陳冠霖,王 蘭,唐景春

(南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300350)

隨著塑料產(chǎn)業(yè)逐漸成熟,塑料制品由于其具有成本低廉、性質(zhì)穩(wěn)定、用途廣泛、易于制造等優(yōu)勢廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)生活中,增長數(shù)量也超過大多數(shù)人造材料[1]。自1909年貝克蘭·利奧·亨德里克第一次成功合成塑料以來,全球塑料總產(chǎn)量從1950年代的百萬噸增至2018年的約3.59億t,且目前塑料產(chǎn)量仍在高速增長[2-3]。

在自然或人工條件下,通過物理、化學(xué)和生物降解作用,大體積塑料將被破碎分解為微塑料顆粒,微塑料在土壤中大量累積和遷移,逐漸成為全球性問題[4]。THOMPSON等[5]首次將直徑不大于5 mm的塑料碎片或塑料顆粒定義為微塑料(MPs)。相比于大體積塑料而言,微塑料顆粒更易造成水體、大氣、土壤和食物鏈的污染,增加環(huán)境治理難度和環(huán)境修復(fù)成本[6]。據(jù)報(bào)道,全球土壤中亞洲土壤微塑料含量最高,中國、日本和韓國土壤微塑料覆蓋率占全球土壤微塑料覆蓋率的80%,而中國諸多地區(qū)均檢測出土壤環(huán)境中有微塑料存在,如上海農(nóng)田地區(qū)表層土壤微塑料平均豐度為78 個(gè)·kg-1,山東沿海地區(qū)表層土壤微塑料平均豐度為740 個(gè)·kg-1,河北沿海地區(qū)表層土壤微塑料平均豐度為634 個(gè)·kg-1[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤中微塑料主要來源于塑料地膜覆蓋、農(nóng)業(yè)灌溉、大氣沉降和污水污泥改良土壤時(shí)微塑料的轉(zhuǎn)移等,城市土壤中微塑料主要來源于交通磨損,如汽車輪胎與路面一次或多次磨損產(chǎn)生的納米塑料顆粒。而土壤微塑料豐度的差異與采樣點(diǎn)土壤利用類型及微塑料來源有關(guān),如在中國武漢等中部地區(qū)的草地、旱地、水田和塑料溫室土壤環(huán)境中,旱地土壤微塑料豐度最高,表層土壤微塑料平均豐度高達(dá)4 225 個(gè)·kg-1,溫室土壤微塑料豐度則最低,表層土壤微塑料平均豐度為1 813 個(gè)·kg-1[5,7,9-10]。這可能是由于不同土地利用類型的農(nóng)作物種植強(qiáng)度、施肥頻率和灌溉水質(zhì)等條件不同造成的微塑料空間分布特征變化。

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫和氮庫,土壤溫室氣體是陸地生態(tài)系統(tǒng)中連接土壤和大氣碳、氮循環(huán)的關(guān)鍵過程,在調(diào)節(jié)大氣溫室氣體平衡和氣候變化等方面發(fā)揮著重要作用[11]。 CO2、CH4和N2O都是大氣中重要且常見的溫室氣體,全球大氣中約5%～20%的CO2、15%～30%的CH4和80%～90%的N2O來自土壤,3者總量約占全球溫室效應(yīng)總量的80%,在全球碳、氮循環(huán)中發(fā)揮著重要影響[12-13]。土壤微生物則通過碳的固定與降解、硝化與反硝化、氨化與固氮等生命活動(dòng)改變土壤CO2、CH4和N2O 通量,參與土壤中的碳、氮循環(huán)[10]。

土壤中微塑料的大量存在將對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境及當(dāng)?shù)貧夂蛟斐梢欢ㄓ绊?基于土壤微塑料對(duì)微生物及溫室氣體影響效應(yīng)的研究進(jìn)展,圍繞土壤中微塑料對(duì)微生物多樣性和群落組成以及微生物降解與代謝活性的改變繼而影響溫室氣體產(chǎn)生與排放的機(jī)制進(jìn)行綜述,針對(duì)現(xiàn)有研究的不足與空缺進(jìn)行討論,并對(duì)今后的研究方向提出建議。

