Sources， occurrence characteristics and potential risks of microplastics in farmland soils： A review

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.022

Abstract

Abstract:

This study systematically reviews the source characteristics， occurrence characteristics， pollution hazards， and potential risks of microplastics in agricultural soils in China. Furthermore， the key issues and future research directions of the microplastic pollution in farmland soil were discussed. It is expected to provide scientific ideas for systematic analysis and exploration of the microplastic pollution mechanisms and the prevention and control of risks in farmland soils.

Key words: microplastics, farmland soils, pollution status, existence characteristics, potential risk

CLC Number:

TQ320

XIAO Jinnan, ZHANG Zhenming. Sources， occurrence characteristics and potential risks of microplastics in farmland soils： A review[J]. China Plastics, 2024, 38(9): 137-144.

Figures/Tables 9

References 53

1	REN Z F， GUI X Y， XU X Y， et al. Microplastics in the soil⁃groundwater environment： Aging， migration， and co⁃transport of contaminants⁃A critical review［J］. Journal of Hazardous Materials， 2021， 419： 126455.
2	李道季，蒋春华. 海洋中的塑料垃圾和微塑料：从污染到治理［J］. 世界科学， 2023，（12）： 33⁃35.
	LI D J， JIANG C H. Plastic waste and microplastics in the ocean： from pollution to treatment［J］. World science， 2023，（12）： 33⁃35.
3	左林子，侯婉儿，王飞，等. 微塑料的光老化过程及其携带内源污染物释放的研究进［J］. 环境化学， 2022， 41（7）： 2 245⁃2 255.
	ZUO L Z， HOU W R， WANG F， et al. Research progress on photo⁃aging of microplastics and their effects on the release of endogenous pollutants［J］. Environmental Chemistry， 2022， 41（7）： 2 245⁃2 255.
4	杨光蓉，陈历睿，林敦梅. 土壤微塑料污染现状、来源、环境命运及生态效应［J］. 中国环境科学， 2021， 41 （01）： 353⁃365.
	YANG G R， CHEN L R， LIN D M.Status， sources， environmental fate and ecological consequences of microplastic pollution in soil. China Environmental Science， 2021， 41（01）： 353⁃365.
5	MU H， WANG Y， ZHANG H， et al. High abundance of microplastics in groundwater in Jiaodong Peninsula， China［J］. Science of the Total Environment， 2022， 839： 156318.
6	Yu L， Zhang J， Liu Y， et al. Distribution characteristics of microplastics in agricultural soils from the largest vegetable production base in China［J］. Science of the Total Environment， 2021， 756： 143860.
7	LI X， CHEN L， MEI Q， et al. Microplastics in sewage sludge from the wastewater treatment plants in China［J］. Water Research， 2018， 142： 75⁃85.
8	VAN AEN BERG P， HUERTA K E， Corrandini F， et al. Sewage sludge application as a vehicle for microplastics in eastern Spanish agricultural soils［J］. Environmental Pollution， 2020， 261： 114198.
9	骆永明，周倩，章海波，等. 重视土壤中微塑料污染研究防范生态与食物链风险［J］. 中国科学院院刊， 2018， 33（10）： 1 021⁃1 030.
	LUO Y M， ZHOU Q， ZHANG H B， et al. Pay Attention to research on microplastic pollution in soil for prevention of ecological and food chain risks ［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2018， 33（10）： 1 021⁃1 030.
10	王长远，马啸驰，郭德杰，等. 长期施用有机肥对土壤微塑料赋存及迁移特征的影响［J］. 环境科学， 2024， 45（04）： 2 304⁃2 312.
	WANG C Y， MA X C， GUO D J， et al. Effects of long⁃term application of organic fertilizer on the occurrence and migration characteristics of soil microplastics［J］. Environmental Science， 2024， 45（04）： 2 304⁃2 312.
11	武凤霞，张淑彬，刘建斌. 中国农田土壤微塑料污染现状及其对土壤微生物的影响［J］.中南农业科技， 2022， 43（5）： 193⁃200.
	WU F X， ZHANG S B， LIU J B， et al. The current situation of microplastic pollution in farmland soil in China and its impact on soil microorganisms ［J］. South⁃Central Agricultural Science and Technology， 2022， 43（5）： 193⁃200.
12	卢琦园，马艳，陈思帆，等. 环境中微塑料检测方法的研究进展［J］. 环境化学， 2023：1⁃16
	LU Q Y， MA Y， CHEN S F， et al. Research progress on analytical methods for microplastics in the environment［J］. Environmental Chemistry， 2024， 43（7）： 1⁃16.
13	DING L， ZHANG S Y， WANG X Y， et al. The occurrence and distribution characteristics of microplastics in the agricultural soils of Shaanxi Province， in north⁃western China［J］. Science of the Total Environment， 2020， 720： 137525.
14	戴柳云，侯磊，王化，等. 土地利用对洱海罗时江小流域土壤微塑料污染的影响［J］. 环境科学，2024， 45（05）： 3 069⁃3 077.
