专家研究成果 | 土壤中微塑料分离方法及设施农业中微塑料分布特征研究

2021-08-19 17:04:53, 安捷伦科技安捷伦科技（中国）有限公司

微塑料已经是人们广泛关注的新型污染物。我们都知道，海洋、河流、大气、食品等每个角落都能发现微塑料污染物的身影。但是你知道吗？微塑料同样存在于土壤中。设施农业中塑料制品用量较大，弄清楚设施农业土壤微塑料污染现状对于土壤微塑料污染的判断及相关标准的建立具有重要意义。

南京大学环境学院顾雪元教授团队致力于研究土壤环境中污染物行为、形态及生态毒性等领域，建立了有效土壤微塑料提取分离方案，具有较强的适用性。该团队对我国部分典型设施农业地区土壤微塑料分布特征进行了初步调研，为后续土壤微塑料污染标准及相应措施等的建立和出台提供了初步的数据基础。

该研究成果以“Are microplastics correlated to phthalates in facility agriculture soil?”为标题发表在Journal of Hazardous Materials（DOI：10.1016/j.jhazmat.2021.125164）上，南京大学硕士研究生李清兰为该论文第一作者，顾雪元教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目(21876080)以及江苏省社会发展项目(BE2019624)的资助。

专家简介

本研究于 2019 年采集了山东寿光（SG）和江苏徐州（XZ）地区塑料蔬菜大棚中土壤样品 22 个，以及周边非设施农业土壤 12 个，测定了土壤中微塑料和邻苯二甲酸酯类（PAEs）的分布特征。塑料样品的分析鉴定采用安捷伦激光红外成像系统 8700 LDIR，实现 20 μm-1000 μm 颗粒的红外全自动分析。

土壤微塑料分离方案

土壤是一个非均相的复杂介质，当微塑料进入土壤环境中后会与土壤中的有机物等结合形成土壤团聚体，增加了土壤微塑料分离的难度。

通过采集实际野外农田土壤和污水处理厂污泥，对比筛选不同土壤微塑料的提取方法发现，对土壤和污泥样品进行重力浮选之前，先用 30% 的 H₂O₂氧化消解（70°C）去除土壤有机质，可显著提高土壤和污泥中微塑料的提取效率。

推荐的土壤和污泥中微塑料提取方案为：

在 70℃ 条件下使用 30% 的 H₂O₂预消解去除有机质
用饱和 NaI 溶液进行重力浮选，并在 70℃ 条件下用 30% 的 H₂O₂+H₂SO₄对提取样品作进一步氧化消解以去除重力浮选上来的其他杂质。

图 1. 土壤和污泥样品中微塑料分离的示意图

设施农业地区微塑料分布特征

在采样区域分别设置实验组（大棚土壤）和对照组（非大棚土壤）。测试结果表明，两个地区实验组土壤和对照组土壤中均发现微塑料颗粒的存在，实验组土壤中微塑料颗粒的含量明显高于对照组。这也可以说明塑料地膜的使用是土壤中微塑料的主要来源。

土壤样品中提取出来的微塑料定性分析结果表明，土壤中检测到的微塑料类型包括：PP、PE、PA 和 PET。设施农业土壤中可能引入塑料污染的塑料制品有塑料地膜、农药化肥包装袋、农药罐、大棚膜、塑料绳等。微塑料粒径分布的统计结果表明，不论是寿光还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为主。

图 2. 设施和非设施农业土壤中微塑料材质（a,b）和尺寸特征（c,d）

土壤微塑料分布与 PAEs 之间的关系

邻苯二甲酸酯（PAEs）作为一种半挥发性有机化合物，具有一定内分泌干扰活性，被广泛应用于食品包装材料、塑料制品和农药等中。设施农业中地膜等塑料制品及农药化肥的高强度使用，一定程度上可造成微塑料与 PAEs 的共污染。

实验结果发现徐州地区土壤中微塑料含量和土壤 PAEs 浓度之间有较好的正相关关系，但寿光地区未发现此规律。说明设施农业土壤中微塑料与 PAEs 两者尽管存在共同的污染来源，但两者浓度之间不一定存在明确的正相关关系。这可能是由于土壤微塑料和 PAEs 输入输出速率不同步等原因造成。此外，两者使用不同的浓度单位（微塑料：个/kg；PAEs：mg/kg）也可能是未发现必然相关性的原因之一。