1 土壤微塑料對(duì)微生物的影響

1.1 土壤微塑料改變微生物的多樣性和群落組成

土壤微生物是土壤生態(tài)功能的媒介,在陸地生態(tài)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)著養(yǎng)分周轉(zhuǎn)和循環(huán)[14]。然而,土壤微生物對(duì)外部環(huán)境變化很敏感,土壤溫度、濕度和化學(xué)物質(zhì)含量等理化性質(zhì)的改變都可能導(dǎo)致土壤微生物群落的變化[14]。土壤環(huán)境中微塑料的存在會(huì)使土壤pH等理化性質(zhì)發(fā)生一定改變,且土壤pH變化與微塑料種類相關(guān),有研究表明當(dāng)土壤中存在高密度聚乙烯(HDPE)微塑料時(shí),土壤pH值會(huì)顯著降低,而聚乳酸(PLA)微塑料又會(huì)增加土壤pH值[15-16]。由于土壤中微生物群落對(duì)土壤pH值具有高度響應(yīng)性,pH值變化會(huì)影響對(duì)pH高敏感的土壤微生物多樣性和組成[17-18]。

目前環(huán)境介質(zhì)中存在的微塑料密度大致為0.8～1.4 g·cm-3,低于土壤樣品密度(通常為2.6～2.7 g·cm-3),因此土壤中存在的如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等微塑料均會(huì)降低土壤容重,繼而提高土壤透氣性以及增加土壤孔隙度和氧氣通量,尺寸較大的微塑料顆粒如聚乙烯薄膜(2 mm)則會(huì)對(duì)土壤持水能力造成負(fù)面影響并引發(fā)缺氧,而土壤中氧氣通量及可利用率將影響好氧和厭氧反應(yīng)之間的平衡,從而改變好氧微生物和厭氧微生物的分布與占比[4,19-24]。除此之外,微塑料造成的土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化(如土壤容重、團(tuán)聚性能等)會(huì)導(dǎo)致叢枝菌根真菌屬(AMF)等根際微生物相對(duì)豐度變化[25]。

由于微塑料有較大的比表面積,微塑料顆粒通常對(duì)各種污染物(如重金屬)具有顯著吸附能力,對(duì)微生物群落有一定毒害作用,同時(shí)微塑料還可以作為載體吸附土壤養(yǎng)分或土壤基質(zhì),從而減少微生物對(duì)土壤養(yǎng)分的可利用性[26-30]。研究發(fā)現(xiàn)由于微塑料吸附能力的差異,部分微塑料顆?？梢詾樘囟ㄎ⑸锾峁⒌豙21]。除了微塑料吸附作用外,HUANG等[31]和FEI等[32]研究表明塑料制造中使用的有毒添加劑(如鄰苯二甲酸酯)的解吸會(huì)影響微生物活性,如土壤中微塑料膜的存在會(huì)使放線菌豐度和豐富度均有所降低,且與大粒徑微塑料相比,粒徑越小的微塑料釋放添加劑的現(xiàn)象就越顯著[33]。

土壤中存在著大量生態(tài)位,當(dāng)微塑料存在于土壤中時(shí),由于生物可降解微塑料能比傳統(tǒng)微塑料更快地被微生物分解,進(jìn)而促進(jìn)生物膜的形成,導(dǎo)致微生物群落變化,對(duì)土壤生物多樣性和功能產(chǎn)生重大影響[33]。LI等[34]和HUANG等[35]研究發(fā)現(xiàn)塑料地膜殘留物(PMFR)會(huì)改變微生物組成和結(jié)構(gòu),且微生物群落構(gòu)成與附著在塑料表面的微生物種群有關(guān)。通常而言,生物膜是細(xì)菌、真菌、病原體、藻類和原生動(dòng)物形成的聚集體[36]。RUMMEL等[37]發(fā)現(xiàn)由于微塑料釋放的添加劑含量與組成不同,生物膜表面定殖的微生物種類也不盡相同。土壤中微塑料可能會(huì)提高特定微生物種群豐度,并干擾根系微生物之間的相互作用,在土壤環(huán)境中形成“微生物熱點(diǎn)”,例如低密度聚乙烯(LDPE)微塑料會(huì)富集諾卡氏菌屬等潛在致病菌,但即使如此,塑料碎片上的微生物多樣性指數(shù)仍顯著低于原土壤[31,38-40]。此外,研究發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移,老化微塑料會(huì)加速生物膜的形成[41]。