	DAI L Y， HOU L， WANG H， et al. Effects of land use patterns on soil microplastic pollution in the luoshijiang subwatershed of erhai lake basin［J］. Environmental Science， 2024， 45（05）： 3 069⁃3 077.
15	FAKOUR H， LO S L， YOASHI N T， et al. Quantification and Analysis of Microplastics in Farmland Soils： Characterization， Sources， and Pathways［J］. Agriculture， 2021： 11（4）： 330.
16	刘梦婷. 上海郊区主要类型土壤中微塑料污染特征研究［D］. 上海：华东师范大学， 2020.
17	马贵，丁家富，周悦，等. 固原市农田土壤微塑料的分布特征及风险评估［J］. 环境科学， 2023， 44（09）： 5 055⁃5 062.
	MA G， DING J F， ZHOU Y， et al. Distribution Characteristics and Risk Assessment of Microplastics in Farmland Soil in Guyuan［J］. Environmental Science， 2023， 44（09）： 5 055⁃5 062.
18	YU L， ZHANG J D， LIU Y， et al. Distribution characteristics of microplastics in agricultural soils from the largest vegetable production base in China［J］. Science of the Total Environment， 2021， 756： 143860.
19	LI Q L， ZENG A R， JIANG X， et al. Are microplastics correlated to phthalates in facility agriculture soil？［J］. Journal of Hazardous Materials， 2021， 412： 125164.
20	WANG K， CHEN W， TIAN J Y， et al. Accumulation of microplastics in greenhouse soil after long⁃term plastic film mulching in Beijing， China［J］. Science of the Total Environment， 2022， 828： 154544.
21	Wang Y H， Xv X Q， Shao T J， et al. A case on source to soil to solutions： Distribution characteristics of microplastics in farmland soil of the largest vegetable base in Northwest China［J］. Science of The Total Environment， 2024， 907： 167910.
22	程万莉，樊廷录，王淑英，等. 我国西北覆膜农田土壤微塑料数量及分布特征［J］. 农业环境科学学报， 2020， 39（11）： 2 561⁃2 568.
	CHENG W L， FAN T L， WANG S Y， et al. Quantity and distribution of microplastics in film mulching farmland soil of Northwest China［J］. Journal of Agro⁃Environment Science， 2020， 39（11）： 2 561⁃2 568.
23	ZHANG S L， LIU X， HAO X H， et al. Distribution of low⁃density microplastics in the mollisol farmlands of northeast China［J］. Science of the Total Environment，2020，708： 135091．
24	YANG J， LI R J， ZHOU Q， et al. Abundance and morphology of microplastics in an agricultural soil following long⁃term repeated application of pig manure［J］. Environmental Pollution， 2021， 272： 116028.
25	LANG M F， WANG G Y， YANG Y Y， et al. The occurrence and effect of altitude on microplastics distribution in agricultural soils of Qinghai Province， northwest China［J］. Science of the Total Environment， 2022， 810： 152174.
26	ZHANG H X， HUANG Y M， AN S S， et al. Land⁃use patterns determine the distribution of soil microplastics in typical agricultural areas on the eastern Qinghai⁃Tibetan Plateau［J］. Journal of Hazardous Materials， 2022， 426： 127806.
27	ZHANG Z Q， PENG W X， DUAN C J， et al. Microplastics pollution from different plastic mulching years accentuate soil microbial nutrient limitations［J］. Gondwana Research， 2022， 108： 91⁃101.
28	CHEN Y L， LENG Y F， LIU X N， et al. Microplastic pollution in vegetable farmlands of suburb Wuhan， central China［J］. Environmental Pollution， 2020， 257： 113449.
29	ZHOU B Y， WANG J Q， ZHANG H B， et al. Microplastics in agricultural soils on the coastal plain of Hangzhou Bay， east China： multiple sources other than plastic mulching film［J］. Journal of Hazardous Materials， 2020， 388： 121814.
30	时馨竹. 沈阳周边农田土壤中微塑料分布特征［D］. 沈阳：沈阳大学，2021．
31	FENG S S， LU H W， LIU Y L. The occurrence of microplastics in farmland and grassland soils in the Qinghai⁃Tibet plateau： different land use and mulching time in facility agriculture［J］. Environmental Pollution， 2021， 279： 116939.
32	HUANG Y， LIU Q， JIA W Q， et al. Agricultural plastic mulching as a source of microplastics in the terrestrial environment［J］. Environmental Pollution， 2020， 260： 114096.
33	王志超，孟青，于玲红，等. 内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征［J］. 农业工程学报， 2020， 36 （3）： 204⁃209.
	WANG Z C， MENG Q， YU L H， et al. Occurrence characteristics of microplastics in farmland soil of Hetao Irrigation District， Inner Mongolia［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2020， 36 （3）： 204⁃209.
