本文介绍了一种从土壤中提取微塑料并鉴定其聚合物类型的方法。该方法在操作性、适用性和成本效益方面均经过优化，为标准化土壤中微塑料分析方法奠定了科学基础。
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本文内容
摘要
摘要
过去十年中，陆地环境中的微塑料（MPs）污染日益受到关注，越来越多的研究描述了不同土壤系统中微塑料的数量和类型及其对土壤和作物健康的影响。然而，由于目前采用的微塑料提取与分析方法各不相同，限制了研究结果之间的比较，也难以为产业界建议和政策制定提供可靠的科学依据。本文提出了一种标准化操作流程，用于微塑料的采样、分离及化学鉴定方法。 从土壤中提取。该方法成本低廉，材料易于获取，从而提高了操作便利性，并有助于广泛推广。本方案详细说明了使用无塑料器具采集土壤表层0-30 cm样品的方法；通过使用不同固体培养基（如膨润土黏土、二氧化硅和未受污染的土壤）模拟多种土壤类型，并添加相同质量的物质 聚乙烯（PE）微塑料的后续定量；利用饱和氯化钠（NaCl）溶液进行塑料颗粒的密度分离，以及使用4 M氢氧化钠（NaOH）溶液消化上清液中的有机杂质；经尼罗红染色后通过荧光显微镜定量颗粒；以及采用微区 傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）或激光直射红外（LDIR）光谱。上述介质中微塑料的回收率范围为83%–90%。本方案提供了一种高效分析土壤中微塑料的方法，在可行性、适用性和成本效益方面均经过优化。此外，配套视频可对土壤微塑料分析过程进行逐步虚拟指导。本研究致力于标准化土壤微塑料分析方法，增强测量结果的连通性与可比性，为更标准化和科学化的研究奠定基础。
引言
据估计，每年有480万至1270万吨的塑料通过陆地来源进入海洋1,2。这些塑料颗粒在紫外线照射、机械磨损和生物降解的作用下逐渐分解成更小的碎片3,4。土壤中的微塑料（MPs）污染（指直径小于5 mm的塑料颗粒）正日益引起关注，尤其是在其对土壤和作物健康潜在影响方面。这一问题主要源于塑料产量的持续增加以及塑料废弃物妥善处置所面临的挑战5,6。
土壤中微塑料（MPs）的累积可归因于多种外部因素。土壤中微塑料的潜在来源复杂多样，包括农用塑料技术的使用（如地膜、灌溉管道、温室薄膜及相关基础设施）7,8,9，以及有机改良剂的施用（如污泥施用、农业堆肥和有机肥料）10。此外，塑料垃圾的不当处置11、食品塑料包装残留物在消化后产生的食物废弃物的分解
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方案
注意：以下溶液需在提取过程开始前于室温下配制：1）饱和 NaCl 溶液（5.7 M）——将 1 kg NaCl 溶解于 3 L 去离子 H2O 中；2）4 M NaOH——将 480 g NaOH 溶解于 3 L 去离子 H2O 中；3）尼罗红（100 µg mL-1）——将 10 mg 尼罗红溶解于 100 mL 适当的溶剂中（如甲醇、丙酮）。
1. 土壤采样与制备
- 在研究区域内采用五点采样法，以"W"形方式采集具有代表性的土壤样品（图1）。使用30 cm不锈钢土壤钻进行采样操作。将采集的样品收集并储存在非塑料容器中，例如铝箔。
注意：土壤样品可根据需要分层采集并储存于不同深度（例如0–10 cm、10–20 cm和20–30 cm）。为尽量减少塑料污染，应避免使用塑料采样工具和储存容器。建议使用铝箔等非塑料容器进行样品的采集与储存。这些样品可混合为一个复合样品，也可作为独立的重复样品保存。 - 将土壤在室温下避光干燥。
- 若具备土壤干燥仪，可利用其同时处理多个土壤样品，因各独立腔室内的过滤装置可最大限度降低交叉污染风险。
- 否则，将烘箱设定为40 ᵒC，干燥土壤至少24小时，直至完全干燥。 ....
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结果
为验证该方法的回收率，选取了三种不同的固体基质（二氧化硅（SD）、膨润土（BT）和土壤）样品，每种设置三个重复。样品分别在添加与不添加0.04% w/w 白色聚乙烯（PE）微塑料（粒径范围40–48 µm）的条件下进行分析。土壤样品采自中国北京海淀区（中国农业大学西校区），土壤类型为棕壤。此外，设置了三个空白对照重复，以排除提取和分析过程中可能引入的任何污染。
BT、SD 和土壤中微塑料的平均回收率分别为 84%、83% 和 90%。平均而言，在 20–500 µm 的设定尺寸范围内，86% 的聚乙烯（PE）颗粒成功被回收。空白样品的干扰以及化学鉴定结果的干扰已被排除。颗粒损失可能源于上清液转移、过滤过程或误判识别。回收率的差异可能受到盐溶液种类、消解溶液类型和反应时间等因素的影响33,34。此外，一项全球性荟萃分析指出，土壤中微塑料提取实验的回收率通常介于 71% 至 93% 之间35。因此，本研究.......
