微塑料是具有不同顏色、尺寸、形貌、性質、分解性和毒性的顆粒態有機聚合物，通常指直徑小于5mm 的塑料碎片、纖維和顆粒。微塑料因尺寸微小且吸附性能強，其生態環境毒害效應更加突出。

2021 年，瑞典科學家MacLeod 等（2021）在Science 上撰文指出，全球環境中微塑料污染無處不在且幾乎不可逆。目前，在全球海洋（Kane et al., 2020）、陸地（Rillig et al., 2024）、大氣（Chen et al., 2023），甚至在青藏高原（Wang and Zhou, 2023）等偏遠地區的環境樣品中均已發現微塑料。近年來，有關微塑料在陸地生態系統中的環境行為與生態效應的研究日益增多。最近發表在Science 和Nature 等國際期刊上的多篇論文指出，要加強“微/納塑料的陸地生態系統效應”“土壤塑料際”“微塑料的風險評估”等前沿方向的研究（Rillig and Lehmann, 2020; Koelmans et al., 2022; Rillig et al., 2024）。

▲ 土壤中微/納塑料的生物健康效應和食物鏈傳遞風險（引自馮裕棟，2023）

在過去的10~15 年中，人們對環境中微塑料的來源、歸趨和毒性進行了廣泛的研究。Web of Science（WOS）核心合集數據庫顯示，截至2024 年3 月2 日，海洋微塑料領域的論文收錄量達到了6708 篇，但土壤微塑料領域的研究僅2289篇，占海洋微塑料領域論文數量的1/3，且WOS 上的發文量隨時間呈快速增加趨勢。進一步分析表明，環境中微/納塑料的分析方法、賦存特征與來源、積累與分布、傳輸與沉降、形貌與表面變化、添加劑釋放與復合污染、老化與破碎次生、生物膜形成與微生物降解、作物吸收傳輸與轉化機制、生物暴露毒性及其食物鏈傳遞風險、人體健康風險，以及環境監管與替代技術等正日益成為全球科學界的研究熱點（駱永明等，2021）。

中國科學院南京土壤研究所駱永明研究員團隊早在10 多年前就關注環境微塑料研究的前沿科學動向，并于2013 年開始從事海岸帶環境微塑料研究；在過去的10 多年里，團隊在陸地、海洋、大氣等多介質環境及動植物、人體組織等生命體中微塑料的賦存形態與豐度分布、來源與解析、遷移與歸趨、表面風化與形貌變化、表面性質與污染物吸附、添加劑釋放與生態風險、生物膜形成與降解、生物吸收與傳輸、食物鏈傳遞與健康風險等方面，開展了系統性野外調查、室內外模擬、分析評估與綜合集成研究，形成了多項具有開創性、指導性和引領性的研究成果，有力支撐了微塑料的環境污染管控政策建議和標準規范的制定與頒布。

《環境微塑料賦存特征、表面變化和生物積累》基于團隊在過去十多年來開展的野外調查和實驗室模擬試驗，系統介紹了環境多介質微塑料的研究方法、來源與源解析，探明了土壤、近岸海域及河流水體、沉積物、大氣等環境介質中微塑料的賦存特征，以及動植物等生物體內微塑料的積累特征，揭示了環境微塑料的表面風化與形貌變化、表面組成與性質變化、生物膜的結構與功能，以及表面污染物的吸附特征；闡明了土壤-植物系統中微塑料的生態效應，探明了高等植物對微塑料的吸收與傳輸機制，并對農作物吸收轉移微塑料進行了示蹤與定量；評估了環境微塑料的食物鏈傳遞與人體健康風險。

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《環境微塑料賦存特征、表面變化和生物積累》

駱永明等著.北京 :科學出版社, 2025.3

(土壤環境與污染修復叢書)