34	朱宇恩，文瀚萱，李唐慧娴，等. 汾河沿岸农田土壤微塑料分布特征及成因解析［J］. 环境科学， 2021， 42 （8）： 3 894⁃3 903.
	ZHU Y E， WEN H X， LI T H X， et al. Distribution and sources of microplastics in farmland soil along the fenhe river［J］. Environmental Science， 2021， 42 （8）： 3 894⁃3 903.
35	胡佳妮. 农田土壤中微塑料污染特征和典型塑料地膜的环境行为研究［D］. 上海：华东师范大学， 2021.
36	ZHANG J J， ZOU G Y， WANG X X， et al. Exploring the occurrence characteristics of microplastics in typical maize farmland soils with long⁃term plastic film mulching in Northern China［J］. Frontiers in Marine Science， 2021， 8： 800087.
37	LI Q L， WU J T， ZHAO X P， et al. Separation and identification of microplastics from soil and sewage sludge［J］. Environmental Pollution， 2019， 254： 113076.
38	HE X K， QIAN Y B， LI Z L， et al. Identification of factors influencing the microplastic distribution in agricultural soil on Hainan Island［J］. Science of The Total Environment， 2023， 874：162426.
39	WANG J， LI J Y， LIU S T， et al. Distinct microplastic distributions in soils of different land⁃use types： a case study of Chinese farmlands［J］. Environmental Pollution， 2021， 269： 116199．
40	DE ASOUZA MACHADO A A， LAU W， KLOAS， et al. Microplastics Can Change Soil Properties and Affect Plant Performance［J］. Environmental Science & Technology， 2019， 53（10）： 6 044⁃6 052.
41	胡晓婧，刘俊杰，王浩，等. 微塑料污染对土壤环境质量和微生物生态学特性的影响研究进展［J］. 土壤通报， 2021， 52（6）： 1 479⁃1 485.
	HU X J， LIU J J， WANG H， et al. Impacts of microplastics on soil environmental quality and microbial ecological characteristics： a review［J］. Chinese Journal of Soil Science， 2021， 52（6）： 1 479⁃1 485.
42	ABEL D S M A， WAI L C， JENNIFE T， et al. Impacts of Microplastics on the Soil Biophysical Environment［J］. Environmental Science & Technology， 2018， 52（17）： 9 656⁃9 665.
43	LIU H F， YANG X M， LIU G B， et al. Response of soil dissolved organic matter to microplastic addition in Chinese loess soil［J］. Chemosphere， 2017， 185： 907⁃917.
44	王金花，李冰，侯宇晴，等. 农田土壤中微塑料的赋存、迁移及生态效应研究进展［J］.农业环境科学学报， 2023， 42（5）： 951⁃965.
	WANG J H， LI B， HOU Y Q， et al. Research process on the occurrence， migration， and ecological effects of microplastics in farmland soil［J］. Journal of Agro Environment Science， 2023， 42（5）： 951⁃965.
45	CONTI G O， FERRANTE M， BANNI M， et al. Micro⁃and nano⁃plastics in edible fruit and vegetables. The first diet rish ks assessment for the general population［J］.Environmental Research， 2020， 187： 109677.
46	赵群芳，褚龙威，丁原红，等. 微塑料对土壤中养分和镉淋失的影响［J/OL］. 环境科学， 2023：1⁃10.
	ZHAO Q F， CHU L W， DING Y H， et al. Effects of microplastics on the leaching of nutrients and cadmium from soil［J］. Environmental Science， 2024， 45（01）： 489⁃495.
47	林晓华，张宁，王润泽，等. 微塑料种类、浓度和粒径对黄土区土壤有效磷含量的影响［J］. 环境科学学报， 2023， 43（7）： 331⁃338.
	LIN X H， ZHANG N， WANG R Z， et al. Effects of type， concentration and particle size of microplastics on soil available phosphorus［J］. Acta Scientiae Circumstantiae， 2023， 43（7）： 331⁃338.
48	DONG Y， GAO M， SONG Z， et al. Microplastic particles increase arsenic toxicity to rice seedlings［J］. Environmental Pollution， 2019， 259： 113892.
49	CHEN K Y， TANG R G， LOU Y M， et al. Transcriptomic and metabolic responses of earthworms to contaminated soil with polypropylene and polyethylene microplastics at environmentally relevant concentrations［J］. Journal of Hazardous Materials， 2022， 427： 128176.
50	WANG J， COFFIN S， SUN C L， et al. Negligible effects of microplastics on animal fitness and HOC bioaccumulation in earthworm Eisenia fetida in soil ［J］. Environmental Pollution， 2019， 249：776⁃784.
51	JIANG X F， CHANG Y Q， ZHANG T， et al. Toxicological effects of polystyrene microplastics on earthworm （Eisenia fetida）［J］. Environmental Pollution， 2020， 259： 113896.
52	ZANG H， ZHOU J， MARSHALL M R， et al. Microplastics in the agroecosystem： are they an emerging threat to the plant⁃soil system？［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2020， 148： 107926.
53	REN X W， TANG J C， LIU X M， et al. Effects of Microplastics on Greenhouse Gas Emissions and the Microbial Community in Fertilized Soil［J］. Environmental Pollution， 2020， 256： 113347.

