山东土地集团土壤科技有限公司  解梦娣  于  多
摘  要：本文阐述其成分特性及土壤降解机制，包括生物、化学与物理降解的协同作用。文章分析了放
线菌乳胶清除蛋白对聚异戊二烯链的氧化断裂，以及pH和温度对降解速率的调控。通过整
合CO2
模型与微塑料检测，揭示橡胶颗粒80年以上降解周期产生微塑料及其添加剂的生态
毒性。针对土壤影响评估，建立了物理、化学、生物多维度检测体系，并提出气相色谱-质
谱与高通量测序的综合检测方案。
关键词：废旧轮胎橡胶；土壤降解；微塑料；生物降解；生态毒性；检测方法
DOI:10.19307/j.cnki.ctrr.2025.10.032
 0  引言
全球每年产生超15亿条废旧轮胎，约10%经不
当填埋或露天堆放进入土壤。轮胎橡胶自然降解周期
超80年，会占用土地并影响土壤生态。近年来发现，
轮胎橡胶衍生微塑料是土壤微塑料重要来源，可经植
物吸收进入食物链。本文将从轮胎橡胶材料特性出发，
分析其在土壤中的降解过程，探讨降解产物影响，综
述检测技术与方法，最后提出未来研究方向[1]。
1  废旧轮胎橡胶的成分特性
轮胎橡胶由58%～60%的橡胶材料、
22% ～24%的钢丝、16%～24%的合成纤维组成，
其中橡胶相为天然橡胶与合成橡胶的共混体系，典型
配方包含30%～50%天然橡胶、20%～30%丁苯橡
胶和10%～20%顺丁橡胶。这种多元共混结构经硫
化处理后形成三维交联网络，显著提高了材料的化学
稳定性和抗生物降解能力。
硫化体系包含硫黄(3%～5%)、氧化锌(2%～3%)
和促进剂(如1，3-二苯基胍DPG)，其中DPG已被
欧盟化学品管理局(ECHA)列为对水生生物具有长期
毒性的物质。抗老化体系中的6PPD（N-(1,3-二甲
基丁基)-N'-苯基对苯二胺）是一种高效抗臭氧剂，
但其在环境中可转化为毒性更强的6PPD-Quinone
（6PPD-醌 ），该物质在城市径流中被频繁检出。此
外，轮胎橡胶中还含有15%～30%的炭黑作为增强
剂，以及硬脂酸、增塑剂等加工助剂，这些成分在降
解过程中会逐步释放到土壤环境中。
轮胎橡胶的物理结构对其降解行为具有重要影
响。硫化过程中形成的交联密度直接决定了橡胶的溶
胀度和生物可及性，研究表明交联密度较低的橡胶材
料更容易被微生物攻击。在土壤环境中，轮胎橡胶通
常以碎片形式存在，其比表面积随破碎程度增加而增
大，从而加速与土壤微生物和化学物质的接触。扫描
电镜观察显示，长期暴露于土壤中的橡胶颗粒表面会
出现裂纹和凹坑，这为微生物定植提供了附着位点[2]。
2  废旧轮胎橡胶在土壤中的降解过程
废旧轮胎橡胶在土壤中的降解是生物、化学和
物理过程协同作用的结果，这些过程相互影响、相互
促进，共同决定了橡胶材料的转化速率和产物分布。
与水生环境相比，土壤介质的异质性(包括孔隙结构、
氧气含量、微生物群落)使得橡胶降解过程更为复杂。
2.1  生物降解机制
生物降解是土壤中橡胶材料转化的核心驱动力，
主要依赖于微生物分泌的特异性酶对橡胶分子链的断
裂作用，将高分子量的橡胶聚合物分解为含有醛基和
酮基的低分子量片段，这些片段可进一步作为碳源被
微生物利用。土壤微生物群落结构对橡胶降解速率具
有重要调控作用。富含腐殖质的土壤中，橡胶降解菌
的丰度通常较高，这与土壤有机质提供的共代谢底
物有关。一项基于CO2
释放的研究表明，橡胶—土
壤混合物中累计CO2
产量符合双参数指数函数模型
(R2>0.98)，通过该模型估算的橡胶半衰期虽因土壤类
型而异，但均超过50年，证实了生物降解的长期性。

 此外，土壤通气状况通过影响微生物代谢类型(好氧
/ 厌氧)改变降解路径，好氧条件下主要生成CO2
，而
厌氧条件下则可能产生甲烷等温室气体[3]。
2.2  化学降解路径
土壤中的化学过程通过氧化、水解等反应促进
橡胶分子链的断裂。氧气和自由基(如·OH)是引发橡
胶氧化降解的主要因素，它们攻击聚异戊二烯链中的
双键，形成过氧化物中间体，进而发生β-断裂生成
小分子化合物。土壤pH值通过影响反应环境的酸碱
度调控降解速率，酸性条件(pH<5.5)通常加速橡胶的
