塑料材料广泛应用于我们日常生活的各个方面，包括各类包装材料、农业覆膜，建筑和制造[1]。全球塑料年产量从1950年的150万t增至2020年的3.7亿t[2]。目前，已经在各个不同的生态环境中发现塑料，例如土壤[3]、空气[4]、淡水系统（即河流和湖泊）和海洋[5-6]。塑料产品通过各种途径进入环境中，并在各种物理、化学或生物的作用力下逐渐分解成更小的塑料碎片，对生态环境体系及人体生命健康造成潜在的危害 [7]。

由于产生大量难以生物降解的塑料产品，微塑料污染已经成为全球关注的问题。目前，学术界将直径小于5 mm的细小塑料碎片和颗粒定义为“微塑料”[8]。微塑料由初级和次级微塑料组成。初级微塑料是指直接产生的塑料颗粒，包括来自纺织品的微珠、微球和微纤维、化妆品和制造产品[9]；而次级微塑料是塑料废物经紫外线辐射、风化、高温、氧化、冻融循环和生物降解后的碎片[8-10]。

随着全球塑料污染的日益严重，微塑料作为塑料污染的重要组成部分，其环境效应已成为全球关注的热点问题。特别是生物可降解微塑料，作为一种潜在的环境友好型材料，其在自然环境中的降解过程和对生态系统的影响引发了广泛的研究兴趣。理想情况下的生物可降解塑料是一种性能优异、降解速度快的聚合物材料，可以通过自然发生的微生物矿化作用100%转化为二氧化碳和水，最终作为碳循环的一部分存在于自然界。植物-土壤系统是陆地生态系统的重要组成部分，对维持地球生态平衡和人类生存具有重要意义。因此，探究生物可降解微塑料对植物-土壤系统的影响，不仅有助于我们深入理解微塑料在环境中的行为，也为微塑料的环境风险评估和生态修复提供了科学依据。

1 土壤生态系统中微塑料的来源

土壤生态系统是全球生态系统中的重要环节，连接着大气、水、岩石等环境系统。它对营养循环和能量流动极其重要。因此，土壤容易受到各种污染物的降解，包括新出现的污染物，如微塑料[11]。

土壤中微塑料主要来自人类活动，包括施肥、塑料覆膜以及生活垃圾。特别是在农业土壤类型中，最常见的是地膜，但也通过灌溉水，街道径流，洪水，污水污泥，农业堆肥和空气等方式产生微塑料[12-15]。土壤中微塑料的另一个重要来源是路边附近空气中微塑料的沉积，源自轮胎与道路之间摩擦产生[16]。已经有研究发现轮胎橡胶颗粒可负面影响植物生长并改变土壤的生物地球化学性质，从而导致芽和根生长减少以及土壤pH水平升高[17]。微塑料因其种类多、吸附能力强、易迁移、疏水性强、存在时间长等特点，可广泛存在于大气、水、土壤等环境介质中[18-19]。类似地，微塑料广泛存在于不同类型的土壤环境中，包括农业土壤、工业土壤、城市土壤以及未使用的土壤中[20-22]。

2 微塑料对土壤生态系统的影响

2.1 微塑料对土壤理化性质的影响

土壤pH值是影响土壤理化性质的主要非生物因素之一，如矿物质和土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）的结合能力、营养元素的生物利用度、污染物的吸附以及土壤微生物群落的组成和活性[23]。微塑料在进入土壤环境后，在分解降解过程中释放出化合物，影响土壤pH值，微塑料还可能通过改变微生物群落结构，引起微生物分泌物的变化，间接影响土壤pH值。pH值变化的具体程度取决于土壤环境。目前，Yang等[24]发现了质量分数1%和10%聚乳酸（polylactic acid, PLA）和高密度聚乙烯（high density polyethylene, HDPE）微塑料的存在显著增加了土壤pH。多项研究表明聚乙烯（polyethylene,PE）微塑料提高了土壤pH值[24-26]。同样地，Lozano等[27]发现质量分数0.4%聚醚砜（polyether sulfone, PES）微塑料增加了土壤pH值。但并不是所有的微塑料类型都引起土壤pH的增加，例如Feng等[28]发现质量分数2% PE和聚苯乙烯（polystyrene, PS）微塑料则引起了土壤pH的下降，但在质量分数0.2%的浓度下土壤pH没有发生改变。Dong等[29]发现质量分数0.2%PS微塑料同样引起了土壤pH的下降。Boots等[29]比较了分别暴露于衣物纤维、PLA和HDPE微塑料30 d后土壤pH值的变化，发现HDPE微塑料显著降低了pH值，但是PLA微塑料和衣物纤维没有引起显著影响。这些情况说明不同浓度、类型的微塑料对土壤pH的影响是不确定的。而土壤pH值不确定变化可能会进一步导致土壤养分的可用性和植物生长，以及农作物生产力的改变。