7大地区	各省份	土壤利用类型	取样深度/cm	微塑料				参考文献
7大地区	各省份	土壤利用类型	取样深度/cm	丰度/个·kg⁃¹	形态	尺寸/mm	聚合物成分	参考文献
西北区	新疆	棉田	0~40	80. 3~1 076. 5	碎片和薄膜	0~5	PE	［32］
	青海	菜田/粮田	0~10	93. 8~4 782	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PP和PVC	［25⁃26］
	甘肃	粮田	0~30	580~11 900	碎片、纤维和薄膜	0~5	—	［22］
	陕西	农田	0~10	1 430~3 410	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~0. 49	PE、PP、PS、PVC、PET和PE⁃HD	［13］
	宁夏	农田	0~40	0~48. 6 mg·kg^-1	碎片和薄膜	0~5	—	［32］
华北区	北京	菜田	0~20	160~5 220	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PE和PP	［20］
	天津	农田	0~40	10. 0~13. 1 mg·kg^-1	碎片和薄膜	0~5	—	［32］
	内蒙古	粮油田	0~30	756~2 197	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~3	—	［33］
	山西	农田	0~20	20~1 840	碎片、纤维和薄膜	0. 02~5	PE、PP和PS	［34］
	河北	菜田	0~15	1 180~2 730	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PA 和 PES	［35］
	河北	粮田	0~30	173~2 253	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP、PA、PET和PES	［36］
华东区	山东	菜田	0~25	310~5 698	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PE、PP、PS、PU、EPC和ABS	［18⁃19］
	江苏	菜田/茶园	0~20	420~1 290	纤维	1~5	PE和PP	［37］
	上海	农田	0~3	20~265	纤维和碎片	1.32±0.07	PP和PE	［16］
	安徽	菜田	0~15	218~445	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	浙江	菜田/果园	0~10	0~2 760	碎片和纤维	0~5	PE和PP	［29］
西南区	西藏	菜田/粮田	0~6	0~270	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~2	PE、PP、PS和PA	［31］
	四川	菜田	0~15	17.6~79. 4	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS 和 PVC	［35］
	重庆	菜田	0~40	1.2~54.3 mg·kg^-1	碎片、纤维和薄膜	0~5	PE和PVC	［32］
	贵州	菜田	0~15	44~50	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	云南	农田	0~20	885±95	纤维、碎片和薄膜	0. 5~5	PP、PE 和 PVC	［14］
华南区	广西	果园	0~15	3~53	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	广东	果园	0~15	188~279	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	海南	农田	—	20~6 790	碎片（46.8 %）	<0.5 （37.8 %）	PP （56.8 %）	［38］
	福建	菜田	0~15	79~112	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	台湾	农田	5、20	12~117 个·m^-2	碎片、纤维	—	PE⁃LD	［15］
华中区	河南	菜田	0~15	250~1 220	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	湖北	菜田/烟田	0~20	320~12 560	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PA、PP和PS	［27⁃28］
	湖南	菜田	0~15	826~1 198	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	江西	粮田	0~20	16. 4~43. 8	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~1	PE、PP和PES	［24］
东北区	黑龙江	粮田	0~30	0~800	薄膜	0. 1~5	PE	［23］
	吉林	菜田/粮田	0~15	5 215 ± 839	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP、PS和PVC	［39］
	辽宁	菜田/粮田	0~30	217~2 512 mg·kg^-1	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP和PS	［30］

