土壤中微塑料的生态效应与生物降解

塑料污染已成为环境污染治理中重要的一部分,其生态效应和防治一直是近几年污染防治的关注点。由于塑料在环境中较难降解,经过环境中风化等物理作用,这些难以降解的塑料最终形成了直径小于5 mm的微塑料。微塑料作为近几年全球重点研究的污染物,其生态效应和降解方法一直备受关注。除了塑料垃圾污染外,一次性塑料产品、地膜等农用材料的使用,也会造成土壤中微塑料的污染。土壤中的微塑料会通过发生横向和纵向迁移扩大污染范围,加大微塑料在土壤中的污染程度,给土壤微塑料治理带来了很大的挑战。本文从土壤环境、土壤微生物、植物体、食物链等方面综述了微塑料的生态效应,总结了近几年微塑料的危害,探讨了微塑料在植物和食物链中的积累,并且对微塑料沿食物链富集的风险进行分析。土壤微塑料的生态效应主要来自三个方面：塑料的主要成分、塑料合成过程中的添加剂、微塑料在环境中吸收挟带的污染物。微塑料能直接改变土壤的理化性质,影响土壤微生物群落的功能和结构多样性,并且会在植物体内积累,影响植物体健康。微塑料可能会通过饮食、饮水和呼吸等方式进入动物体和人体。除了通过沿食物链传递外,土壤微塑料还能通过扬尘的方式扩散到空气中,从而被食物链中不同...     

土壤环境中微塑料的研究进展

微塑料是一类广泛存在于环境中的塑料颗粒,近年来,微塑料对环境的污染引起了国内外学者的广泛关注。关于微塑料对水环境造成的负面影响有较多报道,但微塑料在陆地环境特别是土壤中的存在和影响的系统性研究鲜有报道。本文从土壤微塑料的来源和分布、分析方法、对生态系统的影响、生态环境效应及管控措施等方面进行了系统综述,并针对今后土壤微塑料的研究提出了相关对策。主要包括以下几个方面:1)土壤微塑料的主要来源包括农用塑料薄膜残留、污泥的土地利用、有机肥施用、地表径流、污水灌溉和大气沉降; 2)总结了土壤中微塑料的分离、提取、鉴定及分析方法的优缺点,但目前仍没有标准化的检测和定量技术; 3)微塑料会影响土壤的结构和理化性质,对植物和动物的生长造成威胁,并改变微生物群落的多样性;4)微塑料表面可附着污染物,对环境造成物理和化学污染,可释放内源性有毒物质,并导致复合污染效应;5)微塑料污染的防控措施主要包括3个方面:研发生物降解塑料产品、从源头控制微塑料的输入以及加强世界各国合作。提出今后微塑料的研究应建立统一的定量分析标准方法,发展更准确的可追溯分析技术,加强对土壤中微塑料污染的科学研究。本研究不仅有助于了解微塑料在土壤中的环境行为,为进一步探索土壤微塑料提供思路,而且可为土壤中微塑料的生态风险评估及污染防治提供理论依据和参考。     

微塑料污染现状及其对土壤生态系统的影响

塑料在全球范围内大量使用,产生的微塑料对环境系统构成了潜在的威胁和不可预测的风险。土壤中微塑料的研究由于受到土壤基质复杂和微塑料来源多样的制约,面临很多困难。通过回顾有关微塑料污染及其对土壤生态系统的影响,解析了现在所面临的土壤微塑料污染问题,并针对土壤中微塑料的来源、分析检测方法,以及微塑料对土壤生态系统的影响进行了总结汇总。在此基础上对土壤微塑料污染研究进行了展望,并探讨分析了未来该领域的主要研究方向和防控措施。     

