土壤中微塑料污染現狀及其熱點趨勢可視化分析

張孜璇 于洪文 孟龍月

(1.延邊大學 理學院,吉林 延吉 133002;2.中國科學院 東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102;3.延邊大學 地理與海洋科學學院,吉林 琿春 133300)

塑料因具有優(yōu)異的物理化學性能,被廣泛應用在電子電器、汽車工業(yè)、機械設備和農膜等領域[1]。中國的塑料制品產量約占全球產量的30%,位居世界首位,其中建筑填料和垃圾袋等再生塑料的使用比例高達80%[2-3]。塑料制品在環(huán)境中受到風化、紫外線輻射和生物降解作用,會逐漸分解和破碎形成微塑料(Microplastics,1 μm～5 mm)和納米塑料(1～1 000 nm)[4-5]。Thompson等[6]在2004年最早提出“微塑料”(<5 mm)這一概念,從此微塑料帶來的環(huán)境污染問題越來越受到各國科學家們的高度關注。

塑料垃圾釋放到陸地環(huán)境中的數量是其釋放到海洋環(huán)境中的4～23倍[7]。然而,水體中的微塑料污染最先引起人們的關注,每年有7.68億t塑料垃圾最終進入海洋,目前,在我國東海和膠州灣表層海水中,發(fā)現微塑料豐度在20～120個/m3[8-9]。同時,在我國南海海口灣表層海水、渤海、黃海和香港地區(qū)沿海水域都發(fā)現微塑料污染,研究人員在確定海洋中塑料碎片數量和位置方面已經取得了相當大的進展[10-12]。與之相比,土壤中的微塑料污染研究起步較晚,相關信息更為缺乏。據統(tǒng)計,全球范圍內有79%的塑料垃圾堆放在垃圾填埋場,與海洋相比土壤是一個更大型的微塑料匯集地[13]。微塑料在全球范圍內的土壤基質中普遍存在[14]。目前公認的土壤中微塑料的來源包括灌溉、污水、污泥、堆肥、塑料薄膜、垃圾填埋和灰塵沉降等,塑料薄膜覆蓋和垃圾填埋是最主要的2個源頭[15]。使用污水和污泥作為農用肥料通常在經濟上具有優(yōu)勢,而且在許多發(fā)達地區(qū)很常見,當污水和污泥中的微塑料在農田土壤中積聚到一定量時,會損害土壤理化性質,影響生物多樣性,從而誘發(fā)生態(tài)風險[16]。目前聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是土壤中占比最高的兩類聚合物,土壤中常見聚合物類型還包括聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚酯(PET)等[17]。現有的分析方法和設備難以實現低成本高效率地定量檢測土壤中的微塑料,塑料中的添加劑[18](如增塑劑和發(fā)泡劑)及微塑料吸附有毒物質的生物學效應[19]尚未明確,迫切需要標準化的分析方法和技術。

當前階段,國內外學者對土壤中微塑料污染的研究大多集中在農田土壤。Astner等[20]統(tǒng)計得出全球農用塑料薄膜的使用量在2016年達400萬t,預計到2030年將以每年5.6%的速度增長。殘留在土壤表面的塑料經過紫外線的光降解和剪切力作用破碎化,再經過生物作用被進一步解體,最終形成大量的微塑料污染土壤,對陸生生物和糧食安全造成威脅[21]。現有研究發(fā)現,微塑料會對土壤動植物產生不利影響。微塑料對土壤動物造成的損傷包括表皮損傷、腸道損傷和誘發(fā)生物體內發(fā)生氧化應激反應等[22]。微塑料對植物造成損傷是通過阻塞植物種子的孔隙,限制根、莖和葉對水分和養(yǎng)分的吸收,影響作物的產量和質量,從而直接影響植物群落結構,甚至可能影響初級生產[23]。馬云等[24]發(fā)現微塑料能夠直接影響土壤中的物質循環(huán)功能,顯著影響土壤中酶的活性,帶來土壤化學成分和結構的變化,從而干擾土壤生態(tài)系統(tǒng)。Huerta等[25]找到塑料碎片沿陸地食物鏈轉移的現場證據,確定了低密度PE塑料殘留物在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的轉移。表明土壤中微塑料的分布與生態(tài)環(huán)境和人類健康息息相關,不同類別、不同粒徑和不同濃度的微塑料對土壤環(huán)境的影響效應各不相同。