ISBN 978-7-03-079655-4

本書的結構與內容具有鮮明的特色：

• 在研究對象上，涵蓋了陸地、海洋和大氣等多環境介質，以及植物、動物、微生物及人體等多生命受體；

• 在研究區域上，既覆蓋了全國不同地理氣候帶的海岸帶，又重點關注了農田土壤、濱海潮灘、紅樹林濕地，以及近岸海域等陸海環境；

• 在研究方法上，不僅包含了微塑料的分離、提取、純化、鑒定與定量方法，還包括了微塑料的生物膜分析及生物體內的定性與定量標記等方法；

• 在研究手段上，采取了野外調查采樣、實驗室模擬試驗、顯微觀測分析等多技術方法。

上述研究取得的主要研究進展與認識簡述如下。

▋1. 建立了環境多介質中微塑料采集、分離和鑒定表征方法，查明了陸海環境微塑料的來源與源解析途徑，建立了源清單

環境介質是復雜而動態變化的生態系統，空間異質性明顯。對環境介質微塑料樣品的采集需要進行有針對性的布點，詳細記錄采樣點周邊環境情況；環境樣品中微塑料的分離提取需要借助密度浮選法，并使用過氧化氫等氧化劑消除有機質的干擾；進一步采用紅外光譜或者拉曼光譜對微塑料鑒定分析，并使用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、壓汞儀、接觸角測定儀、納米二次離子質譜儀和氣相/液相色譜串聯質譜儀等，實現對微塑料表面理化性質的分析和黏附物質的鑒定；采用草酸銨結晶紫染色法、激光共聚焦掃描顯微鏡和高通量測序等技術，解析微塑料表面生物膜的總量、組成與結構，以及微生物群落結構多樣性。

▲桑溝灣潮灘中大塑料破碎成次生微塑料現象的野外調查（引自趙新月等，2020）。（a）聚乙烯浮子；（b）白色泡沫；（c）漁繩纖維；（d）黃色海綿；（e）PP 薄膜繩

比較分析了海岸環境大塑料和微塑料來源識別的技術方法，建立了以黃海桑溝灣近岸養殖來源、生活來源（休閑娛樂）、農田來源等不同特征大塑料和微塑料的來源清單，建立了微塑料與大塑料破碎之間的關系，明確了桑溝灣部分次生微塑料由養殖活動中大塑料的破碎形成，為海岸環境大塑料和微塑料來源分析提供了方法學基礎。

2. 揭示了農田土壤、水體及沉積物、大氣及動植物微塑料的賦存與分布特征

長期受農業活動影響的土壤中微塑料以碎片和纖維為主，其中聚酯、聚丙烯和聚乙烯是主要的聚合物類型。施用豬糞22 年、施用不同污泥9 年和覆膜10 年對土壤中微塑料積累的貢獻比例分別為62.6%、41.4%~73.1%和63.0%。經估算，長期施用豬糞和污泥導致農田土壤中微塑料（＞100μm）的年積累量分別為1.2 個·kg–1 和3.2~12.1 個·kg–1，而長期覆膜導致的薄膜微塑料的年積累量為7.8~10.1 個·kg–1。潮灘土壤中微塑料的聚合物類型主要有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等，不同類型潮灘中微塑料的特征及來源與陸源輸入和海浪潮汐帶入，以及海岸帶地區人類活動等因素有關。土壤中蚯蚓的活動能夠影響微塑料的積累和遷移，而跳蟲、蚯蚓密度和植物根系等生物因素，以及微塑料類型、暴露時間和淹水等非生物因素都會影響蚯蚓的行為活動，進而影響土壤中微塑料的移動性。

▲ 非生物因素對蚯蚓驅動土壤中微塑料遷移的影響（引自向黎等，2023）。（a）為微塑料類型；（b）為老化作用；（c）為暴露時間；（d）為淹水處理；L1，0~5 cm；L2，5~10 cm；L3，10~15cm；L4，15~20 cm

在水體微塑料賦存特征方面，黃海桑溝灣表層水體中的微塑料類型以纖維類和碎片類為主，微塑料粒徑以小于1 mm 的為主。表層水體中微塑料豐度高值區主要出現在近岸海域，并且微塑料的豐度呈由灣內向外海遞減的趨勢，微塑料的垂向分布也呈現一定的空間異質性，這主要受海水養殖、生活和航運等人類活動排放及水動力的影響。此外，渤海水體中微塑料的豐度普遍較高，且不同區域和深度的水體樣品中微塑料的分布存在明顯差異，具有分區分層分布現象。近岸海域、渤海灣和渤海海峽海域的表層海水中微塑料豐度較高，表層水體微塑料污染主要受海上行船排污和沿岸居民生產生活的直接影響。在整個渤海水柱中，渤海海峽和遼東灣海域具有較高的微塑料豐度，微塑料在渤海各水層的分布與不同深度的環流（流速和流向的差異），海域的水體交換能力，微塑料自身的密度、形貌類型和顆粒大小，以及沿岸或附近海域人為活動強度密切相關。

