近日，北京大学黄艺教授课题组在“Science of the Total Environment” 上发表了题为“Automated identification and quantification of invisible microplastics in agricultural soils”的研究论文。相关研究由贾微茜博士担任第一作者完成。
农业土壤中的微塑料研究已经成为近年来的热点，但传统的手动挑取颗粒测试的定量方法存在较高的误检率。本研究结合激光红外成像（LDIR）和傅里叶变换红外（FTIR）的方法，对长期进行农业活动农田中的微塑料进行了自动定性和定量的研究。测试结果表明：在 5 年、10 年、20 年及 >30 年的铺设地膜土壤中，分别检测出的微塑料总丰度为 1.98±0.41×105,1.57±0.28×105,1.78±0.27×105 以及 3.2±0.41×105。LDIR 的测试结果表明，10-500 um 的微塑料占土壤微塑料总量的 96.5-99.9%。此外，共检测到 26 种不同类型的微塑料颗粒，其中以 PE、PP、PVC 及 PA 等为主。颗粒的形状主要是薄膜，也有纤维状及球状颗粒。农田土壤中微塑料的潜在来源为污水处理厂再生水、滴灌设施和残留的塑料薄膜。本研究的测试结果表明，传统常用的技术方法可能严重低估了农业土壤中的微塑料污染情况。
本文的作者观察到微塑料与其他研究一致的结果，即塑料丰度随着尺寸的减小呈指数增长，这可能是微塑料随着时间的推移进一步破碎造成的。由于小尺寸微塑料占绝大多数，不同定量方法的检测限会显著影响微塑料的检测结果。作者通过对以往研究中微塑料颗粒的丰度进行研究发现，目前测试的农田土壤中的微塑料丰度为过去研究的 102-106 倍。数据差异的来源除了采样区域的不同，定量方法差异也是主要原因。例如，在土壤微塑料研究中最常用的方法为手动挑取方式识别颗粒，在测试小尺寸样品时误差会比较大。一般情况下，只有 100 μm 以上的颗粒才能正确被识别，且误检率随着尺寸的减小而增大。尽管 FTIR 或拉曼光谱已被用于微塑料定性识别，但大多数研究还是通过手动挑取的方式进行测试，在此过程中小颗粒是不能被识别的。为对比两种不同的测试方法，作者还对同一区域的样品采用 FTIR 手动挑取的方式进行了微塑料定量测试。结果表明，地膜覆盖 5 年、15 年和 24 年的棉田土壤中微塑料丰度分别为 80.3±49.3,308±138.1,1075.6±346.8 粒/kg，且所有颗粒的定性结果为 PE；而使用 LDIR 的方法测试时，共检测到 26 种不同的聚合物，且丰度相较手动挑取的方式高出 1000 倍。因此，作者认为过去对土壤微塑料的定量研究可能严重低估了土壤中微塑料的丰度及类型。
专家简介
北京大学环境科学与工程学院，博士生导师。主要从事微生物生态学和环境修复生物技术的研究和教学工作。先后主持了国家重大专项、环保部公益项目、国家自然科学基金和科技部重点研发计划等国家项目，以及联合国环境署（UN Environment）和 ITTO 等国际重要合作项目 20 多项。在国内具有重要影响力的杂志发表相关科研论文 100 余篇。近期主要研究项目为科技部的 3 个重点专项课题，“半干旱滴取土地稳定的微生物机制”，“青藏高原根际微生物特征与植物关系”，以及“农田土壤零塑料污染—微塑料对农田土壤微生物的影响”。与此同时，作为联合国环境署旗舰项目《全球环境展望》的高级咨询委员会联合主席、全球生物多样性和生态系统服务功能科学-政策政府间平台（IPBES）的多学科委员会委员（MEP-2015-2018），参与全球生态系统评估和环境保护的科学指导和平台管理；作为国家生态环境部的核心专家，长期参与生态环境相关国际公约的谈判和国家履约行动的技术支持工作。
用户反馈
为探究长期覆膜的农业土壤中微塑料的分布，我们将前处理后的样品使用 8700 LDIR 激光红外成像进行上机检测。仪器配备了专门为微塑料研究建立的数据库，准确度高，自动化流程大大降低了人工和时间成本，可以快速得到包括尺寸、形状、聚合物类型等多项参数。采用 8700 LDIR 激光红外成像对土壤微塑料进行的研究中，发现了大量的 10-50 微米的超小微塑料颗粒，共计 26 种聚合物类型。其种类和丰度远超体视镜检视的结果，提高了对微塑料来源和数量的认知，纠正了地膜是微塑料主要来源的假设，为土壤微塑料的管控，提供了非常有意义的数据支撑。
8700 LDIR 激光红外成像微塑料测试解决方案
8700 LDIR 激光红外成像是一款在量子级联激光器的基础上研发出来的新的红外成像设备。结合仪器硬件及软件的优势，安捷伦研发团队专门开发了用于微塑料测试的方法包。用户直接调用方法即可自动完成选取区域内颗粒的识别、颗粒图像采集、颗粒尺寸信息统计、颗粒红外谱图谱采集以及定性结果统计等，如图 1 所示。8700 LDIR 激光红外成像微塑料测试是更高效的全自动化测试方案，基本消除了人为误差的影响，为将来微塑料测试方法的标准化奠定了基础。
图 1. Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统
微塑料沙龙黄艺老师讲座回放：
目前，安捷伦公司通过与黄艺教授课题组合作，开发了完整的土壤样品前处理及测试方案。与传统红外显微技术相比，LDIR 技术不仅极大的提高了样品测试效率，同时能够准确分析样本中 10 μm 以上颗粒的定性结果，为用户提供了更佳准确的分析数据。
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