7大地区	各省份	土壤利用类型	取样深度/cm	微塑料				参考文献
7大地区	各省份	土壤利用类型	取样深度/cm	丰度/个·kg⁃¹	形态	尺寸/mm	聚合物成分	参考文献
西北区	新疆	棉田	0~40	80. 3~1 076. 5	碎片和薄膜	0~5	PE	［32］
	青海	菜田/粮田	0~10	93. 8~4 782	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PP和PVC	［25⁃26］
	甘肃	粮田	0~30	580~11 900	碎片、纤维和薄膜	0~5	—	［22］
	陕西	农田	0~10	1 430~3 410	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~0. 49	PE、PP、PS、PVC、PET和PE⁃HD	［13］
	宁夏	农田	0~40	0~48. 6 mg·kg^-1	碎片和薄膜	0~5	—	［32］
华北区	北京	菜田	0~20	160~5 220	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PE和PP	［20］
	天津	农田	0~40	10. 0~13. 1 mg·kg^-1	碎片和薄膜	0~5	—	［32］
	内蒙古	粮油田	0~30	756~2 197	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~3	—	［33］
	山西	农田	0~20	20~1 840	碎片、纤维和薄膜	0. 02~5	PE、PP和PS	［34］
	河北	菜田	0~15	1 180~2 730	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PA 和 PES	［35］
	河北	粮田	0~30	173~2 253	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP、PA、PET和PES	［36］
华东区	山东	菜田	0~25	310~5 698	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PE、PP、PS、PU、EPC和ABS	［18⁃19］
	江苏	菜田/茶园	0~20	420~1 290	纤维	1~5	PE和PP	［37］
	上海	农田	0~3	20~265	纤维和碎片	1.32±0.07	PP和PE	［16］
	安徽	菜田	0~15	218~445	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	浙江	菜田/果园	0~10	0~2 760	碎片和纤维	0~5	PE和PP	［29］
西南区	西藏	菜田/粮田	0~6	0~270	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~2	PE、PP、PS和PA	［31］
	四川	菜田	0~15	17.6~79. 4	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS 和 PVC	［35］
	重庆	菜田	0~40	1.2~54.3 mg·kg^-1	碎片、纤维和薄膜	0~5	PE和PVC	［32］
	贵州	菜田	0~15	44~50	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	云南	农田	0~20	885±95	纤维、碎片和薄膜	0. 5~5	PP、PE 和 PVC	［14］
华南区	广西	果园	0~15	3~53	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	广东	果园	0~15	188~279	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	海南	农田	—	20~6 790	碎片（46.8 %）	<0.5 （37.8 %）	PP （56.8 %）	［38］
	福建	菜田	0~15	79~112	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	台湾	农田	5、20	12~117 个·m^-2	碎片、纤维	—	PE⁃LD	［15］
华中区	河南	菜田	0~15	250~1 220	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	湖北	菜田/烟田	0~20	320~12 560	碎片、纤维、薄膜、颗粒和泡沫	0~5	PA、PP和PS	［27⁃28］
	湖南	菜田	0~15	826~1 198	碎片和纤维	0~5	PE、PP、PS和PVC	［35］
	江西	粮田	0~20	16. 4~43. 8	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~1	PE、PP和PES	［24］
东北区	黑龙江	粮田	0~30	0~800	薄膜	0. 1~5	PE	［23］
	吉林	菜田/粮田	0~15	5 215 ± 839	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP、PS和PVC	［39］
	辽宁	菜田/粮田	0~30	217~2 512 mg·kg^-1	碎片、纤维、薄膜和颗粒	0~5	PE、PP和PS	［30］

[1]	SUN Wenxiao, YANG Fan, HOU Mengzong, HE Dandan, WU Hui, LIU Qiang, ZHANG Hong. Microplastic pollution and degradation in environment [J]. China Plastics, 2023, 37(11): 117-126.
[2]	BAI Shuiquan, BIAN Jiacheng, WANG Leyuan, YANG Jiahua, DENG Yafeng. Research progress in removal technologies of microplastics in water environment [J]. China Plastics, 2022, 36(8): 166-175.
[3]	GUO Yuwen, ZENG Bei, GAO Xing, WANG Pan, REN Lianhai. Effect of PET microplastics on performance of co⁃digestion of sewage sludges and food wastes [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 51-60.
[4]	TANG Qingfeng, LI Qinmei, WANG Jiamin, ZHANG Yuxiang, GAO Xia. Identification and Analysis of Microplastics by Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy [J]. China Plastics, 2021, 35(8): 172-180.