摘要：微塑料是具有不同颜色、尺寸、形貌、性质、分解性和毒性的颗粒态有机聚合物，通常指直径小于5mm 的塑料碎片、纤维和颗粒。微塑料因尺寸微小且吸附性能强，其生态环境毒害效应更加突出。
微塑料是具有不同颜色、尺寸、形貌、性质、分解性和毒性的颗粒态有机聚合物，通常指直径小于5mm 的塑料碎片、纤维和颗粒。微塑料因尺寸微小且吸附性能强，其生态环境毒害效应更加突出。
2021 年，瑞典科学家MacLeod 等（2021）在Science 上撰文指出，全球环境中微塑料污染无处不在且几乎不可逆。目前，在全球海洋（Kane et al., 2020）、陆地（Rillig et al., 2024）、大气（Chen et al., 2023），甚至在青藏高原（Wang and Zhou, 2023）等偏远地区的环境样品中均已发现微塑料。近年来，有关微塑料在陆地生态系统中的环境行为与生态效应的研究日益增多。最近发表在Science 和Nature 等国际期刊上的多篇论文指出，要加强“微/纳塑料的陆地生态系统效应”“土壤塑料际”“微塑料的风险评估”等前沿方向的研究（Rillig and Lehmann, 2020; Koelmans et al., 2022; Rillig et al., 2024）。
土壤中微/纳塑料的生物健康效应和食物链传递风险（引自冯裕栋，2023）
在过去的10~15 年中，人们对环境中微塑料的来源、归趋和毒性进行了广泛的研究。Web of Science（WOS）核心合集数据库显示，截至2024 年3 月2 日，海洋微塑料领域的论文收录量达到了6708 篇，但土壤微塑料领域的研究仅2289篇，占海洋微塑料领域论文数量的1/3，且WOS 上的发文量随时间呈快速增加趋势。进一步分析表明，环境中微/纳塑料的分析方法、赋存特征与来源、积累与分布、传输与沉降、形貌与表面变化、添加剂释放与复合污染、老化与破碎次生、生物膜形成与微生物降解、作物吸收传输与转化机制、生物暴露毒性及其食物链传递风险、人体健康风险，以及环境监管与替代技术等正日益成为全球科学界的研究热点（骆永明等，2021）。
中国科学院南京土壤研究所骆永明研究员团队早在10 多年前就关注环境微塑料研究的前沿科学动向，并于2013 年开始从事海岸带环境微塑料研究；在过去的10 多年里，团队在陆地、海洋、大气等多介质环境及动植物、人体组织等生命体中微塑料的赋存形态与丰度分布、来源与解析、迁移与归趋、表面风化与形貌变化、表面性质与污染物吸附、添加剂释放与生态风险、生物膜形成与降解、生物吸收与传输、食物链传递与健康风险等方面，开展了系统性野外调查、室内外模拟、分析评估与综合集成研究，形成了多项具有开创性、指导性和引领性的研究成果，有力支撑了微塑料的环境污染管控政策建议和标准规范的制定与颁布。
《环境微塑料赋存特征、表面变化和生物积累》基于团队在过去十多年来开展的野外调查和实验室模拟试验，系统介绍了环境多介质微塑料的研究方法、来源与源解析，探明了土壤、近岸海域及河流水体、沉积物、大气等环境介质中微塑料的赋存特征，以及动植物等生物体内微塑料的积累特征，揭示了环境微塑料的表面风化与形貌变化、表面组成与性质变化、生物膜的结构与功能，以及表面污染物的吸附特征；阐明了土壤-植物系统中微塑料的生态效应，探明了高等植物对微塑料的吸收与传输机制，并对农作物吸收转移微塑料进行了示踪与定量；评估了环境微塑料的食物链传递与人体健康风险。
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《环境微塑料赋存特征、表面变化和生物积累》
骆永明等著.北京 :科学出版社, 2025.3
(土壤环境与污染修复丛书)
ISBN 978-7-03-079655-4
本书的结构与内容具有鲜明的特色：
