0 引 言
塑料是由多种合成或半合成有机物组成的聚合物材料，主要包括聚乙烯(polyethylene, PE)、聚丙烯(polypropylene, PP)、聚苯乙烯(polystyrene, PS)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)、聚酯类(polyethylene terephthalate, PET)及聚酰胺(polyamide, PA)。塑料材料具有成本低、延展性好和经久耐用等特点，已被广泛应用于工业、农业、医药、市政等多个领域。全球塑料的生产和使用总产量已经从1950年的1.7×106 t增至2015年的3.22×108 t，总产量达到7.8×109 t[1]。据生态环境部统计，2011年我国废弃塑料总量近2×108 t，回收量为1.5×107 t，回收率不到10%，大部分塑料被填埋或丢弃在土壤环境中，进而导致大量塑料垃圾滞留在环境中造成污染，危害生态环境[2, 3]。
2004年，微塑料(Microplastics)这一概念被首次提出，主要是指粒径<5 mm的塑料颗粒[4]。微塑料在生态系统中以初级微塑料(人造微材料)或次级微塑料(由较大的塑料垃圾分解而产生)的形式存在[5]；研究表明：微塑料具有不同形状，例如纤维状、碎片状和球状颗粒等，尺寸较小，疏水性强，性质相对稳定，可长期存在于环境中。2019年6月，“第二届全国环境微塑料污染管控学术研讨会”在南京市召开，各专家学者、环保人士及国际组织代表针对环境微塑料污染现状及应对策略进行了深入探讨，较为全面地交流了我国环境微塑料的研究进展。作为海洋塑料的主要来源，土壤中的微塑料越来越受到关注，土壤中微塑料污染问题已被列为环境与生态领域的第二大科学问题[6]。有关研究指出，陆地中存在的微塑料丰度可能是海洋的4～23倍，每年输入耕地土壤中的微塑料远超过向海洋中的输入量，土壤可能是比海洋更大的塑料储藏库[7]，土壤中微塑料的污染问题已十分严峻。近年来，Horton等[6]总结了土壤环境中微塑料的来源和危害，其中一个主要的威胁是微塑料可能通过食物被人类吸收。土壤中微塑料的来源广泛，易随着土壤环境迁移转化，对土壤生态系统产生影响，具体如图1所示。土壤中微塑料的来源，如农业生产活动(农膜的使用、有机肥的添加及污水灌溉)、工业生产活动、城市建设、日常生活、大气沉降、汽车轮胎磨损等[8]。德国科学家Rilling[9]是世界上最早关注土壤中微塑料的研究者之一，他认为进入土壤环境中的微塑料会对土壤理化性质、土壤功能及生物多样性产生影响。有关研究者指出，微塑料对土壤生物的影响不仅是由塑料颗粒本身引起的，而且微塑料中含有增塑剂、稳定剂、阻燃剂等物质，以及微塑料还会吸附部分重金属和有机污染物，进而对土壤生物造成危害[10]。常见吸附于微塑料表面的污染物有重金属、多氯联苯、多环芳烃、有机氯农药等，增加了其对土壤生物的毒害风险[7, 11]。另外，进入土壤中的微塑料可以被动物摄取，如地鼠、鼹鼠、蚯蚓和线虫等，富集于生物体内，进一步促进了微塑料在土壤环境中的迁移转化和降解[12]。近年来，随着相关研究不断深入，研究者发现微塑料对土壤微生物也会产生影响，导致土壤微生物多样性下降[13]。
图1 土壤中微塑料的来源、分布、迁移、降解及生态效应示意
Figure 1 Schematic diagram of the sources， distribution
characteristics, migration， degradation and influence
of microplastics in soil ecosystem
目前，关于微塑料对土壤生态系统的影响已成为研究热点。本文通过归纳和总结国内外研究进展，概括土壤中微塑料来源、分布和迁移降解特点，重点阐述土壤环境中微塑料与其他污染物的复合效应，分析微塑料对土壤生态效应的影响机制，以期为科学地分析微塑料对土壤生态系统的影响提供依据，并为土壤微塑料污染的修复治理提供技术支撑。