1.2 土壤微塑料影響微生物的降解與代謝活性

土壤團(tuán)聚穩(wěn)定性是一項(xiàng)公認(rèn)的土壤健康指標(biāo),在一定程度上可以用來衡量土壤抗擊外界破壞(如降雨和風(fēng)蝕)的能力[15]。ZHANG等[42]發(fā)現(xiàn)土壤樣品中72%的微塑料與土壤團(tuán)聚體有關(guān),微塑料的添加會(huì)改變土壤結(jié)合機(jī)制導(dǎo)致大團(tuán)聚體的減少及微團(tuán)聚體的增加。由于團(tuán)聚體之間的鍵能弱于團(tuán)聚體內(nèi)的鍵能,團(tuán)聚性能的降低會(huì)干擾土壤穩(wěn)定性,影響土壤聚集,繼而影響土壤中水、氣體和營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸,而土壤團(tuán)聚體剖面的變化則會(huì)導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體中營養(yǎng)物質(zhì)有效性改變,進(jìn)而影響土壤微生物降解與活性[15]。

土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)和土壤中碳(C)的輸入主要由植物決定,但土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性、聚集性和反應(yīng)性等特性卻主要取決于土壤微生物[43-45]。由于C是微塑料主要組成元素,因此當(dāng)土壤中存在微塑料顆粒時(shí),土壤微塑料也可能成為土壤中微生物的非植物碳源,從而增加微生物可利用碳總量[46-47]。據(jù)報(bào)道,微塑料的添加還可以增加土壤溶解性有機(jī)碳總量[38,48]。但是,土壤中納米微塑料也可能對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和碳儲(chǔ)存產(chǎn)生負(fù)效應(yīng),目前的研究尚未得出完全準(zhǔn)確的結(jié)論[21]。除此之外,土壤中微塑料還會(huì)影響土壤可溶性氮(N)、磷(P)等營養(yǎng)元素含量,研究表明土壤中聚二甲酸酯/對(duì)苯二甲酸丁二醇脂(PBAT)初級(jí)微塑料的累積會(huì)導(dǎo)致硝態(tài)氮(NO3--N)、總磷(TP)含量有所降低,土壤中營養(yǎng)物質(zhì)和鹽分的流失會(huì)影響氮、磷功能細(xì)菌降解與代謝活性,繼而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷循環(huán)過程[49]。

除了改變土壤團(tuán)聚穩(wěn)定性和營養(yǎng)元素含量之外,土壤中微塑料顆粒的存在還會(huì)影響微生物酶活性和基因功能,繼而影響微生物降解與代謝活性,例如在富含PE微塑料的土壤中,過氧化氫酶活性更為顯著,而土壤過氧化氫酶與需氧微生物數(shù)量密切相關(guān)[31]。當(dāng)生物可降解微塑料作為非植物碳源被土壤微生物利用時(shí),這種潛在的碳源可以進(jìn)一步促進(jìn)氮分解幾丁質(zhì)酶和亮氨酸氨基肽酶等相關(guān)酶,進(jìn)而增加礦物氮含量以促進(jìn)硝化和反硝化作用[33]。除了影響微生物酶活性之外,由微塑料顆粒造成的土壤理化、生態(tài)性質(zhì)的改變還會(huì)影響微生物部分功能基因,SUN等[50]證實(shí)聚乳酸(PLA)塑料會(huì)使水稻土中amoA基因水平下降,繼而影響微生物的硝化作用。

2 土壤微塑料對(duì)微生物及溫室氣體排放的影響及機(jī)制

2.1 土壤微塑料對(duì)微生物產(chǎn)生及排放CO2的影響

土壤中CO2的排放與土壤有機(jī)碳(DOC)和SOM含量密切相關(guān),并受到土壤微生物活性及群落結(jié)構(gòu)的影響[51]。微塑料的加入使得土壤溶解性有機(jī)質(zhì)組成發(fā)生變化,研究表明在實(shí)驗(yàn)土壤中加入聚丙烯腈(PAN)微塑料后,7和30 d時(shí)土壤溶解性有機(jī)碳含量顯著增加[48]。這可能是由于部分生物可降解微塑料會(huì)削弱土壤團(tuán)聚體保護(hù)有機(jī)碳的能力,從而使有機(jī)碳更具有生物可利用性[33]。除此之外,土壤有機(jī)質(zhì)含量的潛在變化會(huì)導(dǎo)致例如擬桿菌門、黃桿菌目和變形桿菌門等需氧異養(yǎng)型、可分解復(fù)雜有機(jī)物、適宜在低容重土壤中生殖的細(xì)菌群落富集[52-55]。

