R

  图片摘要

成果简介：

微塑料对土壤的污染已经成为全球关注的一个重要环境问题。虽然传统上土壤健康主要与作物生产相关，但目前对土壤健康的理解已扩展到更广泛的因素，包括动物安全、微生物多样性、生态功能和人类健康。这一模式的转变凸显了全面评估微塑料对土壤健康影响的迫切性。本综述从2021年至2024年间的最新研究中汲取灵感，通过对各种土壤健康指标的综合调查，阐明微塑料如何破坏土壤生态系统并损害其关键功能，全面分析了导致土壤环境中微塑料污染的过程，并强调了薄膜残留物是农业土壤主要的污染源。土壤中的微塑料不仅阻碍作物的生长，影响其生理过程和产量，还会对土壤动物的生存、生长和繁殖造成负面影响，进而对其健康构成潜在风险。此外，我们对微塑料对土壤微生物和养分循环影响的系统评估突显了其污染的多方面影响，包括对土壤理化性质、土壤微生物群落结构和养分循环的改变。在土壤-植物系统中，微塑料还会与其他污染物发生相互作用，导致复合污染。总之，我们全面总结了当前关于微塑料对土壤健康影响的研究，并提出了未来研究的方向。 应对这些挑战并采用跨学科的方法，将推动我们对微塑料与土壤生态系统之间复杂相互作用的理解，从而为减轻其不利影响提供循证策略。

图文导读：
1.微塑料的来源：

土壤是微塑料的主要储藏库，其来源十分广泛，包括地膜覆盖、垃圾填埋场、污水处理厂产生的污水污泥、有机肥以及灌溉。此外，来自塑料降解、轮胎磨损和工业排放的大气沉降同样会导致土壤中微塑料的积累。

图1.  土壤微塑料的潜在来源

2.微塑料对作物生产力的影响：

大量研究表明，微塑料污染会对作物生长产生不利影响，导致生产力下降。微塑料对作物产量的负面影响与种子萌发、植物生长、生理活性和基因表达的降低有关。

图2.  微塑料对作物生产力的影响：微塑料影响作物的各种生理过程，包括光合作用、水分和养分吸收、氧化应激和基因表达，从而影响作物的整体生产力。注: 微塑料阻碍种子发芽，破坏水分和养分进入作物根系的运输，还会导致细胞内的细胞器损伤。此外，微塑料在作物生长过程中改变基因表达。ROS:活性氧。

3.微塑料对土壤环境的影响：

微塑料进入土壤环境后会影响土壤生态系统的各个成分，包括土壤理化性质、土壤动物群落、微生物多样性和养分循环。

土壤理化性质：微塑料能够改变土壤的容重、团聚体、孔隙度、电导率（EC）和pH值，其影响与微塑料的类型和浓度有关。

土壤动物：微塑料会对土壤中的动物，如蚯蚓、草履虫和线虫，产生严重影响。这些影响包括干扰土壤动物的进食能力、生长和生殖，从而对其健康构成威胁。

土壤微生物：土壤中存在的各种微生物，如细菌、真菌和藻类，对养分循环至关重要。这些微生物释放必需的营养物质，促进地球化学循环。然而，微塑料会破坏这些过程，通过改变土壤环境中的各个成分（包括作物、动物和微生物）之间的相互作用，进而干扰土壤健康和生态系统功能。

图3.  微塑料对土壤环境各组分的影响。注:微塑料进入土壤环境并与土壤微生物和动物相互作用，导致微塑料形态的改变。这些相互作用还会引起土壤功能的变化，导致温室气体排放增加。此外，微塑料与其他污染物结合时表现出毒性作用。

4. 微塑料与其他污染物对土壤-作物系统的协同毒性效应

由于人类活动的影响，微塑料在环境中已广泛存在，并且作为农药、重金属和抗生素等污染物的重要载体，可能会加剧土壤污染和毒性，其影响可能超过单一污染物的作用。

农药：杀虫剂的过度使用导致土壤污染，而来自农用聚乙烯薄膜的微塑料能够吸附并固定这些杀虫剂，从而减缓其降解速度。

重金属：微塑料的吸附作用可能增加土壤中重金属的含量，从而提高土壤生态系统的毒性。特别是来自农膜的微塑料，可以吸附铜、镉和铅等重金属，增强这些金属的流动性，并可能加剧其毒性作用。此外，微塑料的老化还会提高其对重金属的吸附能力，进一步影响作物生长。

抗生素：由于微塑料种类繁多，其化学结构各异，因此不同的抗生素在微塑料上的吸附行为也有所不同。研究表明，pH值和微塑料特性等因素会影响这种吸附行为。例如，在含有微塑料的土壤中，四环素的降解和抗生素耐药基因（ARG）的消除均有所降低。然而，一些研究发现，微塑料与四环素对微生物多样性或四环素积累的协同毒性并不明显。

5. 人类健康

微塑料是一种对人类健康构成潜在风险的新兴污染物，能够通过土壤、农作物和动物进入食物链，并随着时间的推移逐渐累积，最终进入人体，导致一系列健康问题，从而对人类健康构成长期威胁。

6. 结论与展望

研究表明，微塑料对作物生产力、土壤生态系统以及人类福祉构成了普遍威胁。因此，本综述强调，亟需采取协调一致的行动，以减轻微塑料对土壤健康的有害影响。这需要采取综合性的战略，将严谨的科学态度、跨学科合作与公众意识有机结合，深入探讨土壤健康与更广泛的环境及人类健康问题之间的相互联系，为可持续的土壤管理实践铺平道路，从而保护生态系统、保障粮食安全。

论文第一作者为2022级硕士研究生常楠，通讯作者为方临川研究员。该研究得到国家自然科学基金联合重点基金项目(U21A20237)的资助。

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175643