▲ 渤海水體中微塑料的粒徑變化（引自Dai et al.，2018）

在沉積物微塑料的賦存特征方面，黃海桑溝灣沉積物中的微塑料以纖維類為主，粒徑集中在<1 mm 和1~2 mm，微塑料豐度隨粒徑增大而降低；潮灘沉積物中的微塑料空間分布也存在明顯的差異性，這與其地形、植被和海灣風浪的影響有關。渤海表層沉積物中的微塑料豐度在渤海灣和遼東灣海域較高，在大多數站點，表層沉積物中微塑料的豐度與上層水體濁度及葉綠素a 含量密切相關。東南、西南沿海紅樹林沉積物中微塑料類型多樣，以發泡、纖維和碎片類為主，顏色豐富，尺寸范圍在0.05~5 mm，聚合物成分主要為聚苯乙烯、聚丙烯等。人類活動的高強度、紅樹林的高度和密度，以及沉積物質地是導致這種異質性的主要控制因素。

▲ 紅樹林沉積物中不同類型的微塑料（引自Zhou et al.，2020）。（a）~（c）為紅色、藍色和透明纖維；（d）、（e）為透明和紅色薄膜；（f）~（h）為白色碎片（f）和綠色碎片（g、h）；（i）為白色發泡；（a）、（b）為丙烯酸；（d）、（e）為聚乙烯；（c）、（f）、（g）、（h）為聚丙烯；（i）為聚苯乙烯

在大氣微塑料賦存特征方面，煙臺、天津和大連等濱海城市的大氣沉降樣品中存在纖維、薄膜、碎片和顆粒4 種類型的微塑料，以纖維類微塑料為主；微塑料的顏色以透明為主；大部分微塑料粒徑小于1 mm，隨著粒徑增大，微塑料的數量快速遞減；大氣微塑料的主要成分為賽璐玢和聚對苯二甲酸乙二醇酯。大氣沉降微塑料表面存在明顯的裂縫和孔隙，表面風化程度明顯。不同城市的大氣微塑料沉降通量存在差異，微塑料沉降通量季節性變化規律不明顯。

▲ 大氣沉降微塑料表面附著物的微觀形貌（引自田媛，2020）

首次量化評估了東亞地區通過食用海帶和紫菜攝入微塑料（MPs）的情況，發現中國人每年通過食用海藻攝入約17034個MPs，占其總年MPs攝入的13.1%，且海藻攝入的MPs貢獻了45.5%的總MPs攝入量，是東亞地區主要的MPs暴露途徑，這一發現對全面評估食用海藻的風險和制定緩解策略至關重要。

▲ 不同加工處理的海帶中微塑料含量（引自Xiao et al.，2024）。不同加工處理的樣品包括：新鮮海帶（未經任何處理，F）、干燥海帶（干燥處理，D）、鹽漬海帶（焯水后鹽漬處理，S）

進一步通過微宇宙系統定量分析了微/納塑料在河口典型生物中的積累和分布特征，結果表明微塑料主要在捕食性魚類許氏平鲉的肝臟、消化道和鰓等部位，在濾食性生物長牡蠣的鰓、外套膜、消化腺和性腺部位，以及在底棲生物脈紅螺的食道腺內都有明顯的積累。所調查的近海底棲生物體內均有微塑料積累，豐度在70~2000 個·kg–1（鮮重），包括顆粒類、碎片類、纖維類和薄膜類。此外，微塑料在東亞地區人們經常食用的海帶和紫菜中廣泛存在，豐度分別為（2.3 ± 0.7）~（12.7 ± 6.5）個·g–1 和（2.9 ± 1.7）~（5.0 ± 2.0）個·g–1。

3. 探明了農用地和潮灘土壤微塑料表面組成和性質、風化與形貌演變過程，闡明了環境微塑料表面生物膜的形成、結構與功能，揭示了環境微塑料對抗生素和重金屬的表面吸附特征

在長期物理、化學和生物學作用下，環境中的微塑料發生風化和降解，其表面出現微米級裂紋和微孔，表面粗糙度增加，且表面均勻性變差，脆性增強，逐漸老化裂解成粒徑更小的微塑料甚至是納米塑料，其環境遷移性增強。此外，微塑料長期受到土壤的機械作用，導致外來物質如Al、Si、Fe 等元素以氧化物的形式存在于微塑料表面。