1 土壤生态系统中微塑料的来源与分布
1.1 土壤中微塑料的来源
1)农用薄膜的广泛使用。
农用薄膜是1种广泛应用于农业生产的塑料薄膜，农用薄膜材质以PE和PVC材料为主，PE薄膜质量轻，透光性好，而PVC薄膜保温性好，透光性差，燃烧时会产生有毒有害物质[14]。作为农业大国，我国的农用薄膜使用呈逐年上升趋势。据报道，从1991—2004年，我国农用薄膜使用量以每年30%的速度增长[15]，自2006—2015年，我国农用塑料薄膜的使用总量从1.85×106 t增至2.6×106 t，增幅达到41%。近年来，随着覆膜栽培技术的大规模推广应用，全球农用薄膜覆盖面积预计将以5.7%的速度增长[16]，农用薄膜回收率低导致大量废旧薄膜长期存在于农田土壤中难以降解，容易造成塑料污染，成为农田土壤中微塑料的1个重要来源。
2)土壤改良剂。
堆肥产品和污泥富含植物养分和有机碳，因此被广泛用作土壤改良剂，以改善土壤理化性质及提高土壤养分含量，增加作物产量[17-20]。目前，绝大多数的污泥处理技术及堆肥技术难以去除其中的微塑料[21]，所以污泥和堆肥产品的农业使用也是农田土壤中微塑料的1个重要来源。
①堆肥产品。
我国是堆肥产品的生产和使用大国，年生产量在2.5×107 t以上，施用量约为2.2×107 t。在欧盟，2008年生产了约1.8×107 t堆肥产品，预计到2020年将增加约37%[22]。全球各地对堆肥产品的质量和施用量都有不同程度的规定，堆肥产品施用量通常为每年30～35 t/hm2 [23]。研究发现，塑料出现于畜禽粪便中，在堆肥前后通过筛分和分拣等方法可将大部分的塑料去除，但在堆肥产品中仍然有微塑料的存在，且浓度为2.38～180 mg/kg[8]。因此，根据堆肥施用量，推算使用堆肥产品可以导致耕地每年塑料投加量达到0.016～1.2 kg/hm2(年度施用速率：7 t/hm2)、0.08～6.3 kg/hm2(年度施用速率：35 t/hm2)[8]。在国外某场地堆肥产品中塑料的平均浓度达到1.2 g/kg，个别区域堆肥产品中的微塑料浓度更大[24]。因此大量堆肥产品施用，导致微塑料在农田土壤中累积，也成为土壤中微塑料污染的1个重要来源。
②污水污泥。
在Clyde河上的污水处理设施调查中发现，进水微塑料浓度为(15.7±5.23)个/L，经污水处理设施后，出水中微塑料浓度降低至(0.25±0.04)个/L，去除率达到98%以上，但是去除的微塑料并没有实现真正的降解，而是存留在污泥中[25, 26]。由于污泥中含有丰富的N、P、K等营养元素，能够改变土壤结构，增加土壤肥力，因而可作为原料通过堆肥工艺被制成土壤改良剂应用于农田土壤中。相关数据显示，我国每年的污泥产量为3×107～4×107 t，污泥的利用量在逐年增加。在欧盟，每年有4×106～5×106 t(干重)的污泥用于耕地堆肥，约有40×104 t的微塑料进入土壤中[7, 21, 27]。Nizzetto等[7]从污泥施用量的角度考虑，欧洲和北美的污泥中微塑料的负荷量分别达到6.3×104～43×104 t/a和4.4×104～30×104 t/a，约50%的污泥应用在农业领域[28]。在澳大利亚，每年污泥施用所产生的微塑料总量可达2.8×103～1.9×104 t[29]。在芬兰和爱尔兰，高达72%的污泥用于农业生产[30]。因此，将污泥作为肥料会导致土壤中微塑料的积累。此外，研究发现污泥本身含有重金属、持久性有机物、抗生素、病原菌及寄生虫卵等有毒有害物质，与微塑料共存时，会负载于微塑料表面，加重土壤污染问题，目前相关研究成果少，对土壤中微塑料的污染问题还缺乏统一的认识[31]。
3)灌溉用水。
