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种在田里的作物可能也在“吃”塑料

来源:科技日报2020-07-31 09:59

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  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。

  而对于小麦和玉米,塑料颗粒在它们体内的运行轨迹还没有被清晰地描绘出来。“我们还不能确认塑料颗粒能否进入植物籽实,比如小麦的麦粒。但是玉米茎干是常见的家畜青贮饲料,可以预见的是,塑料颗粒可以通过食物链间接进入动物体内。”骆永明为此感到担忧。

  目前,这项研究只是证明了塑料微颗粒可以进入植物内部,但对于塑料进入植物体内后的物理化学变化、循环过程等研究还在进行之中。

  “塑料是高分子聚合物,常见的有聚乙烯、聚丙烯等,这些聚合物的主要成分是碳和氢等。”虽然通常情况下碳和氢并不直接危害人体,但骆永明表示,塑料微颗粒成为有机污染物、致病微生物、重金属载体,已是不争的事实。

  2008年6月1日起,我国规定在商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度,一律不得免费提供塑料购物袋。近期,国家发展改革委员会等9部门联合发布通知,明确停止使用不可降解塑料袋。

  骆永明建议,要从源头减少、禁用一次性塑料制品,加快研发替代技术和产品,“环保工作没有公众参与是很难做的,所以治理塑料污染一靠政策,二靠技术,三靠公众。”

  相关链接

  埋在土中的烟头可影响植物生长

  乱丢烟头是一种不文明的行为,然而很少有人知道,烟头也会对陆地生态系统造成极大破坏。

  许多吸烟者认为烟头会很快被生物降解。但事实上,香烟的过滤嘴是由一种生物塑料制成的,需要几年甚至几十年才能分解。全球每年有数以万亿计被扔掉的烟头,有实验表明,普通烟头埋在土壤里10多年都不会腐烂,并且会对植物生长造成很大阻碍。

  一项研究发现,香烟末端的塑料过滤嘴可以破坏黑麦草和三叶草的正常生长。三叶草不仅对蜜蜂至关重要,同时也能吸收柴油废气的污染。黑麦草则是一种牧草,非常适合一些牲畜食用。

  研究人员在温室中进行了一项实验,以评估普通香烟的过滤嘴对黑麦草(多年生黑麦草)和三叶草(白三叶草)生长发育的影响。21天后,他们发现在装有香烟过滤嘴的花盆中生长的三叶草种子减少了27%、发芽的黑麦草籽减少了10%。在含有一定量香烟过滤嘴的环境中,三叶草嫩枝的长度会缩短28%,而黑麦草叶的嫩枝则会缩短13%。

  根据重量计算,作为实验样本的三叶草,其根须数量大约只有正常数量的一半,研究人员认为是香烟过滤嘴中的塑料垃圾让它们难以吸收水分。另外,研究还发现,这些实验用的植物叶绿素含量极不平衡,而这种不平衡通常只在干旱时期出现。(张 晔)

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