▲ 黃河口鹽沼濕地[(a)~(h)]和北部灣紅樹林濕地[(i)~(p)]地上暴露和地下暴露環境中聚苯乙烯發泡表面形貌隨時間變化（引自周倩等，2021）

暴露在不同環境中的微塑料，其表面的有機磷酸酯和鄰苯二甲酸酯等添加劑的組成與濃度具有顯著差異。磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（2-氯異丙基）酯（TCPP）和鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）是不同微塑料表面檢出的3 種最主要的化合物。不同微塑料之間添加劑的空間差異和成分變化表明微塑料在海岸環境中的來源和停留時間不同。暴露在環境中的微塑料表面形貌發生變化后，會引起孔隙度、比表面積、官能團及疏水性等表面特性的變化。微塑料進入海岸環境后其比表面積變大，并且不同形貌類型微塑料比表面積變化程度具有差異。與原始對照樣品相比，環境暴露后的微塑料表面大孔比例（體積比）降低，介孔比例增加，表明微塑料在環境中主要以增加介孔的形式改變比表面積。土壤環境中微塑料表面的官能團變化速率（羰基指數）主要取決于生物地理海岸的土壤環境條件。風化后的微塑料表面會由疏水性向親水性轉變。

環境中微塑料表面的生物膜通常由細菌、真菌、藻類及其分泌的胞外聚合物組成。生物膜的總量、形貌、組成與結構，以及微生物群落結構多樣性與暴露環境（深度、時間）密切相關。生物膜的形成改變了微塑料的微形貌、疏水性及化學官能團等理化性質。此外，部分微塑料的生物膜中還檢出了病原微生物及與人類疾病有關的功能基因，提示了生物膜的形成增加了微塑料作為病原菌的載體效應及其環境健康風險（He and Luo, 2020）。

▲ pH 對土霉素形態（a）和微塑料吸附土霉素（b）的影響（修改自Zhang et al.，2018）

潮灘風化的微塑料樣品對土霉素的吸附結合能力高于未風化微塑料樣品；兩者的吸附等溫曲線均符合弗羅因德利希（Freundlich）模型，以非線性的多層吸附為主；靜電作用主要影響聚苯乙烯發泡微塑料對土霉素的吸附，在pH=5 時對土霉素的吸附量達到最大；離子間競爭作用影響聚苯乙烯發泡微塑料對土霉素的吸附，但Ca2+與土霉素絡合形成橋鍵作用會增加聚苯乙烯發泡微塑表面對土霉素的吸附。微塑料表面生物膜的形成可增加微塑料對重金屬Cu 的吸附能力，且Cu 元素在菌體中的聚集量高于胞外聚合物等非菌體物質。在部分微塑料中還發現其表面附著穩定的鐵氧化物、石油和藻類等。

4. 探討了土壤-植物系統中微塑料的生態效應，首次發現了小麥和生菜對微塑料的吸收通道和傳輸機制，并示蹤與定量了對微塑料的轉移系數和吸收量

微塑料與土壤-植物間的相互作用越來越受到關注。微塑料在土壤中難以降解，當累積到一定水平后會對土壤容重、土壤團聚體、土壤pH、孔徑分布和水力傳導性等理化性質產生影響，進而影響土壤中碳、氮、磷等元素的循環。微塑料會對動植物的生長發育產生負面影響，長期存在于土壤中的微塑料還會改變土壤微生物群落結構和多樣性（韋婧等，2023）。微塑料對土壤-植物系統的影響與微塑料的類型、粒徑、形狀、濃度及環境因子等多種因素有關（Yang et al., 2023）。

▲ 2.0 μm PS 微球處理后小麥和生菜根內積累微球的掃描電子顯微鏡圖（引自Li et al.，2020）。（a）~（d）小麥幼苗根系；（e）、（f）生菜幼苗根系

通過特異熒光染料標記的聚苯乙烯微球具有良好穩定性，且能有效規避植物組織自發熒光干擾，為其在植物體內檢測分析提供了可靠的技術手段。利用此技術，揭示了高等植物小麥和生菜吸收及傳輸納米或亞微米和微米級微塑料的通道與機制。在營養液培養條件下，0.2 μm 聚苯乙烯微球可被生菜根部大量吸收和富集，并從根部向地上部遷移，積累和分布在可被直接食用的莖葉之中。進一步通過廢水水培和模擬廢水灌溉的砂培、土培試驗，發現亞微米級甚至是微米級的塑料顆粒都可以穿透小麥和生菜根系進入植物體。在植物新生側根邊緣存在狹小的縫隙，塑料顆粒可以通過該“通道”跨過屏障而進入根部木質部導管，并在蒸騰拉力的作用下，通過導管系統隨水流和營養流進入作物地上部（Li et al., 2020）。