在许多水资源匮乏的发展中国家，灌溉用水主要是净化后的污水、地表水或地下水。由于气候变化、人口增长和城市化发展，世界许多地区的水资源短缺问题不断加剧，直接使用或部分使用未经处理的污水灌溉农田的情况也在增加。研究表明，目前已有2×107 hm2的土地使用未经处理或部分处理的污水进行灌溉，而且10%的世界人口的食物是通过污水灌溉的农田生产的[32]。日常洗护用品和洗涤剂是生活污水中微塑料的主要来源。Lei等[33]调查发现，在市场上的各种面部清洁剂和沐浴露中均检测到微塑料，成分以PE为主，经初步估算，在2016年约有39 t微塑料可通过个人护理产品进入自然环境中[34, 35]。Majewsky等[36]测定污水中含有80～260 mg/m3的PE和PP。目前关于水环境中微塑料的研究较多，地表水作为农业灌溉的常用水源，也含有一定的微塑料。地表水体中微塑料丰度差异很大，Dris等[37, 38]研究发现，湖泊和河流中微塑料的浓度差异性很大，可达103～109倍。Su等[39]调查发现，太湖中微塑料以纤维状为主，其丰度达到1×104～6.8×106个/km2。Mintenig等[40]使用红外光谱成像技术研究地下水和饮用水中的塑料微粒(>20 μm)，结果表明，地下水中含有的微塑料浓度可达0～7个/m3，饮用水中微塑料平均值为0.7个/m3，成分以PE、PA、PET和PVC为主，粒径为50～150 μm。多项研究表明，地表水已成为土壤中微塑料污染的1个重要来源。
4)塑料产品的大量使用。
塑料餐具、塑料袋、塑料棉签、吸管等一次性塑料用品在生活中随处可见，塑料产品的普遍使用带来的环境问题不断加剧。据欧盟统计，所有废弃物中塑料所占比例高达85%。从20世纪50年代开始，全球塑料产量年增长率平均保持在8.5%，到2016年，全球塑料产量达到3.35×108 t[41]。据估算，仅有5%的塑料垃圾能够被回收利用，大部分塑料垃圾进入垃圾填埋场或者土壤环境中。Kim等[42, 43]调查发现，道路上轮胎磨损产生的橡胶微粒可通过大气沉降或地表径流的形式进入路边土壤环境中。经调查，瑞典和德国轮胎粉尘年排放量分别约为1×104，11×104 t。根据全世界废弃塑料量计算得出的塑料垃圾与试验实际观测到的结果存在差异，微塑料在环境中分布的问题已引起了广大研究者的高度关注，防止塑料垃圾进入土壤环境中是各国面临的重大挑战。
5)大气沉降。
大气沉降也是微塑料进入土壤环境的方式之一，如图1所示。Dris等[45]以巴黎附近的大气为研究对象，检测发现大气环境中每天沉降的微塑料为29～280个/m2，每年通过大气沉降到该区域的纤维类微塑料为3～10 t，类型多为纤维状，占总量的90%，其中粒径>1000 μm的占50%。同时，有研究者重点研究分析大气沉降物中纤维微塑料成分，结果发现，50%为天然纤维，21%为加工的天然纤维，17%为人造塑料纤维，12%为人造混合纤维[45]。因此，为了更好地研究大气中微塑料，还需要进一步了解大气中微塑料的时空分布、大气迁移特征以及影响因素，估算大气沉降中微塑料的传输范围、沉降通量，对大气中的微塑料进行源解析。
1.2 土壤中微塑料的分布特征
关于土壤中微塑料的分布和浓度报道是有限的。表1为目前世界范围内部分土壤中微塑料分布特征，表明土壤在不同程度上已经被微塑料污染。由于在描述微塑料的丰度上，单位不尽相同，在计数上也有数量和质量的区别，造成不同结果之间难以比较。不过在表1选择的国家中，微塑料呈现不同的丰度、尺寸、组成特点，在成分上以PE和PP为主。在选取的中国几个地区中，黄土高原中微塑料丰度(<0.54 mg/kg)可能最低。中国云南作为旅游资源丰富的省份，微塑料含量达到(7100～42960)个/kg，显著高于中国其他地区。从以往的研究可看出，微塑料在空间上呈现分布不均的现象，这可能与国家或地区自然地理特点、发展程度和人口密集程度等相关，确切的影响因素还有待进一步研究。目前，我国微塑料分布的研究处于起步阶段，微塑料分布区域及丰度仍不明晰，因此亟须建立起规范化的计量、测定和修复等指南标准。
表1 世界范围内部分地区土壤中微塑料分布特征
