ET&I：李府鹏、张珍明等|土壤系统中微塑料与镉的行为、生态影响：系统评价

近年来，随着塑料制品的广泛应用，微塑料（MPs）成为了一个全球性的环境问题。这些微小的塑料颗粒通过自然风化、机械磨损和工业活动进入土壤环境，成为潜在的污染源。而镉（Cd）作为一种有毒重金属，其污染对土壤生态系统的危害也引起了广泛关注。新型污染物与传统污染物在环境中可能发生很多的相互作用，并不为人所知。本文通过系统评审，探讨了微塑料和镉在土壤中的交互作用及其生态影响，为未来的污染控制和治理提供科学依据。今天，就让我们看看两者之间的相互作用会产生怎样的环境效应吧？

图1 基于WOS的关键词共现分析图谱

一、土壤微塑料与镉研究现状：可视化分析

以“Soil+MPs+Cd”为主题的文献检索结果中，文献数量总数不到以“Soil+MPs”主题词检索文献的1%。以“Soil+MPs+Cd”为主题仅检索到88篇相关文献，生成的关键词频次大于10次的只有14个，除检索词外，adsorption，pollution，accumulation，contamination，exposure，heavy-metals，sorption，toxicity，water，removal为高频关键词（图1）。土壤微塑料和镉复合污染以及联合胁迫的相关研究成果非常少，研究仍处于起步阶段，因此在以土壤环境为研究背景条件下，微塑料与镉复合污染的环境生态效应及作用机理都亟需开展深入的研究。

二、土壤中微塑料与镉的来源及迁移

全球的塑料制品产量及类型可见图2所示。微塑料主要来源于塑料制品的降解，包括农业地膜、废弃塑料制品和工业排放等。这些微塑料可以通过风力、径流和人类活动在土壤中水平和垂直分布。镉主要来源于工业排放、矿山开采和农业施肥等。微塑料和镉在土壤中的迁移行为复杂，包括土壤水平竖直方向的迁移、向其他环境系统（水、岩石）迁移、向生物体迁移。另外，影响迁移的因素众多，包括土壤类型、环境条件（降水、温度、坡度）和颗粒大小等。

图2 世界塑料制品产量

三、微塑料与镉的相互作用

微塑料在土壤中能够吸附和解吸镉，这一过程受到微塑料表面特性、粒径大小、形状、土壤pH值、温度和有机质含量等因素的影响（图3）。研究表明，微塑料的存在会使土壤中的镉的形态发生显著变化，改变镉在土壤中的生物可利用性，当镉生物可利用性增加时，会更易被植物和土壤生物吸收。另一方面，镉也会对微塑料的结构产生影响，可能导致微塑料形状、粒径、颜色、结晶度等表面特性和物理化学性质发生变化。

图3 微塑料对镉的吸附机理

四、联合污染对土壤生态系统的影响

微塑料和镉的联合污染对土壤的物理化学性质、植物生长、土壤动物和微生物群落产生显著影响。研究发现，这种联合污染会导致土壤的结构改变，增加土壤的酸化和盐化风险，对植物的生长产生抑制作用。此外，联合污染还会增加土壤动物的氧化应激，改变微生物群落结构，影响土壤的生态功能。微塑料能够吸附镉，并通过植物和土壤动物进入食物链，伴随着食物链迁移，可能进入人体，构成潜在的健康威胁（图4）。这些污染物的累积效应需要引起足够的重视，未来的研究应关注其在食物链中的迁移机制和健康风险评估。

图4 土壤微塑料与镉相互作用及生态效应

总结

土壤中的微塑料可以通过较强的吸附特性对土壤中的镉进行吸附，或影响镉的生物有效性，进而形成MPs-Cd复合污染。微塑料类型、老化程度、土壤条件、气候条件等因素制约复合胁迫的污染风险，对土壤理化性质、植物生长、土壤动物活动、微生物群落以及人体健康造成严重影响。

本文内容来自ELSEVIER期刊Environ Technol Innov 第35卷发表的论文：

Li, F., Yang, X., Zhang, Z., Jiang, Y., Gong, Y., 2024. Behaviour, ecological impacts of microplastics and cadmium on soil systems: a systematic review. Environ. Technol. Innovation 103637.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103637

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