土壤微塑料污染及生态效应研究进展

微塑料作为一种新型环境污染物,对土壤生态系统构成严重威胁。当前对微塑料的研究多集中于水域生态系统,而对土壤生态系统的影响研究较少。本文综述了土壤微塑料的分类及来源,分离、检测方法及存在问题,总结了土壤微塑料的污染和微塑料对污染物的吸附效应及机理,分析了其对土壤动物、微生物生态及碳、氮等物质循环的影响,最后针对微塑料的生态效应提出展望,为今后土壤微塑料的研究提供了新的思路。     

土壤中微塑料来源、污染现状及生态效应研究进展

塑料制品因成本低、可塑性好、耐用性强等特点,广泛应用于各行业。微塑料（Microplastics,MPs）作为土壤环境中一种新型持久性有机污染物,具有颗粒小、化学稳定性强、难降解、吸附性强等特点,吸引了全球学者广泛关注。近年来,农业耕作通过地膜栽种、污水灌溉、污泥利用和有机肥栽培等种植方式提高农作物产量,但其中残留的微塑料改变土壤环境中微塑料浓度分布,对土壤环境造成负面影响,也对生态系统和人类健康造成威胁。文章系统阐述土壤环境中微塑料来源及途径、污染现状、生态效应等污染问题,展望未来土壤中微塑料污染研究方向与重点,以期为全面了解土壤环境中微塑料污染机理和寻求解决微塑料污染提供思路。     

农田土壤中微塑料的赋存、迁移及生态效应研究进展

继海洋及淡水环境微塑料污染受到广泛关注后,土壤环境微塑料污染也逐渐受到重视,但基于农业生态系统视角关注土壤环境微塑料污染的研究仍相对匮乏。微塑料可通过多种途径进入农田土壤并持续累积,进而对农田土壤生态系统产生重要影响,甚至能够通过食物链威胁人类健康。本文基于CNKI中文数据库和Web of Science核心合集数据库,利用CiteSpace软件对土壤微塑料污染的研究结果和文献报道进行了分析,追踪对比了国内外研究的重点和热点。在此基础上,介绍了以农业生产活动为主的土壤微塑料来源,总结了国内外农田土壤中微塑料的丰度及分布特征,探讨了微塑料在农田土壤中的迁移行为及机制,同时从土壤理化性质以及土壤动物、植物、微生物等方面阐述了农田土壤中微塑料的生态效应。最后,提出了农田土壤微塑料污染研究中需要进一步解决的问题,并且对农田土壤微塑料污染未来的研究方向及重点进行了展望,以期为农田土壤微塑料的生态风险评估以及污染防控提供科学参考。     

土壤微塑料和农药污染及其对土壤动物毒性效应的研究进展

微塑料和农药可能会在土壤中长期共存,塑料制品的种类和结构差异导致其对化学污染物有不同的亲和力和吸附行为。因此,微塑料可作为农药的载体,与农药形成复合污染,对生物体产生联合毒性效应,进而对食物链乃至人类产生健康危害。本文归纳了微塑料和农药对土壤环境的影响,阐述微塑料吸附农药的机理与研究现状,分析了微塑料和农药对土壤动物的联合毒性效应,指出当前研究存在的问题并对未来研究方向进行展望,为未来研究微塑料与农药在土壤中的环境行为提供重要参考。     

百草枯污染土壤的微生物生态效应

研究了除草剂百草枯在3种不同浓度下对土壤微生物的种群数量及其部分活性的影响。结果表明,施用百草枯对土壤微生物有明显的影响。0.05￣5mg/kg的百草枯在施药后30d内,真菌种群严重被抑制;硝化细菌种群和纤维素分解菌种群均呈刺激效应;低浓度的百草枯刺激土壤细菌和放线菌种群的生长,而高浓度的百草枯则抑制其生长。结果同时表明,百草枯对土壤硝化作用和纤维素分解强度的影响均表现为刺激效应。随着加药时间的延长,这种刺激或抑制作用又逐渐恢复或接近正常水平。     

