微塑料与轮胎磨损颗粒对土壤生态毒性的生命周期评估：效应因子构建与生态风险量化

本研究针对微塑料(MPs)和轮胎磨损颗粒(TWPs)土壤生态毒性数据缺失问题，通过构建概率物种敏感度分布(pSSD)模型，首次计算出MPs(0.90 PAF kg/g)和TWPs(1.24 PAF kg/g)的效应因子，为生命周期评估(LCA)提供关键参数，填补了土壤生态系统毒性压力量化空白。

　　

随着全球塑料年产量突破2.7亿吨，微塑料(MPs)和轮胎磨损颗粒(TWPs)在土壤中的累积引发严重生态担忧。这些粒径小于5毫米的颗粒已广泛分布于各类土壤环境，可能通过物理阻塞、化学释放等途径影响植物生长、蚯蚓存活等关键生态过程。尽管已有大量研究关注单一物种的毒性效应，但如何量化这些污染物对整个土壤生态系统的综合影响，仍是制约环境风险评估和政策制定的关键瓶颈。

瑞士联邦材料科学与技术实验室(Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology)的Merve Tunali和Bernd Nowack团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表重要研究，通过系统分析44个MPs和29个TWPs毒性数据点，构建概率物种敏感度分布(pSSD)模型，首次计算出MPs(0.22 g/kg)和TWPs(0.25 g/kg)的HC₂₀^EC10eq值，并推导出对应的效应因子(MPs:0.90 PAF kg/g; TWPs:1.24 PAF kg/g)。这些参数为将土壤生态毒性纳入生命周期评估(LCA)体系提供了关键科学依据。

研究采用三项核心技术方法：(1)通过Web of Science系统检索构建包含17种土壤生物(植物/无脊椎动物)的毒性数据库；(2)应用不确定性因子(UF_t/UF_d)将急性数据转化为慢性EC_10eq值；(3)采用蒙特卡洛模拟(10,000次迭代)构建概率SSD曲线。

【危害数据分析】结果显示：MPs对不同类型生物(植物vs土壤生物,p=0.40)和不同粒径(≤100μm vs ≥101μm,p=0.28)的毒性无显著差异。TWPs数据库因数据限制包含最高无观测效应浓度(HONEC)值，其分布与MPs存在显著差异(p<2.2e-16)。

【pSSD模型构建】敏感性分析表明：植物如莴苣(Lactuca sativa L.)和水稻(Oryza sativa L.)对MPs最敏感(EC_10eq=0.05 g/kg)，而线虫(C. elegans)对TWPs最敏感(EC_10eq=0.0005 g/kg)。仅使用慢性数据时，MPs的HC₂₀^EC10eq均值从0.22升至0.25 g/kg，验证了UF选择的合理性。

【效应因子计算】推导的效应因子显示：TWPs(1.24 PAF kg/g)比MPs(0.90 PAF kg/g)具有更高生态压力。转换为终点损伤后，MPs和TWPs的PDF值分别为0.023和0.031 kg/g。与水生系统相比(26.7 PDF m³/kg)，土壤系统效应因子低3个数量级，表明土壤生物可能具有更高耐受性。

讨论部分强调三个关键发现：(1)首次建立的土壤效应因子填补了LCA中MPs/TWPs生态毒性量化空白；(2)不同于水生系统，土壤中MPs的毒性不受粒径、形状(球形/碎片/纤维)或聚合物类型(PE/PP/PVC等)显著影响；(3)TWPs的较高效应因子提示需关注其特殊化学组成(如抗氧化剂6PPD-醌)的附加毒性。这些发现为《欧盟微塑料限制提案》等政策制定提供了定量工具，同时指出未来需结合归趋因子完善特征化因子计算。

该研究的创新性在于突破传统单一物种毒性评价局限，通过概率建模将微观毒理数据转化为宏观生态系统影响指标。尽管当前TWPs数据量仍显不足，但建立的方法框架为后续纳入更多污染物特性(如老化状态)和土壤参数(如有机质含量)留有扩展空间。随着国际工作组MarILCA推进LCA方法标准化，这些效应因子将助力全面评估塑料产品"从摇篮到坟墓"的真实环境成本。