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種在田里的作物可能也在“吃”塑料

2020年07月31日 07:38   來源:科技日報   本報記者 張 曄

  塑料是一種可以變形的物質,而植物主根與側根分叉的地方是根系中的薄弱之處,較小的塑料顆粒可以從這個部位跨過屏障,進入根部木質部導管并進一步被傳輸到莖葉組織。

  說起塑料污染,人們首先想到的可能是廢棄的農用地膜、隨意丟棄的塑料袋,但其實工業或生活污水、大海和大氣中,都含有大量的塑料成分,塑料污染正在成為整個地球表層生態系統最嚴重的威脅之一。

  廢棄塑料經過物理、化學和生物過程造成分裂和體積減小,形成塑料顆粒。研究者把直徑小于5毫米的塑料碎片和顆粒稱為“微塑料”,實際上,微塑料的粒徑范圍可以從幾微米到幾毫米。

  煙臺海岸帶研究所與中國科學院南京土壤研究所駱永明團隊合作完成的一項最新研究發現,微塑料可以被農作物吸收并進入其可食用部位。在實驗中,無土栽培的生菜、側根發達的小麥以及生長范圍遍及全球的玉米都已被證實,可以吸收微塑料顆粒。

  相關論文近日在線發表在《自然—可持續性》上。這項研究徹底打破了塑料不可能被植物吸收的傳統觀點,引發了全球學界的廣泛關注。

  那么,這些塑料顆粒是如何進入植物內部的?進入植物內部的塑料又會引發哪些后果?

  土壤中的塑料顆粒從哪里來

  《科學》雜志曾發表一項研究成果,研究人員根據模型預計,從2019年起到2040年期間,將有約7700萬噸塑料被傾倒在陸地上。

  “早在2013年,我們團隊就開始研究土壤塑料顆粒污染的問題。”駱永明研究員告訴記者。

  “我們在研究中發現,土壤中的塑料顆粒來自于很多方面,主要有農用地膜、廢棄的塑料制品、企業排放或運輸過程中的泄露物質、工業或生活污水、有機肥、輪胎摩擦、大氣沉降和海洋潮汐等。”駱永明說,這些塑料經過日曬雨淋等風化作用后,裂解為大小不一的碎片,微塑料就此大量藏身于土壤當中。

  此外,土壤生物的存在也會擴大塑料在土壤中的擴散范圍,土壤動物能夠影響塑料尤其是微塑料的二次分解和遷移擴散,例如蚯蚓在將土壤表面的微塑料顆粒運輸到地下深處的過程中起著重要的作用。隨著蚯蚓在土壤中的活動,其取食的微塑料顆粒可以通過表面吸附、排泄和死亡軀體等多種形式擴散到其他區域。蚯蚓活動形成的土壤空隙也會有利于微塑料在土壤中的二次擴散。微塑料的這種移動可能使其他土壤生物也能接觸到污染物。

  微米級塑料顆粒可被根部吸收

  傳統的學術觀點認為,植物可以通過根系吸收土壤中的水和養分,但是塑料這樣的顆粒物是無法進入植物體內的。

  由于植物表面的孔隙很小,因此有學者認為直徑小于50納米的顆粒物才可以進入植物。那么,土壤中尺度數量級更大的、但是更為常見的亞微米級或微米級塑料顆粒能否進入植物呢?

  經過分析,駱永明認為這個可能性非常大,因為塑料是一種可以變形的物質,而植物主根與側根分叉的地方是根系中的薄弱之處,這個部位的表皮很薄、孔隙較大,較小的塑料顆粒可以從這個部位跨過屏障,進入根部木質部導管并進一步被傳輸到莖葉組織。

  同時,植物根系吸收水分時,水的蒸騰作用可以帶動土壤中的微顆粒進入植物體內,這股來自水的拉力對于亞微米級的塑料顆粒來說,其力量也是不容忽視的。

  但是,如何觀測并證實微塑料顆粒進入植物體內是一個嚴謹的科學問題。課題組首先把塑料顆粒的范圍圈定在0.2—10微米,并選擇了生菜、小麥和玉米3種植物,分別種植在含有大量微塑料顆粒的營養液、廢水和沙性土壤中,觀察植物的變化。