土壤微塑料污染研究进展与展望

微塑料污染已成为全世界广泛关注的环境问题之一。近年来,土壤微塑料污染问题格外受到关注。本研究从土壤微塑料污染防治体系构建的角度,综述了微塑料定义、土壤微塑料检测方法、土壤微塑料的赋存分布与主要来源、微塑料对土壤生物的毒性效应以及土壤微塑料污染防治等方面的研究进展,最后根据现有研究基础提出进一步加强土壤微塑料基础问题研究,以及开展土壤微塑料污染防控技术和宏观决策体系研究的具体研究路径展望,为今后土壤微塑料的研究提供思路。     

石油污染土壤的生态效应

采用盆栽和田间实验,研究了不同浓度石油对玉米出苗率和幼苗叶绿素含量的影响,调查了土壤中石油初始质量浓度为10000mg·kg^-1时,对玉米生长性状、籽粒质量和土壤中微生物群落的影响,探讨了石油在玉米不同部位的残留量和不同时期土壤中石油含量变化。结果表明,土壤中石油初始质量浓度为3000、5000和10000mg·kg^-1时,幼苗叶片叶绿素含量依次减少1.7%、5.6%和11.3%,对玉米出苗率无显著影响。初始质量浓度为10000mg·kg^-1时,500d处理嗜油细菌数量高出对照94.4倍;石油污染处理的第1a,玉米株高、茎粗、地上生物量、根重、穗长、穗均粒数、百粒重和单株粒重较对照依次减少12.2%、14.3%、14.5%、15.5%、10.9%、4.4%、5.1%和6.2%,籽粒中粗脂肪、粗蛋白、淀粉含量分别下降5.8%、6.7%和7.2%,苯并[a]芘含量超过国家食品标准所规定的限量,玉米根、籽粒和穗芯中石油残留量较对照分别增加了4.77、3.82和0.29mg·kg^-1。在微生物、植物和自然条件的作用下,1a后石油对玉米生长的影响基本消除,2a后土壤中石油降解率达到95.5%,土壤中石油含量低于国家标准所规定的限量。     

农田土壤微塑料污染研究现状与问题思考

微塑料作为一类新型环境污染物,对海洋及陆地水域生态环境的污染问题受到全球的关注,然而农田土壤中微塑料的污染尚未引起广泛的关注.当前农田土壤微塑料污染形势不容乐观,对土壤生态安全和农产品安全构成威胁;因微塑料可在生物体内积累,并在食物链间传递、积聚,对人体健康存在潜在风险.对当前农田土壤微塑料污染现状、来源、迁移降解及对土壤生态系统的影响进行了总结和分析,指出当前农田土壤微塑料污染研究中出现的问题和不足.在此基础上,对农田土壤微塑料的污染研究进行了展望,并指出在农田微塑料污染研究中统一分析标准、系统分析农田微塑料的生态效应及健康风险;加强源头控制与风险管控措施相结合,为未来我国农田土壤微塑料污染研究和污染防治技术的创新提供参考与思路.     

(微)塑料污染对土壤生态系统的影响:进展与思考

塑料已经成为现代社会不可或缺的产品而被广泛应用,塑料污染也成了一个全球性的环境污染问题。近年来,土壤塑料污染的问题也开始受到关注。本文针对近几年来国内外关于塑料污染对土壤生态系统的影响进行综述,主要包括以下几个方面:(1)微塑料对土壤物理化学性质的影响;(2)微塑料对土壤微生物群落的影响;(3)微塑料与土壤动物的相互作用。最后,本文对未来关于土壤微塑料研究的重点方向进行了展望。     