近年來,文獻計量學作為一種基于數學統(tǒng)計和信息挖掘的分析方法,已經成為各個領域進行科學分析的重要工具[26-27]。本研究借助VOSviewer和CiteSpace可視化軟件對土壤微塑料污染領域發(fā)表的學術論文的標題、摘要、關鍵詞、作者、引用文獻和出版期刊等信息進行定量分析,旨在系統(tǒng)分析土壤環(huán)境中微塑料污染的研究進展,對土壤微塑料污染領域的研究進行數據挖掘與熱點討論,以期為土壤環(huán)境中微塑料污染的評估與治理方法、研究重點和前景等研究工作的開展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究使用中國期刊全文數據庫(CNKI)與Web of ScienceTM(WoS)核心合集作為數據來源。時間跨度均設置為2000—2022年,檢索時間截至2022-05。中文數據源于CNKI,以(微塑料)*(土壤+農田+沙漠+濕地+高山+海灘)*(檢測)為主題進行高級檢索;英文數據源于WoS核心合集,以(“soil*”O(jiān)R “farmland*”O(jiān)R “mountain*”O(jiān)R “beach*”O(jiān)R “desert*”) AND (“extraction*”O(jiān)R “identification*”O(jiān)R “quantification*”) AND (“microplastic*”O(jiān)R “microplastics*”)為主題檢索標題、摘要、作者與關鍵詞,語種為English,文獻類型為Article或Review。去除重復文獻以及與主題不符的文獻后獲得中文文獻172篇,英文文獻785篇。其中研究論文637篇(81.15%),綜述文章148篇(18.85%),作為有效分析數據。

1.2 統(tǒng)計方法

采用VOSviewer(1.6.18)、CiteSpace(5.8.R3)和Microsoft Excel 2019等軟件對文章數量、主要發(fā)文機構、研究作者、合作國家、研究主題和發(fā)展趨勢進行計量分析,基于VOSviewer軟件對土壤微塑料領域所有檢索文獻進行國家合作網絡和關鍵詞網絡共現分析。節(jié)點類型選擇國家(Country),設置國家發(fā)文量=5,節(jié)點的大小表示某個國家/地區(qū)的發(fā)文數量(Documents),連線粗細反映合作發(fā)文國家/地區(qū)間的總關聯強度(Total link strength,TLS)。節(jié)點類型選擇關鍵詞(Keywords),設置閾值=5,節(jié)點大小代表關鍵詞出現的頻次,連線粗細代表關鍵詞共現頻次。

基于CiteSpace對土壤微塑料領域的發(fā)文期刊(Cited journal)、作者(Author)、機構(Institution)和突現關鍵詞(Burstness)進行定量分析,分析期刊與關鍵詞的中介中心性(Centrality)。節(jié)點周圍連線的多少表示中心性大小,中介中心性超過0.1的節(jié)點稱為關鍵節(jié)點;借助關鍵詞突現指標對本領域不同時期的研究熱點與發(fā)展趨勢進行科學客觀的呈現。

2 結果與分析

2.1 年發(fā)文量分析

在2000—2009年期間,土壤微塑料污染領域每年發(fā)表的文獻數量不超過10篇(圖1),說明學者對本領域的探索剛剛起步,論文年發(fā)表量增長緩慢,呈上下浮動狀態(tài)。在2010—2017年間,發(fā)文量出現小幅度增長現象,說明土壤中的微塑料污染研究尚處于探索初期。在2018年后,發(fā)文數量呈現顯著增加趨勢,2021年國內外年發(fā)文總量達到355篇,可見近幾年微塑料對土壤造成污染的研究熱度提高。2000—2022年間WoS發(fā)文總量是CNKI的4.56倍。根據WoS數據庫發(fā)文數據分析近3年國際研究趨勢可知,2019年發(fā)文量為106篇,同比增長70.97%,2020年為159篇,增長率為50%,2021年為258篇,增長率為62.26%。表明國內外學者均在持續(xù)關注土壤中的微塑料污染這一領域。

圖1 土壤中微塑料污染研究領域論文年發(fā)文量Fig.1 Annual literature output in the field of microplastics pollution in soil

