【摘要】土壤微塑料是目前全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前，對土壤微塑料的計(jì)量技術(shù)研究相對較少，無法更加精準(zhǔn)測量土壤中的微塑料，進(jìn)而無法準(zhǔn)確評估土壤微塑料污染狀況。本文研究了土壤微塑料計(jì)量技術(shù)的現(xiàn)狀，并提出了土壤微塑料計(jì)量發(fā)展策略，以填補(bǔ)國內(nèi)微塑料計(jì)量方法的空白，支撐打好凈土保衛(wèi)戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】土壤微塑料；計(jì)量；發(fā)展策略

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.04.068

【基金項(xiàng)目】江蘇省市場監(jiān)督管理局科技項(xiàng)目（KJ2022073）：基于全生命周期的企業(yè)碳排放因子檢測、碳排放量模型構(gòu)建以及不確定度分析。

Research on the Current Situation of Soil Microplastic’s Measurement Technology and Suggested Strategies

ZHANG Mingting， SHAO Weiwei， ZHU Peijuan， HUANG Jiayi

（Nanjing Institute of Measurement and Testing Technology， Nanjing 210000，China）

Abstract： Soil microplastics are currently one of the focuses of global attention. There is little research on the measurement technology of soil microplastics， which cannot accurately measure the microplastics in soil and evaluate the pollution status of soil microplastics. This paper proposes the development strategy of soil microplastics’ metrology based on the current research on soil microplastics’ metrology technology， filling the blank in domestic microplastics’ measurement methods and supporting the fight of our lands pollutionfree.

Keywords： soil microplastics； measurement； development strategy

0引言

塑料因成本低、重量輕、易于加工、耐用和靈活等特點(diǎn)而被廣泛用于生產(chǎn)生活中。2021年全球塑料產(chǎn)量為3.907億噸，其中90.2%為化石基塑料，8.3%為消費(fèi)后再生塑料，1.5%為生物基/生物屬性塑料。隨著塑料的生產(chǎn)/消費(fèi)量不斷增加，加之塑料廢物管理不足，導(dǎo)致廢棄的塑料對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。全球每年生產(chǎn)的塑料總量超過4.3億噸，其中2/3是使用壽命較短的塑料制品。這些制品轉(zhuǎn)化為廢物被填入海洋，并最終進(jìn)入人類的食物鏈中。塑料污染問題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。塑料在自然環(huán)境中經(jīng)歷復(fù)雜的物理化學(xué)變化，如老化、降解、破碎等，會產(chǎn)生微塑料（MP），并可能產(chǎn)生納米塑料（NP）。研究發(fā)現(xiàn)，在人體的各個器官中，甚至在新生兒的胎盤中都發(fā)現(xiàn)了微塑料的痕跡。

微塑料污染與全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、生物多樣性減少等問題并列為全球重大環(huán)境問題。據(jù)報(bào)道，土壤微塑料是全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一，其中亞洲土壤微塑料含量最高，這不僅對土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性存在潛在威脅，也對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、糧食安全和人類健康產(chǎn)生影響。2024年1月發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)美麗中國建設(shè)的意見》中提到，加強(qiáng)固體廢物綜合治理，限制商品過度包裝，全鏈條治理塑料污染。

土壤中的微塑料因其所處的土壤基質(zhì)復(fù)雜，導(dǎo)致分離提取過程相對困難，而且相關(guān)研究仍處于初步階段。目前，國內(nèi)外尚未建立統(tǒng)一的土壤微塑料提取、檢測、監(jiān)測的計(jì)量方法。本文通過對土壤微塑料計(jì)量技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，并提出一套土壤微塑料計(jì)量方法的發(fā)展策略，以填補(bǔ)國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，并為實(shí)施有效的土壤保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1土壤微塑料來源和危害

1.1微塑料

微塑料指的是直徑小于5 mm的塑料碎片和顆粒。實(shí)際上，微塑料的粒徑范圍從幾微米到幾毫米，是形狀多樣的非均勻塑料顆?；旌象w。目前，在馬里亞納海溝、珠穆朗瑪峰頂部以及冰雪覆蓋的北極，科學(xué)家們都發(fā)現(xiàn)了微塑料的蹤跡，可見微塑料污染已經(jīng)成為全球新的環(huán)境問題[1]。一些研究指出，由于微塑料的吸附能力很強(qiáng)，其可以成為重金屬或其他有毒化學(xué)物質(zhì)在不同自然生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)輸?shù)妮d體。微塑料易通過水和風(fēng)進(jìn)行遷移，并存在于水、土壤、食物和空氣中。調(diào)查研究顯示，土壤中微塑料的濃度范圍為300～67500 mg/kg。由以上的研究我們可以發(fā)現(xiàn)，土壤是微塑料的重要匯集地。