Table 1 Distribution characteristics of microplastics in soil in part of the world
国家地区丰度组成尺寸范围文献墨西哥2770个/kgPE、PS5～150 mm[46]瑞士593个/kgPE、PS、PVC12.5～500 μm (88%)[47]澳大利亚悉尼(300～67500)mg/kgPVC、PE、PS<5 mm[48]中国河北317个/500 gPE、PP、PVC(1.56±0.63) mm[49]中国山东(1.3～14.7125)个/kgPE、PP、PS1 mm (60%)[50]中国黄土高原<0.54 mg/kgPE>100 μm[51]中国云南(7100～42960)个/kgPE、PP10～0.05 mm[52]中国上海(78.00±12.91)个/kg(62.50±12.97)个/kgPE、PP、PVC0.03～16 mm[53]
1.3 土壤中微塑料迁移降解
土壤中微塑料的迁移过程受微塑料本身特征(尺寸、密度和形状)、外部气候(风、雨)[8, 44, 45, 54]、土壤动物(蚯蚓、弹尾虫)和其他外力(机械扰动)等因素的影响。目前，对于土壤环境中微塑料的迁移降解研究报道较少。O′connor 等[55]通过微塑料在沙土柱中的渗透迁移模拟实验，发现微塑料的迁移深度随干-湿循环次数的增加而显著增加，而单次施加的降水量和表面微塑料浓度对迁移深度影响较小。Gaylor等[56]以蚯蚓为研究对象，发现微塑料中的化学物质可以进入土壤并在土壤生物中富集，同时土壤生物可以将积聚的化学物质转移，进一步对土壤环境造成污染。还有学者发现，蚯蚓可以选择性地摄取 LDPE(<150 mm)且在体内积聚，并进一步传递到土壤其他生物体中[57]。此外，蚯蚓能够将微塑料从土壤表面移入其洞穴而迁移到土壤深处。以上研究结果表明，土壤生物对微塑料的迁移转化是地下水的污染源之一[58]。
目前，对蚯蚓和弹尾虫驱动微塑料在土壤中的迁移研究较多[12, 57, 59, 60]。Rillig等[12]在表层土壤中加入不同粒径的PE，经21 d培养后，在中下层土壤中检测到PE，研究得出，蚯蚓促进了微塑料颗粒沿土壤剖面的迁移，并且微塑料粒径越小，越易于迁移。同时，Huerta等[57]也发现蚯蚓将微塑料颗粒从表层土壤迁移到深层土壤中，这种迁移对其他土壤生物接触微塑料、土壤停留时间及进入地下水均有潜在的影响。Maaβ等[60]开展2种弹尾虫对不同粒径微塑料的迁移研究，发现不同物种对微塑料的迁移距离存在显著差异，LDPE的迁移与粒径有关，粒径越小的LDPE颗粒受生物扰动越显著[58]。另外，对于不同土壤动物对微塑料的迁移影响也有相关研究。Zhu等[61]调查了3种小型土壤节肢动物对土壤微塑料迁移转化的影响，发现3种小型土壤节肢动物明显增强微塑料的迁移，迁移距离可达9 cm。当前的研究尚未对微塑料在土壤环境中的迁移机制开展深入探讨，微塑料迁移带来的土壤环境质量的变化几乎没有涉及，亟须科研工作者通过理论研究和实验检验去揭示。此外，多项研究也证实微塑料通过食物链进行迁移的过程显著改变土壤动物的生物群落，并且随着微塑料粒径不断减小，微塑料在不同食物链中积累与传递，很有可能通过食物链进入人体[46, 62]。因此，关于微塑料通过食物链的迁移已逐步成为国内外的研究热点。
土壤中的微塑料在机械磨损、高温氧化、紫外辐射和生物降解等的作用下，将导致聚合物分子化学结构变化，包括分子键断裂和歧化等，进一步变成粒径更小的微塑料甚至是纳米级塑料。目前关于微塑料在土壤中的降解研究较少。土壤中微塑料的降解以生物降解为主，土壤环境、机械破碎、高温氧化和紫外辐射等降解作用有限。土壤中微塑料的降解速度非常缓慢[63, 64]。如，在农田土壤中，农用塑料薄膜PE碎片难以降解，可存留数年甚至数十年，最终形成较小的微塑料残留物[65]。例如：Albertsson[66]研究发现，PE经800 d后，重量损失仅为0.1%～0.4%。Arkatkar等[67]研究PP在土壤培养1年后，重量损失为0.4%。此外，对微塑料降解产物检测分析尚无深入报道。多项研究表明，土壤中蚯蚓肠道可以实现微塑料的分解[68]，但具体的作用机制亟须通过实验进一步验证。