  駱永明告訴記者,生菜是西餐中最常見的蔬菜,基本上多采用無土栽培的模式;而小麥和玉米的側根非常發達,并且是人類的主糧和家畜主要的飼料。

  “我們設計了3種觀測方式,分別是熒光標記、電鏡掃描和植物成像。”駱永明說,為了避免植物體內自身的熒光干擾,他們采用2種熒光標記在塑料顆粒上,一旦塑料顆粒被吸收到植物內的導管中,就能很直觀地觀測到。而電鏡掃描和植物成像的方式,就像是給植物做CT掃描,電鏡還可以通過能譜測定植物體內物質的成分。

  為了驗證以上3種觀測方式,課題組將生長后的植物莖干切斷,再對植物體內涌出的“傷流液”進行分析,最終確認其中已含有微塑料顆粒。

  植物“吃”下的塑料將通過食物鏈傳遞

  被植物吸收的塑料顆粒會經由食物鏈傳遞,這是毫無疑問的。

  “生菜是人們廣泛食用的蔬菜,從理論上來看,塑料顆粒可以跟著生菜直接進入人體。”駱永明說,相比起海洋中被魚類吞食的塑料顆粒,實驗所觀察到的蔬菜中的塑料顆粒更容易進入人體內部參與循環,因為魚類體內的塑料顆粒主要集中在內臟而非滲透到肌肉組織中。

  而對于小麥和玉米,塑料顆粒在它們體內的運行軌跡還沒有被清晰地描繪出來。“我們還不能確認塑料顆粒能否進入植物籽實,比如小麥的麥粒。但是玉米莖干是常見的家畜青貯飼料,可以預見的是,塑料顆粒可以通過食物鏈間接進入動物體內。”駱永明為此感到擔憂。

  目前,這項研究只是證明了塑料微顆粒可以進入植物內部,但對于塑料進入植物體內后的物理化學變化、循環過程等研究還在進行之中。

  “塑料是高分子聚合物,常見的有聚乙烯、聚丙烯等,這些聚合物的主要成分是碳和氫等。”雖然通常情況下碳和氫并不直接危害人體,但駱永明表示,塑料微顆粒成為有機污染物、致病微生物、重金屬載體,已是不爭的事實。

  2008年6月1日起,我國規定在商品零售場所實行塑料購物袋有償使用制度,一律不得免費提供塑料購物袋。近期,國家發展改革委員會等9部門聯合發布通知,明確停止使用不可降解塑料袋。

  駱永明建議,要從源頭減少、禁用一次性塑料制品,加快研發替代技術和產品,“環保工作沒有公眾參與是很難做的,所以治理塑料污染一靠政策,二靠技術,三靠公眾。”

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  埋在土中的煙頭可影響植物生長

  亂丟煙頭是一種不文明的行為,然而很少有人知道,煙頭也會對陸地生態系統造成極大破壞。

  許多吸煙者認為煙頭會很快被生物降解。但事實上,香煙的過濾嘴是由一種生物塑料制成的,需要幾年甚至幾十年才能分解。全球每年有數以萬億計被扔掉的煙頭,有實驗表明,普通煙頭埋在土壤里10多年都不會腐爛,并且會對植物生長造成很大阻礙。

  一項研究發現,香煙末端的塑料過濾嘴可以破壞黑麥草和三葉草的正常生長。三葉草不僅對蜜蜂至關重要,同時也能吸收柴油廢氣的污染。黑麥草則是一種牧草,非常適合一些牲畜食用。

  研究人員在溫室中進行了一項實驗,以評估普通香煙的過濾嘴對黑麥草(多年生黑麥草)和三葉草(白三葉草)生長發育的影響。21天后,他們發現在裝有香煙過濾嘴的花盆中生長的三葉草種子減少了27%、發芽的黑麥草籽減少了10%。在含有一定量香煙過濾嘴的環境中,三葉草嫩枝的長度會縮短28%,而黑麥草葉的嫩枝則會縮短13%。

  根據重量計算,作為實驗樣本的三葉草,其根須數量大約只有正常數量的一半,研究人員認為是香煙過濾嘴中的塑料垃圾讓它們難以吸收水分。另外,研究還發現,這些實驗用的植物葉綠素含量極不平衡,而這種不平衡通常只在干旱時期出現。

(責任編輯:楊秀峰)

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