对于土壤中养分，质量分数1%聚氯乙烯（polyvinyl chloride, PVC）微塑料污染的稻田土壤中，土壤中有效氮的含量降低了10%~13%[30]。Chen等[31]发现，在低碳条件下，PLA微塑料显著增加土壤NO3--N含量，但降低了NH4+-N含量。此外，微塑料本身就可作为碳库，成为土壤环境中的碳来源之一。研究发现土壤细菌具有将微塑料转化为土壤可溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）的能力，Wang等[32]的研究发现DOC含量随着微塑料浓度的提高而增加。目前有几种机制解释微塑料对土壤养分的影响。首先是一些微塑料含有含氮、磷的抗氧化添加剂，最终在矿化后将这些元素释放到土壤中[33]。其次，由于微塑料较强的吸附能力，导致微塑料能直接吸附营养物质，从而改变其有效性。

2.2 微塑料对土壤酶活的影响

土壤环境中的酶主要是土壤动物、植物以及微生物群落的代谢分泌物。同时，土壤酶活是反映土壤质量和肥力的重要指标[34]。微塑料主要是由含碳聚合物组成，可以为土壤微生物群落提供碳源，促进关键酶的产生。同时微塑料浸出的有毒化合物也有可能抑制相关微生物的生存，从而导致土壤酶活性的下降[35]。不同类型的微塑料对酶活的影响也不同， Machado等 [33]发现PA、HDPE和PES微塑料增加了荧光素二乙酸水解酶酶活，但PET、PP和PS微塑料对该酶酶活没有显著影响。另一项研究发现，3种不同的微塑料对脲酶、脱氢酶和碱性磷酸酶具有不同的影响[36]。150 d的土壤培养实验中发现，PE微塑料抑制了6种胞外酶活性[34]。Chen等 [31]发现，尽管单独添加PLA微塑料对土壤酶活性没有显著影响，但在用秸秆残留物改良的土壤中，PLA微塑料暴露显著降低了β-葡萄糖苷酶、脲酶和过氧化氢酶的活性。有机物质的添加刺激土壤团聚体的形成，导致土壤团聚体中存在大量微塑料，降低团聚体的稳定性，从而负面影响酶活性[21]。综上所述，不同的微塑料对不同的土壤酶活的影响不同。目前，对微塑料如何诱导土壤性质和酶活性能变化仍不清楚。

2.3 微塑料对土壤微生物群落的影响

微塑料可以为微生物群落提供能量来源，改变微生物群落结构和功能。微塑料还可以通过有毒和有害化学物质的沥滤或土壤性质的间接变化来影响微生物群落组成和活性[37]。研究发现不同类型、剂量、大小、形状的微塑料对土壤细菌的组成和功能的影响不同[11, 38-40]。在一项长期密集PE塑料覆盖实践的农田中，发现多种微生物定殖于地膜的微塑料表面，并且微生物群落结构与周围的土壤环境的微生物群落结构显著不同[41]。Zhou等[42]发现微塑料添加的土壤中碳和养分周转显著增加，可能因为微塑料圈中独特的细菌群落结构以及可生物降解微塑料引起的微生物生物量和活性的增加。在具有低pH和低磷含量，但高氮含量的农业土壤环境中，添加PE和PVC微塑料（质量比1%和5%）降低了土壤细菌群落的多样性和丰富度并且PE的影响更加严重[43]。Yan等[30]则发现在0.1%和1.0%（质量分数）浓度下的PVC微塑料污染不影响土壤细菌总体的多样性和组成，但改变了一些特定细菌的分类群的相对丰度。

