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摘要：微塑料（MPs）正在对土壤生态系统造成新的威胁，引起全球的高度关注。然而，到目前为止，MPs在土壤-植物系统中的分布，以及其毒性和影响机制仍然没有得到很好的研究。本研究介绍了MPs的不同来源，并根据从116项研究（1003个采样点）收集的数据揭示了MPs污染的全球地理分布存在显著空间差异。我们系统地讨论了MPs的植物毒性，如植物吸收和向茎叶迁移、延迟种子萌发、阻碍植物生长、抑制光合作用、干扰营养代谢、引起氧化损伤和产生遗传毒性。我们进一步强调了MPs对土壤结构和功能的改变，以及其自身和负荷毒性，是威胁植物的潜在机制。最后，本文提出了几种缓解土壤MPs污染的预防策略，指出了MPs在土壤-植物系统中的生物地球化学行为方面的研究空白，同时建议尽快探索和建立MPs在植物组织中积累的定量检测方法。本综述将有助于加深对土壤-植物系统中MPs的环境行为的理解，并为更好地评估MPs的生态风险提供理论参考。

图文摘要

主要内容：土壤MPs的来源多种多样，主要包括地膜覆盖、污泥利用、有机肥施用、污水灌溉和大气沉降。值得注意的是，从116项研究中收集的数据表明，MPs在全球的土壤（沉积物）空间分布差异很大，其浓度差异高达6个数量级。

图1 陆地环境中微塑料的生成

图2 土壤环境微塑料污染采样点地理分布与浓度数据集

由于MPs在土壤中广泛分布和积累，其对植物系统的影响最近引起了全球的关注。研究表明，MPs可被植物根系吸收并运输到地上组织，并对植物的许多生理生化过程产生广泛的毒性作用，如延迟种子萌发，抑制植物生长，改变根系特征，减少生物量，干扰光合作用，造成氧化损伤并产生遗传毒性。相应地，在MPs胁迫下，植物进化出了合适的耐受系统，包括抗氧化酶:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POX)，以及非酶抗氧化剂:谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)等。总的来说，这些由不同调控机制表达的多重同工酶在各种环境胁迫下协同保护细胞器，减少组织损伤。然而，值得一提的是，目前人们对陆地生态系统中MPs的研究还很缺乏。文献中报道的不同MPs对植物的不同危害可能仅在特定条件下发生，这与MPs的性质、暴露剂量和植物种类等密切相关。同时，由于现有关于MPs的研究大多是室内短期试验，其测试浓度通常远远超过实际环境背景值，只能提供植物对MPs的急性反应。因此，未来可能需要长期现场监测试验，以进一步评估和确定。

图3 微塑料对植物和植物耐受系统的吸收和毒性

MPs的植物毒性因素可能相当复杂。基于已有研究和数据，我们探索了MPs影响植物系统的潜在机制，如下图所示：1) MPs通过间接改变土壤结构和功能(如土壤物理环境、化学肥力、微生物活性和酶)来影响植物生长；2) MPs本身的毒性作用(如填料、阻燃剂、抗氧化剂、增塑剂和着色剂等)；3) MPs对污染物的负载毒性 (如重金属、多环芳烃、抗生素抗性基因等)。

图4 微塑料对植物影响的潜在机制

根据全球塑料生产、消费者使用模式、塑料垃圾不当处理和人口统计趋势，认为塑料使用在未来将呈指数级增长。然而，由于其稳定性和不可降解性，大量排放和积累的MPs将准永久地留在环境中，从而对生态系统构成潜在风险。因此，减少土壤中MPs的污染迫在眉睫，本文建议主要的预防措施包括源头控制、塑料降解和政策实施。

展望：目前，MPs在土壤环境中的研究正在迅速发展。然而，土壤-植物系统中MPs的生物地球化学行为的数据仍然比水系统中的数据少得多，以下问题值得研究人员进一步关注，并有望在未来的工作中得到解决：

（1）迫切需要建立一种定量检测MPs在植物组织中积累的方法，以分析不同植物对MPs的实际吸附情况。

（2）研究MPs在土壤-植物系统中的吸附、植物吸收、转运和组织分布机制，特别是不同植物物种对不同类型MPs（聚合物类型、大小、形状）的吸收途径和吸收动力学，以提供MPs对植物毒性的可靠数据。

（3）结合盆栽和田间试验，监测不同MPs对不同植物类型的阈值毒性水平。

（4）探讨土壤环境中MPs与多种有害污染物共同暴露对各种陆生植物的毒性效应。

（5）寻找绿色、高效和环保的控制措施，以减少植物对MPs的吸收，并降低其在土壤-植物系统中的迁移。

综述发表在Journal of Hazardous Materials，影响因子10.588。第一作者张志琴，通讯作者方临川研究员，该研究得到国家自然科学基金（41977031, 41671406）和陕西省杰出青年科学基金（2020JC-31）资助。