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專(zhuān)家研究成果 | 土壤中微塑料分離方法及設施農業(yè)中微塑料分布特征研究

微塑料已經(jīng)是人們廣泛關(guān)注的新型污染物。我們都知道，海洋、河流、大氣、食品等每個(gè)角落都能發(fā)現微塑料污染物的身影。但是你知道嗎？微塑料同樣存在于土壤中。設施農業(yè)中塑料制品用量較大，弄清楚設施農業(yè)土壤微塑料污染現狀對于土壤微塑料污染的判斷及相關(guān)標準的建立具有重要意義。

南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院顧雪元教授團隊致力于研究土壤環(huán)境中污染物行為、形態(tài)及生態(tài)毒性等領(lǐng)域，建立了有效土壤微塑料提取分離方案，具有較強的適用性。該團隊對我國部分典型設施農業(yè)地區土壤微塑料分布特征進(jìn)行了初步調研，為后續土壤微塑料污染標準及相應措施等的建立和出臺提供了初步的數據基礎。

該研究成果以“Are microplastics correlated to phthalates in facility agriculture soil?”為標題發(fā)表在Journal of Hazardous Materials（DOI：10.1016/j.jhazmat.2021.125164）上，南京大學(xué)碩士研究生李清蘭為該論文第一作者，顧雪元教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目(21876080)以及江蘇省社會(huì )發(fā)展項目(BE2019624)的資助。

專(zhuān)家簡(jiǎn)介

本研究于 2019 年采集了山東壽光（SG）和江蘇徐州（XZ）地區塑料蔬菜大棚中土壤樣品 22 個(gè)，以及周邊非設施農業(yè)土壤 12 個(gè)，測定了土壤中微塑料和鄰苯二甲酸酯類(lèi)（PAEs）的分布特征。塑料樣品的分析鑒定采用安捷倫激光紅外成像系統 8700 LDIR，實(shí)現 20 μm-1000 μm 顆粒的紅外全自動(dòng)分析。

土壤微塑料分離方案土壤是一個(gè)非均相的復雜介質(zhì)，當微塑料進(jìn)入土壤環(huán)境中后會(huì )與土壤中的有機物等結合形成土壤團聚體，增加了土壤微塑料分離的難度。
通過(guò)采集實(shí)際野外農田土壤和污水處理廠(chǎng)污泥，對比篩選不同土壤微塑料的提取方法發(fā)現，對土壤和污泥樣品進(jìn)行重力浮選之前，先用 30% 的 H₂O₂ 氧化消解（70°C）去除土壤有機質(zhì)，可顯著(zhù)提高土壤和污泥中微塑料的提取效率。推薦的土壤和污泥中微塑料提取方案為：

1. 在 70℃ 條件下使用 30% 的 H₂O₂ 預消解去除有機質(zhì)

2. 

用飽和 NaI 溶液進(jìn)行重力浮選，并在 70℃ 條件下用 30% 的 H₂O₂+H₂SO₄ 對提取樣品作進(jìn)一步氧化消解以去除重力浮選上來(lái)的其他雜質(zhì)。

3. 

圖 1. 土壤和污泥樣品中微塑料分離的示意圖

設施農業(yè)地區微塑料分布特征在采樣區域分別設置實(shí)驗組（大棚土壤）和對照組（非大棚土壤）。測試結果表明，兩個(gè)地區實(shí)驗組土壤和對照組土壤中均發(fā)現微塑料顆粒的存在，實(shí)驗組土壤中微塑料顆粒的含量明顯高于對照組。這也可以說(shuō)明塑料地膜的使用是土壤中微塑料的主要來(lái)源。土壤樣品中提取出來(lái)的微塑料定性分析結果表明，土壤中檢測到的微塑料類(lèi)型包括：PP、PE、PA 和 PET。設施農業(yè)土壤中可能引入塑料污染的塑料制品有塑料地膜、農藥化肥包裝袋、農藥罐、大棚膜、塑料繩等。微塑料粒徑分布的統計結果表明，不論是壽光還是徐州的土壤微塑料尺寸分布主要都在 100μm 以下，一定程度上反映了土壤中的微塑料主要以小尺寸的為主。

圖 2. 設施和非設施農業(yè)土壤中微塑料材質(zhì)（a,b）和尺寸特征（c,d）土壤微塑料分布與 PAEs 之間的關(guān)系鄰苯二甲酸酯（PAEs）作為一種半揮發(fā)性有機化合物，具有一定內分泌干擾活性，被廣泛應用于食品包裝材料、塑料制品和農藥等中。設施農業(yè)中地膜等塑料制品及農藥化肥的高強度使用，一定程度上可造成微塑料與 PAEs 的共污染。實(shí)驗結果發(fā)現徐州地區土壤中微塑料含量和土壤 PAEs 濃度之間有較好的正相關(guān)關(guān)系，但壽光地區未發(fā)現此規律。說(shuō)明設施農業(yè)土壤中微塑料與 PAEs 兩者盡管存在共同的污染來(lái)源，但兩者濃度之間不一定存在明確的正相關(guān)關(guān)系。這可能是由于土壤微塑料和 PAEs 輸入輸出速率不同步等原因造成。此外，兩者使用不同的濃度單位（微塑料：個(gè)/kg；PAEs：mg/kg）也可能是未發(fā)現必然相關(guān)性的原因之一。

圖 3.  壽光和徐州地區設施和非設施農業(yè)土壤中 PAEs 濃度分布圖