水解反应，而碱性条件(pH>7.5)则可能促进抗降解剂
的淋溶，间接影响降解过程。此外，轮胎橡胶中的氧
化锌(ZnO)在土壤中可转化为Zn2+，该离子能催化橡
胶分子的氧化断裂反应。研究发现，在含Zn2+的土
壤中，橡胶的降解速率比无Zn2+土壤提高约30%，
但过量Zn2+会抑制微生物活性，产生负面影响。这
种“催化—毒性”的双重效应使得土壤中金属离子浓
度成为橡胶降解的重要调控因子。
2.3  物理降解过程
物理作用通过改变橡胶颗粒的形态和表面积影
响其降解行为。土壤耕作等机械活动导致橡胶碎片不
断破碎，形成更小的颗粒，增大与微生物和化学试剂
的接触面积。砂质土壤中，橡胶颗粒的磨损速率是黏
质土壤的2～3倍，这与砂粒的较高硬度和流动性有
关。干湿交替和冻融循环是促进橡胶物理降解的重要
自然因素。水分渗透进入橡胶内部形成的水合压力，
以及低温下结冰产生的体积膨胀，会导致橡胶颗粒表
面出现裂纹。土壤孔隙结构影响橡胶颗粒的迁移和分
布，直径小于2mm的橡胶微塑料可通过土壤孔隙迁
移，在重力作用下向深层土壤移动，这一过程在砂质
土壤中更为显著。橡胶颗粒的密度(约1.1g/cm3)略高
于水，在饱和土壤中可能随地下水流发生横向迁移，
导致污染范围扩大。物理迁移行为使得橡胶污染的治
理面临更大挑战[4]。
3  橡胶降解对土壤环境的影响
3.1  对土壤物理性质的影响
橡胶颗粒掺入显著改变土壤物理结构。研究表
明，向沙丘砂中添加20%橡胶颗粒可提高剪切强度
参数，增加土壤塑性和表观黏聚力，这源于橡胶颗粒
23 中国轮胎资源综合利用CTRA
 2025年 第 10 期
与砂粒的机械互锁作用，使混合物力学性能和抗变形
能力更好。但过量添加(>30%)会使土壤松散，降低
承载能力。土壤持水性和透气性呈双向变化。橡胶颗
粒多孔，添加量为10%～20%时可使土壤田间持水
量提高15%～25%，超此比例，因疏水性会使持水
性下降。透气性方面，橡胶颗粒增加土壤孔隙度，使
砂土透气性提高30%～40%，但可能降低黏土排水
性能，引发积水。模拟实验显示，橡胶微塑料含量达
土壤干重5%时，小麦根系平均长度减少22%，与土
壤容重增加(约12%)相关。
3.2  对土壤化学性质的影响
橡胶降解改变土壤化学组成，有有机质输入和
污染物释放双重效应。橡胶聚合物生物降解为土壤
提供碳源，降解速率为每年0.5%～1%时，土壤有
机碳年增加0.1%～0.2%，碳输入以小分子有机酸和
酚类化合物为主，会影响土壤碳氮比和养分循环。同
时，添加剂淋溶造成土壤化学污染。轮胎橡胶含锌
1%～2%，在酸性土壤(pH<5.5)中，Zn2+淋溶加快，
使土壤溶液中Zn浓度超植物生长安全阈值。抗降解
剂6PPD半衰期约30～60天，其氧化产物6PPD
Quinone 可通过植物吸收进入食物链。此外，橡胶降
解会改变土壤酸碱平衡。聚异戊二烯链氧化断裂产生
羧酸类物质，使土壤pH值降低0.3～0.5个单位，
在碱性土壤(初始pH>7)中酸化效应更明显，虽可能
提高部分元素生物有效性，但增加铝离子毒性风险。
而且，橡胶中硫元素降解成硫酸盐，使土壤电导率上
升10%～20%，对盐敏感作物有潜在影响[5]。
3.3  对土壤生物群落的影响
土壤微生物群落结构显著变化，橡胶污染土壤中
橡胶降解菌(如放线菌门)相对丰度增加2～3倍，
其他功能类群(如固氮菌)可能受抑制。高通量测序
显示，橡胶添加量10%的土壤中微生物群落多样性下
降15%～20%，但影响随时间减弱，表明土壤微生
物有一定适应性。酶活性作为土壤生物活性指标呈特
异性响应。与橡胶降解相关的过氧化物酶和酯酶活性
显著提高，降解高峰期可达对照土壤的2～3倍；脲
酶和磷酸酶活性可能降低10%～30%，反映土壤氮
磷循环潜在受阻，这种酶活性选择性变化可作评估橡
胶污染程度的生物标志物。橡胶降解产物对土壤动物

 和植物有潜在毒性。蚯蚓在含5%橡胶颗粒的土壤中
存活率下降25%、繁殖率降低40%，与橡胶释放的挥
发性有机化合物有关。植物生长试验表明，橡胶微塑
料(<1mm)可抑制小麦和生菜种子萌发，浓度达10g/