2.2 期刊分布和高引用文章統(tǒng)計

使用CiteSpace對WoS核心數據庫中期刊信息進行共被引分析發(fā)現,在2000—2022年共有377個期刊出版過與土壤領域微塑料相關的文章,共被引頻次排名前10的英文期刊如表1所示。ScienceoftheTotalEnvironment(475次)、EnvironmentalScience&Technology(473次)和EnvironmentalPollution(459次)這3個期刊共被引頻次最高。從期刊類型來看,多數期刊屬于環(huán)境科學領域。中心性大于0.1的期刊共2個,分別為ScienceoftheTotalEnvironment(0.16)和Science(0.13)。

表1 土壤中微塑料污染研究領域被引頻次排名前10期刊Table 1 Top 10 journals in citation frequency of papers in the field of microplastics pollution in soil

通過文獻檢索分析出被引頻次排名前10的高被引論文(表2)。土壤微塑料污染領域中,2000—2022年被引頻次最高的論文是Horton團隊[7]2017年發(fā)表的《Microplastics in freshwater and terrestrial environments：Evaluating the current understanding to identify the knowledge gaps and future research priorities》的綜述文章,總被引頻次148次;文章指出盡管人們公認淡水和陸地環(huán)境是塑料到海洋的起源和運輸途徑,但微塑料很可能會在大陸環(huán)境中堆積,特別是在人為影響較大的地區(qū),例如農業(yè)或城市地區(qū)。被引頻次排名第二的是Geyer團隊[13]發(fā)表的《Production,use,and fate of all plastics ever made》,被引133次;文章首次對所有已生產的大規(guī)模塑料進行了全球分析,并表示截至2015年,已產生約6.3×103t塑料廢物,其中約9%被回收,12%被焚燒,79%堆積在垃圾填埋場或自然環(huán)境中;到2050年,大約1.2×104t塑料廢物將出現在垃圾填埋場或自然環(huán)境中。Huerta團隊[28]發(fā)表的《Microplastics in the Terrestrial Ecosystem：Implications for Lumbricus terrestris (Oligochaeta,Lumbricidae)》位列第三,被引頻次125次;文章研究了蚯蚓暴露在微塑料(PE,<150 μm)中存活的濃度,發(fā)現濃度-遷移和大小-選擇機制可能對規(guī)避陸地生態(tài)系統(tǒng)中微塑料的風險具有重要意義。

表2 土壤微塑料污染領域排名前10的高被引論文Table 2 Top 10 high-cited literature in the field of microplastics pollution in soil

2.3 發(fā)文作者與機構合作網絡分析

使用CiteSpace分別對國內外在土壤微塑料污染領域的發(fā)文作者進行合作網絡可視化分析,時間切片設置為1年,節(jié)點類型設為作者,得到研究者的合作圖譜(圖2)。圖2僅為合作關系密切且團體發(fā)文量超過3篇的作者關系網絡。CNKI中主要研究作者的合作網如圖2(a)所示,國內學者駱永明(9篇)、周倩(9篇)、涂晨(7篇)、章海波(7篇)、李連禎(5篇)和付傳城(3篇)等組成了最大的合作團體,活躍程度最高且建立合作關系最早。盧靈慧(3篇)、鄭陽(3篇)、王娟(3篇)和查旭瓊(3篇)等4位作者之間在2021年新建立了合作關系。趙保衛(wèi)(3篇)與郝愛紅(3篇)2位作者在2021年建立合作關系。WoS中主要研究作者合作網如圖2(b)所示,發(fā)文量排名前3的Violette Geissen(17篇)、Yang Xiaomei(10篇)和Esperanza Huerta Lwanga(9篇)是本領域的高產學者,并且荷蘭瓦赫寧根大學環(huán)境科學學院的Violette Geissen、Esperanza Huerta Lwanga與西北農林科技大學Yang Xiaomei建立了緊密的合作關系,該團隊主要從事農業(yè)土壤微塑料在惡劣環(huán)境中的風險和命運的相關研究。

圓圈代表分析的節(jié)點,節(jié)點的具體含義根據所選節(jié)點類型變化。此處節(jié)點類型為作者,節(jié)點大小即代表作者在網絡結構中的重要程度,與引文數量成正比。連線粗細反映作者共現頻次,節(jié)點周圍連線多少表示中心性大小,中介中心性超過0.1的節(jié)點稱為關鍵節(jié)點。下同。The circle represents the selected node,the specific meaning of the node changes according to the selected node type,node size represents the importance of the author in the network structure and is proportional to the number of citations,the thickness of the line between nodes reflects the frequency of co-occurrence of authors,the number of connections around the node indicates the centrality,and the nodes with betweenness centrality exceeding 0.1 are called key nodes.The same below.圖2 土壤微塑料污染研究領域合作作者網絡視圖Fig.2 Cooperation network of authors in the field of microplastics pollution in soil

