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塑料是聚合結構的碳氫化合物，往往含有大量的添加劑，以提升某種性能。二十世紀四十年代以來，人們開始大規模地生產塑料（注：本文所稱塑料包括石油基塑料和生物基塑料）。2019年，全球塑料產量近3.68億噸，其中1%是生物基塑料。

生物基塑料（或稱生物塑料）是由可再生資源如淀粉、糖、天然纖維或其他不同成分的有機物合成的聚合物。生物基塑料不一定是可生物降解的。據估計，近一半的生物基聚合物都不能夠輕易在環境中進行生物分解。

歐洲生物塑料協會這樣定義生物塑料：“生物塑料要么是基于生物的，要么是生物可降解的，要么兼具兩種特性。”

塑料分類
圖源：知乎@Biobased

為了改善純聚合物的物理化學特性，市面上的塑料（不管是石油基塑料還是生物基塑料，下同）通常均含有添加劑和（或）改性劑。這些添加的成分有利于增加柔韌性、抵御紫外線、降低可燃性，或賦予成品塑料其他理想的物理特性。添加劑或改性劑不僅改變了聚合物的物理化學特性，還改變了它們的包括生物降解性和毒性在內的生物特性。

沒有得到妥當處理的塑料垃圾會直接進入陸地和（或）水生生態系統。據估計，32%的塑料會留在陸地生態系統中，對陸地生態系統構成了嚴重威脅。

土壤為生物提供水和養分，參與全球生態系統中的碳循環和其他循環，具有生物活性，是環境中十分重要的組成部分。塑料顆粒，特別是較小的顆粒（微塑料和納米塑料），容易在土壤基質中垂直和水平遷移，一些顆粒甚至到可以達含水層，導致地下水污染。塑料顆粒的分布十分廣泛，不僅出現在城市、工業區，還會出現在偏遠島嶼的海岸線、河漫灘和農田中。

進入土壤的塑料會經歷許多生物、化學和物理過程。生物方面，主要和蚯蚓的活動、植物根系的生物擾動和微生物分解有關。物理化學方面，包括吸附、解吸、沉淀、融入土壤團聚體等。

研究表明，塑料會引起土壤化學成分和結構的變化，從而可能導致土壤環境中的水分平衡和循環受到干擾。土壤性質的變化直接或間接地作用于土壤生物群。因此，土壤中的塑料的生態毒性作用既包括塑料顆粒或其降解產物對土壤生物的直接影響，也包括塑料浸出物或塑料降解產物浸出物對土壤生物群的影響。

塑料對于陸地生態系統非生物部分的影響

塑料出現在陸地環境中，改變了土壤的化學成分，導致土壤成分與塑料顆粒以及其他污染土壤區間的化學物質之間發生相互作用。

塑料幾乎都是碳化合物。不妨假設，從長期來看，聚合物中的碳會成為土壤的碳庫，加劇土壤微生物的進化壓力（注：selective pressure，即外界施予一個生物進化過程的壓力，會改變該過程的前進方向）。

除了碳原子，部分塑料還包含氮（聚丙烯腈）或氟（聚四氟乙烯）等元素，這些元素均有可能會進入生物地球化學循環（注：bio-geochemical cycle，即環境中各種元素沿著特定路線運動，由周圍環境進入生物體，最后回到環境中的循環運動過程）。

土壤中的塑料
攝影：彭瑞祥

如前所述，塑料含有各種添加劑，添加劑可以在聚合或加工的任何階段以任何比例加入聚合物中。據估計，添加劑占塑料質量的70%。因此，它們也可能進入土壤基質中，并影響土壤的物理和化學特性。

塑料不僅會直接改變土壤的化學成分，也會帶來間接影響。例如，研究人員發現，高濃度的PVC微顆粒明顯增加了溶解有機物的營養物質（碳、氮和磷）含量。此外，微塑料PVC促進了高分子量的腐殖質類物質和富勒維酸的積累，而富勒維酸的積累可能有利于提高污染物的生物利用率、流動性，推動其在土壤中的轉化。

報告特別指出，容易被微生物分解的生物基塑料可能會減少土壤中的營養成分。這是因為微生物的新陳代謝需要氮、磷和其他元素，以進行生物降解，導致這些物質的缺失。塑料還會吸附有害污染物，包括有毒的有機化學品、重金屬和抗生素，再加上塑料在土壤和水生環境中的流動性，它們可能會改變細菌的抗生素抗性特征。

