综述：从废弃物到资源：揭示堆肥、微塑料与农业生态系统之间未知的联系

《Journal of Hazardous Materials Advances》：From waste to resource: unveiling the unknown nexus between compost, microplastics, and agroecosystem

本综述系统阐述了堆肥中微塑料（MPs）的来源、特征、检测方法及其对农业生态系统的多重影响，重点探讨了市政有机废弃物、农业废弃物、污水污泥、生物降解塑料及畜禽粪便作为MPs主要输入途径的机制，并指出MPs的形态、粒径、聚合物类型（如PP、PE、PET）显著影响其在土壤中的迁移转化及生态毒性。文章还评述了基于颗粒数（particles kg?1）与基于质量（mass kg?1）的MPs检测技术的优劣，并提出通过源头分选、优化堆肥条件（如添加生物炭、引入特定微生物菌株）等策略降低MPs污染风险，为有机废弃物资源化安全利用与农业可持续发展提供了重要科学依据。

　　

从废弃物到资源：揭示堆肥、微塑料与农业生态系统之间未知的联系

堆肥作为一种广泛使用的有机改良剂，在改善土壤健康和提高作物产量方面发挥着关键作用。然而，堆肥产品中日益严重的微塑料（MPs）污染问题，对农业生态系统的可持续性构成了潜在威胁。尽管关注度不断提升，但堆肥中MPs的最终归趋仍不明确。本综述旨在系统梳理MPs在堆肥中的来源、特征、归趋及其对农业生态系统的综合影响。

堆肥中微塑料的来源

堆肥中MPs的污染主要源自受污染的有机废弃物原料。市政有机废弃物（如食品残渣、园林垃圾）、农业废弃物（如作物残茬、塑料地膜）、污水污泥、生物降解材料（如生物塑料）以及畜禽粪便等是MPs进入堆肥的主要途径。这些废弃物在收集和处理过程中，常因分选不彻底而混入塑料杂质。例如，市政有机废弃物中的塑料袋、食品包装、纺织品碎片等会在堆肥化过程中破碎形成次级MPs；而农业废弃物中的塑料地膜、化肥包装袋等同样是MPs的重要来源。污水污泥因其在污水处理过程中富集了来自纺织品纤维、微珠等MPs，其堆肥产品也常检出高丰度MPs。值得注意的是，即便是标榜可完全生物降解的塑料（如PLA、PHA），在堆肥过程中若条件（温度、pH、湿度）不适宜，也可能降解不完全而残留为MPs，成为非点源污染。

堆肥中微塑料的特征

堆肥中的MPs在尺寸、形状、颜色和聚合物类型上呈现出高度多样性。多数研究报道MPs的优势粒径在100-500 μm之间，但其分布受检测方法影响显著，例如拉曼光谱可检测至10 μm的颗粒，而体视显微镜通常限于大于500 μm的颗粒。形状上以纤维、碎片和薄膜为主，这与塑料制品的使用来源密切相关（如纤维多来自合成纺织品）。聚合物类型则以聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）最为常见，反映了这些材料在日常塑料产品中的广泛应用。颜色分布则包括透明、白色、蓝色等多种，部分源于塑料生产中添加的染料。这些特征不仅有助于追溯MPs来源，也直接影响其在环境中的迁移转化行为及生态效应。

堆肥中微塑料的检测挑战

准确测定堆肥中的MPs仍面临巨大挑战，主要源于方法学的不统一与检测技术的局限性。当前检测方法主要分为基于颗粒数（particles kg^?1）和基于质量（mass kg^?1）两种单位。前者多采用氧化消化（如30% H₂O₂）、密度分离（如ZnCl₂溶液）结合显微镜观察及光谱鉴定（如μFTIR、拉曼），但过程繁琐且易低估小粒径MPs；后者如热解-气相色谱-质谱联用（Py-GC-MS）能提供总塑料质量浓度，但无法获得形貌信息。样品前处理过程中的交叉污染、消化剂对MPs形貌的潜在影响、高密度聚合物（如PTFE）分离效率低等问题进一步增加了检测结果的不确定性。因此，建立标准化、高灵敏度的MPs检测流程，并加强质量控制（如使用棉质实验服、设置过程空白）对于获得可靠数据至关重要。

