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关于土壤微塑料污染 你知道多少?

北极星环境修复网  来源:BECT期刊    2019/9/11 11:42:36  我要投稿  

北极星环境修复网讯:近年来,海洋和淡水体系中微塑料污染和生态效应研究受到了极大的关注,众多研究表明微塑料在水体环境中大量而广泛存在,且在一定条件下可对水生生物的生存与健康造成较大威胁,这些研究为世界范围内开展水污染防治工作奠定了重要基础。

众所周知,土壤在维系生物多样性和保障食物生产中发挥着重要作用;同时,土壤也默默承载着更多的塑料垃圾。预测未来几年将是土壤污染研究的爆发期,土壤污染将成为该领域的研究热点。那么,关于土壤污染,我们已经获得了哪些认知呢?这些认知又对今后的研究有什么启发呢?近日,来自于南京大学环境学院的谷成教授研究团队,对微塑料在土壤中的污染状况和潜在生物效应研究进展进行了综述。内容主要包括以下六个方面:

1)污染来源

土壤中的微塑料主要来自于:污泥/有机肥施用、农膜施用、大气沉降、污水灌溉、地表径流和乱扔垃圾等(Bläsing and Amelung, 2018;骆永明等, 2018)。目前有新的证据表明污泥施用可能是农用地污染的重要来源(Zhang and Liu, 2018; Corradini et al., 2019)。

2)污染特征

微塑料在土壤中普遍存在,在露天农田土壤、果园土壤、蔬菜大棚土壤、洪泛平原土壤、森林土壤和工业园区土壤中均有检出。检出浓度较高的土壤是澳大利亚悉尼某工业区土壤,含量为0.03–6.7%。在我国,几项基于农用地土壤的调查研究显示,多数土壤样品中的微塑料含量≤ 320 particles kg−1,但在有污泥农用/污水灌溉历史的土壤中,微塑料含量较高,> 7000 particles kg−1。总体上,微塑料类型以PE和PP为主,尺寸以<1mm为主,形态以纤维状为主,其次为碎片状等。

目前还缺乏大尺度、长期跟踪的实地调研,以了解微塑料污染态势及地域分布特征。在这之前首先要解决两个问题是:①完善微塑料分离提取和鉴定方法,以使得调研能更准确地反映实际污染状况;②微塑料含量表达形式的统一,以使得不同时空的研究能够进行有效对比,以重量计量可能比以个数计量更具优势(Zhang et al., 2019)。

3)微生物效应

已有的少量研究主要关注的是微塑料对土壤微生物活性、抗性基因丰度的影响。微塑料污染可能导致微生物总体(酶)活性上调或下调,甚至可能影响土壤养分循环,推测与土壤结构改变和微生物群落组成改变有关(de Souza Machado et al., 2018),但还有待于进一步研究来证实。基于水体和沉积物体系的研究显示微塑料会促进抗性基因的传播(Arias-Andres et al. 2018;黄福义等, 2019),虽然目前还未有系统的土壤体系研究,但微塑料已被发现会阻碍土壤中抗生素和抗性基因的消减(Sun et al., 2018),表明微塑料可能会对抗性基因/抗性菌的分布产生重要影响。

4)动物效应

对土壤动物的研究,主要集中在线虫、寡毛纲动物(如蚯蚓和线蚓)和跳虫上。基于线虫的研究显示,微塑料的毒性效应受其尺寸影响,但并不是严格的线性关系-尺寸越小毒性越大,因为更小尺寸的可能也更容易排出体外。基于蚯蚓和线蚓的研究则显示,微塑料的毒性受其浓度影响较大,一般表现为低浓度无明显效应,高浓度有毒害作用。值得注意的是,在蚯蚓个体指标还没有出明显下降时,其组织和酶水平上可能已经产生了显著变化。跳虫是微塑料敏感物种,在微塑料浓度为0.1%时即表现出规避行为,且生长繁殖能力显著降低(Zhu et al., 2018; Ju et al., 2019),因而在生态风险评价中可能具有较高的应用价值。

5)植物效应

关于植物效应,人们最为关注的两个问题是:微塑料能否被植物吸收累积,以及微塑料对植物可能产生的影响。借助于荧光标记的微塑料,前期研究发现小尺寸的微塑料(≤ 0.2 µm)能够突破细胞壁或细胞膜障碍进入植物体内,并被运输至地上部分,表明具有经食物链传递的风险(Bandmann et al. 2012;李连祯等,2019)。另有研究显示,1%的微塑料污染会对小麦生长造成不利影响(Qi et al., 2018),但由于实验所用微塑料尺寸较大(> 50 µm),推测微塑料对植物生长的影响可能主要是由土壤环境条件改变导致的。

6)微塑料相关有机或无机污染物的作用

受添加剂和表面吸附影响,微塑料可能携带多种有机或无机污染物(Hong et al. 2017)。已有研究显示有些塑料添加剂会显著提高微塑料对海洋动物、污泥消化菌群的毒性(Oliviero et al. 2019;Wei et al. 2019)。因此,微塑料相关污染物在微塑料土壤生物效应中的作用不容忽视,未来可以重点关注含量较高和毒性较大的几类污染物,如增塑剂、阻燃剂和多环芳烃等。

结 语

总体上,土壤方面的探索才刚刚开始,很多问题都有待进行深入研究,以便得出更多实用的、普适性的结论。污染分布方面,我们需要确认污染程度、污染类型等信息,同时,获得微塑料中添加剂或表面吸附污染物的信息将更加有助于其生态风险评估;生物毒性方面,我们需要搞清楚微塑料将如何影响土壤生物的丰度、多样性、组成和功能,以及微塑料剂量、微塑料物理化学特性和土壤类型等因素的影响;毒性机理方面,我们需要区分微塑料的物理作用和化学作用,自身作用与外源污染物的作用,并阐明表观毒性现象背后的分子机制。

由于篇幅限制,还有很多重要的问题在本文中没有涉及到或没有重点阐述,如微塑料对土壤已有污染物生物有效性的影响,微塑料进一步分解成纳米级别微塑料后其毒性变化等。后期我们将选取相关文章与大家分享。

原标题:关于土壤微塑料污染,你知道多少?

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