塑料顆粒的到來引發了土壤化學成分的變化，帶來了土壤物理性質的變化，并影響了各種土壤的參數和過程，如土壤孔隙、毛細管、濕潤過程、體積密度、土壤水分和蒸騰作用。

研究發現，添加到土壤中的微塑料會讓土壤聚集度下降。部分微塑料（PEHD、PES、PET等）還會讓土壤的體積密度下降，而土壤體積密度降低，可能會提升土壤透氣性，改善土壤生產力，帶來積極影響。

土壤中的塑料影響了水的飽和度和土壤中的轉化，最終影響到陸地上的水循環。研究人員觀察到，塑料增加了土壤水的蒸發速度。

不過，不同塑料的實驗結果也存在差異，例如PA（尼龍）和PES（聚醚砜樹脂）會讓蒸發量分別增加約35%和50%，但添加了PEHD（高密度聚乙烯）、PET（滌綸樹脂）、PS（聚苯乙烯）的情況下，蒸發量的增加則較小。

塑料對土壤物理化學性質的影響是一個多層面的問題，涵括土壤化學成分和結構的變化，以及生態系統中循環和水平衡的波動。這些變化的過程和結果取決于許多因素，如生物塑料的化學成分、濃度，土壤的類型和成分等，因此研究結果和結論各不相同，很難一言以蔽之。

塑料對陸生生物的影響

通常來說，土壤生物群分為植物（單子葉植物和雙子葉植物）、微生物（細菌、真菌、古細菌和藻類）和土壤動物（原生動物、線蟲、螨蟲、彈簧蟲、蜘蛛、昆蟲、蚯蚓）。

植物方面，研究人員發現，土壤中存在的塑料微粒和塑料的浸出物會造成種子發育異常。另外一組實驗的數據表明，種子發芽的早期階段，塑料會對發芽率產生影響，這很有可能是微塑料對種子囊中的空隙造成了物理堵塞。研究人員還發現，淀粉基生物降解塑料的微顆粒和大顆粒會抑制小麥在分葉期（從收獲的14天左右到40天）的生長高度。

實驗結果表明，和大顆粒相比，小顆粒的塑料碎片在吸收有毒化學物質和將其轉移到食物鏈中的流動性、生物利用度和效率更高，也就是說，塑料的碎裂會促進其在土壤間的運輸和擴散。

微塑料也會在食物鏈中積累和轉移。2017年，Huerta Lwanga等人研究了位于墨西哥的10個家庭花園中的蚯蚓和雞對PE微顆粒和大顆粒的攝取情況。從土壤到蚯蚓尸體再到雞的糞便，微塑料顆粒不斷累積，濃度不斷提高。這表明，微塑料和大塑料有可能進入陸地食物鏈中。

科學家還用彈簧蟲、線蟲和蝸牛作了陸地生態系統的毒性研究。研究發現，生活在有微塑料的土壤中，彈簧蟲的體重和繁殖能力明顯下降，腸道的微生物群也發生了變化。塑料納米顆粒和微顆粒可能降低線蟲的存活率，壽命明顯減少，但沒有對線蟲的繁殖造成影響。

與未接觸塑料微粒的蝸牛相比，接觸了塑料微粒的蝸牛食物攝入量沒有明顯減少，但塑料微纖維損害了它們的胃腸道，破壞了它們的排泄。目前，有關塑料對彈簧蟲、線蟲和其他土壤動物的影響的研究，僅限于石油基塑料。

微塑料進入土壤的過程
圖源：《土壤學報》

通過梳理塑料顆粒影響的有關研究，我們發現，目前，有關生物基塑料對土壤環境尤其是對生物的影響存在研究空白。因此我們建議，對生物基塑料作進一步的生態毒理學研究，評估生物基塑料對蚯蚓和其他土壤動物的影響，擴大塑料對植物和微生物的生態毒性測試范圍，全面評估塑料對土壤生物的直接及間接影響，發展、完善用生物基塑料取代石油基塑料的環境安全評估。

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編輯：劉婧童、擺脫塑縛