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。     

土壤中微塑料和重金属的复合污染：原理及过程

土壤中的微塑料能够与重金属污染物结合形成复合污染,从而改变单一污染物的环境行为和毒性效应,对土壤生态系统造成严重危害。目前人们对微塑料和重金属的复合毒性效应及其形成原理、污染过程的了解还十分有限,本文综述了土壤环境中微塑料和重金属的复合环境行为,讨论了微塑料对重金属的吸附解吸原理和过程,梳理了土壤环境中微塑料和重金属的迁移和转化,总结了有关二者复合毒性效应的最新研究进展,最后对未来相关工作提出展望,以期为微塑料和重金属的复合毒性研究提供参考。     

微塑料在土壤环境中的研究现状与趋势的计量分析

由于塑料及其衍生品的广泛使用,导致微塑料(粒径小于5 mm)在全球环境中的分布与污染,可能引起生态系统的一系列问题和功能损失。为了全面了解微塑料在土壤环境中的研究状况,本文利用VOSviewer可视化分析软件和HistCite引文图谱分析工具,对中国期刊全文数据库(CNKI)和Web of Science核心合集数据库中关于土壤微塑料研究领域的国内外文献进行计量分析。结果表明:(1)微塑料在土壤环境中的发文数量和引用频次远低于在水文系统中,土壤微塑料研究领域处于萌芽发展阶段;(2)中国、德国、美国和荷兰等国家在该领域发文较多,荷兰瓦赫宁根大学与中国科学院在该领域发文最多,且研究机构间合作密切;(3)土壤微塑料研究领域发文较多的期刊为Science of the Total Environment、Environmental Pollution和Environmental Science & Technology,在典型土壤科学期刊如Soil Biology & Biochemistry和Geoderma等发文数量均远少于环境生态类期刊;(4)中国国家自然科学基金是资助该研究领域的重要基金项目;(5)微塑料在土壤环境中的来源、种类、分布、检测方法及对环境的污染和毒理性等是目前的研究热点;(6)微塑料在土壤环境研究领域的主要研究趋势是从微塑料的生态毒理学转向其对生态系统的影响及地球系统的反馈。     

微塑料对农业生产的危害与对策研究

微塑料是环境中一种重要的有机污染物,其可以在生物体中累积,影响生物体的生长发育,具有极大的潜在风险。农业生产依赖于土壤环境,研究发现农田中也存在大量的微塑料颗粒,对此本文总结了农田土壤微塑料的来源、分布和危害,分析了微塑料对农作物以及畜禽养殖的影响,并针对其污染提出了解决方法,为农业生产中微塑料的研究以及微塑料污染防控提供一定的科学参考。     

土壤微塑料污染的生态效应

土壤环境中微塑料积累量大且不易降解，因此微塑料长期残留对土壤生态系统的影响已引起广泛关注。通过收集近年来有关土壤微塑料污染及其效应相关的文献，全面系统介绍了土壤微塑料积累后，土壤物理环境的变化、土壤动物摄入及其肠道微生物的响应、土壤微生物和土壤酶活性响应、以及植物对微塑料的吸收及其效应等方面的最新研究进展。现有研究结果表明:微塑料污染对土壤容重、团聚体组成和持水性等土壤物理性质有明显改变，而这些改变是影响土壤酶活性、微生物群落组成、甚至植物生长的关键因素。也有一些研究关注土壤无脊椎动物(如蚯蚓Lumbricus terrestris、跳虫Folsomia candida等)对微塑料在土壤中迁移的影响。同时，微塑料也会被这些土壤动物所摄食，并导致土壤动物体内肠道微生物群落组成的变化以及对其生长产生影响。此外，微塑料在陆地生态系统食物链中的积累及其效应也受到关注，比如，被蚯蚓摄食的微塑料可通过鸡Gallus gallus domesticus摄食蚯蚓进入鸡体内积累。在系统介绍土壤微塑料污染生态效应的研究进展基础上，结合微塑料组成与性质的复杂性以及当前研究的不足，提出4个未来研究方向:①建立土壤微塑料污染毒理学诊断的标准化方法体系；②研究土壤微塑料与微生物、植物和土壤动物之间的作用机理；③揭示微塑料与物质转化之间的关键微生物学机制；④开展不同土壤生态系统中的“塑料圈”研究。这些研究成果可为评估土壤微塑料污染的生态效应提供科学支撑。参80     