2 微塑料与土壤其他污染物的作用
微塑料由于粒径小、比表面积较大和疏水性强等特点，暴露于土壤环境过程中不可避免地与其他污染物产生作用。微塑料在土壤环境中扮演着污染物迁移转化的载体功能。目前已经在微塑料表面检测到持久性有机污染物、重金属和抗生素等，微塑料作为这些物质良好的载体，对土壤环境和生物造成一定的复合效应，已经引起学者们的注意。相关学者已经展开了关于微塑料与其他污染物的复合效应研究。表2列出了部分土壤环境中微塑料和其他污染物复合效应的研究。目前，微塑料与土壤中其他污染物复合效应的研究颇有争议。与其他暴露途径相比，研究学者对微塑料和污染物之间的迁移降解开展的相关研究较少[69]。土壤环境中含有的大量黏土矿物、金属氧化物和氢氧化物、腐殖质和微生物等天然物质均可以与环境污染物结合。由于微塑料在土壤环境中的丰度相对较低，研究学者认为微塑料作为污染物载体的作用可能较小[70]。
表2 微塑料与其他污染物的复合效应
Table 2 Combined effect of microplastics with other pollutants in soil
污染物类型分类微塑料类型粒径影响文献邻苯二甲酸酯类持久性有机污染物PVC,PE, PS<75 μm吸附呈现高度线性[71]多溴联苯醚持久性有机污染物PET<75 μm累积负荷多溴联苯醚[56]溴氰菊酯持久性有机污染物LDPE25 μm,100 μm吸附更多的农药[72]4-(2,4-二氯苯氧基)丁酸,阿特拉津持久性有机污染物PE250 μm降低土壤吸附能力[73]多环芳烃,多氯联苯持久性有机污染物PE, PS250 μm,300 μm当微塑料参与时,多环芳烃和多氯联苯的组织浓度降低[74]毒死蜱持久性有机污染物LDPE5 mm, 0.25～1 mm微塑料可将更多毒死蜱转移到土壤基质中[75]As重金属PVC—对蚯蚓的毒性较低[76]Cu重金属PA, PE, PS, PET, PVC, PMMA70～350 μm铜离子的吸附受微塑料类型的影响较大[77]Zn重金属HDPE<5 mm增加锌的生物利用性[11]磺胺嘧啶、阿莫西林、四环素、环丙沙星、甲氧苄啶抗生素PE, PS, PP, PA, PVC75～180 μm吸附能力因抗生素、微塑料类型和环境条件而异[78]四环素抗生素PE<1 mm抑制四环素降解扩散[79]
2.1 微塑料与持久性有机污染物的相互作用
由于微塑料具有很强的疏水性，土壤环境中的微塑料是多环芳烃、多氯联苯、农药、除草剂等疏水性有机物理想的载体，可直接影响持久性有机污染物在土壤环境中的分配，直接威胁土壤生态系统健康。环境中的污染物不是单一存在的，多数化合物间存在拮抗或协同的作用。当它们被微塑料吸附时，会出现不同的吸附能力，可能发生竞争性吸附。为了研究这一关系，Huffer等[80]研究了4种微塑料与7种脂肪族物质的吸附行为，研究发现，微塑料的吸附系数与其疏水性密切相关。Seidensticker等[81]对2种微塑料和不同污染物在3种不同pH条件下的吸附作用研究发现，疏水性化合物对微塑料的吸附强于中性物质。Teuten等[82]研究发现，土壤中塑料上的有机污染物浓度远高于土壤环境，进一步说明了微塑料-持久性有机污染物对土壤区域系统的协同威胁。因此，持久性有机污染物与微塑料之间的复合效应依赖于持久性有机物分子极性，疏水性有机化合物通常会导致更严重的复合污染。目前研究发现，影响物理吸附的主要因素为微塑料的比表面积和范德华力，而有机污染物对微塑料疏水性表面的亲和力是影响其化学吸附的关键原因[83]。微塑料与有机物本身的疏水性、结晶度、官能团以及静电引力的作用属于自身的物化特性。同时，影响微塑料吸附的外部环境因素主要包括水动力学、温度、含水率和pH[84-86]，这些因素对微塑料与有机污染物的吸附影响不容忽视。