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讨论
野外土壤采样策略，包括简单随机采样或系统网格采样等方法，以及采样区域和深度，必须根据具体的研究问题进行定制，并在样品采集前明确定义。一些研究聚焦于0–10 cm的表层土壤34,37，而另一些研究则采集深度为0–40 cm的土壤样品38。由于微塑料（MPs）的尺寸和丰度在不同土壤深度中存在差异，因此有必要统一土壤采样的深度。我们建议将0–30 cm的深度作为农业田地采样的适宜且实用的标准，因为这代表了典型的耕作深度39,40。此外，研究目标、采样方法和采样区域的设计必须能够回应预设的研究问题。另外，在样品采集和运输过程中，应尽一切努力避免塑料制品带来的污染，建议使用铝盒、纸袋或纸板容器等合适的采样容器予以替代。
选择最合适的密度分离和有机消化溶液是本实验方案中的关键步骤，因为它们会影响微塑料（MPs）的提.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本项目得到中国鄂尔多斯市科技重大专项［ZD20232320］、英国研究与创新署全球挑战研究基金（GCRF）以及自然环境研究理事会项目的支持； "农业微塑料是否会削弱经济欠发达国家的粮食安全与可持续发展？" 在资助号[NE/V005871/1]下由资助；国家自然科学基金委员会资助号[42277097]；中国农业大学高层次团队项目、中国农业大学教授工作站与山西省忻州市疾病预防控制中心及忻州市基础研究计划[20230515] 中国国家自然科学基金委员会国际合作与交流项目资助 [NSFC-UNEP: 32261143459]。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 两位小数天平 | n/a | n/a | 标准两位小数天平 |
| 40 °C 烘箱 | n/a | n/a | 标准大型鼓风烘箱，温度设定为 40 °C |
| 8700 LDIR | Agilent Technologies | n/a | 用于识别颗粒的 LDIR |
| 铝制容器 | n/a | n/a | 标准铝制食品外带容器 |
| 铝箔 | n/a | n/a | 标准重型铝箔 |
| Axioplan 2 | Zeiss | n/a | 荧光显微镜用于观察处于荧光状态的微塑料颗粒 |
| 膨润土黏土 | Sigma Aldrich | 285234 | 用于回收率测试的膨润土黏土 |
| BX53 | Olympus | n/a | 荧光显微镜用于观察处于荧光状态的微塑料颗粒 |
| 玻璃烧杯（600 ml） | n/a | n/a | 标准玻璃烧杯 |
| 玻璃瓶（1 l） | n/a | n/a | 标准玻璃瓶 |
| 玻璃磁力搅拌子 | n/a | n/a | 标准玻璃包覆磁力搅拌子 |
| 玻璃量筒（500 ml） | n/a | n/a | 标准玻璃量筒 |
| 玻璃移液管（10 ml） | |||
| 玻璃真空过滤装置 | Pyrex（通过 Sigma Aldrich 购买） | SLW5809/KIT | 包含 500 ml 漏斗、多孔板和 1 l 收集烧杯的玻璃过滤装置 |
| LUMOS Alpha II | Bruker | n/a | 用于分析可疑微塑料的傅里叶变换红外光谱仪（FTIR） |
| 磁力搅拌器 | n/a | n/a | 标准磁力搅拌板 |
| MCE 滤膜 | 津腾公司 | JTMF0441/0442 | 白色 MCE 膜，孔径 0.2 µm，直径 50 mm，适用于 FTIR 方法 |
| 尼罗红 | Fisher Scientific | 10464311 | 尼罗红粉末，用于使用适当溶剂（如丙酮）配制尼罗红染料储备液 |
| PCTE 滤膜 | Sterlitech Corporation | 1270060 | 黑色 PCTE 膜，不含聚乙烯吡咯烷酮（PVP），孔径 0.2 µm，直径 47 mm，适用于 LDIR 方法 |
| 二氧化硅 | Sigma Aldrich | 18649 | 用于回收率测试的二氧化硅 |
| 氯化钠 | Sigma Aldrich | S9888 | 用于密度分离的氯化钠 |
| 氢氧化钠 | Fisher Scientific | 10675692 | 用于有机质消解的氢氧化钠 |
| 土壤钻 | n/a | n/a | 长度 30 cm；直径 2 cm；材质为不锈钢 |
| 超高分子量聚乙烯微塑料粉末 | Sigma Aldrich | 434272 | 用于掺入二氧化硅、膨润土黏土和土壤样品以进行回收率测试的聚乙烯微塑料 |
| 真空泵 | Vacuubrand GmBH Co KG | ME 2C NT | 用于真空过滤的真空泵 |
参考文献
- Eriksen, M., et al. Plastic pollution in the world's oceans: more than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at aea. PLOS One. 9 (12), e111913(2014).
- Jambeck, J. R., et al. Plastic waste inputs from land into the ocean....
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重印与许可