地膜对农业生产的影响及其污染控制

地膜覆盖具有显著的农业生产效益,可以增温保墒,防虫抑草,扩大作物种植适宜区,从而提高农作物产量和品质,因此在世界范围内尤其是在干旱半干旱地区农田中得到广泛应用。然而,塑料地膜降解速率极其缓慢,加上中国地膜回收工作的开展较为落后,导致大量的塑料碎片残留在农田中,从而造成土壤环境的残膜及微塑料污染。本文基于文献资料、调研和统计数据,就地膜对中国农业生产的影响及其污染防控进行了分析。残膜及微塑料污染会改变土壤理化性质,限制土壤水分和养分运移,并对土壤动植物的生长、发育和繁殖产生危害,改变土壤微生物的丰度和群落结构,损害土壤健康,长此以往会造成作物产量和品质下降,甚至威胁到粮食安全。微塑料存在被植物吸收的可能性,从而通过食物链进入人体,对人体健康产生威胁。此外,微塑料巨大的比表面积使其极容易通过吸附作用成为其他污染物（重金属、农药和抗生素等）的载体,增加污染物的转移富集风险,从而造成土壤生态环境复合污染。中国地膜生产、使用相关标准正在逐步完善,但同发达国家和地区相比仍有一定的差距。中国尚未形成完善可持续的地膜回收体系,农田土壤中的微塑料污染研究仍不够充分,同时针对残膜及微塑料污染防控的政策和法规也有待于进一步完善。因此应进一步借鉴发达国家和地区的经验,结合中国实际情况,因地制宜制定地膜生产、回收相关标准以及残膜和微塑料污染防治的政策法规。     

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。     

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.     

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。     

水土环境中微塑料对磷的吸附行为

为了探究微塑料在水体和土壤环境中对磷的吸附特性及不同因素对磷等生源物质在微塑料及土壤中赋存的影响,采用聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)这两种常见的微塑料进行吸附试验。结果表明:疏松多孔的PP拥有比PS更强的吸附性能和更大的吸附容量;两种微塑料的Zeta电位随pH的增加而降低,并且PS和PP的零电荷点(pH_(PZC))分别在pH为5.92和6.45时达到;PP、PS对磷的吸附以单层饱和吸附为主,吸附方式主要为物理吸附,并且吸附过程为放热和熵减的自发反应;微塑料对磷的单位吸附量随pH的增大呈现出先降低后升高的"U型"趋势,且温度的升高不利于PP、PS这两种微塑料对磷的吸附;随土壤中微塑料质量添加比的增加,土壤-微塑料体系对磷的吸附量增大幅度有限。研究表明,不同类型的微塑料其吸附能力存在差异,且环境因素能够对其吸附磷造成明显影响,微塑料的持续性积累对土壤-微塑料体系吸附磷的促进作用十分有限,并且这个促进作用也不会因微塑料的种类不同而产生较大差异。     

海洋生物微塑料检测方法及污染现状研究进展

海洋微塑料污染问题是全球研究热点,现有研究表明微塑料在海洋环境中无处不在,对海洋生态的威胁逐渐加重,伴随着海洋食品的兴起,人们也越来越重视微塑料污染对人体健康的危害。本文通过对海洋生物体内微塑料污染情况的概述,系统分析了微塑料对海洋生物造成的影响。主要针对微塑料检测的前处理方法以及组分的鉴定方法展开综述,对不同方法的优缺点进行比较,指出在微塑料检测研究中多种方法综合应用效果最佳。基于现阶段海洋微塑料的研究状况,从科学研究和管控方面讨论了目前研究中存在的问题,展望了未来的研究方向。     

微塑料的环境行为及其生态毒性研究进展

微塑料污染已经成为全球关注的环境问题。本文对不同环境介质中微塑料的来源、迁移、分布特征及其对生物体的毒性效应等方面的研究现状进行了系统的总结和评述。微塑料的来源主要包括直接进入到环境中的初生微塑料和大块塑料破裂、分解形成的次生微塑料,其可在大气、水体(淡水和海洋)和陆地环境之间进行迁移。需建立统一的微塑料样品采集、分离和鉴定方法,并结合准确高效的溯源分析技术,进一步探索其环境行为与归趋。微塑料(含自身的添加剂)被生物摄取后会造成物理损伤、引发生物体的行为、生理学和分子学反应,并可能与其他污染物形成复合污染,产生联合毒性效应。通过同位素示踪与分子生物学新技术的联用,重点研究微塑料的生物累积和在食物链中的传递效应,尤其是对人体健康的潜在威胁,以期为微塑料污染的生态风险评估提供理论依据。     

