正文
尽管过去数十年间大量使用地膜覆盖技术以提升粮食安全,但关于地膜实际产生次级微塑料和纳米塑料的生成速率,以及相较于农业土壤中其他微塑料来源(如污泥、堆肥、塑料降解物、包膜肥料施用或大气沉降、道路径流等环境输入)的相对贡献率,目前仍缺乏准确认知。
现有研究对土壤微塑料不同来源的贡献比例认知极为有限。早期普遍认为地膜是农田微塑料的主要来源,但即便有证据表明废弃地膜(遗留塑料)会释放微塑料,却缺乏直接证据支持其是主要污染来源。当前多数研究依赖模型间接估算而非实际检测分析,导致污染路径归因存在显著不确定性,即难以区分地膜降解的微塑料初级输入与大气沉降、灌溉水、污泥施用等其他农业活动引入的微塑料次级输入。例如,有研究估算中国地膜对土壤微塑料总量的贡献率为10%-30%,置信度仅为60%-95%;另一项研究则发现,尽管中国西北地区地膜使用量最高,但其土壤微塑料丰度并非最高。此外,多项研究表明,地膜主要成分聚乙烯在土壤微塑料中占比较低,尤其在城郊农田中地膜的贡献可能被高估。
目前仍缺乏直接科学证据证明地膜源微塑料会从土壤迁移至水体或地下水,且其迁移速率未知。考虑到淡水与海洋生态系统可能更易受塑料污染影响,明确地膜覆盖对微塑料跨系统迁移的贡献成为关键科学缺口。此外,在评估地膜造成的面源污染时,需同时考量其添加剂(比微塑料更具迁移性)的环境行为。就土壤微塑料对人类健康的影响而言,植物吸收-食物链传递被视为主要途径。但实测数据显示,相较于空气吸入微塑料和食品包装摄入微塑料途径,土壤微塑料通过食物链进入人体的暴露风险极低。
4. 对科研工作者和政策制定者的建议(Bridging knowledge gaps: Research priorities and policy implications)
基于现有研究的整合,本文得出结论:地膜覆盖技术产生的大塑料、微塑料及纳米塑料对土壤和作物健康的影响仍存在较大不确定性。当前研究基础尚不足以明确判断地膜覆盖导致的环境与健康风险是否超过其带来的显著效益。现有研究还存在四大局限:(1)缺乏标准化的检测分析方法;(2)实验室培养实验中,大塑料和微塑料的添加浓度过高;(3)忽视了地膜源微塑料的复杂性(如添加剂成分与纳米塑料,其可能同环境和健康更相关);(4)未系统评估不同来源对土壤微塑料的贡献。鉴于这些关键不确定性对粮食安全与环境保护的双重影响,我们针对两类核心利益相关方提出如下建议:
对
科研界
的当务之急是解决以下挑战:
1. 分析方法标准化:
建立涵盖采样、提取、微塑料计数/尺寸/形貌表征及聚合物鉴定的标准流程,需符合《总体环境科学》(STOTEN, 2024)提出的塑料实验最低报告要求;
2. 实验中大塑料和微塑料添加浓度需符合实际情况:
聚焦11–1100 µg/kg土壤的实际污染水平,并完整报告添加塑料的尺寸分布与添加剂数据,以确保研究的可比性;
3. 纳米塑料检测分析方法亟需突破:
开发四项关键技术:(1)开发专门针对土壤纳米塑料分离的标准化方法。可以在Monikh等(2021)的顺序过滤结合密度分离法的基础上进行优化;(2)采用纳米二次离子质谱或扫描透射X射线显微术(STXM-NEXAFS)对同位素标记(
如
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C
、
15
N)纳米塑料在植物和土壤中的分布进行可视化分析;(3)应用热裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)和热萃取热脱附-气相色谱质谱联用(TED-GC-MS)技术可实现纳米级聚合物的鉴定;(4)采用场流分离-多角度光散射联用技术进行颗粒尺寸表征。。
4. 量化土壤微塑料的来源:
基于农场尺度的物质核算和物质流分析方法,量化地膜、大气沉降、灌溉水、污泥、堆肥、有机物料和包膜肥对土壤微塑料的贡献;
5. 开展大气微塑料沉降监测网络建设:
通过与现有其他监测体系(如氮沉降网)相整合并采用统一的采样分析标准对大气微塑料沉降进行收集和分析,对于系统认识微塑料的分布特征与归趋规律具有重要意义。
对
政策制定者
,必须审慎权衡地膜覆盖技术的显著效益与潜在环境风险。现有证据充分表明,地膜覆盖技术能有效保障粮食安全、改善农村生计、减少水资源消耗并降低农药使用量。而其所引发的环境问题,当前仅获得有限的研究支持,且结果存在不确定性。我们主张采取循证决策路径来优化农用地膜管理,而非推行可能危及粮食安全与农业可持续发展的预防性禁令。本文在以下几个方面给出了建议:
1. 零泄漏管理:
(1)强制使用加厚易回收的耐用型地膜;(2)投资开发残膜回收机械设备;(3)建立"强制回收与激励相结合"的地膜回收制度;(4)开展农用地膜可持续管理专项培训计划;(5)实施地膜全生命周期二维码追溯;