土壤微塑料研究進(jìn)展

劉李嵐

摘要

摘要土壤作為地球污染物最大的“匯”之一，微塑料的存在嚴(yán)重威脅著土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康與功能.本文概述微塑料的賦存情況及其進(jìn)入土壤的潛在途徑，介紹土壤微塑料環(huán)境行為的影響因素與介導(dǎo)機(jī)制，重點(diǎn)討論微塑料對土壤生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)后果，最后借助Vosviewer和Citespace直觀地分析土壤微塑料的研究熱點(diǎn)及趨勢.通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，土壤微塑料的主要匯集地是工業(yè)區(qū)、人口密集區(qū)及發(fā)達(dá)地區(qū)，主要來源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)三廢排放及人類活動(dòng)等;這些微塑料經(jīng)吸附、降解與轉(zhuǎn)化、遷移與運(yùn)輸?shù)拳h(huán)境行為滯留在土壤中，進(jìn)一步通過自身毒性、塑料添加劑及負(fù)載污染物直接或間接對土壤理化性質(zhì)、土壤微生物及動(dòng)植物等產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng).文獻(xiàn)計(jì)量分析表明，土壤微塑料的研究主題包含塑料降解、塑料檢測、環(huán)境行為及微塑料對土壤生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境、動(dòng)植物、人類健康的危害等七大方面，土壤微塑料的檢測方法、豐度調(diào)查、歸趨、危害以及對人類食物的風(fēng)險(xiǎn)等是研究熱點(diǎn).

結(jié)合現(xiàn)狀及熱點(diǎn)，提出未來土壤微塑料的研究應(yīng)關(guān)注：(1)建立統(tǒng)一的土壤微塑料檢測方法，以對全球土壤微塑料污染進(jìn)行評估;(2)解析微塑料在不同環(huán)境介質(zhì)間的環(huán)境行為機(jī)制，管控陸地生態(tài)系統(tǒng)微塑料的污染治理;(3)探明土壤微塑料通過營養(yǎng)轉(zhuǎn)移和世代效應(yīng)對高等生物尤其是人體的潛在危害機(jī)制.

關(guān)鍵詞土壤微塑料;賦存特征;環(huán)境行為;生態(tài)效應(yīng);研究主題;研究趨勢

土壤微塑料研究主題及熱點(diǎn)分析

1研究主題

#1主要是對微塑料降解的研究，在物理(太陽輻射、摩擦、高溫、風(fēng)化等)、化學(xué)(酶試劑)及生物[以蚯蚓為代表的動(dòng)物及功能性微生物(細(xì)菌、真菌)]的作用下可加速降解或代謝微塑料.

#2主要是對微塑料的定性定量分析，關(guān)于微塑料的定性分析主要采用的是傅里葉紅外光譜分析法、拉曼光譜法、激光紅外、熱裂解—氣質(zhì)聯(lián)用等，微塑料的定量分析主要采用熱裂解—氣質(zhì)聯(lián)用及激光紅外等.

#3主要是對土壤環(huán)境中微塑料的遷移、吸附及解吸等環(huán)境行為的研究.

#4主要研究微塑料與其他污染物如重金屬、抗生素、持久性有機(jī)污染物等協(xié)同，使得微塑料成為一種毒性更強(qiáng)的復(fù)合污染物，進(jìn)一步危害土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能.

#5主要研究微塑料在環(huán)境中的積累及其對環(huán)境的危害性.#6主要描述土壤微塑料對動(dòng)植物毒害作用，當(dāng)生物體內(nèi)的微塑料富集到一定程度時(shí)，生物體的生長和生物量都會(huì)減慢，甚至可能導(dǎo)致死亡.

#7主要研究土壤微塑料對人類健康的影響，土壤微塑料可被植物吸收到可食用部位，通過食物鏈進(jìn)一步富集到人體中，威脅人類健康.

2研究趨勢及熱點(diǎn)分析

時(shí)間線視圖是從各個(gè)聚類(即子領(lǐng)域)中獲得，以檢測土壤微塑料的研究熱點(diǎn)、前沿及動(dòng)態(tài)演變，結(jié)果表明聚類的結(jié)果是合理的.對時(shí)間線譜進(jìn)行分析(圖2)

得出土壤微塑料的研究演進(jìn)路徑大致分為兩個(gè)階段：第一階段(2009-2014年)文獻(xiàn)較少，研究內(nèi)容較單一，主要集中于海岸線或者淡水湖泊沉積土塑料豐度的研究，在這一階段最具代表性的研究是利用陸地和海洋輸入，模擬世界海洋中30年的漂浮物輸入、運(yùn)輸和積累(#10);