1.2土壤微塑料的來源和危害

由于微塑料具有持久性強(qiáng)、比表面積大等特性，其表面很容易附著其他的污染物，如重金屬離子、有機(jī)污染物等。微塑料污染主要通過遷移方式進(jìn)一步威脅人類健康。

劉雅宣[2]的一項(xiàng)研究表明，人們可能通過空氣和接觸受污染的物體后而感染新型冠狀病毒，并且這些病毒能夠在塑料上存在2～3天，土壤微塑料污染容易引發(fā)土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。任欣偉[3]發(fā)現(xiàn)，不管是初生微塑料還是次級微塑料，都會對周圍環(huán)境造成一定的影響，并且微塑料污染持續(xù)時(shí)間較長。同時(shí)也有報(bào)道指出，土壤中微塑料的含量達(dá)到一定限度，就能改變土壤的物理性質(zhì)（土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、容重、孔隙度等），影響土壤的功能和生物多樣性的水平，從而影響陸地的生態(tài)系統(tǒng)。另外微塑料具有吸附特性，其能夠作為載體將重金屬帶入土壤深層中。陳冠霖[4]基于土壤微塑料對微生物及溫室氣體影響效應(yīng)開展研究，其研究結(jié)果表明，土壤中的微塑料對微生物多樣性和群落組成以及微生物降解與代謝活性有一定的改變。Bosen Zhao[5]研究表明，微塑料暴露可能導(dǎo)致消化、呼吸、心血管、免疫、生殖和內(nèi)分泌系統(tǒng)的組織病理學(xué)病變和功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致疾病。吳龍華[6]等研究指出，微塑料可以在食物鏈中積累進(jìn)而威脅人類健康。Matthias C. Rillig[7]等提出，土壤塑料際，采用塑料際作為直接受塑料影響的環(huán)境（包括居住在該環(huán)境中的微生物群落），居住在塑料際內(nèi)的群落是塑料際微生物群落，它不僅包括附著在塑料表面的微生物，還包括受塑料影響的土壤中的微生物群落等。劉國彬[8]團(tuán)隊(duì)提出，微塑料污染和溶解有機(jī)質(zhì)影響土壤質(zhì)量和功能，但是目前微塑料對溶解有機(jī)質(zhì)的影響及其潛在機(jī)制尚未闡明，這對保持土壤健康提出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

2土壤微塑料計(jì)量研究現(xiàn)狀

土壤生態(tài)系統(tǒng)與其他環(huán)境基質(zhì)相比，其組分、微生物群落等更加復(fù)雜。一方面微塑料本身為新污染物，在土壤環(huán)境中能夠發(fā)生化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)過程；另一方面微塑料作為污染物載體，與土壤中的重金屬、抗生素等污染物產(chǎn)生作用，引發(fā)土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響糧食安全，威脅人類健康。目前對土壤微塑料的計(jì)量技術(shù)研究較少，無法精準(zhǔn)測量土壤中的微塑料含量，以評估土壤微塑料污染狀況。

歐洲啟動計(jì)量伙伴關(guān)系項(xiàng)目《從納米塑料到小型微塑料的測量數(shù)據(jù)的計(jì)量溯源》[9]。該項(xiàng)目將開發(fā)測量和表征小型微塑料和納米塑料的方法，進(jìn)而精準(zhǔn)測量微塑料。張向楠[10]提出了以質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)的微塑料的計(jì)量方式，建立了基于熱裂解質(zhì)譜的微塑料計(jì)量定性和定量方法。延雨宸[11]指出，土壤環(huán)境中微塑料的提取和檢測技術(shù)目前沒有明確規(guī)定，無法實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。朱會會[12]等提出，土壤環(huán)境是一個相對復(fù)雜的環(huán)境基質(zhì)，目前對土壤基質(zhì)中微塑料提取技術(shù)并不是特別完善。趙淑韜[13]通過NIR光譜建立了土壤微塑料的檢測方法，并且利用遷移學(xué)習(xí)算法建立了不同土壤區(qū)域及不同NIR光譜儀器間的模型遷移方法，進(jìn)而提高了微塑料檢測準(zhǔn)確性。薛荔棟[14]等系統(tǒng)梳理了土壤微塑料全過程監(jiān)測的技術(shù)路線和目前研究現(xiàn)狀，提出亟須對土壤微塑料相關(guān)術(shù)語，如微塑料的尺寸、形狀、大小、聚合物類型等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。蔡慧文[15]提出了多樣化的大粒級微塑料監(jiān)測方法，但是監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量不統(tǒng)一導(dǎo)致數(shù)據(jù)可比性較差，同時(shí)針對小粒級微塑料檢測的準(zhǔn)確度亟須提高。賈濤[16]等提出，微塑料的豐度單位標(biāo)準(zhǔn)化工作亟待開展。劉李嵐[17]等提出，目前需要建立統(tǒng)一的土壤微塑料檢測方法，并進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。王偉平[18]等提出，要提高土壤微塑料鑒定方法的靈敏度。馮裕棟[19]提出，統(tǒng)一規(guī)范土壤中微/納塑料含量表征單位，使得計(jì)量數(shù)據(jù)具有可比性。徐晶[20]指出，目前有關(guān)土壤微塑料分析技術(shù)沒有可以直接參考的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。Wooscok Sim[21]等創(chuàng)建了一種宏觀尺度的高光譜拉曼方法，可以快速量化和特征化大量塑料，使用550 s內(nèi)獲取了覆蓋面積為12.4 mm×12.4 mm的5種不同微塑料的拉曼光譜，并運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法完美地對這些微塑料進(jìn)行了分類。