在研究对象上，涵盖了陆地、海洋和大气等多环境介质，以及植物、动物、微生物及人体等多生命受体；
在研究区域上，既覆盖了全国不同地理气候带的海岸带，又重点关注了农田土壤、滨海潮滩、红树林湿地，以及近岸海域等陆海环境；
在研究方法上，不仅包含了微塑料的分离、提取、纯化、鉴定与定量方法，还包括了微塑料的生物膜分析及生物体内的定性与定量标记等方法；
在研究手段上，采取了野外调查采样、实验室模拟试验、显微观测分析等多技术方法。
上述研究取得的主要研究进展与认识简述如下。
▋1. 建立了环境多介质中微塑料采集、分离和鉴定表征方法，查明了陆海环境微塑料的来源与源解析途径，建立了源清单
环境介质是复杂而动态变化的生态系统，空间异质性明显。对环境介质微塑料样品的采集需要进行有针对性的布点，详细记录采样点周边环境情况；环境样品中微塑料的分离提取需要借助密度浮选法，并使用过氧化氢等氧化剂消除有机质的干扰；进一步采用红外光谱或者拉曼光谱对微塑料鉴定分析，并使用扫描电子显微镜、原子力显微镜、压汞仪、接触角测定仪、纳米二次离子质谱仪和气相/液相色谱串联质谱仪等，实现对微塑料表面理化性质的分析和黏附物质的鉴定；采用草酸铵结晶紫染色法、激光共聚焦扫描显微镜和高通量测序等技术，解析微塑料表面生物膜的总量、组成与结构，以及微生物群落结构多样性。
桑沟湾潮滩中大塑料破碎成次生微塑料现象的野外调查（引自赵新月等，2020）。（a）聚乙烯浮子；（b）白色泡沫；（c）渔绳纤维；（d）黄色海绵；（e）PP 薄膜绳
比较分析了海岸环境大塑料和微塑料来源识别的技术方法，建立了以黄海桑沟湾近岸养殖来源、生活来源（休闲娱乐）、农田来源等不同特征大塑料和微塑料的来源清单，建立了微塑料与大塑料破碎之间的关系，明确了桑沟湾部分次生微塑料由养殖活动中大塑料的破碎形成，为海岸环境大塑料和微塑料来源分析提供了方法学基础。
2. 揭示了农田土壤、水体及沉积物、大气及动植物微塑料的赋存与分布特征
长期受农业活动影响的土壤中微塑料以碎片和纤维为主，其中聚酯、聚丙烯和聚乙烯是主要的聚合物类型。施用猪粪22 年、施用不同污泥9 年和覆膜10 年对土壤中微塑料积累的贡献比例分别为62.6%、41.4%~73.1%和63.0%。经估算，长期施用猪粪和污泥导致农田土壤中微塑料（＞100μm）的年积累量分别为1.2 个·kg–1 和3.2~12.1 个·kg–1，而长期覆膜导致的薄膜微塑料的年积累量为7.8~10.1 个·kg–1。潮滩土壤中微塑料的聚合物类型主要有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等，不同类型潮滩中微塑料的特征及来源与陆源输入和海浪潮汐带入，以及海岸带地区人类活动等因素有关。土壤中蚯蚓的活动能够影响微塑料的积累和迁移，而跳虫、蚯蚓密度和植物根系等生物因素，以及微塑料类型、暴露时间和淹水等非生物因素都会影响蚯蚓的行为活动，进而影响土壤中微塑料的移动性。非生物因素对蚯蚓驱动土壤中微塑料迁移的影响（引自向黎等，2023）。（a）为微塑料类型；（b）为老化作用；（c）为暴露时间；（d）为淹水处理；L1，0~5 cm；L2，5~10 cm；L3，10~15cm；L4，15~20 cm
在水体微塑料赋存特征方面，黄海桑沟湾表层水体中的微塑料类型以纤维类和碎片类为主，微塑料粒径以小于1 mm 的为主。表层水体中微塑料丰度高值区主要出现在近岸海域，并且微塑料的丰度呈由湾内向外海递减的趋势，微塑料的垂向分布也呈现一定的空间异质性，这主要受海水养殖、生活和航运等人类活动排放及水动力的影响。此外，渤海水体中微塑料的丰度普遍较高，且不同区域和深度的水体样品中微塑料的分布存在明显差异，具有分区分层分布现象。近岸海域、渤海湾和渤海海峡海域的表层海水中微塑料丰度较高，表层水体微塑料污染主要受海上行船排污和沿岸居民生产生活的直接影响。在整个渤海水柱中，渤海海峡和辽东湾海域具有较高的微塑料丰度，微塑料在渤海各水层的分布与不同深度的环流（流速和流向的差异），海域的水体交换能力，微塑料自身的密度、形貌类型和颗粒大小，以及沿岸或附近海域人为活动强度密切相关。