农田中的(微)塑料污染:来源、迁移、环境生态效应及防治措施

近年来,继海洋中的微塑料污染受到广泛关注后,土壤微塑料的环境风险逐渐受到重视,有关微塑料对土壤生态环境影响的研究取得了积极进展。本文总结了迄今为止的有关农田土壤中(微)塑料的研究成果和进展,阐明了当前国内外农田微塑料污染现状;详细论述了农田土壤中(微)塑料的来源以及不同源对农田微塑料污染的潜在贡献;对农田微塑料污染现有的研究方法尤其是采样方案和微塑料的提取技术做了较为详尽的分析和论证;探讨了微塑料在土壤中的迁移、老化、与其他污染物的相互作用等环境行为和归趋,以及由此带来的环境效应和生态风险,并重点关注了微塑料污染对于农田土壤质量和食品安全带来的挑战;最后列举了部分现有的微塑料污染防治策略及其对农田中微塑料污染防治的意义,并对未来土壤中微塑料的研究方向进行展望。文章认为,农田土壤的塑料与微塑料来自多种源头,其中塑料固体废物尤其是农业地膜是农田中微塑料的主要来源之一。微塑料进入土壤后,在外界物理、化学与生物等因素扰动或作用下,会发生不同尺度的迁移转化甚至生物反应,造成广泛的环境生态影响,主要有对土壤理化性质、微生物群落、土壤动物、植物生长等的不利影响,从而损害土壤健康,影响农业生产和农产品质量;此外,细小的微塑料颗粒尤其是纳米塑料存在经由食物链向人体富集的潜在风险。塑料在土壤环境中可能被生物碎化与缓慢生物降解。考虑到微塑料在环境中的广泛分布,持久性和生态风险,结合各国现有的防治策略,提出了相关的防治建议。     

农田重金属对“土壤-植物-微生物”系统的生态效应

以农田"土壤-植物-微生物"系统为对象,综述了重金属在农田生态系统中的生态效应。认为重金属对"土壤-植物-微生物"系统的影响表现在以下3个方面:影响土壤的生化特性,抑制土壤有机质的分解及矿化过程;被农作物吸收富集,并影响农作物的生长发育;影响微生物种群结构及生物活性,从而影响有机质矿化过程。     

植物多样性对土壤动物影响的研究进展

生物多样性与生态系统功能一直是生态学研究的一个热点。近些年来的研究表明,植物多样性除了影响陆地生态系统地上部分的初级生产力等生态系统功能,还会间接影响地下生物多样性及土壤生态系统过程。本文概述了植物多样性对土壤动物的影响及其主要机制,归纳了植物多样性通过改变输入土壤中的资源数量与资源多样性、微生境结构、土壤环境因子等影响土壤动物的途径。目前关于土壤动物群落对植物多样性的响应仍存在很多问题和争议,本文总结了需要进一步深入研究的方向,特别指出了要加强研究影响植物多样性与土壤动物关系的生物与非生物因子、后续的生态效应和反馈、不同机制和途径的贡献定量化等。     

土壤-地下水中微塑料迁移的影响因素及机制研究进展

微塑料在环境中广泛分布,世界范围内的农业土壤及地下水中都已发现微塑料污染,生态环境和人体健康受到严重威胁。研究土壤-地下水中微塑料迁移的影响因素及机制,对于准确评价其分布归趋及环境风险具有重要意义。该研究通过文献调研,对土壤-地下水环境中微塑料的来源、团聚及迁移研究进行梳理、归纳和总结,系统阐明了土壤-地下水中微塑料迁移的影响因素,剖析了影响微塑料迁移的机制,并对未来研究进行展望。土壤中微塑料的来源可分为原位型微塑料和外源输入型微塑料2种,地下水中的微塑料一般源自于土壤中微塑料的垂直迁移及地表-地下水微塑料交换。水体中微塑料的团聚受多种水环境因素的影响,其团聚程度与迁移能力密切相关,是迁移行为的基础和前提。土壤-地下水中影响微塑料迁移的因素可分为化学、物理、生物3类。水化学条件、介质成分、水流条件、介质物理条件、植物生长发育、小型动物及微生物的生命活动均会影响土壤-地下水中微塑料的迁移行为,且影响机制各不相同。目前,土壤-地下水中微塑料的迁移研究处于起步阶段,在进一步的研究中,野外尺度微塑料迁移、多元化微塑料迁移、微塑料特性对其迁移行为影响、微塑料迁移过程中的转化等研究值得重点关注。     

土壤环境中微塑料污染：来源、过程及风险

土壤环境中微塑料污染问题已成为全球关注的环境问题。相对于水环境,土壤环境中微塑料的研究明显滞后与缺乏。本文系统综述了土壤环境中微塑料的研究进展与未来需求。详细介绍了国内外土壤中微塑料的丰度和分布、微塑料的来源和进入途径;重点分析了微塑料在土壤中的积累、迁移、风化和降解过程,以及与金属和有机污染物的相互作用及其环境效应;阐述了微塑料对土壤中的动物、植物、微生物及土壤质量的影响与生态风险,探讨了土壤中微塑料的暴露途径与潜在的人体健康风险;并展望了土壤环境中微塑料研究的未来方向与重点。以期为全面了解土壤环境微塑料研究的现在与未来提供资讯信息和科学指导。     

