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    农田地膜微塑料残留量的测定方法研究

    时间：2023-01-12 14:50:23来源：百花范文网本文已影响人

    杜涛，罗思，田浩，王晨，武晓燕

    （中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津 300191）

    微塑料（直径小于5 mm 的塑料碎片和颗粒）作为新型污染物，近年来受到越来越多的关注，而且关于土壤中的微塑料污染的研究也越来越多[1-2]。已有不少研究表明土壤中的微塑料可能会对土壤理化性质、土壤功能及生物多样性产生影响，且有研究表明纳米级（0.2 μm）甚至微米级（2 μm）的塑料颗粒，可以被农作物根部裂缝吸收并传播到可食用部分吸收；
    国外科学家也在胡萝卜、生菜、西兰花、土豆、苹果和梨中，均发现了微小的塑料碎片。因此，土壤中微塑料不仅会污染环境，还会进入人类的食物链，危害人类健康[3-4]。

    我国是一个农业大国，地膜覆盖种植面积超过2 000 万hm2，其中有30%的农膜残留在田地中，随着时间的推移，残留的地膜将破碎分解为体积更小的微塑料，所以土壤中微塑料的主要来源之一就是地膜残留。

    农田土壤地膜残留一直是我国特有的污染问题，为加强社会对农膜残留污染问题的关注，国务院、农业部等部门印发了一系列相关的政策，如《土壤污染防治行动计划》《全面农业现代化规划（2016—2020）》《乡村振兴战略规划（2018—2020）》《农膜回收行动方案》《关于加快推进农用地膜污染防治的意见》《关于参与农村人居环境整治的行动方案》《农用薄膜管理办法》等，但土壤中地膜微小塑料数量的监测基本上属于空白，如何定量测量农田土壤中地膜微塑料的数量，也将是评估地膜污染的一项重要工作。

    目前，关于地膜残留调查，我国制定了国家标准《农田地膜残留量限值及测定》（GB/T 25413—2020），规定了地膜在农田土壤中残留量的限值、测定方法，但标准中测定的残留地膜是针对＞2 cm 的地膜塑料，不适用于5 mm 以下的地膜微小塑料。为弥补土壤中地膜微小塑料数量监测的空白，研究建立了一种农田土壤中0.5～5 mm 地膜微塑料残留量的测定方法，对测定方法的技术路线进行了阐述，并开展了精密度、准确度分析，旨在为土壤中地膜微塑料残留量的定量分析，提供一种简单快速、准确稳定的监测方法。

    采集的土壤样品经过压碎、粗筛后，首先经过湿筛、消解、密度浮选、抽滤等预处理后，将待分析样品收集到滤网上；
    然后通过肉眼和使用体式显微镜，挑选出地膜微塑料，并记录颜色、大小、形状和数量，称量其重量计算土壤中地膜微塑料的残留量。

    具体技术路线见图1。

    图1 土壤中地膜微塑料残留量测定方法技术路线图

    2.1 实验试剂

    实验所需的样品、试剂和药品。

    2.1.1 氯化钠（NaCl）浮选液（10%）：将氯化钠（分析纯，90%）和蒸馏水（10%）室温下充分搅拌溶解，经玻璃纤维滤膜（0.45 μm）过滤，收集过滤后的溶液，保存至试剂瓶中，现配现用；
    浓硝酸（分析纯，65% HNO3）；
    过氧化氢（分析纯，30% H2O2）蒸馏水；
    无水乙醇。

    2.1.2 地膜微塑料：将地膜切碎成0.5～5 mm 的碎片。

    2.1.3 空白土壤样品：将采集的农田土样在800 ℃煅烧4 h，去除土壤中的干扰物质。

    2.1.4 实际土壤样品：将采集的的土壤样品平铺在干净的搪瓷盘或玻璃板上，去除石块、树枝、昆虫等杂质，用铁锤或瓷质研磨棒压碎后土块，每天翻动几次，在15～25 ℃室温环境下自然风干。充分混匀风干土壤，采用四分法，取其两份，一份留存，一份压碎至全部通过5 mm 土壤筛，混匀，待测。

    2.2 实验仪器

    实验使用的主要仪器如表1。

    表1 实验仪器

    3.1 分析步骤

    研究提供土壤中地膜微塑料残留量测定方法，其主要分析步骤包括样品前处理、分散过滤、消解过滤、浮选过滤、收集挑选和烘干称重。

    具体分析步骤如图2。

    图2 分析步骤流程图

    3.1.1 分散、过滤

    称取100 g（精确至0.01 g）风干、过筛的土壤样品，置于250 mL 锥形瓶中，加入约150 mL 的蒸馏水，室温下（25 ℃）搅拌（≥60 r/min）30 min 停止后，取出搅拌棒并用蒸馏水冲洗，冲洗液流入锥形瓶中。

    加水分散后的样品利用过滤器通过0.5 mm 孔径的滤网进行过滤，完成过滤前应多次反复使用蒸馏水冲洗锥形瓶和滤器内壁，使目标物全部聚集于滤网上。

    3.1.2 消解、过滤

    将滤网上收集的物质和滤网全部转移至洁净的250 mL 锥形瓶中，加入足量的消解液加热（不超过80 ℃）搅拌不少于2 h，直至锥形瓶中溶液澄清且无明显有机质。

    中消解后的样品在锥形瓶中加入蒸馏水稀释后，利用过滤器通过0.5 mm 孔径的滤网进行抽滤，完成过滤前应多次反复使用蒸馏水冲洗锥形瓶和滤器内壁，使目标物全部聚集于滤网上。