渤海水体中微塑料的粒径变化（引自Dai et al.，2018）
在沉积物微塑料的赋存特征方面，黄海桑沟湾沉积物中的微塑料以纤维类为主，粒径集中在
红树林沉积物中不同类型的微塑料（引自Zhou et al.，2020）。（a）~（c）为红色、蓝色和透明纤维；（d）、（e）为透明和红色薄膜；（f）~（h）为白色碎片（f）和绿色碎片（g、h）；（i）为白色发泡；（a）、（b）为丙烯酸；（d）、（e）为聚乙烯；（c）、（f）、（g）、（h）为聚丙烯；（i）为聚苯乙烯
在大气微塑料赋存特征方面，烟台、天津和大连等滨海城市的大气沉降样品中存在纤维、薄膜、碎片和颗粒4 种类型的微塑料，以纤维类微塑料为主；微塑料的颜色以透明为主；大部分微塑料粒径小于1 mm，随着粒径增大，微塑料的数量快速递减；大气微塑料的主要成分为赛璐玢和聚对苯二甲酸乙二醇酯。大气沉降微塑料表面存在明显的裂缝和孔隙，表面风化程度明显。不同城市的大气微塑料沉降通量存在差异，微塑料沉降通量季节性变化规律不明显。
大气沉降微塑料表面附着物的微观形貌（引自田媛，2020）
首次量化评估了东亚地区通过食用海带和紫菜摄入微塑料（MPs）的情况，发现中国人每年通过食用海藻摄入约17034个MPs，占其总年MPs摄入的13.1%，且海藻摄入的MPs贡献了45.5%的总MPs摄入量，是东亚地区主要的MPs暴露途径，这一发现对全面评估食用海藻的风险和制定缓解策略至关重要。
不同加工处理的海带中微塑料含量（引自Xiao et al.，2024）。不同加工处理的样品包括：新鲜海带（未经任何处理，F）、干燥海带（干燥处理，D）、盐渍海带（焯水后盐渍处理，S）
进一步通过微宇宙系统定量分析了微/纳塑料在河口典型生物中的积累和分布特征，结果表明微塑料主要在捕食性鱼类许氏平鲉的肝脏、消化道和鳃等部位，在滤食性生物长牡蛎的鳃、外套膜、消化腺和性腺部位，以及在底栖生物脉红螺的食道腺内都有明显的积累。所调查的近海底栖生物体内均有微塑料积累，丰度在70~2000 个·kg–1（鲜重），包括颗粒类、碎片类、纤维类和薄膜类。此外，微塑料在东亚地区人们经常食用的海带和紫菜中广泛存在，丰度分别为（2.3 ± 0.7）~（12.7 ± 6.5）个·g–1和（2.9 ± 1.7）~（5.0 ± 2.0）个·g–1。3. 探明了农用地和潮滩土壤微塑料表面组成和性质、风化与形貌演变过程，阐明了环境微塑料表面生物膜的形成、结构与功能，揭示了环境微塑料对抗生素和重金属的表面吸附特征
在长期物理、化学和生物学作用下，环境中的微塑料发生风化和降解，其表面出现微米级裂纹和微孔，表面粗糙度增加，且表面均匀性变差，脆性增强，逐渐老化裂解成粒径更小的微塑料甚至是纳米塑料，其环境迁移性增强。此外，微塑料长期受到土壤的机械作用，导致外来物质如Al、Si、Fe 等元素以氧化物的形式存在于微塑料表面。
黄河口盐沼湿地[(a)~(h)]和北部湾红树林湿地[(i)~(p)]地上暴露和地下暴露环境中聚苯乙烯发泡表面形貌随时间变化（引自周倩等，2021）
