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土壤中的塑料颗粒从哪里来进入植物内部的塑料又会引发哪些后果

2020-08-03 13:08:40来源：科技日报

塑料是一种可以变形的物质，而植物主根与侧根分叉的地方是根系中的薄弱之处，较小的塑料颗粒可以从这个部位跨过屏障，进入根部木质部导管并进一步被传输到茎叶组织。

说起塑料污染，人们首先想到的可能是废弃的农用地膜、随意丢弃的塑料袋，但其实工业或生活污水、大海和大气中，都含有大量的塑料成分，塑料污染正在成为整个地球表层生态系统最严重的威胁之一。

废弃塑料经过物理、化学和生物过程造成分裂和体积减小，形成塑料颗粒。研究者把直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒称为“微塑料”，实际上，微塑料的粒径范围可以从几微米到几毫米。

烟台海岸带研究所与中国科学院南京土壤研究所骆永明团队合作完成的一项最新研究发现，微塑料可以被农作物吸收并进入其可食用部位。在实验中，无土栽培的生菜、侧根发达的小麦以及生长范围遍及全球的玉米都已被证实，可以吸收微塑料颗粒。

相关论文近日在线发表在《自然—可持续性》上。这项研究彻底打破了塑料不可能被植物吸收的传统观点，引发了全球学界的广泛关注。

那么，这些塑料颗粒是如何进入植物内部的?进入植物内部的塑料又会引发哪些后果?

土壤中的塑料颗粒从哪里来

《科学》杂志曾发表一项研究成果，研究人员根据模型预计，从2019年起到2040年期间，将有约7700万吨塑料被倾倒在陆地上。

“早在2013年，我们团队就开始研究土壤塑料颗粒污染的问题。”骆永明研究员告诉记者。

“我们在研究中发现，土壤中的塑料颗粒来自于很多方面，主要有农用地膜、废弃的塑料制品、企业排放或运输过程中的泄露物质、工业或生活污水、有机肥、轮胎摩擦、大气沉降和海洋潮汐等。”骆永明说，这些塑料经过日晒雨淋等风化作用后，裂解为大小不一的碎片，微塑料就此大量藏身于土壤当中。

此外，土壤生物的存在也会扩大塑料在土壤中的扩散范围，土壤动物能够影响塑料尤其是微塑料的二次分解和迁移扩散，例如蚯蚓在将土壤表面的微塑料颗粒运输到地下深处的过程中起着重要的作用。随着蚯蚓在土壤中的活动，其取食的微塑料颗粒可以通过表面吸附、排泄和死亡躯体等多种形式扩散到其他区域。蚯蚓活动形成的土壤空隙也会有利于微塑料在土壤中的二次扩散。微塑料的这种移动可能使其他土壤生物也能接触到污染物。

微米级塑料颗粒可被根部吸收

传统的学术观点认为，植物可以通过根系吸收土壤中的水和养分，但是塑料这样的颗粒物是无法进入植物体内的。

由于植物表面的孔隙很小，因此有学者认为直径小于50纳米的颗粒物才可以进入植物。那么，土壤中尺度数量级更大的、但是更为常见的亚微米级或微米级塑料颗粒能否进入植物呢?

经过分析，骆永明认为这个可能性非常大，因为塑料是一种可以变形的物质，而植物主根与侧根分叉的地方是根系中的薄弱之处，这个部位的表皮很薄、孔隙较大，较小的塑料颗粒可以从这个部位跨过屏障，进入根部木质部导管并进一步被传输到茎叶组织。

同时，植物根系吸收水分时，水的蒸腾作用可以带动土壤中的微颗粒进入植物体内，这股来自水的拉力对于亚微米级的塑料颗粒来说，其力量也是不容忽视的。

但是，如何观测并证实微塑料颗粒进入植物体内是一个严谨的科学问题。课题组首先把塑料颗粒的范围圈定在0.2—10微米，并选择了生菜、小麦和玉米3种植物，分别种植在含有大量微塑料颗粒的营养液、废水和沙性土壤中，观察植物的变化。

骆永明告诉记者，生菜是西餐中最常见的蔬菜，基本上多采用无土栽培的模式;而小麦和玉米的侧根非常发达，并且是人类的主粮和家畜主要的饲料。

“我们设计了3种观测方式，分别是荧光标记、电镜扫描和植物成像。”骆永明说，为了避免植物体内自身的荧光干扰，他们采用2种荧光标记在塑料颗粒上，一旦塑料颗粒被吸收到植物内的导管中，就能很直观地观测到。而电镜扫描和植物成像的方式，就像是给植物做CT扫描，电镜还可以通过能谱测定植物体内物质的成分。

为了验证以上3种观测方式，课题组将生长后的植物茎干切断，再对植物体内涌出的“伤流液”进行分析，最终确认其中已含有微塑料颗粒。

植物“吃”下的塑料将通过食物链传递

被植物吸收的塑料颗粒会经由食物链传递，这是毫无疑问的。

“生菜是人们广泛食用的蔬菜，从理论上来看，塑料颗粒可以跟着生菜直接进入人体。”骆永明说，相比起海洋中被鱼类吞食的塑料颗粒，实验所观察到的蔬菜中的塑料颗粒更容易进入人体内部参与循环，因为鱼类体内的塑料颗粒主要集中在内脏而非渗透到肌肉组织中。