北疆典型棉区土壤微塑料污染现状及分布特征

为研究北疆棉区土壤微塑料的污染现状及分布特征,于2021年4月采集分析了不同覆膜年限(0、5、10、20、30 a)及不同土层深度(0～10、10～20、20～30 cm)的土壤样品。结果表明：北疆棉区土壤中微塑料丰度范围为1 565～3 560个·kg^-1,且随着覆膜年限的增加微塑料丰度值呈现升高趋势,但地膜的使用量与微塑料丰度的关联度逐渐降低,10～30 cm土壤微塑料丰度与地膜的使用量关联度高;该区域土壤微塑料形状主要有薄膜状、碎片状、纤维状和发泡状4种;微塑料颜色包括白色透明、黑色、黄色和其他颜色,所占比例分别为69.02%、14.78%、6.49%和9.71%;微塑料粒径随覆膜年限增加而减小,粒径<0.5 mm的微塑料所占百分比最大;利用傅里叶衰减全反射红外光谱(FTIR)随机调查发现,研究区内土壤微塑料的主要成分分别是聚乙烯(PE)占比45%、聚丙烯(PP)占比20%、聚酰胺(PA)占比16%;各覆膜年限土壤微塑料污染负荷指数在1.70～2.57之间,且随着覆膜年限的增加而增加,研究区微塑料污染负荷指数达到2.09,微塑料污染等级已达重度。研究表...     

典型淡水养殖池塘微塑料的污染分布、毒性效应及其生态风险评价

【目的】了解目前微塑料（microplastics,MPs）对淡水养殖生态系统的污染水平及其养殖生物的生态毒理效应和影响机制,为水产养殖业的微塑料污染管理和水产品的食品质量安全提供基础数据和决策参考。【方法】选取我国典型淡水养殖池塘的水体、底泥及2种水产品（大口黑鲈Micropterus salmoides、日本沼虾Macrobrachium nipponense）,对其进行MPs的定性与定量分析,在此基础上用生态风险指数法和内梅罗污染指数评价法科学评估微塑料的污染风险。同时,以前期试验结果中微塑料（聚苯乙烯,PS）为代表,以模式生物斑马鱼（Danio rerio）为受试对象,设置不同质量浓度梯度（0,200,300,450,675,1 012.5 mg/L）微塑料溶液进行急性毒性试验,在试验基础上配制不同微塑料溶液,培养0,24,48,96 h,测定斑马鱼抗氧化酶（CAT、SOD、GST、GPx）活性、还原型谷胱甘肽（GSH）活性及脂质过氧化物丙二醛（MDA）含量,并分析免疫相关基因TNF-α和IL-1β的转录水平。【结果】微塑料在大口黑鲈和日本沼虾淡水养殖池塘的表层水、底泥沉积物及养殖生物中均有污染,形状多为纤维状和碎片状,其成分主要为聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）。微塑料在所调查的淡水养殖池塘中污染较轻且风险等级较低;微塑料PS对斑马鱼96 h的半致死质量浓度LC₅₀为407.93 mg/L,具有中等毒性。随着微塑料PS质量浓度增加和暴露时间延长,斑马鱼抗氧化酶（CAT、SOD、GST）活性和GSH活性整体均呈下降趋势,而GPx活性和MDA含量则呈上升趋势,TNF-α和IL-1β基因表达量异常上升。【结论】微塑料在典型淡水养殖池塘中的表层水、底泥沉积物及养殖生物中均有检出,且主要通过对斑马鱼的抗氧化防御系统和免疫系统产生实质性损害,进而威胁生物生长与安全,应予以重视。     

南宁市菜地土壤及蔬菜重金属污染状况调查与评价

对南宁市郊、武鸣、邕宁等主要蔬菜产区土壤、灌溉水、蔬菜中重金属(Pb、Cd、Cr、As、Hg)含量调查与分析,采用重金属单项污染指数评价方法,对土壤重金属污染状况进行评价,以国家规定的无公害蔬菜标准评价蔬菜重金属污染状况,以国家规定的灌溉水标准评价灌溉水的重金属污染状况,结果表明,南宁市蔬菜区土壤不同程度地受到重金属污染,依次是Cd>Cr>Pb>As>Hg;相当部分蔬菜的重金属含量超过国家规定的无公害蔬菜标准;灌溉水的重金属含量只有个别项目超标.     