暴露在不同环境中的微塑料，其表面的有机磷酸酯和邻苯二甲酸酯等添加剂的组成与浓度具有显著差异。磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（2-氯异丙基）酯（TCPP）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）是不同微塑料表面检出的3 种最主要的化合物。不同微塑料之间添加剂的空间差异和成分变化表明微塑料在海岸环境中的来源和停留时间不同。暴露在环境中的微塑料表面形貌发生变化后，会引起孔隙度、比表面积、官能团及疏水性等表面特性的变化。微塑料进入海岸环境后其比表面积变大，并且不同形貌类型微塑料比表面积变化程度具有差异。与原始对照样品相比，环境暴露后的微塑料表面大孔比例（体积比）降低，介孔比例增加，表明微塑料在环境中主要以增加介孔的形式改变比表面积。土壤环境中微塑料表面的官能团变化速率（羰基指数）主要取决于生物地理海岸的土壤环境条件。风化后的微塑料表面会由疏水性向亲水性转变。
环境中微塑料表面的生物膜通常由细菌、真菌、藻类及其分泌的胞外聚合物组成。生物膜的总量、形貌、组成与结构，以及微生物群落结构多样性与暴露环境（深度、时间）密切相关。生物膜的形成改变了微塑料的微形貌、疏水性及化学官能团等理化性质。此外，部分微塑料的生物膜中还检出了病原微生物及与人类疾病有关的功能基因，提示了生物膜的形成增加了微塑料作为病原菌的载体效应及其环境健康风险（He and Luo, 2020）。
pH 对土霉素形态（a）和微塑料吸附土霉素（b）的影响（修改自Zhang et al.，2018）
潮滩风化的微塑料样品对土霉素的吸附结合能力高于未风化微塑料样品；两者的吸附等温曲线均符合弗罗因德利希（Freundlich）模型，以非线性的多层吸附为主；静电作用主要影响聚苯乙烯发泡微塑料对土霉素的吸附，在pH=5 时对土霉素的吸附量达到最大；离子间竞争作用影响聚苯乙烯发泡微塑料对土霉素的吸附，但Ca2+与土霉素络合形成桥键作用会增加聚苯乙烯发泡微塑表面对土霉素的吸附。微塑料表面生物膜的形成可增加微塑料对重金属Cu 的吸附能力，且Cu 元素在菌体中的聚集量高于胞外聚合物等非菌体物质。在部分微塑料中还发现其表面附着稳定的铁氧化物、石油和藻类等。4. 探讨了土壤-植物系统中微塑料的生态效应，首次发现了小麦和生菜对微塑料的吸收通道和传输机制，并示踪与定量了对微塑料的转移系数和吸收量
微塑料与土壤-植物间的相互作用越来越受到关注。微塑料在土壤中难以降解，当累积到一定水平后会对土壤容重、土壤团聚体、土壤pH、孔径分布和水力传导性等理化性质产生影响，进而影响土壤中碳、氮、磷等元素的循环。微塑料会对动植物的生长发育产生负面影响，长期存在于土壤中的微塑料还会改变土壤微生物群落结构和多样性（韦婧等，2023）。微塑料对土壤-植物系统的影响与微塑料的类型、粒径、形状、浓度及环境因子等多种因素有关（Yang et al., 2023）。
2.0 μm PS 微球处理后小麦和生菜根内积累微球的扫描电子显微镜图（引自Li et al.，2020）。（a）~（d）小麦幼苗根系；（e）、（f）生菜幼苗根系
通过特异荧光染料标记的聚苯乙烯微球具有良好稳定性，且能有效规避植物组织自发荧光干扰，为其在植物体内检测分析提供了可靠的技术手段。利用此技术，揭示了高等植物小麦和生菜吸收及传输纳米或亚微米和微米级微塑料的通道与机制。在营养液培养条件下，0.2 μm 聚苯乙烯微球可被生菜根部大量吸收和富集，并从根部向地上部迁移，积累和分布在可被直接食用的茎叶之中。进一步通过废水水培和模拟废水灌溉的砂培、土培试验，发现亚微米级甚至是微米级的塑料颗粒都可以穿透小麦和生菜根系进入植物体。在植物新生侧根边缘存在狭小的缝隙，塑料颗粒可以通过该“通道”跨过屏障而进入根部木质部导管，并在蒸腾拉力的作用下，通过导管系统随水流和营养流进入作物地上部（Li et al., 2020）。
Eu-PS 水培暴露前后扫描电子显微镜成像图及能谱图（图片来源于李瑞杰，2023）