2.2 微塑料与重金属的作用
研究表明，重金属和微塑料释放到土壤环境后会发生地球化学过程，微塑料可以吸附土壤中重金属，相关学者对微塑料与重金属的相互作用也进行了研究。Hodson等[11]研究发现，土壤环境中的微塑料磨损过程中表面带有电荷，对金属阳离子进行吸附，吸附动力学符合非线性吸附方程，而且微塑料作为载体增加陆地环境中重金属吸附的潜力。鉴于微塑料化学和物理特性不同，微塑料对土壤中重金属的吸附速率会有很大差异[82, 87]，Massos等[88]报道微塑料对Cd和Pb的吸附率分别为6.9%和7.5%。此外，研究者得出，由于微塑料经阳光氧化和风化使颗粒表面结构改变，表面易获得电荷，容易吸附金属离子达到电荷平衡，同时发现土壤pH值和微塑料在环境中的停留时间也是影响微塑料对金属离子吸附能力的重要因素。微塑料在UV照射2000 h后，增加了铜和锌的吸附量[89]，同时老化的PVC碎片可吸附更多的铜和锌[87]。此外，金属阳离子通过与塑料表面的极性区域或氧负离子相结合以及与有机物形成络合物而被吸附[90]。尽管已有研究涉及微塑料与重金属之间的作用，但是微塑料吸附重金属的机制仍值得进一步研究。
2.3 微塑料与抗生素的作用
抗生素广泛应用于畜牧业中，过量的抗生素会随着动物粪便一起排泄到土壤中，在一定程度上，抗生素与微塑料同时存在于天然环境中，相关学者对微塑料与抗生素的相互作用也进行了研究[79]。Li等[78]调查了5种微塑料(PE、PS、PP、PA、PVC)对5种抗生素(磺胺嘧啶、阿莫西林、四环素、环丙沙星、甲氧苄啶)的吸附情况，发现PA对抗生素的吸附能力最强，认为孔隙结构发育和氢键形成是2种主要机制。已有研究报道了影响微塑料对抗生素吸附水平的因素，如微塑料的极性-极性相互作用[91]、橡胶态[92]和结晶度[93]。而pH、离子强度、温度等老化因素对微塑料吸附四环素的能力影响不大[94]。微塑料对抗生素的吸附行为可能导致两者的复合效应，即可能相互影响，对土壤生态系统造成更大的危害。此外，土壤中的抗生素也可以改变微塑料降解过程，目前这方面的研究很少。因此，不应忽视微塑料与抗生素之间的作用，其潜在的生态风险应该引起关注。
3 微塑料对土壤生态系统的影响
3.1 微塑料对土壤理化性质的影响
微塑料直接影响土壤的理化性质及物质循环。微塑料进入土壤环境中与其他有机污染物结合以后，由于粒径小，比表面积大，吸附能力明显增强，进而改变土壤的理化性质，影响土壤生态系统健康[95]。Liu等[96]研究微塑料(PP粒径<180 μm)对土壤可溶性有机碳(DOC)、有机氮(DON)、有机磷
浓度、FDA水解酶和酚氧化酶活性的影响，经30 d培养后，高浓度微塑料显著影响DOC、DON、DOP、腐殖质及富里酸浓度。Machado等[97, 98]探讨了4种常见微塑料对土壤结构和微生物功能的影响，在为期5周的土壤培养实验中，测定了微塑料影响微生物的容重、持水能力以及微生物活性与水稳定团聚体之间的功能关系。结果发现，微塑料的类型不同产生的影响不同，如聚酯可降低土壤水稳性团聚体，而聚乙烯则显著提高了土壤水稳性团聚体的量，而水稳性团聚体的减少显著降低了土壤微环境的多样性，是土壤结构贫化的1种表现。目前，关于微塑料与土壤团聚体之间相互作用的研究有限，对微塑料污染引起的土壤理化性质的潜在变化的研究仍处在初步阶段，因此尚无法判断塑料污染对土壤水分运移和水土保持的影响。
3.2 微塑料对土壤动物的影响
微塑料主要是通过摄食途径影响土壤动物。目前，关于微塑料对土壤动物的影响研究有一定进展，但是由于土壤动物体系庞杂、功能多样，且由于动物个体大小、栖居时间和生活方式不同，在土壤中分布极不均匀，深入研究土壤动物类群的难度很大。
