物系统中微塑料相关研究进行展望,为土壤及陆地生态系统微塑料污染风险防控和治理提供科学依据和技术支撑。

微/纳塑料(MNPs)作为一种新型污染物,在土壤中分布广泛。MNPs能作用于土壤动物而引发生态毒性风险,该文综述了这方面研究的新进展。蚯蚓、线虫和跳虫等常见土壤动物能摄食MNPs,并通过消化和排泄影响MNPs在土壤中分布。MNPs可在个体、组织器官和分子水平上引发土壤动物的毒性效应,如生长发育、运动行为、生殖和神经毒性。MNPs毒性作用与肠道损伤、机体代谢改变、氧化应激和相关基因表达异常等机制相关,并在不同类型和不同尺寸MNPs之间具有差异性。MNPs毒性还与添加剂释放和负载的其他污染物相关联。另外,土壤动物还会作为食物或通过食物链将MNPs传递给人体,引发健康风险。最后,对未来重点研究方向进行了展望。

微塑料作为一种新污染物普遍存在于各类环境介质中,土壤环境中的微塑料污染已受到全球的广泛关注。该研究围绕农田土壤中微塑料污染这一主题,在总结分析国内外最新研究进展的基础上,综述了微塑料对农田土壤理化性质、土壤微生物生物量以及微生物群落结构与功能的影响。通过农业活动等途径进入农田土壤的微塑料会在非生物和生物作用下发生风化和降解,并对土壤理化性质、养分循环和污染物相互作用产生影响,进而影响微生物生物量、微生物群落结构与多样性、土壤酶活性,以及碳、氮循环和污染物降解等土壤生物地球化学过程,且微塑料对上述指标的影响与微塑料自身性质、土壤类型和暴露条件等多种因素有关。最后,对未来土壤微塑料的研究方向做了展望,以期为后续研究提供参考和思路。

由于塑料制品被大量使用,微塑料已广泛存在于土壤环境中,因其具有尺寸小、难降解、可随食物链转移等特性,已成为近年来国内外研究的热点。基于已有研究,讨论了微塑料通过改变土壤理化性质、微生物酶活性和基因功能等方式影响微生物多样性和群落组成以及微塑料降解和代谢活性,并针对土壤微塑料影响CO₂、N₂O和CH₄这3种典型温室气体排放的效应进行详细论述。在综合现有研究进展后针对土壤温室气体排放机制、不同微塑料种类造成的影响、进一步加强实际土壤条件下微塑料认知等方面进行讨论。

微/纳塑料污染已成为亟待解决的全球性环境问题。微/纳塑料进入土壤后会长期累积在土壤中,并对土壤生态系统健康产生不良影响。该文从土壤生物健康效应和食物链传递风险角度综述了近年来国内外土壤微/纳塑料调查研究进展,分类介绍了土壤中微/纳塑料对植物、动物和微生物的影响及在陆地生物和食物链中的传递,并展望了土壤中微/纳塑料的未来研究方向。该文指出,微/纳塑料广泛存在于不同功能的土壤中,可以被植物吸收和动物摄食,通过食物链传递进入人体。未来需要加强土壤中微/纳塑料污染过程与生物健康效应研究,加强对微/纳塑料在土壤生态系统和食物链中传递的风险评估,为土壤中微/纳塑料的监测、管控和治理提供科学指导和技术方法参考。

传统难降解塑料存在污染问题,因此可生物降解塑料的应用越来越广泛。但在许多自然环境条件下,可生物降解塑料降解速率依然缓慢,也存在一定生态环境风险。目前,在全球气温上升的背景下,可生物降解塑料在土壤环境中老化的纳米尺度机制和破碎化潜势研究还非常有限。因此,以聚乳酸(PLA)基生物降解塑料购物袋膜来源微塑料为研究对象,采用原子力显微镜-红外光谱联用系统(AFM-nanoIR)研究了不同土壤温度条件(常温25 ℃和高温50 ℃)下微塑料表面在纳米尺度上的老化特征。结果表明,两种温度条件下PLA表面粗糙度均随老化时间(7和14 d)增加而增加,且高温条件下粗糙度更高,表明高温土壤环境中PLA表面破碎化更快。纳米红外光谱(nanoIR)成像结果表明,与未老化样品相比,老化PLA表面C-O官能团信号明显增强且空间分布面积比例增加(由原始样品的21.1%提高到老化后的37.9%~50.8%);老化14 d时,高温条件下C-O信号比常温环境更强。相似地,老化PLA表面C=O信号增强,分布面积比例增加,表明PLA在老化过程中形成新的羰基化合键。洛伦兹接触共振技术(LCR)分析结果显示,常温土壤环境PLA表面第1振动峰所在频率变化趋势为14 d>7 d>对照,表明老化PLA表面第1振动频率升高,刚性增加;且高温条件下老化7 d处理PLA表面第1振动频率比常温环境更高,表明出现更硬而脆的表面,而老化14 d时刚性降低。此外,纳米热分析(nano-TA)结果显示未老化PLA样品表面玻璃化转变温度为(72.3±4.9) ℃,老化7 d时,PLA表面玻璃化转变温度上升,表明耐高温性能增强。但老化14 d时,高温条件下PLA玻璃化转变温度下降且不同测试点位的玻璃化转变温度的异质性变大,表明PLA老化表面出现剥落现象。未来应进一步研究PLA表面剥落过程以及微纳塑料的释放和量化。研究结果为可生物降解材料在土壤环境中的破碎化潜势研究及环境风险评估提供技术支撑。

塑料污染是当前全球重大环境问题,也是社会关注的热点。大块塑料在环境中不断降解破碎产生的微塑料造成了更加广泛的环境污染,特别是土壤环境微塑料污染。在分析土壤微塑料污染防治所面临问题的基础上,提出我国土壤微塑料污染防控对策建议,包括制定土壤微塑料监测方法标准、将微塑料纳入土壤环境质量标准体系、提高废弃农膜和农药包装回收率、加强活性污泥资源化利用监管和提升科技支撑能力,尤其是推动源头治理,预防土壤微塑料污染。这些可为我国土壤微塑料污染防治提供思路。