近日，北京大學黃藝教授課題組在“Science of the Total Environment” 上發(fā)表了題為“Automated identification and quantification of invisible microplastics in agricultural soils”的研究論文。相關(guān)研究由賈微茜博士擔任第一作者完成。

農(nóng)業(yè)土壤中的微塑料研究已經(jīng)成為近年來的熱點，但傳統(tǒng)的手動挑取顆粒測試的定量方法存在較高的誤檢率。本研究結(jié)合激光紅外成像（LDIR）和傅里葉變換紅外（FTIR）的方法，對長期進行農(nóng)業(yè)活動農(nóng)田中的微塑料進行了自動定性和定量的研究。測試結(jié)果表明：在 5 年、10 年、20 年及 >30 年的鋪設(shè)地膜土壤中，分別檢測出的微塑料總豐度為 1.98±0.41×10⁵,1.57±0.28×10⁵,1.78±0.27×10⁵ 以及 3.2±0.41×10⁵。LDIR 的測試結(jié)果表明，10-500 um 的微塑料占土壤微塑料總量的 96.5-99.9%。此外，共檢測到 26 種不同類型的微塑料顆粒，其中以 PE、PP、PVC 及 PA 等為主。顆粒的形狀主要是薄膜，也有纖維狀及球狀顆粒。農(nóng)田土壤中微塑料的潛在來源為污水處理廠再生水、滴灌設(shè)施和殘留的塑料薄膜。本研究的測試結(jié)果表明，傳統(tǒng)常用的技術(shù)方法可能嚴重低估了農(nóng)業(yè)土壤中的微塑料污染情況。

本文的作者觀察到微塑料與其他研究一致的結(jié)果，即塑料豐度隨著尺寸的減小呈指數(shù)增長，這可能是微塑料隨著時間的推移進一步破碎造成的。由于小尺寸微塑料占絕大多數(shù)，不同定量方法的檢測限會顯著影響微塑料的檢測結(jié)果。作者通過對以往研究中微塑料顆粒的豐度進行研究發(fā)現(xiàn)，目前測試的農(nóng)田土壤中的微塑料豐度為過去研究的 10²-10⁶ 倍。數(shù)據(jù)差異的來源除了采樣區(qū)域的不同，定量方法差異也是主要原因。例如，在土壤微塑料研究中最常用的方法為手動挑取方式識別顆粒，在測試小尺寸樣品時誤差會比較大。一般情況下，只有 100 μm 以上的顆粒才能正確被識別，且誤檢率隨著尺寸的減小而增大。盡管 FTIR 或拉曼光譜已被用于微塑料定性識別，但大多數(shù)研究還是通過手動挑取的方式進行測試，在此過程中小顆粒是不能被識別的。為對比兩種不同的測試方法，作者還對同一區(qū)域的樣品采用 FTIR 手動挑取的方式進行了微塑料定量測試。結(jié)果表明，地膜覆蓋 5 年、15 年和 24 年的棉田土壤中微塑料豐度分別為 80.3±49.3,308±138.1,1075.6±346.8 粒/kg，且所有顆粒的定性結(jié)果為 PE；而使用 LDIR 的方法測試時，共檢測到 26 種不同的聚合物，且豐度相較手動挑取的方式高出 1000 倍。因此，作者認為過去對土壤微塑料的定量研究可能嚴重低估了土壤中微塑料的豐度及類型。

專家簡介

北京大學環(huán)境科學與工程學院，博士生導(dǎo)師。主要從事微生物生態(tài)學和環(huán)境修復(fù)生物技術(shù)的研究和教學工作。先后主持了國家重大專項、環(huán)保部公益項目、國家自然科學基金和科技部重點研發(fā)計劃等國家項目，以及聯(lián)合國環(huán)境署（UN Environment）和 ITTO 等國際重要合作項目 20 多項。在國內(nèi)具有重要影響力的雜志發(fā)表相關(guān)科研論文 100 余篇。近期主要研究項目為科技部的 3 個重點專項課題，“半干旱滴取土地穩(wěn)定的微生物機制”，“青藏高原根際微生物特征與植物關(guān)系”，以及“農(nóng)田土壤零塑料污染—微塑料對農(nóng)田土壤微生物的影響”。與此同時，作為聯(lián)合國環(huán)境署旗艦項目《全球環(huán)境展望》的高級咨詢委員會聯(lián)合主席、全球生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能科學-政策政府間平臺（IPBES）的多學科委員會委員（MEP-2015-2018），參與全球生態(tài)系統(tǒng)評估和環(huán)境保護的科學指導(dǎo)和平臺管理；作為國家生態(tài)環(huán)境部的核心專家，長期參與生態(tài)環(huán)境相關(guān)國際公約的談判和國家履約行動的技術(shù)支持工作。

用戶反饋

為探究長期覆膜的農(nóng)業(yè)土壤中微塑料的分布，我們將前處理后的樣品使用 8700 LDIR 激光紅外成像進行上機檢測。儀器配備了專門為微塑料研究建立的數(shù)據(jù)庫，準確度高，自動化流程大大降低了人工和時間成本，可以快速得到包括尺寸、形狀、聚合物類型等多項參數(shù)。采用 8700 LDIR 激光紅外成像對土壤微塑料進行的研究中，發(fā)現(xiàn)了大量的 10-50 微米的超小微塑料顆粒，共計 26 種聚合物類型。其種類和豐度遠超體視鏡檢視的結(jié)果，提高了對微塑料來源和數(shù)量的認知，糾正了地膜是微塑料主要來源的假設(shè)，為土壤微塑料的管控，提供了非常有意義的數(shù)據(jù)支撐。

8700 LDIR 激光紅外成像微塑料測試解決方案

微塑料沙龍黃藝老師講座回放：

目前，安捷倫公司通過與黃藝教授課題組合作，開發(fā)了完整的土壤樣品前處理及測試方案。與傳統(tǒng)紅外顯微技術(shù)相比，LDIR 技術(shù)不僅極大的提高了樣品測試效率，同時能夠準確分析樣本中 10 μm 以上顆粒的定性結(jié)果，為用戶提供了更佳準確的分析數(shù)據(jù)。