目前研究较多的土壤动物是蚯蚓[99-101]。蚯蚓能够将微塑料从表层土壤运输至深层，导致污染扩大[12]。然而，关于微塑料对于土壤动物分子和生物化学影响的研究非常有限。微塑料经蚯蚓摄食后，进入蚯蚓体内可造成肠道损伤，容易在体内结块，影响进食和排泄，严重影响蚯蚓成长和存活。PE微塑料对蚯蚓组织病理学损伤和免疫系统影响明显，可增加蚯蚓蛋白质、脂类和多糖含量[100]。而且聚氨酯泡沫微塑料与PBDEs对蚯蚓的联合作用，研究发现，PBDEs可以在蚯蚓体内积累，进而通过食物链影响其他动物[56]。针对蚯蚓的研究表明，微塑料能够影响其繁殖率、成长和存活率，在分子和生物化学影响方面几乎没有涉及。另外，微塑料的暴露还能改变弹尾虫和线蚓的肠道微生物多样性及群落结构[102, 103]。微塑料还可以有效地被线虫摄取[104, 105]。微塑料对线虫的主要不良反应是肠道损伤和氧化损伤，引起肠道钙水平的降低和氧化应激基因gst-4在线虫上的增加，线虫的成活率、体长和繁殖能力显著下降。在对蚯蚓、线虫的研究基础上，对其他土壤动物影响的相关研究也在不断深入，如足目动物等。由于微塑料检测手段有限，限制了微塑料对土壤动物影响的深入研究，而且微塑料本身吸附的有毒有害物质是否会对土壤动物产生毒害，还有待进一步开展研究。
3.3 微塑料对土壤植物的影响
有关微塑料对陆地生态系统，尤其是农业生态系统，影响的研究相对缺乏[106]。农业生态系统中的微塑料不仅能降低土壤微生物量、微生物活性和功能多样性，还会影响土壤中植物营养元素的循环过程[6, 10]，从而可能会间接影响植物种子发芽及幼苗的生长。长期存留在土壤中的微塑料很有可能形成纳米塑料[107, 108]，被迁移并积聚在植物中，再通过食物链被摄入体内，最终导致人体暴露，对生态环境和人类健康构成风险[109]。
土壤植物作为土壤生态系统中的重要组成部分，其生长不可避免地受到土壤环境的影响，而微塑料对植物影响的研究鲜见报道。微塑料可以影响土壤植物的生长，LDPE和可生物降解塑料地膜碎片对小麦的生长具有干扰作用，对小麦种子及幼苗的生长具有明显的抑制作用[110]，并且微塑料可以被土壤植物吸附并积累。通过对烟草细胞的培养研究发现，纳米级塑料微珠可通过细胞内吞作用进入烟草细胞[111]，这表明小粒径的塑料有可能通过植物根际吸收进入植物体内。Qi等[110]以LDPE和1种淀粉基生物降解塑料薄膜为研究对象，将1%的塑料残渣与沙土混合进行盆栽试验，发现在小麦生长过程中，地上和地下部分均受到塑料残渣的影响。水芹种子暴露在不同粒径(50，500，4800 nm)、不同浓度(103～105个/mL)的微塑料中，结果发现，种子发芽率明显受到抑制，而且粒径大的微塑料的影响更大[112]。
当前研究主要是针对微塑料对土壤植物的外在影响，仅局限于少数物种的分析，尚没有揭示出微塑料对土壤植物的毒理学效应及相互作用机制，针对微塑料如何进入植物体内及分析检测研究仍需要优化。因此，相应的结果并不适用于所有类别的植物，试验中采用的微塑料的浓度、种类、粒径以及土壤的理化性质均对植物有一定影响，试验中微塑料的浓度大多超过环境中的实际情况，这样的试验条件有助于微塑料在植物体内的富集，与植物真正生长环境有一定区别，这些问题都是今后在研究中需要考虑的。
3.4 微塑料对土壤微生物的影响
土壤微生物对土壤生态系统至关重要。研究发现，微生物活性的增强，对土壤C、N、P等营养元素的释放起到推动作用，从而促进营养元素在植物-土壤间的迁移[68, 113]。然而，土壤微塑料的存在可能成为其他有毒有害物质的载体，随着微塑料的迁移，会对土壤中微生物产生影响，进而改变土壤生态系统的微生物群落和生物多样性，影响土壤生态系统的健康。