 kg 时发芽率降低15%～20%，并伴随根系形态异常。
4  土壤影响的检测方法与指标体系
4.1  橡胶降解状态的检测
失重法是评估橡胶降解程度的基础方法。研究
显示，接种降解菌的土壤中，橡胶样品6个月后重量
损失率达5%～8%，显著高于自然降解组(1%～2%)。
光谱技术可分析橡胶化学结构变化。傅里叶变换红外
光谱(FTIR) 检测1650cm-1 处C=C双键特征峰强度变
化，定量评估橡胶氧化程度；X射线光电子能谱(XPS)
分析表面元素组成，监测氧元素含量从初始5%-8%
升至降解后15%～20%。这些技术为橡胶降解化学
机制研究提供分子水平证据。气相色谱-质谱联用
(GC-MS) 是检测橡胶降解产物的有力工具。萃取土壤
有机组分，GC-MS可识别橡胶降解产生的C10-C20
烃类化合物及6PPD-Quinone等添加剂转化产物。针
对6PPD-Quinone 检测，同位素稀释LC-MS/MS方法
检出限达0.01ng/g土壤，满足痕量分析需求。
4.2  土壤物理性质的检测
土壤孔隙度和持水性采用压力膜仪测定。研究发
现，添加15%橡胶颗粒的土壤，其通气孔隙度可从
18% 增加至25%，显著改善土壤通气性。激光粒度仪
用于分析橡胶微塑料的粒径分布，样品经密度分离(使
用1.2g/cm3 的NaI溶液)后，通过激光粒度仪测定橡
胶颗粒的粒径范围和分布特征。结果显示，在耕作土
壤中，橡胶微塑料的粒径主要分布在20～500μm，
其中<100μm的颗粒占比可达60%～70%，这与机
械破碎作用密切相关。
4.3  土壤化学性质的检测
重金属含量采用电感耦合等离子体质谱(ICP
MS)测定。研究表明，靠近轮胎堆放场的土壤中，
锌含量可达200～500mg，显著高于背景值
30～80mg。土壤pH值和电导率采用常规方法测定，
使用玻璃电极测定1:2.5土水比悬液的pH值，电导
率则通过conductivity 仪 ( 电导率仪)测定，反映土壤
的盐基状况。橡胶降解导致的土壤酸化通常使pH值
下降0.3～0.5个单位，而电导率的升高幅度与橡胶
添加量呈正相关。
4.4 土壤生物指标的检测
微生物群落结构分析采用高通量测序技术。结
果显示，橡胶污染土壤中放线菌门的相对丰度显著增
加，其中降解菌的丰度可达到10%～15%，而对照
组仅为2%～3%。酶活性测定采用比色法，过氧化
物酶活性通过监测愈创木酚氧化产物的吸光度变化
(470nm) 测定；脲酶活性则通过检测氨的生成量(靛
酚蓝比色法)评估。在橡胶降解旺盛期，过氧化物酶
活性可达到20-30U/g・h，是对照土壤的2～3倍。
5  结论与展望
尽管废旧轮胎橡胶在土壤中的降解过程复杂且
缓慢，但其对土壤环境的影响不容忽视。随着降解的
进行，橡胶颗粒的表面积增加，不仅促进了微生物的
附着与降解作用，还可能通过改变土壤物理结构、化
学组成及生物群落结构，对土壤生态系统产生深远影
响。同时，开发高效的橡胶降解技术和环境友好型橡
胶替代品，对于减轻废旧轮胎橡胶对土壤环境的污染
具有重要意义。此外，建立完善的橡胶污染土壤监测
与评估体系，对于科学指导橡胶废弃物的环境管理和
资源化利用具有迫切需求。
参考文献
[1] 张建.轮胎废弃物对土壤环境的影响研究[J].
中国轮胎资源综合利用,2025,(07):73-75.
 [2]刘鸿玮,袁语欣,曹天池,等.轮胎磨损
颗粒的关键环境行为及其影响机制[J].化学进
展,2025,37(01):103-111.
 [3] 梁兆琴.环境老化轮胎颗粒对典型土壤动物
毒性的影响研究[D].烟台大学,2024.
 [4] 马菁.微塑料介入对土壤环境化学/生物特
征的影响及其响应机制[D].四川农业大学,2024.
 [5] 陈龙.轮胎磨损颗粒对蚯蚓的暴露特征及其
光老化后的毒性效应[D].西北农林科技大学,2024.
作者简介
解梦娣（1993-），女，汉族，山东省菏泽市，
硕士研究生，中级工程师，研究方向：环境工程。
于多（1989-），女，汉族，山东省青岛市，硕
士研究生，中级工程师，研究方向：环境工程。