农业土壤和塑料微粒:有机固体残是问题吗?

1介绍

塑料微粒(< 5毫米)是全球公认的无处不在的污染物与潜在的长期居住的环境。与生产塑料需求继续上升,利率已经超过360吨(1),这是不可避免的,塑料污染环境也将增加。在陆地环境中尤其如此,据估计,80%的塑料垃圾在海洋中是在陆地上(2)。与此同时,越来越多的证据表明,陆地土壤接收来自不同来源的塑料微粒和迹象表明,它们对土壤生态系统造成负面影响。当添加到土壤,塑料微粒有可能改变他们的物理性质如容重和持水量,对植物生长的影响(3)。

特别关注的是农业土壤。他们被认为有高的塑料微粒从plasticulture输入,肥料、大气沉降、灌溉、乱扔垃圾、地表径流(4)。管理土地数量可能会升高的塑料微粒(5),可能主要由于人为活动,特别是农业实践。高关注在这些实践是使用有机肥料,包括堆肥的应用(6)、动物肥料(7)和有机固体(8)。有机固体(也称为污水污泥)是污水处理的副产品,在许多国家,通常应用于土地作为肥料通过增加基本要素来提高农业产量和氮、磷等。一些国家(如瑞士)有限制的使用biosolid应用程序基于持久污染物的潜在影响的土地(9,10)。然而,在英国,几乎所有的有机农业用地产生分布(11)。污水处理系统主要是为了去除生化需氧量,悬浮物、氨。在治疗过程中悬浮物的沉降导致有机固体残馀的生成,包括检测药物浓度和金属固体该分区(12)。关于塑料微粒,而据报道,污水处理系统将高达99.8%的塑料微粒从最终废水,这些塑料微粒而不是最终的固体部分导致并入有机固体(13)。数量的塑料微粒自1950年代以来一直在稳步增加有机固体(14),目前的估计表明数以百万计的塑料微粒biosolid粒子每公斤(13,15,16)。已经提出各种来源为这些塑料微粒负载包括合成纺织品的洗涤(17)、个人护理产品、工业塑料粒子和道路径流(包括轮胎磨损粒子)(18)

鉴于这些估计,与高水平的有机固体应用于土地于2010年被报道在英国1118159吨(19应用数量),塑料微粒在污泥的土壤将高。到目前为止,不同浓度的报告。虽然一些研究已经发现biosolid增强土壤高塑料微粒浓度,10400每公斤塑料微粒(MP /公斤;20.),其他的发现更低的数字,288 MP /公斤,(21)。更高的浓度,> 2000人力/公斤曾被观察到在土壤没有以前biosolid治疗(22)。理论计算的土壤塑料微粒浓度在关系biosolid应用程序(12,23)。仅在英国,建议2.7×10¹⁵塑料微粒应用于农业土壤每年(13)。然而,很少有实际数据与塑料微粒污染的土壤。到目前为止,只有9.2%的塑料微粒研究土壤和biosolid矩阵特别关注biosolid修正土壤(24)。

能够目标和减轻塑料微粒污染农业土壤,来源必须首先定义和量化。因此本研究的目的是测量和比较塑料微粒污染农业土壤有或没有biosolid修正案中定义的地理区域(河测试,排水,英国南部)。基于观察到的污染,建议项目的措施和进一步的研究重点。

2方法

2.1研究区

研究地点选择在河的下游区测试中,英国汉普郡(图1)。重点是一个集水这个位置由一个定义良好的景观单元,使塑料微粒在一个集成的评估量表(25)。集水区域的特征(例如,山坡和河流的长度,土地使用,和土壤属性)可以用来通知扩散污染的潜力,包括塑料微粒(23)。河流测试指定拟建(特殊科学感兴趣的网站)chalk-bed河(26)。它长139公里,排水面积1269公里²((27,28),从而加剧了南安普顿索伦特河口水。其排水区主要是农村农业土地利用(高29日),包括两个主要土壤类型、安多弗和卡斯滕斯协会(30.)。安多弗系列是白垩土壤往往是浅粉和钙质含量高;卡斯腾斯系列是基于主要的粘土,经常用燧石含量很高。都有较低的碳含量,肥沃的质地,自由排水,通常用于草地和耕地农业(30.)。

2.2样本集合

十耕地字段选择,其中5家历来是处理有机固体和五个,从未收到过有机固体残。网站之间的字段选择最小化环境变异。两次样品都是从每个字段在夏季(2019年8月)和冬季季节(2020年2月)。夏季月平均降雨量的采样时刻在英格兰东南部的51毫米,和122毫米的冬季采样时刻(31日)。

