土壤塑料污染，竟比海洋还严重？

　　作者：祝叶华

　　编辑：Yuki

　　塑料污染是全球性问题。塑料污染在水环境(海洋和淡水)中的问题日益受到重视，得到广泛报道和关注。相比之下，土壤生态系统的塑料污染有些被忽视。但迄今为止的研究结果着实令人担忧:塑料碎片几乎遍布世界各地，土壤塑料污染比海洋塑料污染要严重得多——根据环境的不同，估计要高出4~23倍[1]。

　　被忽视的土壤塑料污染

　　与海洋塑料污染相比，人们对土壤塑料污染及其可能造成的影响知之甚少。

　　自塑料发明以来，人类已经产生了83亿吨塑料，其中有63亿吨变成了塑料垃圾。农用地膜破碎、有机肥施用、污水灌溉、污泥农用、大气沉降以及地表径流等是土壤中塑料污染的来源。这些垃圾废物中，有79%被埋在垃圾填埋场或最终进入大自然。如果没有更好的回收基础设施和技术，继续按照目前的生产速度发展下去，到2050年，将有120亿吨塑料被扔进垃圾填埋场和自然界。

　　更为严峻的是，大部分塑料会分解成小于5毫米的微塑料，更甚者是进一步分解成小于0.1微米的纳米颗粒进入环境，危害生态系统。以污泥农用为例来看，污水中80%到90%的颗粒会残留在污泥中，这些污泥被用作农田肥料后，就意味着每年有数千吨的微塑料进入土壤[2]。这仅是土壤塑料污染来源的一个分项，如果将进入陆地生态系统中所有塑料加起来，数量可能会相当“可观”。

　　农田里的白色污染

　　使用塑料覆盖物种植农作物，始于上世纪70年代末的中国，被称为“白色革命”，这些塑料盖膜通常由聚乙烯组成，它们有助于节水、除草、提高土壤温度，可以让农民在沙漠般的条件下种植经济作物和谷物，有效地将农作物产量提高20%到60%。

　　被塑料薄膜覆盖的农田｜JIE ZHAO/GETTY IMAGES

　　地膜覆盖在我国农业生产中发挥了重要作用，特别是用在蔬菜种植中，但大量的地膜残留可在土壤中积累。2015年我国农用塑料薄膜使用量达到260.36万吨，其中地膜使用量为145.5万吨，约占世界地膜使用总量 90% ；地膜覆盖面积达到1833万公顷以上，但农田地膜回收率不到60%[3]。不仅是中国，中东、欧洲和北美的其他国家也在使用塑料覆盖。

　　在不使用塑料覆盖的地区，有些农民会使用微塑污泥作为肥料，处理过的废水也是农田灌溉的重要水源，所以污泥和市政污水也是农田白色污染的重要来源。国际上对污水处理厂中微塑料的调查发现，约 90%的微塑料在污水处理后积累到污泥中。在对的北美和欧洲污泥农用情况进行估算后发现，大约50%的污泥用于农业生产。北美地区每年通过污泥农用进入土壤中的微塑料量为6.3~43 万吨，欧洲为4.4~30万吨[1]。中国每年的污泥产生量约在3000~400万吨，农业利用率虽然不到10%，但仍在逐年增加[4]。

　　意外的污染：烟头里的塑料

　　香烟过滤嘴(烟蒂)是目前地球上最丰富的人为垃圾，然而很少有人知道它们也会对陆地生态系统造成环境。

　　乱丢烟头｜Pixabay

　　乱丢烟头已经成为一种司空见惯的行为，许多吸烟者认为烟头会很快被生物降解，并不认为它们是垃圾。事实上，这种过滤器是由一种生物塑料制成的，需要几年甚至几十年才能分解。全球每年数以万亿计被扔掉的烟头会阻止植物生长，这些烟头埋在地里10多年都不会腐烂。一项研究中发现，香烟末端的塑料过滤器阻止了黑麦草和三叶草的正常生长。三叶草不仅对蜜蜂至关重要，同时也能吸收来自柴油废气的污染。黑麦草则是一种牧草，非常适合一些牲畜食用。

　　黑麦草｜wikidata.org

　　研究人员在温室中进行了一项实验，以评估普通香烟或薄荷香烟的过滤嘴对黑麦草(多年生黑麦草)和三叶草(白三叶草)生长发育的影响。21天后发现，在装有香烟过滤器的花盆中生长的三叶草种子减少了27%，发芽的黑麦草籽减少了10%。当三叶草的嫩枝暴露在香烟过滤器中时，其长度缩短了28%，而黑麦草叶的嫩枝则缩短了13%。根据重量计算，三叶草的根大约只有正常数量的一半，人们担心塑料垃圾会让它们难以从地面吸收水分。研究还发现，这些植物的叶绿素含量不平衡，而这种不平衡通常只在干旱时期出现。

　　大多数塑料是由醋酸纤维素纤维制成的，其中添加的化学物质——增塑剂使塑料更有弹性，它们也可能被滤出，对植物早期发育产生不利影响[5]。

　　陆地生态系统的隐形杀手

　　在陆地上，近半个世纪的塑料覆盖让人们对陆地生态系统的塑料负担有了初步的了解，随着土壤中塑料覆盖残留物的增加，土壤微生物生物量和微生物的整体代谢活动下降[6]；微塑料还可以与土壤动物相互作用，影响它们的健康和土壤功能。以蚯蚓为例，当土壤中存在微塑料时，蚯蚓的洞穴会发生变化，被微塑料污染的植物凋落物喂养的蚯蚓生长更慢，死亡更早，从而影响蚯蚓的健康和土壤条件[7]；另外，暴露在微塑料中的蠕虫肠道炎症也会增加[8]。塑料碎片的表面也可能携带致病微生物，并作为传播疾病的媒介。