稀土配合物掺杂标记方法克服了传统荧光标记方法存在的背景荧光干扰和难以同时精确定量等缺点，为研究微塑料在复杂生物介质中的积累、传输和分布提供了一种简便和通用的方法。利用稀土配合物的时间分辨荧光特性实现了对小麦和生菜幼苗体内铕配合掺杂标记的聚苯乙烯（Eu-PS）的可视化追踪，并进一步通过构建的植物体内微塑料定量方法，间接量化分析了小麦和生菜幼苗对Eu-PS的吸收和传输量。首次估算了在水培和土培条件下，从根部转移到地上部的转移系数
5. 首次发现了在人体血栓中的微塑料和染料颗粒，分析了微塑料的食物链传递与人体健康风险
微/纳塑料能在海洋食物链中传递，从浮游植物到浮游动物，甚至到更高级的哺乳动物，并会在高等捕食者中富集。目前，关于微/纳塑料在陆地食物链中传递的研究还相当有限。微/纳塑料可能已经广泛存在于陆地食物网中，并通过食物链传递到人体，最终在人体内累积（冯裕栋等，2023）。进一步基于体内和体外毒理学研究文献分析，综述了微/纳塑料对人体的九个器官系统（消化、呼吸、循环、生殖、神经、免疫、内分泌、泌尿和运动系统）的影响（Feng et al., 2023）。最后，借助显微拉曼光谱仪等超精确测量仪器，首次在人体的血栓中发现了一定数量和不同类型的微塑料与染料颗粒（Wu et al., 2023）。未来需要加强微/纳塑料在陆地食物链传递的风险研究和对人体健康的影响研究，为土壤中微/纳塑料的监测、管控和治理提供科学指导和技术方法，也为研究微/纳塑料与陆地生态系统、人体健康的关系提供新方法和新证据。
人体血栓中九种材料的代表性微小颗粒的拉曼光谱（黑色）和照片
本书的最后，展望了环境微/纳塑料未来的研究方向及关键科学技术问题，以期推动我国环境微塑料领域产、学、研、管的多学科系统的高质量发展（涂晨和骆永明，2023）。
然后，对于环境微塑料行为与效应的认识而言，我们这些工作进展仅仅是“冰山一角”。陆地生态系统中微/纳塑料及其添加剂的污染是全球性的环境问题。对这些污染物及其复合污染物土壤环境行为的认知、生态效应的阐明和健康危害的防范是当今及未来人类面临的艰难挑战。未来需要开展国际科技合作和学术交流，见微知著，协同创新，共同创建“塑战”对策方案，支持“美丽健康中国”建设，实现未来全球可持续发展目标。
本文摘编自《环境微塑料赋存特征、表面变化和生物积累》（骆永明等著.北京 :科学出版社, 2025.3）一书“第一章 绪论”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
(土壤环境与污染修复丛书)
审图号：GS 鲁(2025)0162 号
ISBN 978-7-03-079655-4
责任编辑：周 丹 沈 旭
本书全面探讨了微塑料在不同环境介质中的赋存特征、来源解析、表面性质变化及其对生态系统和人类健康的潜在影响。第一章为绪论。第二章详细阐述了环境介质中微塑料的采集、分离、鉴定和表征方法，为后续章节的研究提供了技术支撑。第三章至第七章分别对陆海环境、农用地和潮滩土壤、近岸海域及河流水体、近岸海域及红树林沉积物、海岸带近地表大气等不同环境介质中微塑料的来源、赋存特征进行深入分析，揭示了微塑料在环境中的分布规律。第八章至第十章聚焦于微塑料在生物体内和土壤中的积累、表面风化和形貌变化，以及滨海潮滩环境中微塑料表面组成和性质的变化，探讨了微塑料的环境行为和生态效应。第十一章至第十三章进一步探讨了微塑料表面生物膜的形成特征，微塑料对土霉素、铜和矿物的吸附及影响因素，以及微塑料在土壤-植物系统中的生态效应，揭示了微塑料与环境之间的相互作用。第十四章则关注农作物对微/纳塑料吸收传输的示踪与定量。第十五章探讨了微/纳塑料的生物积累与食物链传递风险，为充分认识微塑料的生态环境与人体健康风险提供了科学依据。
本书可作为国家及地方环境微塑料污染调查监测、污染管控和生态环境保护等管理部门的重要参考资料，也可供土壤、水体、海洋、海岸、环境、生物、生态、管理等科学领域的科研与教学人员参考。
来源：科学出版社图书账号