金属矿业密集区广西南丹土壤重金属含量特征研究

为评估矿业活动对"锡都"南丹耕地土壤重金属含量的影响,并评估其潜在生态风险,分别抽样采集自然土壤、矿区和非矿区耕地土壤、尾砂及河流底泥样品72、172、129、24、6个,测定其As、Pb、Cd、Cu、Zn和Sb含量,并进行空间分布特征分析和风险评估。结果表明:南丹县土壤偏弱酸性,As、Pb、Cd、Cu、Zn和Sb的背景值均值分别为17.74、40.78、0.503、17.94、81.40、3.004 mg·kg-1,Cd背景值明显偏高,比全国土壤背景值高4.16倍;耕地土壤中82.0%的点位存在超标现象,Cd、Sb、As、Zn、Pb和Cu的超标率依次为79.1%、68.3%、56.8%、36.1%、22.8%和9.44%,矿区耕地土样中各重金属含量显著高于非矿区采集的土样;Sb和Cd对南丹县耕地土壤的生态风险贡献率最大,其中大厂镇、车河镇及刁江沿岸存在较高生态风险。南丹县耕地土壤重金属的污染来源主要是大厂和车河镇矿业活动,需要加强管控。     

湖南猕猴桃园土壤重金属含量分析及污染评价

土壤污染已日益成为制约经济社会发展的环境因素。以湖南猕猴桃主产区土壤为研究对象,系统采集分析了全省21个县(市)54个典型果园0-20 cm和20-40 cm土壤重金属Pb、Cd、Hg、As和Cr含量特征,采用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法对全省土壤重金属污染状况进行了初步评价。结果表明,0-20 cm土层土壤重金属含量均高于20-40 cm土层土壤。按土壤环境质量二级标准,主产区果园土壤未有Pb、Cr污染,有弱度的Cd、Hg和As污染,且局部污染问题较为突出;有31.5%的土壤受到不同程度污染,20.4%的土壤处于警戒线以上,只有48.1%的土壤达到清洁标准。按绿色食品产地环境土壤标准,Pb、Cd、Hg、As、Cr指数小于1的分别占到68.5%、66.7%、72.2%、74.1%和96.3%;53.7%的果园综合污染指数小于1,达到绿色食品果园标准,有37.0%的果园轻度超标,9.3%的果园中度和重度超标。在表层土壤中,重金属元素之间具有正相关关系,其中Pb与Hg显著相关,Pb与Cd、As、Cr,Hg与As,As与Cr极显著正相关,表明土壤重金属污染具有较强的同源性。在重金属污染土壤上种植,猕猴桃果实对重金属的吸收累积较少。     

微塑料和镉及其复合对水稻种子萌发的影响

为探究重金属、微塑料和二者的复合效应对农作物种子生长特性的影响,选取水稻种子为实验对象,探究微塑料聚苯乙烯(mPS)和聚对苯二甲酸类塑料(mPET,100、300、500、1000 mg·L^-1和1500 mg·L^-1)与重金属镉(Cd,2、5、10 mg·L^-1和50 mg·L^-1)单一及复合对种子萌发及生长的影响。结果表明:单一实验中,镉胁迫对水稻种子萌发特性的影响基本表现为“低促高抑”的规律,随着镉浓度的升高,发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及根长和芽长等各项指标均呈现下降的趋势;单一微塑料暴露下,总体表现为低浓度(100 mg·L^-1)促进发芽,中浓度(500 mg·L^-1)抑制发芽,高浓度(>1000 mg·L^-1)无影响,即发芽率与对照组持平;两种微塑料对水稻种子的活力指数、根长和芽长均有所促进。微塑料(100 mg·L^-1和500 mg·L^-1)和镉(2 mg·L^-1和10 mg·L^-1)复合污染实验中,与对照组相比,低浓度MPs(100 mg·L^-1)-Cd(2 mg·L^-1)复合产生的协同作用促进了水稻种子发芽,其余复合污染对种子的发芽均表现为拮抗作用;对于低浓度的微塑料(100 mg·L^-1),其与镉复合会对水稻种子芽和根的生长起协同作用,只有mPS(100 mg·L^-1)与高浓度的镉(10 mg·L^-1)复合才会对根的生长起到拮抗作用;高浓度的微塑料与高浓度的镉复合后没有对水稻种子根和芽产生影响。研究表明,相比于单一污染,微塑料-镉复合效应对水稻种子生长特性、根长和芽长的影响总体表现为拮抗作用,一定程度上降低了单一污染物的毒害作用。     