與此同時(shí),土壤中微塑料的存在還會(huì)刺激微生物呼吸,影響其降解與代謝活性,研究表明土壤中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和PLA微塑料都可以通過酯鍵的水解形成水溶性低聚物,而它們的中間體可以被特定微生物作為額外的非植物碳源,進(jìn)而刺激微生物呼吸,釋放CO2等溫室氣體[33]。土壤中微塑料通過影響微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝活性增強(qiáng)其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解,LI等[56]發(fā)現(xiàn)在添加微塑料的土壤中,與碳水化合物、萜類化合物、多酮類化合物和其他氨基酸代謝相關(guān)的細(xì)菌豐度均高于未添加微塑料的土壤樣品。

微塑料還通過影響微生物相關(guān)基因的表達(dá)增加CO2產(chǎn)量,研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)土壤在經(jīng)過PE微塑料處理后,土壤微生物中參與三羧酸(TCA)循環(huán)的功能基因表達(dá)有明顯增強(qiáng),而三羧酸循環(huán)是需氧生物體內(nèi)普遍存在的代謝途徑,這表明微生物進(jìn)行了更強(qiáng)的代謝活動(dòng),微生物代謝活性在土壤有機(jī)質(zhì)分解和主要營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用[15,56]。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在富含微塑料的土壤培養(yǎng)過程中,微生物生物量碳(Mic-C)和微生物生物量氮(Mic-N)隨著培育時(shí)間增加而有所降低,這表明土壤中的碳、氮大部分都被用于微生物自身代謝而非轉(zhuǎn)化為微生物生物量,且Mic-N和Mic-C分別與CH4和CO2排放呈正相關(guān)[56]。

此外,微塑料中的碳會(huì)在土壤中累積,繼而促進(jìn)土壤微生物群落將土壤原生有機(jī)質(zhì)進(jìn)行礦化,導(dǎo)致溫室氣體排放。與此同時(shí),土壤中微塑料通過影響土壤容重,使得土壤間團(tuán)聚能力降低,土壤中氧氣供應(yīng)得以改善,進(jìn)一步促進(jìn)土壤生物有機(jī)質(zhì)礦化[33]。而由于土壤孔隙率的提高,土壤透氣性更強(qiáng),微生物所產(chǎn)生的CO2會(huì)更容易排放至大氣中[56]。

2.2 土壤微塑料對(duì)微生物產(chǎn)生及排放N2O的影響

N2O排放與微生物硝化、反硝化和氨氧化等氮循環(huán)反應(yīng)息息相關(guān),土壤微塑料刺激微生物呼吸代謝活性繼而影響N2O的產(chǎn)生與釋放,微塑料顆粒通過增加土壤孔隙度,提高土壤中空氣流動(dòng)和氧氣含量,刺激氨氧化從而導(dǎo)致產(chǎn)生更多的NH4+,進(jìn)而刺激反硝化過程并增強(qiáng)N2O釋放進(jìn)入外界環(huán)境[33,57]。微生物群落分解土壤中含氮化合物時(shí),當(dāng)?shù)鄬?duì)含量不足或碳相對(duì)含量過高時(shí),會(huì)導(dǎo)致氨基酸和其他含氮化合物含量降低[55]。因此,當(dāng)土壤中微塑料作為碳源被微生物所利用時(shí),由于部分微塑料,如可生物降解地膜具有極高的碳氮比,將會(huì)促進(jìn)微生物對(duì)氮的固定,而對(duì)氮需求的提高則會(huì)刺激微生物加速分解SOM以從中獲取氮,與此同時(shí),SOM的分解使微生物可利用有機(jī)碳量隨之增加,也為反硝化菌產(chǎn)生N2O提供更多能量[33,40,58]。

土壤中微塑料還會(huì)通過影響微生物的基因表達(dá)和酶活性從而影響N2O的產(chǎn)生和排放,SINSABAUGH等[59]研究發(fā)現(xiàn)土壤脲酶活性會(huì)隨著PE微塑料的加入而提高,而脲酶與土壤氮循環(huán)密切相關(guān),特別是能促進(jìn)含氮有機(jī)質(zhì)水解。此外,土壤微塑料會(huì)改變土壤微生物群落構(gòu)成,KANEHISA等[60]證明微生物群落的變化可能會(huì)潛在地影響其代謝功能多樣性,有研究表明相比于未添加微塑料的土壤樣品和改良土壤樣品,添加PE微塑料的土壤樣品中一些與代謝相關(guān)的基因會(huì)在PE微塑料顆粒上過度表達(dá)[31]。例如,在富含微塑料的土壤中,與氨基酸代謝相關(guān)和與降解外源性物質(zhì)相關(guān)的基因相對(duì)豐度明顯高于未添加土壤和改良土壤,而氨基酸代謝過程與丙氨酸、天冬氨酸和其他碳水化合物的降解密切相關(guān),富含微塑料的土壤相關(guān)基因的較高豐度可能會(huì)影響土壤中碳和氮循環(huán)[31,61]。

