应用案例

Picarro G2201-i（微塑料——一个新的全球气候变化因素）

发表时间：2024-04-17

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微塑料对土壤的污染是一个严重的问题。世界粮农组织与原子能机构的水土管理与作物营养实验室（Soil and Water Management & Crop Nutrition Laboratory）通过同位素技术，特别是稳定同位素来解决这一问题，这种技术可以促进我们对土壤中微塑料生态作用的理解。

对微塑料(小于5毫米的塑料颗粒)的研究最初主要集中在海洋和水生生态系统，土壤中微塑料的研究滞后了大约10年。早期对水生和陆地系统中微塑料的研究议程主要是集中于生态毒理学，它们的许多作用似乎是由物理参数决定，如粒子的形状和大小，这与化学反应产生的毒性有明显的的不同。微塑料的影响大多致病或者致命性都不是很强，甚至有些都是非致命性的。

微塑料主要由碳组成，塑料微粒对生态系统而言是独立于光合作用的一种碳源。这种聚合物碳的周转速度很慢，因为材料大多是惰性的(Rillig, Lehmann, 2020)，微塑料在土壤中的行为和停留时间目前尚不清楚。最初，土壤中的大部分碳都来自化石，而不是最近从大气中固定下来的。由于微塑料不易分解，它会在土壤中积累，增加土壤碳储量。

塑料薄膜和塑料纤维可能会改变土壤中水的流动，包括水汽的蒸发(Wan等人，2019年)。因此通过土壤的直接作用或通过植物间接作用，对生态系统水动态和能量平衡的影响也是可能的。还有其他可能的生态系统层面影响，比如由于土壤团聚体稳定性的变化而改变的侵蚀速率等。改变水流，塑料也会改变土壤通气，影响温室气体的扩散。温室气体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强烈影响。

到目前为止，研究主要集中在农业系统，由于输入途径(污水污泥、堆肥和塑料覆盖)原因，农业系统预计含有最多的微塑料(Weithmann等人，2018年)。我们对其他生态系统中的微塑料知之甚少，例如旱地或森林。由于生态系统结构的不同，这些生态系统中的微塑料动态可能差异很大。很明显农业土壤比森林土壤受微塑料污染更严重。然而世界上许多地方的农业土壤已被造林，将农业用地转为森林也可能改变土壤中微塑料的行为。

在位于奥地利维也纳的水土管理与作物营养实验室，实验人员正准备研究微塑料在土壤中的生物地球化学作用。为此Menyailo教授课题组购买了一套Picarro G2201-i CO2与CH₄ δ¹³C高精度碳同位素分析仪，用来测量同位素碳组成和CO₂和CH₄的浓度。该仪器配有一个小样品进样模块和一个16端口多路复路系统。除此之外，实验人员组装一个自动培养系统，在那里土壤样品将被培养数天或数周，这样就可以通过无人值守来连续监测CO₂和CH₄通量及其相对应的同位素组成。这对于研究微塑料对影响温室气体变化起到重要的参考意义。

参考文献

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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陈晓峰应用与售后经理 chenxf@cen-sun.com

高春辉高级应用工程师 gaoch@cen-sun.com