微塑料對(duì)土壤危害多，生物塑料能否救局未有定論

塑料是聚合結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔铮写罅康奶砑觿?，以提升某種性能。二十世紀(jì)四十年代以來(lái)，人們開(kāi)始大規(guī)模地生產(chǎn)塑料（注：本文所稱(chēng)塑料包括石油基塑料和生物基塑料）。2019年，全球塑料產(chǎn)量近3.68億噸，其中1%是生物基塑料。

生物基塑料（或稱(chēng)生物塑料）是由可再生資源如淀粉、糖、天然纖維或其他不同成分的有機(jī)物合成的聚合物。生物基塑料不一定是可生物降解的。據(jù)估計(jì)，近一半的生物基聚合物都不能夠輕易在環(huán)境中進(jìn)行生物分解。

歐洲生物塑料協(xié)會(huì)這樣定義生物塑料：“生物塑料要么是基于生物的，要么是生物可降解的，要么兼具兩種特性?！?/p>

塑料分類(lèi)

圖源：知乎@Biobased

為了改善純聚合物的物理化學(xué)特性，市面上的塑料（不管是石油基塑料還是生物基塑料，下同）通常均含有添加劑和（或）改性劑。這些添加的成分有利于增加柔韌性、抵御紫外線(xiàn)、降低可燃性，或賦予成品塑料其他理想的物理特性。添加劑或改性劑不僅改變了聚合物的物理化學(xué)特性，還改變了它們的包括生物降解性和毒性在內(nèi)的生物特性。

沒(méi)有得到妥當(dāng)處理的塑料垃圾會(huì)直接進(jìn)入陸地和（或）水生生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)估計(jì)，32%的塑料會(huì)留在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

土壤為生物提供水和養(yǎng)分，參與全球生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)和其他循環(huán)，具有生物活性，是環(huán)境中十分重要的組成部分。塑料顆粒，特別是較小的顆粒（微塑料和納米塑料），容易在土壤基質(zhì)中垂直和水平遷移，一些顆粒甚至到可以達(dá)含水層，導(dǎo)致地下水污染。塑料顆粒的分布十分廣泛，不僅出現(xiàn)在城市、工業(yè)區(qū)，還會(huì)出現(xiàn)在偏遠(yuǎn)島嶼的海岸線(xiàn)、河漫灘和農(nóng)田中。

進(jìn)入土壤的塑料會(huì)經(jīng)歷許多生物、化學(xué)和物理過(guò)程。生物方面，主要和蚯蚓的活動(dòng)、植物根系的生物擾動(dòng)和微生物分解有關(guān)。物理化學(xué)方面，包括吸附、解吸、沉淀、融入土壤團(tuán)聚體等。

研究表明，塑料會(huì)引起土壤化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化，從而可能導(dǎo)致土壤環(huán)境中的水分平衡和循環(huán)受到干擾。土壤性質(zhì)的變化直接或間接地作用于土壤生物群。因此，土壤中的塑料的生態(tài)毒性作用既包括塑料顆?；蚱浣到猱a(chǎn)物對(duì)土壤生物的直接影響，也包括塑料浸出物或塑料降解產(chǎn)物浸出物對(duì)土壤生物群的影響。

塑料對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)非生物部分的影響

塑料出現(xiàn)在陸地環(huán)境中，改變了土壤的化學(xué)成分，導(dǎo)致土壤成分與塑料顆粒以及其他污染土壤區(qū)間的化學(xué)物質(zhì)之間發(fā)生相互作用。

塑料幾乎都是碳化合物。不妨假設(shè)，從長(zhǎng)期來(lái)看，聚合物中的碳會(huì)成為土壤的碳庫(kù)，加劇土壤微生物的進(jìn)化壓力（注：selective pressure，即外界施予一個(gè)生物進(jìn)化過(guò)程的壓力，會(huì)改變?cè)撨^(guò)程的前進(jìn)方向）。

除了碳原子，部分塑料還包含氮（聚丙烯腈）或氟（聚四氟乙烯）等元素，這些元素均有可能會(huì)進(jìn)入生物地球化學(xué)循環(huán)（注：bio-geochemical cycle，即環(huán)境中各種元素沿著特定路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，由周?chē)h(huán)境進(jìn)入生物體，最后回到環(huán)境中的循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程）。

土壤中的塑料

攝影：彭瑞祥

如前所述，塑料含有各種添加劑，添加劑可以在聚合或加工的任何階段以任何比例加入聚合物中。據(jù)估計(jì)，添加劑占塑料質(zhì)量的70%。因此，它們也可能進(jìn)入土壤基質(zhì)中，并影響土壤的物理和化學(xué)特性。

塑料不僅會(huì)直接改變土壤的化學(xué)成分，也會(huì)帶來(lái)間接影響。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)，高濃度的PVC微顆粒明顯增加了溶解有機(jī)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（碳、氮和磷）含量。此外，微塑料PVC促進(jìn)了高分子量的腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)和富勒維酸的積累，而富勒維酸的積累可能有利于提高污染物的生物利用率、流動(dòng)性，推動(dòng)其在土壤中的轉(zhuǎn)化。

報(bào)告特別指出，容易被微生物分解的生物基塑料可能會(huì)減少土壤中的營(yíng)養(yǎng)成分。這是因?yàn)槲⑸锏男玛惔x需要氮、磷和其他元素，以進(jìn)行生物降解，導(dǎo)致這些物質(zhì)的缺失。塑料還會(huì)吸附有害污染物，包括有毒的有機(jī)化學(xué)品、重金屬和抗生素，再加上塑料在土壤和水生環(huán)境中的流動(dòng)性，它們可能會(huì)改變細(xì)菌的抗生素抗性特征。

