黃河三角洲不同種類微塑料污染特征及遷移規(guī)律研究

摘要：微塑料是一種新型污染物，普遍存在于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)中，對(duì)土壤生物和水生物都有很大的毒性。現(xiàn)有微塑料研究主要集中于海洋生態(tài)系統(tǒng)和淡水生態(tài)系統(tǒng)，而較少關(guān)注土壤環(huán)境。本文以黃河三角洲為研究區(qū)，結(jié)合土壤中不同微塑料的污染特征，分析微塑料遷移規(guī)律，以明確土壤中微塑料向食物鏈遷移的路徑，減少生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：土壤；微塑料；污染特征；遷移規(guī)律；食物鏈；黃河三角洲

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）05-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.039

Abstract： Microplastics are a new type of pollutant that is widely present in terrestrial and marine ecosystems and has significant toxicity to both soil and aquatic organisms. The existing research on microplastics mainly focuses on marine and freshwater ecosystems， with less attention paid to the soil environment. Taking Yellow River Delta as the study area， this paper analyzes the migration law of microplastics in combination with the pollution characteristics of different microplastics in soil， so as to clarify the migration path of microplastics in soil to the food chain and reduce ecological risks.

Keywords： soil; microplastics; pollution characteristics; migration law; food chain; Yellow River Delta

塑料是一種穩(wěn)定性高、可塑性強(qiáng)的高分子材料，制作工藝簡(jiǎn)單，成本低，因此在建筑、包裝、醫(yī)療、電子等行業(yè)廣泛使用[1-3]。目前，全球塑料年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到3.8億t，預(yù)計(jì)到2035年產(chǎn)量還會(huì)翻倍，但是每年回收的塑料垃圾不超過(guò)塑料年產(chǎn)量的26%，因此大量塑料流入外部環(huán)境中，或被掩埋在地下，或被丟棄在水環(huán)境中。塑料大量存在于環(huán)境中，造成土壤和水體中都存在大量的微塑料，微塑料降解非常困難，只能在生物鏈中不斷傳遞，最終威脅人體健康[4-6]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中微塑料含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)海洋中微塑料含量，但是土壤中微塑料研究起步較晚，成果較少，因此必須給予高度重視。

微塑料是一種新型污染物，普遍存在于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)中，無(wú)論是對(duì)土壤生物還是對(duì)水生物都有很大的毒性。現(xiàn)有微塑料研究主要集中于海洋生態(tài)系統(tǒng)和淡水生態(tài)系統(tǒng)，較少關(guān)注土壤環(huán)境。土壤中微塑料會(huì)影響土壤性質(zhì)和生物安全，但是作用機(jī)理尚不明確。本文以黃河三角洲為研究區(qū)，分析土壤中不同種類微塑料污染特征及遷移規(guī)律，從而明確土壤中微塑料向食物鏈遷移的路徑，減少生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

1 土壤中微塑料釋放與遷移規(guī)律

塑料被掩埋或者丟棄到土壤中，會(huì)產(chǎn)生微塑料。風(fēng)力能將地面的微塑料吹動(dòng)，使其發(fā)生擴(kuò)散。風(fēng)蝕能夠促進(jìn)微塑料在土壤中遷移和擴(kuò)散，地表徑流能使土壤表層的微塑料遷移和擴(kuò)散，土壤生物（如蚯蚓）也能促使微塑料遷移和擴(kuò)散。蚯蚓活動(dòng)能疏松土壤，提升土壤水分滲透率，為微塑料擴(kuò)散提供轉(zhuǎn)移通道。雨水可以將微塑料帶入深層土壤或者使其向周圍轉(zhuǎn)移，粒徑小的聚乙烯微珠更易滲透進(jìn)入深層土壤。

很多生物可以攝取土壤中的微塑料，但是微塑料并不能被它們分解，一部分積累在生物體內(nèi)，另一部分則隨糞便排泄至體外，使得微塑料發(fā)生遷移。微塑料的轉(zhuǎn)移和生物種類有關(guān)，有的生物具有轉(zhuǎn)移小顆粒微塑料的能力，而有的生物則具有轉(zhuǎn)移大顆粒微塑料的能力。植物生長(zhǎng)過(guò)程中，其根部不斷向下或者向四周生長(zhǎng)，能夠攝取土壤中的微塑料，也為微塑料提供轉(zhuǎn)移通道。植物生長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生物攝食以及排泄都會(huì)促進(jìn)土壤中微塑料發(fā)生垂直遷移，而風(fēng)力作用、雨水等因素都會(huì)促使土壤中微塑料發(fā)生水平擴(kuò)散[7-8]，如圖1所示。

塑料老化后，其親水性增加，因此更加容易和水結(jié)合，然后隨水流動(dòng)擴(kuò)散到其他區(qū)域。土壤pH和礦物組分也會(huì)影響微塑料在土壤中的遷移和擴(kuò)散[9]。高pH和低Fe/Al氧化物含量會(huì)使微塑料在土壤中快速遷移，甚至滲入地下水，導(dǎo)致地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加，影響飲水安全。