對WoS數據庫中發(fā)文機構進行統(tǒng)計分析(表3),發(fā)文量排名前10的機構中,中國的研究院所共有7個。中國科學院(47篇)排名第一,西北農林科技大學(22篇)、瓦格寧根大學研究中心(20篇)、中國科學院大學(20篇)和中國農業(yè)大學(20篇)等10所研究機構總計發(fā)文197篇,占發(fā)文總量的25.1%。從被引頻次來看,德國柏林自由大學(2 443次)、瓦格寧根大學研究中心(1 554次)和中國科學院(1 518次)這3所研究機構在土壤微塑料污染領域影響力高,研究實力強。研究機構的合作分析見圖3。中國、荷蘭、德國和澳大利亞的研究機構在本領域有較為突出的貢獻,擁有高影響力的研究機構,可見中國的研究機構和國外高校之間有最緊密的聯系和合作。

表3 土壤中微塑料污染研究領域發(fā)文量排名前10機構Table 3 Top 10 institutions of the published papers in the field of microplastics pollution in soil

圖3 WoS中土壤微塑料污染研究領域合作機構網絡視圖Fig.3 Cooperation network of institutions in the field of microplastics pollution in soil at WoS

2.4 國家/地區(qū)分析

利用VOSviewer分析全球范圍內對土壤中的微塑料污染進行探究的國家/地區(qū),對網絡關系進行可視化。節(jié)點類型選擇國家,節(jié)點的大小表示某個國家/地區(qū)的發(fā)文數量,連線粗細反映合作發(fā)文國家/地區(qū)間聯系的密切程度。圖4顯示,開展土壤微塑料研究的國家/地區(qū)共有79個,發(fā)文量在5篇以上的國家共40個。中國以295篇發(fā)文量位居世界第一,美國(115篇)、德國(82篇)、英國(60篇)和澳大利亞(54篇)分列2～5位。各國發(fā)表論文的總被引頻次依次是9 372、6 341、7 107、7 905和3 059次。由圖4可以看到國家之間建立研究合作關系的時間演變歷程。

圖4 WoS中土壤微塑料污染研究領域合作國家網絡視圖Fig.4 Cooperation network of countries in the field of microplastics pollution in soil at WoS

通過VOSviewer計算總聯系強度 (TLS)可反映國家之間科研合作的密切程度。中國TLS=148,美國TLS=122,澳大利亞TLS=86,英國TLS=76,德國TLS=68。表明中國在此領域的發(fā)文量位列第一的同時注重國際合作,與歐洲、美洲、非洲的尼日利亞及南亞的孟加拉國、巴基斯坦、東南亞的馬來西亞和沙特阿拉伯等28個國家/地區(qū)都建立了合作關系。說明中國進入高質量發(fā)展階段,不僅和發(fā)達國家形成了緊密關系,也和發(fā)展中國家建立合作關系,在亞太地區(qū)形成了新的區(qū)域研究合作框架,與亞太地區(qū)各國發(fā)展積極的合作伙伴關系。

2.5 研究熱點與研究前沿分析

2.5.1研究熱點分析

關鍵詞是對文章內容的精準概括,借助CiteSpace分析關鍵詞頻次和中心性,得到土壤微塑料研究領域排名前10位的熱點關鍵詞(表4)。使用VOSviewer對785篇英文文獻做關鍵詞共現分析,頻次由節(jié)點大小反映,文獻中出現5次以上的關鍵詞共有311個,根據統(tǒng)計結果得到關鍵詞網絡共現圖譜(圖5)。由節(jié)點大小和節(jié)點位置靠近中心的狀態(tài)可以確定藍色、綠色和橙色3個關鍵詞聚類模塊重要程度最高。

表4 土壤中微塑料污染研究領域詞頻排名前10關鍵詞Table 4 Top 10 keywords of frequency in the field of microplastics pollution in soil

