應(yīng)用案例

Picarro G2201-i（微塑料——一個新的全球氣候變化因素）

發(fā)表時間：2024-04-17

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微塑料對土壤的污染是一個嚴重的問題。世界糧農(nóng)組織與原子能機構(gòu)的水土管理與作物營養(yǎng)實驗室（Soil and Water Management & Crop Nutrition Laboratory）通過同位素技術(shù)，特別是穩(wěn)定同位素來解決這一問題，這種技術(shù)可以促進我們對土壤中微塑料生態(tài)作用的理解。

對微塑料(小于5毫米的塑料顆粒)的研究最初主要集中在海洋和水生生態(tài)系統(tǒng)，土壤中微塑料的研究滯后了大約10年。早期對水生和陸地系統(tǒng)中微塑料的研究議程主要是集中于生態(tài)毒理學(xué)，它們的許多作用似乎是由物理參數(shù)決定，如粒子的形狀和大小，這與化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的毒性有明顯的的不同。微塑料的影響大多致病或者致命性都不是很強，甚至有些都是非致命性的。

微塑料主要由碳組成，塑料微粒對生態(tài)系統(tǒng)而言是獨立于光合作用的一種碳源。這種聚合物碳的周轉(zhuǎn)速度很慢，因為材料大多是惰性的(Rillig, Lehmann, 2020)，微塑料在土壤中的行為和停留時間目前尚不清楚。最初，土壤中的大部分碳都來自化石，而不是最近從大氣中固定下來的。由于微塑料不易分解，它會在土壤中積累，增加土壤碳儲量。

塑料薄膜和塑料纖維可能會改變土壤中水的流動，包括水汽的蒸發(fā)(Wan等人，2019年)。因此通過土壤的直接作用或通過植物間接作用，對生態(tài)系統(tǒng)水動態(tài)和能量平衡的影響也是可能的。還有其他可能的生態(tài)系統(tǒng)層面影響，比如由于土壤團聚體穩(wěn)定性的變化而改變的侵蝕速率等。改變水流，塑料也會改變土壤通氣，影響溫室氣體的擴散。溫室氣體中最不易溶解的是甲烷(CH₄)，因此土壤中甲烷通量可能由于微塑料的存在受到強烈影響。

到目前為止，研究主要集中在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，由于輸入途徑(污水污泥、堆肥和塑料覆蓋)原因，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)預(yù)計含有最多的微塑料(Weithmann等人，2018年)。我們對其他生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料知之甚少，例如旱地或森林。由于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，這些生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料動態(tài)可能差異很大。很明顯農(nóng)業(yè)土壤比森林土壤受微塑料污染更嚴重。然而世界上許多地方的農(nóng)業(yè)土壤已被造林，將農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)為森林也可能改變土壤中微塑料的行為。

在位于奧地利維也納的水土管理與作物營養(yǎng)實驗室，實驗人員正準備研究微塑料在土壤中的生物地球化學(xué)作用。為此Menyailo教授課題組購買了一套Picarro G2201-i CO2與CH₄ δ¹³C高精度碳同位素分析儀，用來測量同位素碳組成和CO₂和CH₄的濃度。該儀器配有一個小樣品進樣模塊和一個16端口多路復(fù)路系統(tǒng)。除此之外，實驗人員組裝一個自動培養(yǎng)系統(tǒng)，在那里土壤樣品將被培養(yǎng)數(shù)天或數(shù)周，這樣就可以通過無人值守來連續(xù)監(jiān)測CO₂和CH₄通量及其相對應(yīng)的同位素組成。這對于研究微塑料對影響溫室氣體變化起到重要的參考意義。

參考文獻

1.de Souza Machado, A.A., Lau, C.W., Kloas, W., Bergmann, J., Bachelier, J.B., Faltin, E., Becker, R., Görlich, A.S., Rillig, M.C., (2019), Microplastics Can Change Soil Properties and Affect Plant Performance, Environmental Science & Technology, 53. 6044.

2.Ren, X., Tang, J., Liu, X., Liu, Q., (2020), Effects of microplastics on greenhouse gas emissions and the microbial community in fertilized soil, Environmental Pollution, 256. 113347.

3.Rillig, M.C., Lehmann, A., (2020), Microplastic in terrestrial ecosystems, Science, 368, 1430.

4.van Kleunen, M., Brumer, A., Gutbrod, L., Zhang, Z., (2020), A microplastic used as infill material in artificial sport turfs reduces plant growth, Plants, People Planet 2, 157.

5.Wan, Y., Wu, C., Xue, Q., Hui, X., (2019), Effects of plastic contamination on water evaporation. and desiccation cracking in soil, Science of the Total Environment, 654. 576.

6.Weithmann, N., Möller, J.N., Löder, M.G.J., Piehl, S., Laforsch, C., Freitag, R., (2018), Organic fertilizer as a vehicle for the entry of microplastic into the environment, Science Advances, 4. eaap8060.

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