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人工湿地对微塑料的去除机制及环境影响研究综述，系统分析植物固定、基质吸附、微生物活动和动物介导的协同作用，揭示微塑料对湿地系统氮磷去除效率及生态风险的动态影响，提出前置处理和优化工艺的必要性。
冯梦达|丹妮拉·阿尔梅达·施特赖特维瑟|王一博|韩一鸣|史文欣|李成荣
西安理工大学环境与化学工程学院，中国西安710600
摘要
由于微塑料（MPs）体积小、比表面积大且吸附能力强，它们已成为水环境中普遍存在且持久的新兴污染物，严重影响了生态环境和人类健康。人工湿地（CWs）作为一种成本效益高且基于自然的处理系统，在截留和转化微塑料方面展现出巨大潜力。本文系统地讨论了微塑料从人工湿地中去除的机制，包括植物截留、基质吸附、微生物活动以及动物介导的过程，同时分析了微塑料对人工湿地系统的影响——微塑料在系统内的积累可能带来生态风险，如破坏养分循环、抑制植物生长和引发二次污染。此外，本文还详细探讨了微塑料对人工湿地中氮和磷去除的影响及其与其他水环境污染物的相互作用。最后，本文提出了未来研究的方向和存在的挑战。本文从不同角度分析了微塑料对人工湿地系统的影响，加深了人们对这一新型污染物的认识。
引言
通过对PubMed文献数据的分析，过去十年关键词的热度趋势显示了人工湿地处理微塑料的多维知识网络（图1）。该分析确定了“人工湿地–微塑料去除”作为主要研究方向，涉及三个关键维度：（1）作用机制——微生物群落、生物膜和氮代谢；（2）协同技术——活性污泥和生态工程；（3）环境影响——生态风险、重金属和抗生素抗性基因。
塑料为人们带来了便利，但也导致了广泛的塑料污染。微塑料（MPs）是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒，主要来源于初级微塑料（PMPs）和次级微塑料（SMPs）。初级微塑料是人为制造的，直接释放到环境中；主要来源包括：（i）个人护理产品（如磨砂膏和牙膏中的微珠）；（ii）工业原料，如塑料颗粒和服装洗涤产生的合成纤维（Boucher和Friot，2020；Boucher和Friot，2017）；（iii）轮胎磨损颗粒（在中国占比高达53.91%）。相比之下，次级微塑料是由较大塑料碎片通过环境风化（如紫外线诱导的光氧化）、机械磨损和生物降解产生的（Alimi等人，2023；Song等人，2022）。
微塑料因其持久性和生态毒性对水生生态系统和人类健康构成严重威胁（图2）。它们容易被生物体摄入，导致消化道堵塞、进食受阻、生长受限和繁殖能力下降（Lee等人，2025；Yu等人，2022）。此外，微塑料可通过食物链生物累积影响更高营养级的生物（Li等人，2025）。它们的表面会吸附重金属、有机污染物和抗生素等环境污染物，形成“污染物复合物”（Sabri等人，2025）。这些复合物的摄入可导致水生生物氧化应激、免疫抑制和内分泌紊乱（Kal?íková等人，2020；Vo和Pham，2021）。值得注意的是，微塑料与其他共存污染物的联合毒性往往超过单一污染物的毒性，从而引发更严重的生态危害（Sun等人，2022）。
微塑料生命周期和暴露途径的示意图，展示了它们通过工业排放和塑料降解进入环境、在水生生物（如鱼类）中生物累积，最终进入人体的过程。这一过程突显了微塑料的多源污染特性和潜在健康风险。
本文的主要目的是综合并批判性地评估现有关于微塑料对人工湿地系统多方面影响的知识。本文重点关注水生环境中常见的微塑料类型——特别是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）——在主流人工湿地配置中的表现，包括表面流和水平/垂直地下流系统。尽管研究兴趣日益增加，但对微塑料与人工湿地关键功能组分（如植物、基质、微生物和动物）之间相互作用的系统理解仍然碎片化。这些相互作用对整体系统性能（尤其是氮和磷去除）的连锁效应构成了一个关键的知识空白，本文旨在解决这一问题。
