我们如今生活在一个“塑料时代”。塑料是高分子聚合物,由于成本低、延展性和耐用性强,广泛应用于包装、建筑、纺织、制药、农业生产、电子制造业等多个领域。
2005—2019年,全球塑料年产量从2.30亿吨增长到3.48亿吨。塑料工业的发展给我们的生活带来了便利,与此同时也产生了大量的塑料垃圾。其中只有小部分的塑料能被回收利用,大部分塑料垃圾进入环境后,在盐分、光热及微生物等因素的作用下,降解成较小的塑料碎片,变成了微塑料。
那么“微塑料”是什么?
微塑料是指直径小于5毫米的塑料碎片或颗粒,早在2004年由英国普利茅斯大学的Richard Thompson等人首次在Science上发表文章时提出。
微塑料污染已成为全球性的环境问题。目前,微塑料的研究主要集中在海洋和陆地水环境方面,而陆地土壤中存在的微塑料可能是海洋的4~23倍,而且土壤中微塑料的年输入量也远远超过海洋,因此土壤中微塑料的研究更应该引起社会的关注。微塑料会影响土壤性质吗?
目前有关微塑料对土壤理化性质影响的研究相当有限,多为模拟实验的结果,而且向土壤中添加的微塑料浓度往往大于真实土壤中的微塑料浓度,缺少微塑料对土壤更为长期的影响效应评价。
微塑料对土壤性质的影响,主要取决于微塑料种类。例如:对于持水力,聚酯类(PET)有增加趋势,聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)则无明显趋势;对于土壤容重,三类微塑料均有降低趋势;对于土壤微生物活性,聚酯类(PET)和聚丙烯(PP)有降低趋势,聚乙烯(PE)则无明显趋势;对于土壤结构和功能均有改变效果。
对于pH的影响,有研究表明高密度聚乙烯(HDPE)的加入会降低pH,而聚乳酸(PLA)则没有显著变化。对于土壤肥力的影响,暂无定论,有研究显示聚丙烯(PP)微塑料的添加显著提高了土壤中溶解态有机质的含量,尤其是溶解性有机碳、无机氮和总磷的浓度,也有研究表明微塑料的存在会显著降低土壤有效磷酸盐含量,聚丙烯(PP)微塑料显著提高土壤有效铵的含量。
农田土壤微塑料从哪来?
进入农田土壤的微塑料的主要来源包括农用塑料薄膜的使用、污泥的土地利用、有机肥施用、地表径流和污水灌溉以及大气沉降等。
农用塑料薄膜的使用
据《中国农村统计年鉴》统计数据显示,我国2017年农用塑料薄膜使用量达到252.8万吨,其中地膜使用量为143.7万吨,与2000年相比分别增加了89.31%和98.92%。我国塑料薄膜和地膜使用量不断增加,大量的残留物滞留在土壤中,逐步破碎、分解、降解为微塑料。
污泥的利用
污泥是污水处理厂的终端产物,富含微量元素和有机质,土地利用是其重要的去向之一。污泥中微塑料含量为1500~24000个/千克。污泥中最常见的微塑料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯乙烯(PS)。
有机肥的施用
我国是有机肥生产和使用大国,仅商品有机肥的年产量就在2500万吨以上,施用量约为2200万吨。有机肥中含有大量微塑料,>1毫米的塑料含量有14~895个/千克。
地表径流和污水灌溉
地表径流及农用水灌溉都会将微塑料带入土壤中。长江口水表面的微塑料的丰度达(4137.3±2461.5)个/m³,即使在偏远的内陆湖泊、海岸也发现了大量微塑料的存在,地下水中的微塑料浓度达到了0~7个/m³。在许多水资源匮乏的发展中国家,经处理或未处理的污水会用于灌溉,污水中聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)含量达80~260毫克/m³。
大气沉降
大气中微塑料的来源包括道路灰尘(如轮胎和油漆颗粒等)和合成纺织品中的纤维。例如,法国巴黎市区,空气中存在混合纤维(12%)、合成纤维(38%)和天然纤维(50%),每天通过大气沉降到该区域的微塑料达29~280个/㎡。垃圾填埋或其他表面沉积物产生的微纤维和微粒,也可以通过大气沉降进入土壤环境中。