藍色聚類以土壤為關鍵節(jié)點,延伸出對土壤退化(Degradation)、塑料類別(Plastic category)、尺寸(Size)和添加劑(Additives)的研究(圖5)。研究證明地膜覆蓋是土壤中微塑料污染的重要來源,因其對農作物生產的有效貢獻,全球范圍內PE塑料地膜用量正在逐年增加[34],研發(fā)生物可降解地膜替代傳統(tǒng)塑料地膜,及時評估其農業(yè)應用效果,并大范圍推廣至關重要。小尺寸、有色、纖維狀和微球狀是微塑料的主要特征[35],不同粒徑和不同類別的塑料微粒對土壤基質的影響各不相同。Zhang等[31]通過調查中國西南部淀湖4個種植區(qū)和1個已建立的河岸林緩沖帶土壤團聚體組分中塑料顆粒的豐度和分布,發(fā)現95%的采樣樣品中塑料顆粒尺寸在0.05～1 mm,主要的形式是塑料纖維(92%),其次是碎片和薄膜(8%);與鄰近的菜地土壤相比,緩沖帶土壤中塑料顆粒的濃度較低,表明必須控制土壤改良劑的施用和污水灌溉,以減少微塑料在農業(yè)土壤中的積累。研究表明土壤中微塑料的豐度與土壤的pH值、溶解有機質含量和含鐵量無線性關系,但微塑料含量升高會使pH值、銨態(tài)氮和可溶性有機碳含量升高并帶來部分耐降解微生物的平均豐度顯著升高[36],并且塑料制品中的添加劑給土壤微生物群落結構帶來改變后可能會導致土壤退化[18],影響全球碳氮循環(huán),為土壤中的物質循環(huán)和能量流動埋下更多的隱患。

綠色聚類中,以塑料碎片(Plastic debris)和污染(Pollution)為中心,展開了對微塑料提取(Extraction)、鑒定(Identification)和定量(Quantification)的相關研究(圖5)。微塑料表面發(fā)生老化后,其表面疏水性減小,親水能力增強[37]。因此,當塑料微粒到達陸地,它們功能化的表面和大的比表面積有助于吸附溶解有機物,溶解有機物可作為微量元素吸附和遷移的載體[38],形成復合污染物對陸生生物(如陸地真菌、土壤棲息的無脊椎動物、植物及傳粉者)造成傷害。由于微塑料的廣泛存在、具有環(huán)境持久性以及與陸地生物群落相互作用的特質,對陸地生態(tài)系統(tǒng)而言,微塑料污染代表著一種新的全球化威脅[33]。目前分離微塑料的方法主要包括篩分法、密度分離法和泡沫浮選法等,微塑料的鑒別及表征方法包括顯微鏡觀察法、傅里葉紅外光譜法和拉曼光譜法等[39]。已有的檢測方法存在耗時長、破壞微塑料結構等一些問題,完善檢測微塑料的技術仍會是探究重點;由于微塑料在復雜基體中的分析技術不具有一致性,使得微塑料的研究進展緩慢。微塑料在復雜環(huán)境中的行為對土壤微生物群落結構[15]和土壤溫室氣體排放[40]的影響機制是現階段研究的熱點問題。Steinmetz等[32]發(fā)現塑料覆蓋物有可能通過改變生物群落(如真菌毒素的轉移)來改變土壤質量,加速碳氮代謝,加快溫室氣體的釋放,最終耗盡土壤有機質,使土壤的親水性降低。

橙色聚類圍繞微塑料展開了城區(qū)(Urban)、沉積物(Sediment)和灰塵(Dust)的研究(圖5)。與節(jié)點相連的關鍵詞有暴露(Exposure)、攝取(Ingestion)、吸附(Sorption)和釋放(Release)。城區(qū)微塑料排放物主要源自生活污水(如衣物纖維和洗護用品)、人造草皮和工業(yè)塑料等方面。其中經城市污水處理廠(WWTPs)排放的污水和污泥被廣泛應用于農田[16],對農田土壤的可持續(xù)性利用和糧食安全產生未知的后果。沉積物中豐度最高的微塑料為碎片狀PE和PP,占比分別為44.2%和32.6%,粒徑<300 μm的微塑料更容易積聚在河流沉積物中[41]。Bl?sing等[30]提出可將沉積物中分析微塑料的一些方法調整后用于分析土壤中的微塑料。灰塵中的微塑料可通過呼吸被轉移到生物體中,通過堵塞和內部磨損等作用對生物體造成物理傷害。Dehghani等[42]通過計算兒童和成人每年從街道灰塵攝入微塑料的頻率,且考慮到在含有大量微塑料的戶外活動和工作場所中的暴露為急性暴露,得出兒童和成人每年平均分別攝入3 223和1 063個微塑料顆粒。若人體攝入塑料微粒及其攜帶的微量毒素進入腸道后,對消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)可能造成危害。