关于微塑料对土壤微生物影响的研究主要集中在对土壤微生物群落的影响和微生物对微塑料的降解两方面[79, 114-118]。微塑料通过间接影响土壤微环境或直接进入土壤后，新加入的碳源、微生物、添加剂和附着的化学物质影响土壤微生物群落，微塑料中所含有的添加剂，如邻苯二甲酸盐、双酚A、重金属等对土壤微生物活性有抑制作用，从而影响微生物体的繁殖发育[92, 119-122]。在聚乙烯和聚苯乙烯颗粒上的寄生真菌和腐生真菌在微塑料上生物膜中均有大量繁殖[123]，含有某些致病菌的弯曲杆菌可依附于微塑料对生物及人类健康造成一定威胁[124]。弹尾虫肠道里假丝酵母菌暴露于PVC下56 d，肠道内的微生物群落结构发生了改变，并且弹尾虫的生长繁殖受到了显著抑制[102]。
目前微塑料对土壤中微生物的影响研究还是有限的，如何将现有的微生物测试手段应用到土壤中微塑料表面附着的微生物群落，揭示微塑料对于土壤微生物影响机制及微塑料本身的生物降解机制是未来微塑料对土壤中微生物影响研究的重点。
4 土壤环境中的微塑料污染防治
控制土壤环境中微塑料增长的重要手段是从源头减少塑料制品的使用和排放。欧美国家针对塑料产品源头控制制定了相应的法律法规。2015年联合国环境规划署倡议世界各国和地区逐步淘汰并禁止塑料微珠用于个人护理品和化妆品中。2016年加拿大联邦政府将塑料微珠列为有毒物质，并发布《化妆品中塑料微珠法规》。意大利提出自2019年起，禁止使用不可生物降解、不可堆肥的棉签；2019年7月1日起禁止出售所有含塑料微珠的化妆品(包括非处方药品和天然保健品)[125-127]，2020年起禁止销售含微塑料的化妆品。我国2000年发布《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》(简称“禁塑令”)；2007年12月31日发布《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》(简称“限塑令”)；2016年5月28日国务院印发的《土壤污染防治行动计划》和2018年8月31日颁布的《中华人民共和国土壤污染防治法》提出加强废弃农膜回收利用，鼓励使用可生物降解薄膜；目前我国正在推行城市垃圾分类管理。这些塑料管控举措都有利于降低塑料垃圾的排放。
但目前对土壤微塑料污染防治方面，相关的法律法规还不健全，相关规定过于抽象不易执行，权责不清难以落实；缺少土壤环境中塑料垃圾和微塑料的采集、分析和签订方法来指导土壤微塑料的防控战略；缺少土壤中塑料垃圾和微塑料的高效收集及清除技术解决土壤生态系统中的塑料垃圾和微塑料污染问题。
5 未来研究方向
综合而言，学术界已经意识到微塑料可能对土壤环境带来影响，部分研究发现，微塑料通过物理、化学、生物等多种方式可能对土壤动物、植物、微生物甚至经食物链最终对人体健康造成影响，但由于相关的研究起步较晚，仍处于探索积累阶段，尚未形成完整的理论方法体系，未来可从以下几方面开展深入研究：
1)土壤中微塑料分离和检测方法研究。目前土壤中微塑料的检测方法有限，不足以分析土壤中微塑料的分布状况和来源，亟须建立规范的微塑料分离和检测方法体系。
2)微塑料对土壤动物毒理效应研究。土壤动物影响微塑料的迁移和降解，目前研究采用实验室模拟的手段，主要基于繁殖率、生长和存活率等指标测试，未来应通过临床试验开展微塑料对土壤动物的毒理效应及机体内迁移机制研究。
3)微塑料对陆地生态系统尤其是农业生态系统影响的研究。农业生态系统中的微塑料不仅能影响土壤微生物量、微生物活性和功能多样性，还会影响土壤中植物营养元素的循环过程，从而可能会间接影响植物种子发芽及幼苗的生长，长期存留在土壤中的微塑料可分解为更小粒径的纳米塑料，对土壤地下水环境及农产品健康风险分析也亟须探明。
4)微塑料对土壤中微生物的影响机制研究。土壤中微塑料性质影响其表面易附着微生物，揭示微塑料影响微生物群落机制及微塑料本身的生物降解机制是有必要的。
5)制定与控制微塑料污染相关的法律法规及标准。增强公众在生活垃圾分类、“限塑令”等方面的执行意识，加强塑料垃圾高效处理技术研发等，进而为我国塑料垃圾控制和处理、微塑料排放和传播等提供更多的理论支持和数据支撑。
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