土壤中微塑料來源提取鑒定

李燕盧楠

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710021；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075;3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075)

微塑料、抗生素、全氟化合物和環(huán)境內(nèi)分泌物等為國(guó)際關(guān)注的主要新污染物。其中，微塑料是指粒徑小于5mm的塑料纖維、碎片、顆粒等廣泛存在于環(huán)境中的小顆粒塑料，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、可塑性強(qiáng)，是環(huán)境污染治理不可忽視的污染物[1]。目前，生產(chǎn)生活中使用大量的塑料及其制品，但回收率相對(duì)低，進(jìn)入環(huán)境中的塑料通過物理、化學(xué)、生物以及生化作用不斷破碎、降解，從而污染水土環(huán)境質(zhì)量、植被生長(zhǎng)和微生物繁殖等，并通過大氣和食物鏈最終影響人體健康[2]。當(dāng)前微塑料環(huán)境行為研究多關(guān)注水體環(huán)境，土壤環(huán)境中微塑料研究相對(duì)較少，但塑料的產(chǎn)生和排放大多在陸地進(jìn)行，因此各界需關(guān)注土壤微塑料污染問題[3]。本文在微塑料有關(guān)最新研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了微塑料在土壤環(huán)境中的豐度與分布、來源與途徑以及較常用的提取分離與鑒定表征技術(shù)方法，并對(duì)未來研究進(jìn)行了展望，并從塑料廢棄廢物管理的角度提出農(nóng)田中微塑料污染防治策略。

1 土壤中微塑料豐度及來源

1.1 土壤中微塑料的豐度

土壤類型、質(zhì)地和利用的多樣性使其環(huán)境性質(zhì)復(fù)雜多樣，相對(duì)于湖庫(kù)、河流、海灣海洋等水體，有關(guān)土壤環(huán)境中微塑料研究明顯較少。我國(guó)東部海岸帶土壤中微塑料豐度為1.3～14712.5ind·kg-1，其中60%以上的微塑料粒徑<1mm；杭州灣農(nóng)田土壤微塑料豐度為262.7～571.2ind·kg-1(未覆膜-覆膜)；黃河三角洲地區(qū)濕地土壤中微塑料豐度為80～4640ind·kg-1[4]。上海典型的農(nóng)田微塑料平均豐度為16.1±3.5ind·kg-1，顯著低于大棚土壤表層(0～3cm)土壤微塑料豐度78.0±12.9ind·kg-1，同樣也高于養(yǎng)魚的稻田土壤微塑料豐度4.5±1.2ind·kg-1，而粒徑>1mm的占比最大。滇池流域受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響，農(nóng)田土壤中微塑料豐度為7100～42960ind·kg-1，粒徑<1mm的微塑料占比高達(dá)95%[5]。而我國(guó)西北地區(qū)耕地土壤中微塑料豐度為40±126～320±329ind·kg-1，其中陜西多地農(nóng)田土壤中微塑料豐度為1430～3410ind·kg-1[6]。

目前，土壤尤其是耕地微塑料調(diào)查數(shù)據(jù)相對(duì)較少，不同地區(qū)、不同土地利用及社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平土壤中微塑料的豐度差異巨大?，F(xiàn)有研究表明，土壤的理化性質(zhì)、使用經(jīng)歷和時(shí)間等因素影響微塑料的豐度差異，且環(huán)境中小粒徑(<1mm)的微塑料的分布及潛在風(fēng)險(xiǎn)尚待深入研究。土壤中的微塑料豐度隨著粒徑減小而增多，且空間差異大，微塑料的豐度隨著土壤深度的增加而降低。

1.2 土壤中微塑料的來源

化肥農(nóng)膜施用、污水排放、大氣沉降以及固廢填埋場(chǎng)滲濾液外溢等通過人投用、徑流、降水、風(fēng)力等途徑匯集到土壤環(huán)境中，見表1。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)是土壤中微塑料最主要的來源之一，研究表明，農(nóng)用地膜的高施用量和低回收率使得大量薄膜殘留在土壤環(huán)境中，并在一系列自然和人為活動(dòng)作用下分裂成微/納米塑料，并影響土壤質(zhì)量和農(nóng)作物生長(zhǎng)；農(nóng)業(yè)塑料制品遺撒、污泥農(nóng)業(yè)可利用、有機(jī)肥使用等在土壤中微塑料的累積也不可忽視[7]。

表1 土壤中微塑料的主要來源及特征

2 土壤環(huán)境中微塑料提取與鑒定

2.1 土壤微塑料提取

土壤中微塑料樣品采集除卻大粒徑干擾物質(zhì)后，需對(duì)土樣進(jìn)一步處理以盡可能地提取土壤環(huán)境中的微塑料，具體因微塑料理化性質(zhì)、類型和尺寸與試驗(yàn)條件和分離提取目的選擇適宜的方法進(jìn)行，見表2。其中，過濾-篩分、密度分離和經(jīng)典提取等物理提取法主要依據(jù)微塑料的形狀、粒徑、密度、疏水親油性等特點(diǎn)將其從混合物中分離，不破壞微塑料本身特性，但存在無法有效分離類似天然有機(jī)物等不足[8]。相應(yīng)的，化學(xué)法提取微量和小粒徑微塑料效果較物理法更有效。

表2 土壤中微塑料提取方法及特性

2.2 微塑料鑒定

微塑料從土壤環(huán)境中分離后，通過目視、化學(xué)、光譜等方法進(jìn)一步鑒定和量化其含量。目前，定量鑒定和表征分析微塑料的技術(shù)方法主要有目視法、光譜法和熱分析法等，見表3。

表3 微塑料鑒定方法及特性

3 土壤微塑料研究展望

塑料制品已是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活等不可或缺的材料(產(chǎn)品)之一，相應(yīng)的微塑料進(jìn)入環(huán)境造成的土壤污染問題已然成為全球性環(huán)境問題。做好塑料生產(chǎn)使用處置全程監(jiān)管和宣貫工作，加強(qiáng)微塑料污染防控技術(shù)、方法和裝備研發(fā)，健全居民生活垃圾收集處置體制等是今后微塑料研究亟待解決的問題。

進(jìn)一步統(tǒng)一化、規(guī)范化微塑料研究的采樣、提取分離、鑒定和表征方法，提高不同部門、不同領(lǐng)域的研究成果之間的可對(duì)比性和參考性。

加強(qiáng)不同地區(qū)、國(guó)家之間的交流與合作，促進(jìn)國(guó)際微塑料污染現(xiàn)狀、研究方向及方式方法的交流，發(fā)揮不同學(xué)科、不同團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)制定通用有效的制度體制，建立微塑料污染防控共同體。

微塑料與傳統(tǒng)污染物將長(zhǎng)期共存，深入開展微塑料的環(huán)境行為及對(duì)生命體生長(zhǎng)發(fā)育毒性研究，探索對(duì)人居環(huán)境及人體健康的影響機(jī)理及安全閾值。

加強(qiáng)可生物降解的環(huán)境友好型塑料研發(fā)和推廣應(yīng)用，提高塑料替代品性能及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境效益。