圖5 WoS中土壤微塑料污染研究領域關鍵詞共現網絡視圖Fig.5 Keywords co-occurrence network in the field of microplastics pollution in soilat WoS

2.5.2研究前沿預測

基于CiteSpace的Burstness功能得到CNKI和WoS數據庫中突發(fā)強度排名前10位的關鍵詞(表5和6)。由于突現詞具有時效性,本研究僅以2018—2022年的突現詞作為依據探討國內外土壤中微塑料污染的研究前沿。闡明微塑料的濃度運輸和尺寸選擇機制可能對研究陸生動物的命運和風險具有重要意義[27,40],探究沉積物、高山、沙漠和濕地中微塑料的豐度分布特征可能會成為今后研究熱點。未來對土壤中微塑料污染的風險評估,重要的是探討不同濃度下的影響效果。研究發(fā)現,微塑料濃度與流域人口相關[29],居民區(qū)微塑料的主要來源包含車輛輪胎磨損、建筑施工、合成纖維衣物洗滌和塑料碎片的風成運輸等[16]。與居民區(qū)相比,郊區(qū)道路附近的微塑料濃度更高,這意味著路邊種植蔬菜具有潛在威脅[43]。因此,人類生活環(huán)境中微塑料的暴露量和微塑料被人體攝入的風險評估等方面的內容是未來的研究趨勢,納米塑料已被證明能穿過肺細胞屏障轉移到次級器官包括胎盤中[44]。Pignattelli等[45]最新研究發(fā)現并第一次報導了微塑料能夠在受試植物中產生氧化爆裂,這可能是微塑料在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和陸地環(huán)境中起到生物化學效應的一個重要起點。Song等[46]就生物效應提出應進一步關注微塑料對土壤微生物群落結構、大型動物和陸生生物生理功能的影響。微塑料和納米塑料進入動植物組織和人體器官已被證實,但這些生物效應背后的機制尚不清楚,需要在后續(xù)研究中從細胞、分子和基因等微觀角度加以闡明,確定微塑料攝入的毒代動力學信息。

表5 CNKI中土壤微塑料污染研究領域關鍵詞突現時間Table 5 Burst detection of keywords in the field of microplastics pollution in soil at CNKI

表6 WoS中土壤微塑料污染研究領域關鍵詞突現圖譜Table 6 Burst detection of keywords in the field of microplastics pollution in soil at WoS

塑料制品的不完全回收預示著次級微塑料對環(huán)境的恒定輸入[47]。除了農業(yè)土壤,偏遠地區(qū)的高山和沙漠中也發(fā)現了微塑料污染。馮三三等[48]研究指出高原地區(qū)土壤中的微塑料來源包括塑料覆膜、有機肥料和大氣傳輸(干濕沉降)。以青藏高原土壤環(huán)境中微塑料的賦存形態(tài)和空間分布特征為例,可為高寒地區(qū)微塑料遷移轉化機制的研究提供數據支撐。因沙漠的核心區(qū)域是一個封閉的且無人居住的地區(qū),降水和人類活動非常有限,研究人員可以很容易地在沙漠中建立微塑料運輸模型[49]。Wang等[50]發(fā)現由于降雨、風力下降或障礙物等因素會使微塑料沉積到土壤中,其中風成輸送是微塑料進入沙漠的主要傳輸途徑。因此,風成輸送為微塑料從源頭到全球各地的分布提供了可能,且風成輸送作為微塑料在地面?zhèn)鬏數耐緩?可導致人類及生物暴露在超出其來源的環(huán)境中。在環(huán)境和人類健康風險評估研究中,應更多地關注微塑料在土壤中傳輸的各種途徑和生物體接觸微塑料的方式。