Strategies to manage the risk of heavy metal(loid) contamination in agricultural soils

Soil contamination with heavy metal(loid)s threatens soil ecological functions, water quality and food safety; the latter is the focus of this review. Cadmium (Cd) and arsenic (As) are the toxic elements of most concern for food safety because they are relatively easily taken up by food crops. Rice is a major contributor of both Cd and As intakes to the Chinese population. Contamination and soil acidification are the main causes of high Cd levels in rice grains produced in some areas of southern China. The risk of Cd and As accumulation in food crops can be mitigated through agronomic practices and crop breeding. Liming is effective and economical at reducing Cd uptake by rice in acid soils. Paddy water management can produce opposite effects on Cd and As accumulation. Many genes controlling Cd and As uptake and translocation have been characterized, paving the way to breeding low accumulating crop cultivars through marker-assisted molecular breeding or genetic engineering. It is important to protect agricultural soils from future contamination. Long-term monitoring of anthropogenic additions and accumulation of heavy metal(loid)s in agricultural soils should be undertaken. Mass-balance models should be constructed to evaluate future trends of metal(loid)s in agricultural soils at a regional scale.     

Ecological effects of climate fluctuations

Climate influences a variety of ecological processes. These effects operate through local weather parameters such as temperature, wind, rain, snow, and ocean currents, as well as interactions among these. In the temperate zone, local variations in weather are often coupled over large geographic areas through the transient behavior of atmospheric planetary-scale waves. These variations drive temporally and spatially averaged exchanges of heat, momentum, and water vapor that ultimately determine growth, recruitment, and migration patterns. Recently, there have been several studies of the impact of large-scale climatic forcing on ecological systems. We review how two of the best-known climate phenomena-the North Atlantic Oscillation and the El Ni?o-Southern Oscillation-affect ecological patterns and processes in both marine and terrestrial systems.     

喀斯特高原山地区主要人工林土壤生态化学计量特征

[目的]探究喀斯特高原山地区主要人工林土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及生态化学计量特征,为揭示喀斯特高原山地区土壤养分限制状况、植被恢复和生态系统重建提供参考.[方法]在贵州省毕节市撒拉溪示范区内选取刺梨林(Rosa roxburghii)、核桃林(Juglans regia)和裸地进行野外定点取样,结合室内分析方法对3种人工林样地不同深度的土壤化学性质进行分析比较.[结果]3种人工林样地的有机C、全N、碱解N、全P和速效P含量总体上随土层深度的增加呈递减趋势,全K和速效K含量在不同深度土层间变化不显著(P>0.05)或略有增减,养分总体上呈表层聚集性.土壤C/N、C/P、C/K、N/P、N/K和P/K均表现出一定的差异性,不同深度土层的C/N均以刺梨林最高,C/P表现为刺梨林>裸地>核桃林,C/K均随土层深度增加呈递减趋势,N/K和P/K均表现为核桃林>裸地>刺梨林.刺梨林、核桃林和裸地土壤生态化学计量特征的变异系数分别为11.14%~31.25%、5.59%~17.14%和6.82%~23.71%.相关性分析结果表明,有机C含量与全N含量、全P含量、C/K、N/K,全N含量与全P含量、C/K、N/K,全P含量与C/K、N/K,全K含量与N/P及C/K与N/K均呈极显著正相关(P<0.01,下同);全N含量与全K含量、C/N,全P含量与全K含量、C/N、N/P,全K含量与C/K、N/K及C/N与N/K均呈极显著负相关.[结论]不同人工林样地的土壤养分分配均受土层深度影响,主要聚集在表层,N和P含量处于亏缺状态;生态化学计量比总体上为表层显著高于底层,土壤养分对其贡献存在差异.