2.3 土壤微塑料對(duì)微生物產(chǎn)生及排放CH4的影響

HAIDER等[62]研究發(fā)現(xiàn)部分塑料制品可以被自然界中的微生物代謝為H2O和CO2或CH4,在此過程中甲烷氧化菌、產(chǎn)甲烷菌等土壤微生物與CH4的產(chǎn)生及排放息息相關(guān)。

甲烷氧化菌是一種化能微生物,其利用O2作為電子受體氧化CH4以獲得生命活動(dòng)所需能量[60]。通常而言,當(dāng)微塑料進(jìn)入土壤時(shí),由于容重和孔隙率的變化,O2在土壤中的占比增大,擴(kuò)散能力亦有所增強(qiáng),土壤氧化能力隨之提升,氧化還原電位有所增加,進(jìn)而增強(qiáng)甲烷氧化菌對(duì)CH4的氧化,從而減少CH4排放[63]。而產(chǎn)甲烷菌對(duì)微塑料的響應(yīng)則根據(jù)土壤類型與微塑料種類呈現(xiàn)一定差異,這可能是由于不同種類微塑料對(duì)土壤中SOM及氧化還原電位的影響有所不同,研究表明土壤中SOM和氧化還原電位均與CH4排放呈現(xiàn)直接或間接的負(fù)相關(guān)[64]。例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)微塑料可以改善土壤氧化還原電位,從而使得參與CH4氧化的pmoA、pmoB基因豐度均有所提升,而參與CH4生成的mcrA、mcrB基因豐度均有所下降,同時(shí)研究證實(shí)mcrA基因在實(shí)驗(yàn)過程中是影響CH4排放的關(guān)鍵生物變量[42,64]。而實(shí)驗(yàn)表明PE微塑料則可能通過增加微生物中促進(jìn)CH4產(chǎn)生的相關(guān)基因(如mcrA基因)并抑制CH4氧化相關(guān)基因(如pmoA基因)的拷貝數(shù)來增加CH4排放,但PAN微塑料對(duì)稻田土壤中CH4排放的影響卻并不顯著[64-65]。

土壤微塑料對(duì)微生物產(chǎn)生與排放CH4的影響往往受到土壤中多重因素的共同作用,LI等[56]和LEHMANN等[66]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤中存在生物炭等物質(zhì)與微塑料共存時(shí),由于生物炭不僅會(huì)釋放可溶性有機(jī)碳來促進(jìn)微生物活性,并減弱微生物對(duì)甲烷的氧化,還會(huì)將微塑料中不易降解的碳源轉(zhuǎn)化為易于被微生物利用的碳源,從而使得CH4排放有所增加。然而在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,HAN等[64]發(fā)現(xiàn),由于生物炭在增加土壤通氣量方面有一定積極作用,且當(dāng)土壤中微塑料與生物炭共存時(shí)土壤氧化還原電位有更大程度的增高,研究還發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)土壤中單獨(dú)添加稻草生物炭和PET微塑料以及混合添加稻草生物炭與PET微塑料可分別減少50%、53%和61%的CH4排放。由此可見,在土壤中生物炭與微塑料對(duì)溫室氣體排放的聯(lián)合影響仍因生物炭和微塑料種類不同而存在一定差異,需要進(jìn)一步深入探索。

3 結(jié)論

隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用,微塑料顆粒通過塑料地膜覆蓋、農(nóng)業(yè)灌溉、大氣沉降和交通磨損等方式進(jìn)入土壤,在土壤環(huán)境中通過改變土壤理化性質(zhì)以及微生物酶活性和基因功能影響微生物多樣性和群落組成以及微生物的降解與代謝活性(圖1)。土壤微生物由于特殊生物群落富集及代謝活性改變,將對(duì)土壤中CO2、N2O和CH4等溫室氣體產(chǎn)生及排放造成影響。

圖1 微塑料對(duì)微生物的影響

4 研究展望

隨著“塑料時(shí)代”的到來,未來人類將不可避免地與微塑料長期共存,而目前在土壤微塑料對(duì)微生物及溫室氣體排放效應(yīng)研究領(lǐng)域仍存在一些研究空白與理論空缺,未來的研究可以從以下3個(gè)方面進(jìn)行探索。