为解决这些关键空白，本文系统分析了微塑料对人工湿地关键功能组分的影响，包括维管植物、基质介质、微生物群落和水生动物。此外，我们旨在阐明这些相互作用对整体系统性能的后续影响，特别关注氮和磷去除的关键过程。通过整合这些相互关联领域的发现，本文旨在评估微塑料对人工湿地运行稳定性和处理效率的潜在风险，并为未来的研究方向和缓解策略提供科学依据（图形摘要）。
为确保研究的可重复性和透明度，我们在Web of Science、Scopus和PubMed数据库中进行了系统性文献搜索。搜索主要针对过去十年的同行评审出版物，并补充了早期的基础性研究。搜索词组结合了“微塑料”和“人工湿地”（及其变体）以及特定组分术语（如“基质”、“植物”、“微生物”）。纳入标准严格基于主题：研究必须实证探讨微塑料与关键人工湿地组分之间的相互作用及其对系统性能的影响。排除标准包括：（i）非以微塑料-人工湿地相互作用系统为中心的研究；（ii）非同行评审的文献（如灰色文献）；（iii）数据不足或方法不明确的文章。
部分摘录
常见微塑料
微塑料具有多种聚合物类型，其物理化学性质对其环境行为和归趋起着关键作用。主要类别包括：
环境中常见的微塑料聚合物包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC），它们具有高持久性和不同的行为特征（如浮力、添加剂渗出），这些特性影响其环境影响。
四种代表性微塑料的FTIR光谱和显微图像（比例尺：500 μm）。
当前微塑料-人工湿地研究的关键局限性
尽管已广泛记录了微塑料在人工湿地中的协同去除机制，但若干关键局限性阻碍了对其预测性理解，从而限制了人工湿地在实际应用中的优化。
实验室规模的研究通常在高度控制的环境中进行，以分离特定机制。这些研究精确控制变量（如污染物浓度和水力停留时间），以揭示因果关系（Tang等人）
对植物的影响
微塑料会对人工湿地中的植物产生多种生理和生态影响。一方面，微塑料会导致植物生物量显著下降。例如，暴露于1 μm荧光微塑料的浮游植物Spirodela polyrhiza和挺水植物Phragmites australis的生物量显著减少。实证证据表明微塑料对人工湿地生物有负面影响。一项包含2886个观测数据的元分析证实了这一点
微塑料对人工湿地中磷和氮去除的影响
微塑料的存在会影响人工湿地的磷去除效果。这种影响取决于微塑料的类型、浓度和颗粒大小，以及系统是否包含植物或丛枝菌根真菌（AMF）。研究表明，聚乙烯微塑料不会显著影响总磷（TP）的去除率，而聚苯乙烯微塑料（NPs）会降低磷去除效率，尤其是在高浓度（1 μgL^-1）时效果更为明显
与传统处理技术的比较分析
市政污水处理厂（WWTPs）中的传统活性污泥（CAS）工艺是抵御微塑料污染的主要手段，通常去除效率在58.0%到96.8%之间（Maw等人，2024）。这种效率主要依赖于初级沉淀池中的物理沉降以及随后微塑料在生物絮体中的吸附或缠结（Zhang等人，2023b）。然而，这种高去除率往往只是“污染转移”而非永久性清除挑战与未来展望
近年来，许多研究在了解微塑料的污染状况和来源、生态毒性及其去除技术方面取得了实质性进展，为未来研究奠定了坚实基础。然而，在人工湿地中去除微塑料领域，仍有许多关键问题尚未解决，许多去除机制需要进一步阐明。
首先，微塑料可能在人工湿地中造成持续污染，在沉积物中长期累积
结论
人工湿地通过协同的三重屏障机制去除微塑料：基质、根际和生物膜的物理拦截贡献了超过70%的去除效率，但这受到水力负荷和微塑料类型的调节。至关重要的是，这些去除机制的本质确立了基本的操作要求：为了最大化固有的净化能力并减轻长期生态风险，必须在人工湿地处理前对微塑料进行初步去除。
CRediT作者贡献声明
冯梦达：撰写——审稿与编辑，概念构思。丹妮拉·阿尔梅达·施特赖特维瑟：项目管理。王一博：资金获取，正式分析。韩一鸣：方法学。史文欣：资源协调。李成荣：可视化制作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
中国陕西省科学技术厅[项目编号2025JC-YBMS-599]；西安市北林区高校应用技术研发项目[GX2407]；西安理工大学博士启动基金[10702040]；西安科学技术局科技计划人才服务企业项目[2023JH-GXRC-0067]；陕西省化学与生物学基础科学研究项目[项目编号23JHQ005]