2 土壤中微塑料向食物鏈遷移的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

目前，大多數(shù)研究聚焦于海洋中微塑料，微塑料能夠隨著海洋食物鏈進(jìn)行遷移和擴(kuò)散，不斷往食物鏈頂端富集。微塑料可以以貽貝和蝦蟹為載體進(jìn)行傳遞，其部分組織可能含有微塑料。微塑料可以隨陸地食物鏈發(fā)生遷移和擴(kuò)散。在土壤-蚯蚓-雞的短小食物鏈中，蚯蚓、雞以及雞糞都曾檢測(cè)到微塑料。所以，要將研究重心轉(zhuǎn)移至微塑料在食物鏈中的遷移與富集。經(jīng)野外調(diào)查，蝸牛體內(nèi)含有少量微塑料，其他生物可以通過(guò)攝食蝸牛而富集微塑料，最終威脅生命健康；鳥類體內(nèi)含有大量微塑料，大部分鳥類以陸地生物為食，因此微塑料可通過(guò)攝食陸地生物進(jìn)行傳遞，微塑料已經(jīng)廣泛存在于陸地生物中，逐漸往食物鏈頂端富集，人類也會(huì)因?yàn)閿z食而富集微塑料。微塑料具有一定毒性作用，不斷隨食物鏈進(jìn)行富集，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成很大的風(fēng)險(xiǎn)。

3 案例分析

黃河三角洲是我國(guó)面積最大、結(jié)構(gòu)最完整的濱海濕地，由黃河攜帶的泥沙沖積而成，具有寬闊的海岸帶。采樣點(diǎn)主要分布于潮上帶和潮間帶的鹽沼裸斑區(qū)、翅堿蓬-檉柳共生區(qū)、翅堿蓬區(qū)、蘆葦區(qū)和裸灘潮溝區(qū)。如圖2所示，研究區(qū)共設(shè)置16個(gè)采樣點(diǎn)。其中，鹽沼裸斑區(qū)設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，翅堿蓬-檉柳共生區(qū)設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)，翅堿蓬區(qū)設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，蘆葦區(qū)設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，裸灘潮溝區(qū)設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)。采集表層土壤后轉(zhuǎn)移至清潔的鋁箔袋中，每個(gè)采樣點(diǎn)取相隔5 m的3個(gè)混合平行樣，于避光陰涼處存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

3.1 微塑料遷移規(guī)律分析

微塑料顆粒在多孔介質(zhì)中的遷移可能受到自身性質(zhì)的影響，包括微塑料的形狀、密度和尺寸。本研究所用的微塑料（聚乙烯與聚丙烯）都呈不規(guī)則的粒狀，因此形狀的影響較小。值得注意的是，粒狀比碎片狀、長(zhǎng)絲狀、薄膜狀和泡沫狀具有更大的流動(dòng)性，因此土壤中這類微塑料遷移可能最具有代表性。在微塑料遷移過(guò)程中，聚丙烯幾乎不遷移到沙土表層以下。經(jīng)過(guò)多次模擬降雨的滲透試驗(yàn)，其在柱內(nèi)遷移的最大深度只有1.5 cm。主要原因可能是聚乙烯與聚丙烯顆粒的相對(duì)密度存在較大差異。測(cè)試結(jié)果顯示，聚丙烯的密度更小，與水相比小16.7%，與相同尺寸的聚乙烯顆粒相比小10.7%。在滲透過(guò)程中，隨著浮力作用的增強(qiáng)，它很可能阻礙聚丙烯顆粒的遷移，于是沙土表面產(chǎn)生沉積現(xiàn)象。

3.2 土壤干濕循環(huán)對(duì)微塑料遷移的影響

微塑料在土壤中的遷移受到多種因素的影響，微塑料初始含量和單次滲透液量對(duì)其遷移有一定影響，但并非影響遷移的主導(dǎo)因素。微塑料遷移與土壤干濕循環(huán)存在顯著的相關(guān)性。隨著干濕循環(huán)次數(shù)不斷增加，微塑料在土壤中發(fā)生垂直遷移，其遷移深度增加，從4.5 cm增加到7.5 cm，如圖3（a）所示。另外，預(yù)測(cè)的最大遷移深度從5 cm增加到8 cm。對(duì)預(yù)測(cè)的最大遷移深度與土壤干濕循環(huán)次數(shù)進(jìn)行線性擬合，如圖3（b）所示，擬合曲線線性變化趨勢(shì)比較明顯。

除了土壤干濕循環(huán)外，其他因素也可能影響微塑料在土壤中的遷移。實(shí)際土壤含有礦物成分和有機(jī)質(zhì)等，它們可能會(huì)阻礙微塑料的遷移。土壤含水量和降雨量也可能影響土壤中微塑料的遷移，未來(lái)需要開展進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，水環(huán)境中微塑料污染已經(jīng)得到廣泛關(guān)注，但是土壤中微塑料污染的關(guān)注較少，相關(guān)研究不足。本文以黃河三角洲為研究區(qū)，結(jié)合土壤中不同微塑料的污染特征，分析微塑料遷移規(guī)律，以明確土壤中微塑料向食物鏈遷移的路徑，減少生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。土壤中微塑料在多孔介質(zhì)中的遷移可能受到自身性質(zhì)的影響，包括形狀、密度和尺寸。研究發(fā)現(xiàn)，微塑料為不規(guī)則的粒狀時(shí)，其相比碎片狀、長(zhǎng)絲狀、薄膜狀和泡沫狀具有更大的流動(dòng)性，因此可能在遷移過(guò)程中最具有代表性。除了土壤干濕循環(huán)外，微塑料在土壤中的遷移還可能受到土壤礦物成分、土壤有機(jī)質(zhì)含量、降水量等因素的影響，未來(lái)可以此為視角，開展深入研究，以更好地了解土壤中微塑料遷移機(jī)理，采取有效對(duì)策來(lái)控制甚至消除微塑料污染。

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