    3.1.3 浮选、过滤

    滤网上的物质全部转移至250 mL 锥形瓶中，加入约150 mL 的NaCl 浮选液（5.1），搅拌静置后，沿瓶壁缓慢补充加入适量NaCl 浮选液于锥形瓶中，加至液面距瓶口约1 cm 处静置10 min。

    提取锥形瓶中上层清液和漂浮物，利用过滤器通过0.5 mm 孔径的滤网进行过滤；
    提取过程中应避免溶液洒漏至过滤器外。

    重复上述步骤直至锥形瓶中上层溶液无漂浮物。

    3.1.4 收集和挑选样品

    用蒸馏水反复冲洗过滤器内壁，冲洗后的溶液同样进行抽滤，使目标物全部聚集于滤网上；
    并用蒸馏水反复冲洗滤网上的目标物。

    3.1.5 分析测定

    在放大镜和体视显微镜的协助下观察待测滤网，挑选出地膜微塑料放置在干燥恒重（精确至0.000 01 g）后（105 ℃± 5 ℃）的培养皿中，并记录地膜微塑料的数量、颜色和大小。

    将挑选出的地膜微塑料干燥（105 ℃± 5 ℃）至恒重（精确至0.01 mg）后称量记录。

    3.2 结果表示与计算

    本方法测定的农田地膜微塑料的粒径范围为0.5～5 mm。农田地膜微塑料的残留量可由微塑料浓度和微塑料丰度两种表示方法。

    3.2.1 土壤样品中地膜微塑料浓度

    按公式（1）计算土壤样品中地膜微塑料浓度：

    式中：M—土壤样品中地膜微塑料浓度，mg/kg；

    M0—风干土壤样品质量，g；

    Wdm—风干土壤样品干物质含量，%；

    M1—干燥恒重后培养皿的质量，g；

    M2—干燥恒重后地膜微塑料和培养皿的质量，g。

    3.2.2 土壤样品中地膜微塑料丰度计算

    按公式（2）计算土壤样品地膜微塑料丰度：

    式中：A(0.5-5mm)—土壤样品中地膜微塑料丰度，个/kg；

    N—土壤样品中目标物总数，个；

    M0—风干土壤样品质量，g；

    Wdm—风干土壤样品干物质含量，%。

    4.1 微塑料回收率实验

    实验通过测定3 种不同浓度的空白加标样品（100 g空白土壤中分别加入了50 个、10 个、3 个0.5～5 mm 的地膜微塑料），每种浓度样品测定7 个平行样品，按上述分析方法进行测定，测定数据见表2。

    表2 土壤微塑料回收率实验测定结果

    实验结果显示，不同浓度样品的微塑料回收率基本都在90%以上，且7 次平行实验结果的相对偏差均小于20%，数据表明，该方法可以保证地膜微塑料较高的回收率，且重复性较好。

    4.2 方法精密度和准确度分析

    测定3 种不同浓度的空白加标样品（100 g 空白土壤中分别加入了3 个、10 个/1 mg、20 mg 0.5～5 mm 的地膜微塑料），每种浓度样品测定了7 个平行样品，测定数据见表3。

    表3 土壤微塑料精密度和准确度实验结果

    从3 种不同浓度的空白加标样品7 次测定结果可以看出，当以微塑料丰度表示地膜微塑料残留量时，相对标准偏差小于20%，加标回收率大于90%；
    当以微塑料浓度表示地膜微塑料残留量时，相对标准偏差小于20%，加标回收率大于80%。可见，本研究提出的地膜微塑料残留量的分析方法精密度和准确度满足检测要求，方法可行。

    本研究建立了土壤中地膜微小塑料（0.5～5 mm）的数量分析方法，其主要分析步骤包括样品前处理、分散过滤、消解过滤、浮选过滤、收集挑选和分析测定；
    并进行了方法的精密度和准确度分析，验证了方法的可行性、重复性和准确性。本方法通过微塑料浓度和微塑料丰度两种表示方法，对农田地膜微塑料的残留量进行计算，可增加方法的检测范围，进一步提升方法适用性。

    本研究提出的土壤中微塑料残留量的测定方法，为开展土壤中地膜微小塑料数量的监测提供了一定的技术支持。但本研究提出的土壤中微塑料残留量测定方法存在一定的局限性，分析仅适用于地膜微塑料，可测定的微塑料种类有限；
    其次，对于粒径更小的微塑料（＜0.5 mm），也无法进行定量分析。后续的研究中，可进一步对本方法进行优化和完善，可通过增加浮选液密度和滤网或滤膜的精度，分级回收更多种类和不同粒径范围的微塑料，再利用不同的分析手段，如红外ATR、显微红外、激光显微红外等方法，对回收的微塑料进行定量和定性分析[5-8]，进一步丰富土壤中微塑料含量测定的手段和方法。

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