　　一般来说，当塑料颗粒分解时，它们会获得新的物理和化学特性，增加它们对生物体产生有毒影响的风险。毒性作用发生的可能性越大，潜在受影响物种的数量和生态功能就越大。像邻苯二甲酸盐和双酚A这样的添加剂会从塑料颗粒中滤出。众所周知，这些添加剂具有激素效应，可能会破坏脊椎动物和一些无脊椎动物的激素系统。此外，微塑料纳米颗粒可能引起炎症;它们可能穿越或改变细胞屏障，甚至穿过高度选择性的膜，如血脑屏障或胎盘。在细胞内，它们可以引发基因表达和生化反应的变化，以及其他一些变化。这些变化的长期影响尚未得到充分的探讨。然而，已经有研究表明，当纳米塑料通过血脑屏障时，会对鱼类的行为产生影响[2]。

　　蚯蚓｜Pixabay

　　土壤生物的存在也会扩大塑料在土壤中的扩散范围，土壤动物能够影响塑料尤其是微塑料的二次分解和迁移扩散，例如蚯蚓在将土壤表面的塑料微粒运输到地下深处的过程中起着重要的作用。随着蚯蚓在土壤中的活动，蚯蚓取食的微塑料颗粒可以通过表面吸附、排泄和死亡躯体等多种形式扩散到其他区域。蚯蚓活动形成的土壤空隙也会有利于微塑料在土壤中的二次扩散[9]。微塑料的这种移动可能使其他土壤生物也能接触到污染物，尽管沿着土壤食物网进行生物积累的可能性尚未确定。

　　主动出击而非坐以待毙

　　目前还缺乏确定陆地生态系统中塑料垃圾分布和对陆地生物影响的标准方法，在研究陆地塑料污染方面存在一系列挑战。例如，在土壤中检测塑料颗粒的微小碎片通常是一个困难和劳动密集型的过程。这可能是我们目前没有更多关于它的数据和研究的原因之一。未来如果想更准确地了解塑料对陆地的污染，以及对人类、野生动物和环境的短期和长期潜在影响，塑料的降解行为和微塑料的影响，就需要更好、更标准化的评估方法。

　　塑料制品｜Pixabay

　　虽然环境影响和人类健康风险的问题仍然悬而未决，但世界仍然严重依赖污染环境的塑料。当人类的健康和环境受到威胁时，可能没有必要等待科学的确定性来采取保护行动。

　　基于现有的知识，最好的做法是什么?我们知道塑料在环境中不易降解、纳米塑料可以进入细胞。科学家已经观察到，海洋和陆地的生物已经广泛摄入或吸收了塑料，塑料携带的一些污染物也随着食物转移到这些消费者身上，产生了不良影响。风险如此之高，我们必须参与现有的解决方案，而不是等待最终的答案。现阶段首要任务应该是消除对塑料的不必要使用，改进并坚持使用可生物降解的替代品，最重要的是，充分理解生活在一个可塑化的世界里意味着什么。

　　作者名片

　　排版：凝音

　　题图来源：GETTY IMAGES

　　参考文献：

　　[1] Nizzetto L, Futter M, Langaas S. Are agricultural soils dumps for microplastics of urban origin? Environmental Science & Technology, 2016, 50: 10777-10779.

　　[2] Anderson Abel de Souza Machado et al, Microplastics as an emerging threat to terrestrial ecosystems, Global Change Biology (2017). DOI: 10.1111/gcb.14020, dx.doi.org/10.1111/gcb.14020.

　　[3] 赵岩, 陈学庚, 温浩军, 等. 农田残膜污染治理技术研究现状与展望. 农业机械学报, 2017 , 48 ( 6 ): 1 -14.

　　[4] Yang G, Zhang G, Wang H. Current state of sludge production, management, treatment and disposal in China. Water Research, 2015, 78 :  60-73.

　　[5] Dannielle S. Green, Bas Boots, Jaime Da Silva Carvalho, Thomas Starkey. Cigarette butts have adverse effects on initial growth of perennial ryegrass (gramineae: Lolium perenne L.) and white clover (leguminosae: Trifolium repens L.)[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2019, DOI: 10.1016/j.ecoenv. 2019.109418.

　　[6] J. Wang et al., “Effects of plastic film residues on occurrence of phthalates and microbial activity in soils,” Chemosphere, 151:171-77, 2016.

　　[7] E. Huerta Lwanga et al., “Microplastics in the terrestrial ecosystem: Implications for Lumbricus terrestris (Oligochaeta, Lumbricidae),” Environ Sci Technol, 50:2685-91, 2016.

　　[8] A. Rodriguez-Seijo et al., “Histopathological and molecular effects of microplastics in Eisenia andrei Bouché,” Environ Pollut, 220A:495-503, 2017.

　　[9] Rillig M C, Ziersch L, Hempel S. Microplastic transport in soil by earthworms[J]. Scientific Reports, 2017, 7（1）: 1362.