农用聚丙烯塑料源微塑料对四种土壤无脊椎动物的亚致死效应研究

《Journal of Hazardous Materials》：Sublethal Effects of Microplastics Sourced from Polypropylene Agricultural Plastics on Four Soil Invertebrate Species

本研究针对农用塑料(APs)大量使用导致土壤中微塑料(MPs)累积的生态风险问题，系统评估了黑色带状织物(P8)和白色覆盖织物(P9)两种聚丙烯(PP)源MPs对四种土壤无脊椎动物的亚致死效应。研究发现两种MPs均能显著改变土壤容重和持水能力(WHC)，P9 MPs还引起土壤pH升高。在5%高浓度下，P8 MPs显著抑制线蚓(E. crypticus)繁殖和跳虫(F. candida)繁殖，而正蚓(E. andrei)对0.5%和5% P9 MPs表现出回避行为。研究为农用塑料源MPs的生态风险评估提供了重要科学依据。

　　

随着现代农业的快速发展，农用塑料(Agricultural Plastics, APs)的使用量呈指数级增长。从覆盖薄膜到绑扎材料，这些塑料制品在提高农作物产量和质量的同时，也带来了潜在的环境问题。其中，最令人担忧的是这些塑料制品在使用过程中会逐渐老化、破碎，形成微塑料(Microplastics, MPs)颗粒，在土壤中不断累积。聚丙烯(Polypropylene, PP)作为农用塑料中三大主要聚合物之一，在土壤微塑料污染中占据重要地位，然而目前关于聚丙烯源微塑料对土壤生态系统影响的研究却相对缺乏。

在这一背景下，来自荷兰阿姆斯特丹自由大学等机构的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》上发表了最新研究成果。该研究选取了两种常见的农用聚丙烯塑料制品——用作除草屏障的黑色带状织物和用作防霜覆盖的白色覆盖织物，系统评估了它们产生的微塑料对四种典型土壤无脊椎动物的亚致死效应。

研究方法概述

研究团队采用标准化实验方法，在线蚓(Enchytraeus crypticus)和跳虫(Folsomia candida)中开展繁殖试验，在正蚓(Eisenia andrei)和潮虫(Porcellio scaber)中进行行为学实验。微塑料暴露浓度范围为0.005%至5%（重量比），涵盖了环境相关浓度到极端污染浓度。同时测定了微塑料对土壤pH、持水能力(Water Holding Capacity, WHC)和容重等理化性质的影响。

土壤理化性质变化

研究结果显示，两种微塑料均显著影响了土壤的物理性质。在5%的高浓度下，P8和PP9 MPs使土壤容重分别降低了44%和45%，同时显著提高了土壤持水能力。特别值得注意的是，P9 MPs在所有测试浓度下都引起了土壤pH的升高，这种效应在0.05%的低浓度下就已经显现。这些变化表明，即使是低浓度的微塑料污染，也足以改变土壤的基本性质，进而可能影响土壤生态系统的功能。

对土壤无脊椎动物的影响

在生物效应方面，研究发现了不同物种对微塑料的差异性响应。线蚓的繁殖受到显著影响，P8 MPs在1%和5%浓度下使第二代线蚓的繁殖数量分别减少45.4%和56.5%，而P9 MPs仅在5%浓度下对第一代线蚓繁殖产生抑制作用。跳虫的繁殖只在5% P8 MPs暴露下出现显著下降。

行为学实验结果更加复杂：正蚓明显回避含有微塑料的土壤，对P8 MPs的回避发生在5%浓度，而对P9 MPs的回避在0.5%和5%浓度均出现。与此形成对比的是，潮虫不仅没有回避微塑料污染土壤，在个别实验中甚至表现出对污染土壤的偏好。视频追踪分析进一步发现，在5% P8 MPs暴露下，潮虫在污染土壤上的活动时间更长，但运动速度显著降低。

作用机制探讨

这种物种间差异可能源于其不同的生物学特性。软体体的线蚓和正蚓通过皮肤呼吸和吸收水分，更容易受到土壤环境变化的影响。而具有几丁质外骨骼的跳虫和潮虫，其保护性外壳可能降低了它们对土壤理化性质变化的敏感性。此外，不同物种的取食策略也可能影响了微塑料的摄入量，进而导致毒性效应的差异。

研究人员还指出，微塑料中可能含有的化学添加剂，如研究中检测到的2,4-二叔丁基苯酚，也可能是产生毒性效应的原因之一。不过，由于本研究只分析了有限种类的添加剂，其他未检测的添加剂可能也在发挥作用。

环境意义与展望

尽管研究中观察到的生物效应大多发生在较高浓度下（0.5%-5%），但土壤理化性质的改变在低至0.05%的浓度下就已经出现。考虑到有研究报道中国农田土壤中微塑料的平均浓度已达0.12%，且预测显示到2072年将增至0.01689%，这些低浓度效应尤其值得关注。

本研究首次系统比较了两种常见农用聚丙烯塑料源微塑料对土壤无脊椎动物的亚致死效应，揭示了微塑料通过改变土壤性质和直接生物毒性双重途径影响土壤生态系统的机制。研究结果强调，在未来评估微塑料的生态风险时，需要综合考虑不同塑料类型的特异性效应、不同物种的敏感性差异，以及微塑料在土壤中的老化过程等因素。

这项研究为制定农用塑料的管理策略提供了科学依据，提示我们需要在农业生产效益与生态环境保护之间寻求平衡。随着微塑料污染的日益严重，深入理解其生态效应对于保护土壤健康和农业可持续发展具有重要意义。