CREST | 中科院朱永官院士团队：轮胎磨损颗粒——土壤健康的新威胁

导 读

中国科学院生态环境研究中心朱永官院士团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“轮胎磨损颗粒——土壤健康的新威胁（Tire wear particles: An emerging threat to soil health; DOI: 10.1080/10643389.2022.2047581; Published online: 14 Mar 2022）”的重磅综述。轮胎磨损颗粒(TWP)在环境中普遍存在，主要由机动车胎面与路面摩擦产生，与人类的生活戚戚相关。由于轮胎磨损颗粒的持久性、高毒性等特征而受到广泛的关注，但目前研究主要集中于水环境中，在土壤中的行为和潜在影响尚不明确。本研究首先梳理和分析轮胎磨损微粒组成、在土壤环境中的分布特征和行为。通过进一步与传统微塑料的比较，推断了轮胎磨损颗粒对土壤生物的潜在毒性作用及影响机制，并强调其对土壤微生物、土壤动物以及植物的多途径毒害作用。此外，本研究指出未来研究应该关注轮胎磨损颗粒对个体、群落以及全球水平的行为和影响。本综述指出，轮胎磨损颗粒可能影响关键的生态系统服务和多功能性，给土壤健康带来新的威胁。
图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

轮胎磨损颗粒主要由天然和合成橡胶、填料、工艺用油及添加剂等组成。轮胎微粒作为一类特殊类型的微塑料，在全球微塑料污染中扮演着重要角色。在中国，54%的原生微塑料来源于轮胎微粒。随着机动车数量的持续增加，轮胎微粒释放量将会持续增加。累计至2018年，世界轮胎的总产量已达到2910万吨，而伴随着其磨损，每年高达592万吨轮胎微粒最终会释放到环境中，相当于每人每年排放0.81 kg的轮胎磨损微粒。我国是世界轮胎微粒的第二大排放国，每年释放量约为75.6万吨，占世界总排量的22.4%。其中，机动车的释放是其环境的主要来源，并在地表径流和大气传输的作用下，广泛分布在全球各大生态系统中（图2）。其中，土壤系统是其重要的储存库，大约49%~90%的轮胎磨损颗粒最终残留在土壤生态系统中。轮胎微粒一旦进入土壤生态系统就会经历多种物理、化学以及生物的转化过程，如从表层土壤迁移到深层土壤，破碎成微小颗粒，降解及淋溶添加剂（图3）。同时，轮胎磨损微粒也会导致土壤性质的改变和土壤污染物的重新分配（图3）。

图2 轮胎磨损颗粒在各大生态系统传输及源-汇关系

不少研究报道了轮胎微粒对水生生物的潜在生态风险，对轮胎微粒的暴露剂量、暴露途径、毒性机制等方面都有较为全面和深入的研究。现已证实轮胎磨损微粒引起的物理性损伤和淋溶物的化学毒害是其对水生生物有机体的主要毒理机制。目前，仅有少数研究发现，轮胎微粒的暴露可以改变土壤微生物的群落结构，降低土壤动物的存活时间和改变群落结构，影响植物生长。通过与传统微塑料组成和潜在毒性特征的比较，我们推测轮胎微粒对土壤生物毒性可能是物理性损伤和化学性毒害的联合作用，并以淋溶性添加剂的化学毒害为主（图3）。同时，考虑到轮胎磨损颗粒添加剂的多样性和高毒性，轮胎磨损颗粒对土壤生物的毒害作用可能要强于传统微塑料。

图3 轮胎磨损颗粒在土壤中的行为及对土壤生物的潜在毒性机制

总结与展望

作为一种特殊类别的微塑料，轮胎磨损颗粒关注度要低于传统微塑料，特别是在土壤生态系统中。未来研究首先应该从个体、群落、生态系统以及全球等不同水平关注其对轮胎磨损颗粒的响应机制。此外，为了更好地阐明轮胎磨损微粒在土壤中的潜在生态毒性，精确定量轮胎磨损微粒的环境浓度并加强研究的环境相关性是当务之急。本论文也呼吁，未来应采取多种措施减缓轮胎微粒在土壤环境的污染及危害。

作者简介

第一作者简介：

丁晶，博士，副教授，烟台大学环境与材料工程学院环境生态与健康研究方向学科带头人，主要研究包括新型污染物在土壤环境的行为过程以及土壤-植物-动物系统对环境胁迫的生态响应机制。主持国家自然科学基金、教育部博士后基金面上项目等3项。共发表SCI论文50余篇，其中以第一作者或通讯作者在Critical Reviews in Environmental Science and Technology，Environmental Science & Technology等国际期刊发表SCI论文19篇，包括1篇ESI高被引论文。

通讯作者简介：

朱永官，中国科学院院士，发展中国家科学院（TWAS）院士，博士，博士生导师，中国科学院城市环境研究所/生态环境研究中心研究员，国家“万人计划”领军人才和“国家杰出青年基金”获得者，中国科学院大学现代农业科学学院院长。长期从事环境土壤学与生物地球化学研究、土壤-植物-微生物相互作用、环境微生物生态学和多尺度生物地球化学耦合机制等领域。2009年以第一完成人身份获得国家自然科学二等奖；2013年获得发展中国家科学院（TWAS）农业科学奖；2014年入选国家“万人计划”科技创新领军人才；2022年获得国际土壤科学联合会李比希奖。已获得国家发明或实用新型专利授权11项，专著1本，在Nature、Science、PNAS、Nature 子刊，ES&T等国际主流刊物上发表文章300多篇，ESI高被引论文21篇，文章被引用41000多次，2016~2021年连续六年被科睿唯安评为高被引科学家。

|撰稿：中科院朱永官院士团队

|编排：曾镜羽

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