微塑料对土壤生态系统的影响

MPs通过施用污染堆肥进入土壤后，会对土壤的物理、化学和生物性质产生复杂影响。

对土壤物理性质的影响

MPs会改变土壤容重、团聚体稳定性和持水能力。通常，MPs的加入会降低土壤容重，削弱团聚体稳定性，影响土壤孔隙结构和水分运动。例如，纤维状MPs可能提升土壤持水能力，而碎片状或颗粒状MPs则可能促进水分蒸发。这种影响的程度取决于MPs的浓度、尺寸、形状和聚合物类型。

对土壤化学性质的影响

MPs作为额外的碳源，可能改变土壤有机碳的测定值，但其存在并不等同于有效碳源。某些MPs（如PE）的添加可能导致土壤有机碳估值偏高，而PVC则可能降低可溶性有机碳（DOC）含量。MPs还可能吸附重金属等污染物，改变其生物有效性。此外，MPs的存在可能引起土壤pH值的波动，进而影响养分形态和微生物活性。

对土壤生物性质的影响

MPs为微生物提供了新的附着界面，可能改变土壤微生物群落结构和功能。一些研究报道，可生物降解聚合物（如PBAT、PLA）的添加可能促进某些特定微生物类群（如变形菌门、子囊菌门）的生长，而抑制其他类群（如酸杆菌门）。MPs的表面易形成生物膜，成为微生物的“特化栖息地”，但这可能改变微生物间的竞争关系，并影响有机质降解等关键生态过程。高浓度MPs或长期暴露可能对土壤微生物生物量和多样性产生抑制作用，并对土壤动物（如蚯蚓）的消化功能造成损害。

微塑料对植物健康的影响

植物可通过根系吸收MPs，并将其运输至地上部。MPs的存在可能通过物理阻塞、引起氧化应激、改变根系形态等方式影响种子萌发、根系发育、养分吸收及光合作用。其效应呈现物种特异性和剂量依赖性。例如，小麦种子萌发和芽长在高浓度MPs暴露下受到抑制，而某些情况下低浓度MPs可能刺激光合作用。聚合物类型也是关键因素，聚苯乙烯（PS）可能增加洋葱根系生物量，而低密度聚乙烯（LDPE）和可生物降解塑料（PLA、PBAT）则可能对豆类根系生长产生更强抑制作用。

控制堆肥中微塑料的策略

为减轻堆肥中MPs污染，需采取多层面策略：

1. 1.
   源头分选与筛分：加强有机废弃物收集时的塑料分选，并在堆肥化后通过筛网去除大尺寸塑料杂质，是减少MPs输入的最直接有效方法。推广使用可堆肥袋并规范投放行为也至关重要。
2. 2.
   优化堆肥过程促进降解：严格控制堆肥工艺参数（温度、湿度、pH），确保生物塑料完全降解。引入特定降解菌株（如Rhodococcus species）或添加生物炭以富集功能微生物，可加速MPs的生物降解。研究表明，生物炭的添加能显著提升PHA等聚合物的降解率。
3. 3.
   改善生产与消费模式：从源头减少塑料使用，推广可重复利用产品，并提高塑料制品（包括生物塑料）的可回收性和可降解性，是根本解决之道。

结论与展望

堆肥中的MPs污染是连接废弃物管理与农业土壤健康的关键环境问题。本文系统综述了MPs进入堆肥的途径、其自身特性、检测技术难点、对土壤生态系统和植物健康的潜在风险以及现有的控制策略。未来研究需致力于开发标准化、高精度的MPs检测方法，深入开展MPs在不同农田环境下的归趋与生态效应研究，特别是关注生物塑料降解产物的长期影响，并评估各种缓解措施的实际可行性。通过跨学科合作和完善的废弃物管理政策，才能确保堆肥这一“变废为宝”的资源化途径真正实现环境与农业的可持续发展。