近日，北京大學(xué)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(dān)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(lái)的熱點(diǎn)，但傳統(tǒng)的手動(dòng)挑取顆粒測(cè)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(duì)長(zhǎng)期進(jìn)行農(nóng)業(yè)活動(dòng)農(nóng)田中的微塑料進(jìn)行了自動(dòng)定性和定量的研究。測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(lái)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(cè)試結(jié)果表明，傳統(tǒng)常用的技術(shù)方法可能嚴(yán)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(zhǎng)，這可能是微塑料隨著時(shí)間的推移進(jìn)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(cè)限會(huì)顯著影響微塑料的檢測(cè)結(jié)果。作者通過(guò)對(duì)以往研究中微塑料顆粒的豐度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，目前測(cè)試的農(nóng)田土壤中的微塑料豐度為過(guò)去研究的 10²-10⁶ 倍。數(shù)據(jù)差異的來(lái)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(dòng)挑取方式識(shí)別顆粒，在測(cè)試小尺寸樣品時(shí)誤差會(huì)比較大。一般情況下，只有 100 μm 以上的顆粒才能正確被識(shí)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(shí)別，但大多數(shù)研究還是通過(guò)手動(dòng)挑取的方式進(jìn)行測(cè)試，在此過(guò)程中小顆粒是不能被識(shí)別的。為對(duì)比兩種不同的測(cè)試方法，作者還對(duì)同一區(qū)域的樣品采用 FTIR 手動(dòng)挑取的方式進(jìn)行了微塑料定量測(cè)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(cè)試時(shí)，共檢測(cè)到 26 種不同的聚合物，且豐度相較手動(dòng)挑取的方式高出 1000 倍。因此，作者認(rèn)為過(guò)去對(duì)土壤微塑料的定量研究可能嚴(yán)重低估了土壤中微塑料的豐度及類型。

專家簡(jiǎn)介

北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，博士生導(dǎo)師。主要從事微生物生態(tài)學(xué)和環(huán)境修復(fù)生物技術(shù)的研究和教學(xué)工作。先后主持了國(guó)家重大專項(xiàng)、環(huán)保部公益項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等國(guó)家項(xiàng)目，以及聯(lián)合國(guó)環(huán)境署（UN Environment）和 ITTO 等國(guó)際重要合作項(xiàng)目 20 多項(xiàng)。在國(guó)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(xiàng)目為科技部的 3 個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng)課題，“半干旱滴取土地穩(wěn)定的微生物機(jī)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(duì)農(nóng)田土壤微生物的影響”。與此同時(shí)，作為聯(lián)合國(guó)環(huán)境署旗艦項(xiàng)目《全球環(huán)境展望》的高級(jí)咨詢委員會(huì)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(xué)-政策政府間平臺(tái)（IPBES）的多學(xué)科委員會(huì)委員（MEP-2015-2018），參與全球生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估和環(huán)境保護(hù)的科學(xué)指導(dǎo)和平臺(tái)管理；作為國(guó)家生態(tài)環(huán)境部的核心專家，長(zhǎng)期參與生態(tài)環(huán)境相關(guān)國(guó)際公約的談判和國(guó)家履約行動(dòng)的技術(shù)支持工作。

用戶反饋

為探究長(zhǎng)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(jìn)行上機(jī)檢測(cè)。儀器配備了專門為微塑料研究建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，準(zhǔn)確度高，自動(dòng)化流程大大降低了人工和時(shí)間成本，可以快速得到包括尺寸、形狀、聚合物類型等多項(xiàng)參數(shù)。采用 8700 LDIR 激光紅外成像對(duì)土壤微塑料進(jìn)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(jì) 26 種聚合物類型。其種類和豐度遠(yuǎn)超體視鏡檢視的結(jié)果，提高了對(duì)微塑料來(lái)源和數(shù)量的認(rèn)知，糾正了地膜是微塑料主要來(lái)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(cè)試解決方案

微塑料沙龍黃藝?yán)蠋熤v座回放：

目前，安捷倫公司通過(guò)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(cè)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(cè)試效率，同時(shí)能夠準(zhǔn)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(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。