土壤真菌是产生孢子的真核生物，包括霉菌、酵母和藻类细菌，它们不同于土壤动物、植物和其他真核生物。研究发现土壤真菌同样也可以降解微塑料，甚至其降解能力比放线菌等细菌具有更强的降解能力[44]。微塑料同样也能改变土壤真菌群落的结构和多样性[45]。Lehmann等 [46]发现，在干旱和浇水充足的条件下，微塑料的存在增加了土壤真菌的定殖，而另一项研究发现，PES和PP微塑料增加了土壤真菌对洋葱根的定殖，但PET微塑料减少了土壤真菌对洋葱的根定殖[33]。最后，土壤微塑料还能成为植物病原菌的载体[41, 47]。例如，残存的微塑料污染增加了黄单胞菌属（Xanthomonas）的相对丰度，其中一些为植物病原菌[39]，可能为植物生长发育带来潜在的风险。

微塑料能吸引特定的微生物类群定殖，甚至是潜在病原微生物，从而改变植物根际微生物组成和活性，进而影响到植物的正常生长发育。但是不同类型、大小、形状等方面的微塑料对土壤微生物群落结构的影响不同。因此，微塑料对土壤微生物群落的影响仍然有待进一步的研究。

3 微塑料对植物的影响

微塑料可以通过与根际直接的相互作用影响农作物，也可以通过改变土壤性质间接影响农作物。植物根际系统是独特的、综合的和动态的，连接着植物、非生物体和生物组分[48]。微塑料影响植物根对营养物质的吸收转化，导致生物量和微生物活性的下降以及组成和根际特征的改变[49]。此外，微塑料表面各种的官能团也能吸附大量其他类型的污染物，导致有毒物质对植物的间接或直接伤害[50]。

根据报道，土壤中的微塑料能影响植物发芽率、芽高以及生物量[51-52]。Meng等 [53]发现LDPE微塑料（质量分数0.5%~2.0%）不会影响菜豆的芽、根和豆类生物量，但添加聚对苯二甲酸己二酸丁二烯（polybutylene adipate terephthalate, PBAT）微塑料（质量分数2%）的处理显著降低了菜豆茎、根和豆类生物量。但同时另一方面，Tang等 [54]发现PE和PVC微塑料增加了水稻的地上生物量，同时降低了水稻的地下生物量。不同类型的塑料、土壤环境和植物物种的结果不同。Liu等 [55]发现PBAT微塑料严重破坏了拟南芥的光合系统，提高了药物转运相关途径的基因表达水平，还提高了块状土壤和根际土壤中慢生根瘤菌属、噬氢菌属和节杆菌属细菌的丰度，并抑制拟南芥的生长。微塑料还能引起植物的多种生理反应。PS和聚四氟乙烯微塑料在水稻根中引起氧化爆发和细胞损伤[53]，还能增加拟南芥中的活性氧[56]。Zhao等 [57]发现了PS和PP微塑料增强了玉米根系对重金属的镉的吸收。Abbasi等 [58]发现PET微塑料可以作为载体将重金属转移到小麦根际，影响小麦生长并显著降低作物产量。这些结果表明微塑料不仅能够直接影响植物生理，还能够通过释放有毒的降解产物和改变污染物的生物有效性来间接地影响植物生理状态。但另一方面，PS微塑料能够促进小麦生长、增加根长、显著提高植株的碳、氮含量以及生物量[59]。具体案例见表1。

4 结论与展望

植物是陆地生态系统的基本组成部分。微塑料在土壤中的普遍存在导致它们不可避免地与陆地植物相互作用。由于植物在陆地生态系统中的重要作用以及微塑料的持续释放，微塑料对陆地植物的潜在影响正引起越来越多的关注。

生物可降解微塑料在土壤中的降解过程受到多种因素的影响，包括土壤类型、微生物群落结构、环境条件等。其次，生物可降解微塑料对植物-土壤系统的影响具有复杂性和多样性，既可能带来正面的生态效应，如改善土壤结构、促进植物生长等，也可能产生潜在的生态风险，如影响土壤微生物群落结构、改变营养元素循环等。因此，在推广和应用生物可降解微塑料时，需要充分考虑其环境效应和生态风险，并采取相应的防控措施。未来，需要进一步加强对生物可降解微塑料在环境中的行为、生态效应和风险评估的研究，为微塑料的环境管理和生态修复提供更为科学、有效的指导。