第二階段(2015-2021)，2015年第二屆聯(lián)合國環(huán)境大會(huì)將微塑料污染列入了環(huán)境與生態(tài)科學(xué)研究領(lǐng)域的第二大科學(xué)問題，2018年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布世界環(huán)境日主題——“塑戰(zhàn)速?zèng)Q”，至此土壤微塑料的研究逐漸多元化，研究熱點(diǎn)過渡到了土壤環(huán)境中微塑料的來源、分布、降解歸趨及影響。此外，圖2也顯示了每個(gè)集群中出現(xiàn)重要成果的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在該研究中發(fā)現(xiàn)192個(gè)沿海國家產(chǎn)生了2.75億t塑料垃圾，其中480萬至1270萬t進(jìn)入海洋，如果不改善廢物管理基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)到2025年，可從陸地進(jìn)入海洋的塑料垃圾累積數(shù)量將增加一個(gè)數(shù)量級.聚類#1‘northwesternsouthchinasea’是第二大聚類，包含33篇文獻(xiàn)，該集群中爆發(fā)力最強(qiáng)的參考文獻(xiàn)是HortonAA(2017)(圖2，圖3)，其對英國泰晤士河支流沉積物中大型微塑料的豐度、來源和定量方法進(jìn)行了研究.聚類#4‘measuringmicroplastic是土壤微塑料研究中持續(xù)時(shí)間最長的，從2011年到2020年持續(xù)了10年，由于土壤環(huán)境基質(zhì)復(fù)雜，所以土壤微塑料的檢測包含定性定量研究是研究人員持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn).聚類#13‘humanfoodrisk’平均在2021年出現(xiàn)(表3)

是土壤微塑料研究的最新研究熱點(diǎn)，剪影值為0.996，略高于之前的0號聚類，表明其同質(zhì)性更高，目前已在人類食用的食物樣本如海鮮類、蔬菜類等均發(fā)現(xiàn)了微塑料，通過攝入或接觸微塑料可能會(huì)對人類健康造成不利影響.

總結(jié)

通過文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析，土壤微塑料的研究主題包含塑料降解、塑料檢測、環(huán)境行為及其危害性等七大方面，研究熱點(diǎn)主要是土壤微塑料的檢測方法、豐度調(diào)查、歸趨、危害以及對人類食物的風(fēng)險(xiǎn)等.基于研究現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)，未來土壤微塑料的研究可以從以下幾個(gè)方面完善：

(1)亟須建立一種準(zhǔn)確、簡便、高效的土壤微塑料檢測方法，包含土壤樣品中微塑料的采集、分離提取、鑒定及計(jì)算方法，以適用于各種來源、成分、大小和形狀的微塑料檢測.同時(shí)今后的研究應(yīng)加強(qiáng)對不同類型土壤及其利用方式中微塑料的檢測，以獲得更多的定量數(shù)據(jù)，以支撐分析區(qū)域范圍內(nèi)或全球土壤微塑料的總污染狀況，為各地甚至全球后續(xù)微塑料預(yù)防和管理提供參考.

(2)鑒于目前可降解微塑料存在的爭議，迫切需要解決可降解微塑料在陸地環(huán)境中的吸附、遷移和降解問題，以進(jìn)一步解析可降解微塑料在環(huán)境介質(zhì)、生物體及食物鏈中的遷移累積機(jī)制及其生態(tài)毒理學(xué)分析.同時(shí)還需要考慮到(可降解)微塑料的碳、氮衍生物，以評估微塑料向土壤生態(tài)系統(tǒng)碳、氮的投入率，從而更加深入了解其在土壤中的持久性和環(huán)境行為.

(3)微塑料進(jìn)入生物體內(nèi)具有放大作用，并可通過食物鏈傳遞到高等生物及人體內(nèi)，因此未來需加強(qiáng)營養(yǎng)轉(zhuǎn)移和世代效應(yīng)研究，以探明微塑料對生態(tài)系統(tǒng)中的群落結(jié)構(gòu)、種群動(dòng)態(tài)、物種多樣性及物種生態(tài)分布的改變機(jī)制;進(jìn)一步還應(yīng)考慮在食物鏈傳遞過程中微塑料添加劑(增塑劑、阻燃劑、抗氧化劑和光穩(wěn)定劑)的釋放和吸附土壤中的其他毒性物質(zhì)對高等生物尤其是人體的潛在毒性研究.

(4)構(gòu)建微塑料治理體系，并進(jìn)一步研發(fā)酶及功能性微生物及動(dòng)植物降解微塑料，以緩解陸地生態(tài)系統(tǒng)的微塑料污染