土壤中抗生素的环境行为及分布特征研究进展

抗生素被广泛应用于治疗和控制人类及其他动物的细菌感染性疾病,并且可以作为饲料添加剂或生长促进剂用于禽畜养殖。大量抗生素通过有机肥施用、污水灌溉等途径持续进入土壤,导致土壤环境中抗生素种类不断增加、含量逐年增高。抗生素污染会对土壤中微生物、动物、植物等产生直接或间接的影响,诱导耐药菌株及抗性基因的产生,并且抗生素还可以被植物吸收,通过食物链影响人类健康。本文系统介绍了近20年来土壤中抗生素的相关研究,并着重就土壤中抗生素的来源归趋、环境行为以及时空分布情况进行了总结。研究认为土壤中抗生素的环境行为受抗生素种类和土壤性质的强烈影响,并且土壤中抗生素的时空分布与其环境行为和人类活动密切相关。     

微塑料对农田土壤碳转化影响研究进展

近年来,微塑料的生态环境风险受到国内外广泛关注。地膜覆盖、有机肥施用、灌溉和包膜控释肥料使 用等农田管理措施导致微塑料在农田土壤中持续累积。微塑料在土壤中经过物理破碎、化学分解和生物降解等作 用发生迁移和转化,可能影响土壤碳周转,进而影响土壤碳储存和含碳气体排放。因此,通过对国内外有关文献 进行总结和整理,系统地梳理了农田土壤中微塑料的种类和来源,分析了微塑料通过提供碳源影响土壤植物呼吸, 改变酶活性和微生物群落结构,进而直接或间接影响土壤碳排放和碳转化过程,包括以下几个方面:(1)微塑料 是长碳链分子结构,进入农田对土壤有机碳含量和转化及土壤团聚体、孔隙度和含水量等理化属性造成影响; (2)土壤中真菌和细菌对不同类型微塑料的分解和碳周转作用不同;(3)微塑料通过影响植物生长、改变相关功 能基因丰度、酶活性和微生物群落组成进而影响土壤碳转换过程。基于分析微塑料在土壤中的碳转化过程,为评 估微塑料对土壤碳库的影响提供参考。     

Microplastics in agroecosystems: A review of effects on soil biota and key soil functions

Contamination of soils in agroecosystems with microplastics (MPs) is of increasing concern. The contamination of the environment/farmland soils with MPs (1 µm to 5 mm sized particles) and nanoplastics (NPs; <1 µm sized particles) is causing numerous effects on ecological soil functions and human health. MPs enter the soil via several sources, either from intentional plastic use (e.g., plastic mulch, plastic greenhouses, plastic-coated products) or indirectly from the input of sewage sludge, compost, or irrigation water that is contaminated with plastic. Once in the soil, plastic debris can have various impacts such as changes in soil functions and physicochemical properties and it affects soil organisms due to its toxic behavior. This review paper describes the different effects of plastic waste to understand the consequences for agricultural productivity. Furthermore, we identify knowledge gaps and highlight the required approaches, indicating future research directions on sources, transport, and fate of MPs in soils to improve our understanding of various unspecified abiotic and biotic impacts of MP pollution in agroecosystems.     

Microplastics in soil: Impacts and microbial diversity and degradation

Microplastics(MPs) are plastic particles less than 5 mm in size that have become a major environmental pollutant due to their ubiquitous and persistent nature. Microplastic contamination of the aquatic environment has received the most attention so far, whereas the current understanding of MP prevalence and its impacts in the terrestrial environment is largely limited. The MP contamination of soil can cause bioaccumulation and toxicity in terrestrial animals and plants, which can consequently affect human health. This review is aimed towards combining the available information on the occurrence, sources, and effects of MPs on the different aspects of the terrestrial environment and to highlight the limitations in our knowledge regarding the nature and impacts of MPs in soil. The review also highlights microbial degradation of MPs as an advancing research area, with numerous microorganisms being identified as capable of efficiently degrading this persistent contaminant.     