4.1 對(duì)溫室氣體排放的機(jī)制研究有待加強(qiáng)

目前人們已對(duì)微塑料影響土壤理化性質(zhì)和微生物生理活動(dòng),進(jìn)而影響溫室氣體排放方面做出了較為詳盡的探究,并且還發(fā)現(xiàn)土壤排放的溫室氣體之間存在相互轉(zhuǎn)化且碳氮循環(huán)之間存在相互影響。YU等[67]和MALYAN等[68]研究表明土壤中微塑料會(huì)通過增加與氮礦化相關(guān)的微生物基因豐度從而提供更多的NH4+底物,產(chǎn)生的NH4+會(huì)與CH4共同競爭土壤中O2,進(jìn)而增加CH4排放量。由此可見,土壤中溫室氣體的產(chǎn)生與碳氮循環(huán)之間存在著一定交互作用。研究發(fā)現(xiàn)在與土壤性質(zhì)類似的水體沉積物中,微塑料對(duì)CH4排放的影響并不明顯,這可能是由于CH4通過沉積物表面的上覆水體時(shí),被上覆水體中的微生物氧化并轉(zhuǎn)化為CO2[69-71]。由此可見,土壤中微塑料的存在使得CO2、N2O和CH43種典型溫室氣體產(chǎn)生與排放之間存在著相互聯(lián)系與聯(lián)合影響,對(duì)此仍有待進(jìn)一步探索。

4.2 不同微塑料種類造成的影響需進(jìn)一步深入研究

微塑料具有一定的空間分布特征,不同地區(qū)土壤中微塑料豐度和種類存在較大差異[72]。而微塑料種類的不同可能使其化學(xué)組成、添加劑種類、吸附特性均存在較大差異,從而使其對(duì)微生物產(chǎn)生的生態(tài)毒性也不盡相同,繼而會(huì)對(duì)溫室氣體排放造成截然不同的影響。例如,有研究發(fā)現(xiàn)在水稻土壤中將水稻秸稈作為分解底物,PP和PVC微塑料比PE微塑料對(duì)秸稈分解效率的促進(jìn)作用更為顯著[73]。在分解前期,秸稈分解釋放的CO2量與PE含量呈負(fù)相關(guān),與PP和PVC含量呈正相關(guān);而在分解后期,期秸稈分解釋放的CO2量與PE含量呈正相關(guān),與PP和PVC含量呈負(fù)相關(guān)[73]。由此可知,微塑料種類和土壤類型都可能對(duì)土壤微生物及溫室氣體排放造成不同程度影響,而目前對(duì)此方面的研究仍舊較為零碎。

此外,相比于傳統(tǒng)塑料,生物可降解塑料理論上可在土壤中通過自然降解作用分解為CO2和H2O,但由于實(shí)際土壤環(huán)境很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件下的理想狀態(tài),因此在實(shí)際土壤環(huán)境中生物可降解塑料是否能夠解決傳統(tǒng)塑料導(dǎo)致的環(huán)境問題仍未可知。同時(shí),由于生物可降解塑料更易被分解,進(jìn)而更易產(chǎn)生微塑料顆粒,因此相比于傳統(tǒng)塑料而言,可降解塑料是否對(duì)土壤微生物和溫室氣體排放造成更大危害尚有待進(jìn)一步確定。

4.3 需進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)際土壤條件下微塑料影響的研究

環(huán)境問題具有一定復(fù)雜性,而目前的研究主要在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行,實(shí)際生產(chǎn)生活中土壤平均溫度和水分很少達(dá)到實(shí)驗(yàn)室測試條件下的水平,例如在實(shí)際野外土壤溫度和水分比實(shí)驗(yàn)條件更低時(shí),微生物降解速度和生物活性均比人工培養(yǎng)條件低得多,微塑料在土壤中的累積濃度、持久性和生物毒性將可能發(fā)生變化,可降解微塑料顆粒在土壤自然降解條件下產(chǎn)生的副產(chǎn)物濃度、微生物群落多樣性的實(shí)際變化情況亦有待確定[30]。為了將實(shí)驗(yàn)中得到的現(xiàn)象和結(jié)論合理地與田間實(shí)際情況相結(jié)合,避免科學(xué)理論探索與實(shí)際場景相脫節(jié),后續(xù)研究有必要了解實(shí)際自然降解條件下微生物與含微塑料土壤的相互作用,為解決實(shí)際問題做出更為準(zhǔn)確的指導(dǎo)。