▲ Eu-PS 水培暴露前后掃描電子顯微鏡成像圖及能譜圖（圖片來源于李瑞杰，2023）

稀土配合物摻雜標記方法克服了傳統熒光標記方法存在的背景熒光干擾和難以同時精確定量等缺點，為研究微塑料在復雜生物介質中的積累、傳輸和分布提供了一種簡便和通用的方法。利用稀土配合物的時間分辨熒光特性實現了對小麥和生菜幼苗體內銪配合摻雜標記的聚苯乙烯（Eu-PS）的可視化追蹤，并進一步通過構建的植物體內微塑料定量方法，間接量化分析了小麥和生菜幼苗對Eu-PS的吸收和傳輸量。首次估算了在水培和土培條件下，從根部轉移到地上部的轉移系數<7%，但未觀察到明顯的生物放大現象（Luo et al., 2022）。

5. 首次發現了在人體血栓中的微塑料和染料顆粒，分析了微塑料的食物鏈傳遞與人體健康風險

微/納塑料能在海洋食物鏈中傳遞，從浮游植物到浮游動物，甚至到更高級的哺乳動物，并會在高等捕食者中富集。目前，關于微/納塑料在陸地食物鏈中傳遞的研究還相當有限。微/納塑料可能已經廣泛存在于陸地食物網中，并通過食物鏈傳遞到人體，最終在人體內累積（馮裕棟等，2023）。進一步基于體內和體外毒理學研究文獻分析，綜述了微/納塑料對人體的九個器官系統（消化、呼吸、循環、生殖、神經、免疫、內分泌、泌尿和運動系統）的影響（Feng et al., 2023）。最后，借助顯微拉曼光譜儀等超精確測量儀器，首次在人體的血栓中發現了一定數量和不同類型的微塑料與染料顆粒（Wu et al., 2023）。未來需要加強微/納塑料在陸地食物鏈傳遞的風險研究和對人體健康的影響研究，為土壤中微/納塑料的監測、管控和治理提供科學指導和技術方法，也為研究微/納塑料與陸地生態系統、人體健康的關系提供新方法和新證據。

▲ 人體血栓中九種材料的代表性微小顆粒的拉曼光譜（黑色）和照片

本書的最后，展望了環境微/納塑料未來的研究方向及關鍵科學技術問題，以期推動我國環境微塑料領域產、學、研、管的多學科系統的高質量發展（涂晨和駱永明，2023）。

然后，對于環境微塑料行為與效應的認識而言，我們這些工作進展僅僅是“冰山一角”。陸地生態系統中微/納塑料及其添加劑的污染是全球性的環境問題。對這些污染物及其復合污染物土壤環境行為的認知、生態效應的闡明和健康危害的防范是當今及未來人類面臨的艱難挑戰。未來需要開展國際科技合作和學術交流，見微知著，協同創新，共同創建“塑戰”對策方案，支持“美麗健康中國”建設，實現未來全球可持續發展目標。

本文摘編自《環境微塑料賦存特征、表面變化和生物積累》（駱永明等著.北京 :科學出版社, 2025.3）一書“第一章 緒論”“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

(土壤環境與污染修復叢書)

審圖號：GS 魯(2025)0162 號

ISBN 978-7-03-079655-4

責任編輯：周 丹 沈 旭

本書全面探討了微塑料在不同環境介質中的賦存特征、來源解析、表面性質變化及其對生態系統和人類健康的潛在影響。第一章為緒論。第二章詳細闡述了環境介質中微塑料的采集、分離、鑒定和表征方法，為后續章節的研究提供了技術支撐。第三章至第七章分別對陸海環境、農用地和潮灘土壤、近岸海域及河流水體、近岸海域及紅樹林沉積物、海岸帶近地表大氣等不同環境介質中微塑料的來源、賦存特征進行深入分析，揭示了微塑料在環境中的分布規律。第八章至第十章聚焦于微塑料在生物體內和土壤中的積累、表面風化和形貌變化，以及濱海潮灘環境中微塑料表面組成和性質的變化，探討了微塑料的環境行為和生態效應。第十一章至第十三章進一步探討了微塑料表面生物膜的形成特征，微塑料對土霉素、銅和礦物的吸附及影響因素，以及微塑料在土壤-植物系統中的生態效應，揭示了微塑料與環境之間的相互作用。第十四章則關注農作物對微/納塑料吸收傳輸的示蹤與定量。第十五章探討了微/納塑料的生物積累與食物鏈傳遞風險，為充分認識微塑料的生態環境與人體健康風險提供了科學依據。

本書可作為國家及地方環境微塑料污染調查監測、污染管控和生態環境保護等管理部門的重要參考資料，也可供土壤、水體、海洋、海岸、環境、生物、生態、管理等科學領域的科研與教學人員參考。

（本文編輯：劉四旦）

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