塑料顆粒的到來(lái)引發(fā)了土壤化學(xué)成分的變化，帶來(lái)了土壤物理性質(zhì)的變化，并影響了各種土壤的參數(shù)和過(guò)程，如土壤孔隙、毛細(xì)管、濕潤(rùn)過(guò)程、體積密度、土壤水分和蒸騰作用。

研究發(fā)現(xiàn)，添加到土壤中的微塑料會(huì)讓土壤聚集度下降。部分微塑料（PEHD、PES、PET等）還會(huì)讓土壤的體積密度下降，而土壤體積密度降低，可能會(huì)提升土壤透氣性，改善土壤生產(chǎn)力，帶來(lái)積極影響。

土壤中的塑料影響了水的飽和度和土壤中的轉(zhuǎn)化，最終影響到陸地上的水循環(huán)。研究人員觀察到，塑料增加了土壤水的蒸發(fā)速度。

不過(guò)，不同塑料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也存在差異，例如PA（尼龍）和PES（聚醚砜樹(shù)脂）會(huì)讓蒸發(fā)量分別增加約35%和50%，但添加了PEHD（高密度聚乙烯）、PET（滌綸樹(shù)脂）、PS（聚苯乙烯）的情況下，蒸發(fā)量的增加則較小。

塑料對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響是一個(gè)多層面的問(wèn)題，涵括土壤化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化，以及生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)和水平衡的波動(dòng)。這些變化的過(guò)程和結(jié)果取決于許多因素，如生物塑料的化學(xué)成分、濃度，土壤的類(lèi)型和成分等，因此研究結(jié)果和結(jié)論各不相同，很難一言以蔽之。

塑料對(duì)陸生生物的影響

通常來(lái)說(shuō)，土壤生物群分為植物（單子葉植物和雙子葉植物）、微生物（細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌和藻類(lèi)）和土壤動(dòng)物（原生動(dòng)物、線(xiàn)蟲(chóng)、螨蟲(chóng)、彈簧蟲(chóng)、蜘蛛、昆蟲(chóng)、蚯蚓）。

植物方面，研究人員發(fā)現(xiàn)，土壤中存在的塑料微粒和塑料的浸出物會(huì)造成種子發(fā)育異常。另外一組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，種子發(fā)芽的早期階段，塑料會(huì)對(duì)發(fā)芽率產(chǎn)生影響，這很有可能是微塑料對(duì)種子囊中的空隙造成了物理堵塞。研究人員還發(fā)現(xiàn)，淀粉基生物降解塑料的微顆粒和大顆粒會(huì)抑制小麥在分葉期（從收獲的14天左右到40天）的生長(zhǎng)高度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，和大顆粒相比，小顆粒的塑料碎片在吸收有毒化學(xué)物質(zhì)和將其轉(zhuǎn)移到食物鏈中的流動(dòng)性、生物利用度和效率更高，也就是說(shuō)，塑料的碎裂會(huì)促進(jìn)其在土壤間的運(yùn)輸和擴(kuò)散。

微塑料也會(huì)在食物鏈中積累和轉(zhuǎn)移。2017年，Huerta Lwanga等人研究了位于墨西哥的10個(gè)家庭花園中的蚯蚓和雞對(duì)PE微顆粒和大顆粒的攝取情況。從土壤到蚯蚓尸體再到雞的糞便，微塑料顆粒不斷累積，濃度不斷提高。這表明，微塑料和大塑料有可能進(jìn)入陸地食物鏈中。

科學(xué)家還用彈簧蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和蝸牛作了陸地生態(tài)系統(tǒng)的毒性研究。研究發(fā)現(xiàn)，生活在有微塑料的土壤中，彈簧蟲(chóng)的體重和繁殖能力明顯下降，腸道的微生物群也發(fā)生了變化。塑料納米顆粒和微顆?？赡芙档途€(xiàn)蟲(chóng)的存活率，壽命明顯減少，但沒(méi)有對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)的繁殖造成影響。

與未接觸塑料微粒的蝸牛相比，接觸了塑料微粒的蝸牛食物攝入量沒(méi)有明顯減少，但塑料微纖維損害了它們的胃腸道，破壞了它們的排泄。目前，有關(guān)塑料對(duì)彈簧蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和其他土壤動(dòng)物的影響的研究，僅限于石油基塑料。

微塑料進(jìn)入土壤的過(guò)程

圖源：《土壤學(xué)報(bào)》

通過(guò)梳理塑料顆粒影響的有關(guān)研究，我們發(fā)現(xiàn)，目前，有關(guān)生物基塑料對(duì)土壤環(huán)境尤其是對(duì)生物的影響存在研究空白。因此我們建議，對(duì)生物基塑料作進(jìn)一步的生態(tài)毒理學(xué)研究，評(píng)估生物基塑料對(duì)蚯蚓和其他土壤動(dòng)物的影響，擴(kuò)大塑料對(duì)植物和微生物的生態(tài)毒性測(cè)試范圍，全面評(píng)估塑料對(duì)土壤生物的直接及間接影響，發(fā)展、完善用生物基塑料取代石油基塑料的環(huán)境安全評(píng)估。

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編輯：劉婧童、擺脫塑縛