水环境中微塑料的分布迁移特征及生态危害研究进展

微塑料是重要的环境污染物之一，在水环境中大量存在。为了解水环境中微塑料污染的现状，增强人们治理微塑料污染的意识，本文概述了水环境中微塑料的来源、分布、迁移特征及对水生动物的危害。水环境中的微塑料来源广泛，源头贡献分析发现，环境中80%的微塑料来源于人类陆地活动，20%来源于海洋活动。按性质分类，微塑料可分为初生微塑料、次生微塑料两大类，碎片、纤维是水环境中最常见的微塑料形态，淡水中主要的微塑料类型是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),海洋中的微塑料类型则主要是PE、PP和聚苯乙烯(PS)。水环境中的微塑料含量、分布主要受到区域人口密度、地理位置、水文条件和气象环境等因素影响，微塑料在水系统表面和沉积物中均有分布，淡水系统是微塑料进入海洋的主要运输路径。微塑料通过直接、间接方式进入水生生物体内，导致其群体、个体、组织、器官、细胞和分子水平上的生理健康受损。水生态系统中的微塑料会给环境及动物健康带来不同程度的风险，进一步通过食物链威胁人类健康。微塑料污染研究的重点应包括制定厘清源头、查明分布、科学监测的综合治理模式。本文可为水环境中微塑料的污染防治提供较为系统的参考资料和研究思路。     

水环境中微塑料的污染特征、 迁移转化及应对措施

微塑料是一种新型污染物,通常被学术界定义为粒径小于5mm的塑料颗粒。其污染已遍及海洋、淡水系统和土壤-地下水系统,造成的环境问题不容忽视。目前,关于水环境中的微塑料污染问题已成为近年来的研究热点。本研究从地表水和地下水环境中微塑料污染物的来源、分布特征、迁移转化过程、生态毒性和应对措施等方面总结归纳了学者们的研究进展,并为今后微塑料污染物的研究做出了建议和展望。     

微塑料对红树林生态系统的影响研究进展

红树林生态系统是沿海生态系统中独特且重要的环境组成部分。然而,微塑料作为新型环境污染物通过不同方式进入红树林系统中,已经成为红树林面临的一项严重挑战。分析了微塑料对红树林生态系统的影响,总结了红树林生态系统中微塑料分布特征、微塑料对红树林生态系统的影响、红树林生态系统中微塑料分布影响因素、微塑料在红树林生态系统中的归宿,最后对红树林生态系统中微塑料的研究方向进行了展望。提出确立微塑料监测方法和检测标准、评估红树林中微塑料生态风险、建立微塑料污染治理和管理措施、微塑料模型预测、探索修复与去除策略和研究微塑料与海洋生态系统碳循环的相互作用6个研究,可为未来红树林微塑料领域研究重点和污染控制提供借鉴。     

我国农田土壤微塑料和重金属污染现状与研究展望

土壤是人类社会发展的重要战略资源，健康的农田土壤不仅是食品安全的基本要求，也是人类健康的根本保障。目前关于农田土壤中微塑料的研究尚处于起步阶段，由于缺乏统一的检测标准，关于农田土壤微塑料丰度的报道差异较大。我国农田土壤重金属含量总体上呈现明显的南高北低、西高东低的分布规律，与微塑料污染有一定的耦合关系。微塑料对重金属的吸附可使其产生富集效应，可能增加其生物有效性和毒性。重金属被吸附后可随着微塑料进行迁移转化，通过解吸作用向环境中释放，造成更大范围的污染。由于农田土壤受人类活动影响较大，微塑料和重金属在土壤中的迁移、转化规律及耦合后的毒性效应需要进一步探究。本文对我国农田土壤中微塑料和重金属的污染现状、分布和迁移规律及两者的作用关系进行综述，并对未来的研究方向做了展望，为农田土壤中微塑料和重金属污染防控提供一定参考。     