土壤微塑料檢測主要流程為采樣、前處理、檢測。樣品采集和保存的器具一般為金屬材質(zhì)，樣品保存時(shí)主要采用鋁箔袋和鋁盒，保存條件一般為常溫或不高于4℃；前處理方法主要包括篩分法、密度分離法、靜電分選法、泡沫浮選法、磁性分離法、油提法和加壓流體萃取法等；消解方法主要包括氧化法、酸消解以及堿消解；分析方法主要包括顯微鏡觀察法、傅里葉紅外光譜法（μFTIR）、拉曼光譜法、激光紅外光譜法（LDIR）、熱分析法以及液相色譜（串聯(lián)三重四級質(zhì)譜）法等。相關(guān)儀器和計(jì)量技術(shù)規(guī)范見表1。

3現(xiàn)狀問題

隨著經(jīng)濟(jì)社會的高質(zhì)量發(fā)展，人類將不可避免地接觸到各種各樣的微納塑料，而目前微塑料樣品以不可降解微塑料為主。因此，對于評估人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)而言，準(zhǔn)確計(jì)量微納塑料顯得尤為重要。當(dāng)前，微塑料與有機(jī)污染物的相互作用及其對環(huán)境中生物體的聯(lián)合毒性效應(yīng)的研究越來越多，然而土壤微塑料計(jì)量研究還面臨一些問題。

1）微納塑料研究領(lǐng)域缺乏針對不同粒徑范圍和組分的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，尤其是在不同土壤類型樣品中的應(yīng)用。2）新興的微塑料分析技術(shù)，如激光紅外光譜法和太赫茲分析法，尚未建立統(tǒng)一的計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范。3）土壤樣品的前處理過程缺乏快速、準(zhǔn)確度高、精度高的技術(shù)方法。4）微塑料表征單位不統(tǒng)一。目前微塑料大多以數(shù)量濃度（個/kg）為單位進(jìn)行表征，但是微塑料的老化破碎會導(dǎo)致數(shù)量濃度的變化，僅使用數(shù)量濃度或質(zhì)量濃度單位無法全面評估微塑料的污染水平。因此，亟須開展計(jì)量單位和質(zhì)量單位之間的相互轉(zhuǎn)化研究。

4建議策略

計(jì)量技術(shù)的研究是精準(zhǔn)測量土壤微塑料的重要基礎(chǔ)和前提。本文通過分析土壤微塑料計(jì)量面臨的問題，對土壤微塑料計(jì)量技術(shù)的研究提出以下建議。

1）研究微納塑料量值溯源體系。開展微塑料量值溯源體系研究，探索適用于不同尺度微納塑料的計(jì)量方法，進(jìn)一步為微納塑料精準(zhǔn)測量提供技術(shù)支撐。

2）研制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。鑒于土壤微塑料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)缺失，開展針對不同土壤類型樣品、不同粒徑范圍、不同組分的微納塑料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制工作，為微塑料治理工作提供有力的檢測技術(shù)支撐。

3）研究前處理和檢測方法的驗(yàn)證對比。土壤樣品的前處理過程非常重要，對土壤基質(zhì)中微塑料的提取、濃縮等處理方法進(jìn)行深入研究比對，開發(fā)出高效、準(zhǔn)確且精度高的技術(shù)方法，同時(shí)開展其他經(jīng)濟(jì)高效的檢測方法驗(yàn)證對比，探索適用于不同環(huán)境基質(zhì)的微塑料前處理和檢測方法。

4）加強(qiáng)表征單位研究。針對微塑料表征單位無法統(tǒng)一問題，開展質(zhì)量濃度單位和數(shù)量濃度單位溯源研究，以及單位相互轉(zhuǎn)化研究。

5）研究土壤微塑料環(huán)境行為計(jì)量機(jī)制。開展土壤微塑料環(huán)境行為計(jì)量機(jī)制的研究，旨在提高微塑料數(shù)據(jù)的一致性和可比性，進(jìn)而為深入探索土壤中微塑料復(fù)合污染的互相作用規(guī)律及相關(guān)機(jī)理提供參考依據(jù)。這將有助于全面評估微塑料對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，并為深入開展微塑料污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

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【作者簡介】

張明婷，女，1990年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境計(jì)量和碳計(jì)量。

（編輯：李加鵬）