土壤环境质量指导值与标准研究 Ⅲ.污染土壤的生态风险评估

土壤中有毒有害化学物质的蓄积会影响陆地生态系统中植物、动物和微生物的生长、繁殖和生存等，甚至可能会影响到远离污染源的生态系统。生态风险评估方法因此被用来预测土壤污染物引起的生态效应，并定量评估风险产生的大小及其概率。与污染土壤的健康风险评估一样，生态风险评估在我国也处于刚刚兴起的阶段。本文介绍了欧美等发达国家当前使用的一些评估方法，评述了其研究进展，并提出了存在的问题和未来的发展趋势，旨在推动我国污染土壤的生态风险评估研究，以及基于风险评估的土壤环境质量指导值与标准的建立。     

酞酸酯在土壤中的环境行为与健康风险研究进展

酞酸酯(PAEs)又称邻苯二甲酸酯,是环境激素类有机化合物,作为增塑剂在塑料、树脂和橡胶制品中的添加量一般为20%~60%。土壤中PAEs的主要来源有农用化学品、污水灌溉和大气沉降。PAEs在土壤中有较强的富集作用,并能通过一系列的环境地球化学过程进入不同的环境介质,引起环境污染和人类健康风险。本文结合国内外土壤PAEs的相关研究成果,综述了我国土壤PAEs的污染现状,分析了PAEs在土壤-大气界面(挥发、沉降)、土壤-植物系统(植物吸收、植物修复)、土壤-水界面下的环境行为(吸附-解吸)及土壤PAEs污染的环境健康风险,并指出国内土壤PAEs研究中存在的不足。研究结果显示,我国土壤环境总体上已遭受不同程度的PAEs污染;同时,土壤PAEs通过不同界面之间的迁移转化过程,也面临较高的生态环境健康风险。提出今后土壤PAEs研究应以区域土壤污染与环境行为为重点,深入研究土壤PAEs的时空传输与演变规律、多介质迁移转化机制和风险削减与修复措施,为保障土壤生态环境与健康提供理论依据。     

Assessing the effects of environmental pollutants on soil organisms,communities, processes and ecosystems

A wide range of pollutants reach the soils of natural and managed ecosystems in concentrations that can affect their function. These chemicals, which include pesticides, heavy metals, acid deposition and a range of industrial chemicals, can reach soils in many different ways and by various routes. The ecological impacts of these chemicals on agricultural systems can involve effects at the: (i) organism population level, in terms of individual life histories (birth rate, numbers, growth, mortality); (ii) at the community level in terms of effects on plant/plant, plant/microbial, or plant/faunal interactions, species diversity and on soil food webs; (iii) at the ecosystem level, effects on primary and secondary productivity, organic matter breakdown and nutrient cycling; (iv) at the landscape level, changes in spatial heterogeneity of plants and soil organisms, material transfer of soil and nutrients, and hydrologic transfers of nutrients. Currently available methods of assessing the effect of pollutants include single species laboratory tests, a few multi-species assays, and integrated soil microcosms and terrestrial model ecosystems. The latter two methods produce data on the effects of pollutants on populations, communities and ecosystems as well as the fate of pollutants.     

Effects of increasing ultraviolet B radiation on decomposition and soil organic matter dynamics: a synthesis and modelling study

The net effect of increasing ultraviolet B radiation levels on ecosystems is unknown. Most of the relevant ecological research has focused on the responses of living plants and algae to ultraviolet B exposure, with little attention directed toward other groups. However, research in such diverse areas of study as the degradation of textiles, pigments, synthetic polymers, paper, cellulose, wood, and museum artifacts show that ultraviolet light is a significant factor in the decay of many organic compounds. In aquatic ecosystems, the photochemical degradation of recalcitrant, dissolved organic compounds is increased by ultraviolet B exposure, and similar reactions could make important contributions to organic matter turnover in terrestrial ecosystems. This hypothesis is supported by observed patterns of decomposition of exposed surface litter in arid and semi-arid environments. Since plant lignins are both photochemically reactive and form a significant component of soil organic matter, ultraviolet B-induced lignin degradation could alter material cycling in terrestrial ecosystems. However, results of a model simulating the potential effects of ultraviolet B-induced lignin degradation suggest that higher rates of litter turnover may have only slight effects on soil organic matter dynamics.     

燃煤电厂周边土壤中汞的分布和累积研究进展

汞(Hg)是唯一以气态形式存在于大气环境中的有毒重金属污染物。燃煤电厂作为最重要的人为Hg排放源之一,其释放的Hg可随大气环流运输和转化,并通过干湿沉降进入到陆地和海洋生态系统,造成局域、区域和全球范围内的Hg污染。研究燃煤电厂排放的Hg在大气中的沉降规律及其在土壤中的累积特点,对于深入了解燃煤电厂Hg排放的生态影响具有重要意义。本文综述了燃煤电厂Hg排放污染土壤的途径,分析了电厂周围土壤Hg的浓度水平和空间分布特点,总结了影响土壤Hg分布的主要因素,并对将来的研究方向提出了展望。