綜上,隨著檢測技術的不斷進步,土壤中微塑料的形貌、性質及豐度分布信息得到進一步完善。土壤中微塑料污染領域的研究逐漸從農田土壤發(fā)展為更廣泛的研究范圍,包括高山[48]、沙漠[49-50]、濕地[37]、灰塵[42]和沉積物[41]等不同領域。土壤中的微塑料對動物和植物造成的物理磨損和堵塞已經得到證實,當微塑料在生物體內累積到一定量,會誘發(fā)生物體內發(fā)生氧化應激反應,對土壤中的物質循環(huán)和全球碳氮循環(huán)帶來潛在危害。人類暴露在微塑料含量較高的環(huán)境中,通過呼吸和飲食攝入微塑料并在體內富集后對呼吸系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)帶來的危害將成為新的熱點。未來將通過化學回收的方式對塑料制品進行熱裂解或解聚,將廢舊塑料中的有機成分轉化成小分子烴類的石油化工原料,在推動地球綠色發(fā)展理念的同時將減少微塑料對人類健康的負面影響。

3 討論與結論

3.1 討論

微塑料作為一種新型污染物,它在土壤中累積并通過多種傳輸方式發(fā)生遷移,分布在全球各地日益受到關注。并且因為人類生活環(huán)境中廣泛使用塑料制品,這意味著微塑料會不斷產生并進入土壤。微塑料表面疏水和比表面積大的特性會使其吸附來自周圍土壤環(huán)境,甚至空氣和水中的其他有害污染物,如重金屬離子、抗生素、多氯聯苯、二惡英和多環(huán)芳烴等具有生物累積性的有毒物質形成復合污染物,對土壤造成復合的污染。

值得注意的是,陸地和海洋環(huán)境中存在的微塑料是可以傳導的,但微塑料在水陸系統(tǒng)中傳導的數量和關系目前尚不清楚。道路徑流、非法傾倒廢物和農業(yè)實踐輸入等污染方式在未來應受到持續(xù)關注,除非廢物管理實踐得到改善,否則在未來10年內流入土壤和海洋的塑料數量可能會增加一個數量級。并且隨著微塑料分解產生更多納米級別的塑料時,它可以吸附和釋放更多的化學物質,更重要的是,它具有更強的生物活性,更容易被細胞和組織吸收,最終會危害生物體并通過食物鏈傳遞給人類。

農田土壤已成為微塑料污染的重災區(qū),由微塑料自身及其攜帶的復合污染物對土壤質量和物質內部循環(huán)的危害已經引起人們的高度關注。微塑料中添加劑的釋放及增塑劑對土壤代謝能力的影響缺少數據報道。目前涉及土壤內部過程及效應時,沒有明顯區(qū)分為室內與野外調查。因此,微塑料對土壤和土壤動植物帶來的風險評估需要向實際環(huán)境靠攏,開展野外實驗確保數據分析的準確性。

3.2 結論

文獻計量分析結果表明,我國開展土壤微塑料污染研究較晚,但發(fā)展迅速。國內外的研究熱度自2018年起持續(xù)高漲,年發(fā)文總量呈顯著增長趨勢。ScienceoftheTotalEnvironment、Science和EnvironmentalPollution是該領域具備高影響力的3個期刊。駱永明、周倩、涂晨與章海波等人在國內活躍程度最高且建立合作關系最早。瓦赫寧根大學的Violette Geissen團隊與西北農林科技大學的Yang Xiaomei團隊合作密切。中國科學院是國內外發(fā)文數量最多的機構,西北農林科技大學和瓦格寧根大學研究中心是本領域的研究主力。關鍵詞的共現和突現分析表明,國內圍繞農田土壤中微塑料的來源與分布特征、土壤污染的防治措施、微塑料的吸附遷移規(guī)律、對生態(tài)環(huán)境的危害與防治等方向進行研究。國外針對微塑料的老化降解,在土壤中累積和生物體攝入微塑料后的風險以及鑒定土壤中微塑料的方法等方面進行廣泛探索。單一種類的微塑料和多種類型聚合物之間的相互作用機制、微塑料中添加劑的釋放及在土壤中的遷移規(guī)律、將土壤-作物系統(tǒng)的研究區(qū)分為室內模擬與野外調查等研究內容可能成為今后的研究熱點。總而言之,在土壤微塑料污染領域取得的研究成果已幫助人們認識到微塑料的危害,但維護土壤健康,精準阻斷生物體對微塑料的攝入,仍需更加詳細的污染評估與治理方法。