土壤中微塑料污染现状及其热点趋势可视化分析

为深入了解土壤中微塑料污染相关的研究信息和发展趋势，利用VOSviewer和CiteSpace整理了CNKI和Web of Science^TM数据库中2000—2022-05在土壤微塑料污染领域已发表的研究成果，从发文数量、发文期刊、作者及所属机构、国家/地区、关键词和共被引信息进行分析。结果表明:1)探索初期土壤中微塑料污染相关文献的发表量略有波动，研究热度在2018年之后持续增长；中国科学院、西北农林科技大学和瓦格宁根大学研究中心这3所研究机构在该领域发文量排名前3。2)农田土壤是最具代表性的一类土壤类型，沙漠、湿地和高山中的微塑料污染已经受到国内外学者的高度关注。3)研究方向包括微塑料进入陆地土壤的方式及其在土壤中的丰度分布特征、土壤样本中微塑料检测技术的选择与优化、微塑料作为载体吸附运输土壤中的重金属和溶解有机物并经食物链传递对生物可能带来的有害影响等。4)从研究热点上看，土壤中微塑料污染领域的研究对象逐渐从农田土壤扩展到多种类型及偏远地区的土壤中，微塑料在各类土壤中的运输与尺寸选择机制及其适用的检测手段取得进一步发展，对土壤中不同粒径大小的微塑料的分析方法发展成为更细分的研究方案，对土壤中微塑料的风险评估以及从细胞、分子和基因等微观角度分析微塑料由土壤进入动植物不同组织和人体器官后的潜在风险成为该领域新的研究热点。本研究计量分析结果可为土壤中微塑料污染现状的深入研究提供参考。     

开封某农田土壤重金属和微塑料空间分布及生态风险

为研究典型农田土壤重金属和微塑料污染状况和空间分布,选取河南省开封市某典型农田为研究区域,对土壤重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb)和微塑料含量进行测定,采用克里金插值法对研究区域土壤重金属和微塑料污染状况进行空间分析,并利用内梅罗(Nemerow)综合污染指数法和污染负荷指数法对研究区域农田土壤重金属和微塑料污染进行评价。结果表明：研究区域土壤中存在不同程度的重金属和微塑料污染,其重金属污染Nemerow指数为2.51,处于中度污染水平;重金属-微塑料复合污染Nemerow指数平均值为2.62,处于中度污染水平。污染负荷指数法表明,研究区土壤已开始受到重金属和微塑料的污染,其重金属污染负荷指数为1.32,处于轻度污染水平;重金属-微塑料复合污染综合污染负荷指数为1.26,处于轻度污染水平。此外,土壤Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的含量均值分别为49.24,28.29,29.67,68.69,0.29,22.28 mg·kg^-1,分别是河南省土壤元素背景值的0.92,1.14,1.39,1.06,3.22,1.55倍,这表明开封典型农田土壤中的Cd和P...     

不同土壤环境因素对微塑料吸附四环素的影响

为探究不同土壤环境因素对于微塑料吸附抗生素的影响,选用三种常见的微塑料:聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚酰胺(PA),以四环素(TC)代表抗生素,通过批平衡试验来研究微塑料对TC的吸附行为和机理。研究发现,3种微塑料对TC的等温吸附方程均可用Langmuir方程进行拟合,其吸附能力为PEPSPA,最大吸附量分别为0.154、0.086、0.075 mg·g~(-1)。在中性条件下PE对TC的吸附量达到最大,pH对PA吸附TC影响较小,而PS在酸性条件下对TC的吸附量最大,且随着pH增加吸附量逐渐降低。不同浓度的Ca~(2+)和Mg~(2+)会影响微塑料对TC的吸附,且随着浓度的增加,吸附量逐渐降低。富里酸的存在抑制了TC在PE上的吸附,但低浓度的富里酸(1 mg·L~(-1))会促进PA和PS吸附TC。结果表明,不同微塑料对TC的吸附存在显著差异,且不同土壤环境因素明显影响了微塑料对TC的吸附行为,该结果为进一步研究和评估微塑料在土壤环境中的吸附行为奠定了基础。     

土壤微塑料与重金属、持久性有机污染物和抗生素作用影响因素综述

微塑料是难以降解的污染物,可作为众多污染物的载体,在土壤中极易与其他污染物发生复合效应,对土壤产生不利影响。本文系统分析了聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚酰胺（PA）六种微塑料与重金属、持久性有机污染物和抗生素在土壤中的相互作用及其影响因素。在土壤介质中,微塑料与重金属的作用受微塑料比表面积、老化程度、极性以及土壤中H+、低分子酸的影响;微塑料与持久性污染物的作用受微塑料疏水性、橡胶域丰度、污染物极性以及土壤有机质的影响;微塑料与抗生素的作用受微塑料比表面积、极性以及土壤中的腐殖质等物质的影响。研究结果将为阐明微塑料在土壤环境中与其他污染物的相互作用影响因素提供理论支撑。