环境因素,包括土地使用和农场管理,入账时尽可能考虑到样本以减少混杂因素的影响在观察和解释。所有选定的字段是用于耕地有相似的农业制度与一个典型的冬季和春季谷类作物轮作和打破作物(通常冬季小麦、大麦或油菜)。培养各领域是由使用最低的耕作方法,这意味着土壤只在顶层旋转(通常小于10厘米)。在治疗领域,有机固体残都来自同一个供应商,应用一旦过去六个月内使用喷涂方法。没有用于任何重大plasticulture农场(即塑料覆盖或塑料薄膜的使用和隧道覆盖)。

在字段(预期的可能变化32每个字段),四个复制采集标本,每采样一次,增加塑料微粒测量的精度。采集标本用不锈钢锅去心器(3厘米直径,10厘米高度)。每个字段分成四个季度,扣除4 m缓冲区边缘排除外部的影响(33),每个季度的复合试样拍摄。每个复合试样由25芯被随机分按照污泥土壤测试(用在农业)条例(34),彻底和均质混合在一个不锈钢桶用金属镘刀。大约300毫升的子样品然后删除存储在一个玻璃罐用金属盖子。样品随后被存储在黑暗环境温度。

2.3网站描述

环境因素,如土壤和景观特征,不能从外部控制测量和占在分析和解释。土壤和现场特点,包括有机质含量和土壤粒度分布,和网站的特点,包括道路、斜率和距离测量。对于每个领域,进一步复合试样被这些测量。为每个采样时刻(n = 20)相同比例的最初的四个复制相结合进行分析。土壤有机质含量测定用强热失量(减量)在550°C。筛选土壤粒度分布测定的粗分数高于1毫米,和莫尔文Mastersizer 3000粒度仪< 1毫米分数。此外,这些样本的特征使用x射线荧光(光谱仪)元素组成。(金属,通常监管的有机锌、铜、镍;34)测定塑料微粒相比,目前不受监管的,使用镭射气XL3t GOLDD +便携式x射线荧光分析仪。

距离道路和斜率的字段确定使用ArcMap 10.8.0.12790(版本)。字段的斜率决定使用SRTM(航天飞机雷达地形测绘任务,USGS)在30米分辨率数字高程数据转换为斜率用斜率(空间分析)工具。场边界内的平均斜率确定每个站点使用区域统计数据(空间分析)工具。距离道路决心使用附近生成表(分析)工具来测量一个字段的最小距离根据领域的边缘主要道路边界和开放道路数据(陆地测量部开放道路,2021年11月)。

2.4样品处理

选择塑料微粒提取方法是基于土壤特性根据雷德福et al。35)。样本在50°C烤箱干7天获得土壤的干重。随着土壤样本包含一个相对较小的比例的有机物质,石油开采被选为密度分离技术去除土壤的无机部分。业者进行均质干土被和重提取(从14.4到35.1 g D.W.)。使被放入250毫升玻璃烧杯,50毫升MiliQ水添加和离开站1小时允许分解土壤中土壤分散和援助总量。10毫升的整除菜籽油被添加到每个样品和混合用不锈钢勺30秒打破任何聚集并确保石油分散在整个样本。残留在勺子用额外的水冲洗回样品。每个烧杯然后填满水,留下一个1厘米的差距的烧杯,铝箔覆盖着,离开了一夜的无机粒子来解决。顶层油,含有有机物和塑料微粒分离,注入一个较小的150毫升玻璃烧杯,覆盖着一层铝箔,备用。执行第二轮油萃取提取效率最大化通过添加另一个10毫升的菜籽油和混合再用不锈钢勺,持续30秒。 Beakers were then filled up with water and left overnight as before. Again, the top layer of oil was poured into the same 150 mL beaker as previously to combine the two rounds of oil extraction. The entire contents of the 150 mL beaker were filtered using a vacuum pump over a 25 µm stainless steel filter to remove the oil fraction. The filter was placed into a 100 mL glass beaker and the filtering apparatus was rinsed with MiliQ water to collect any residues on the glassware.

在一个通风橱,30毫升的过氧化氢(30% v / v)被添加到样本,在铝箔覆盖和放置在一个摇晃孵化器50°C, 100 rpm过夜。相同的25µm不锈钢过滤器然后使用水冲洗掉到烧杯,用于过滤烧杯的内容再次使用真空泵删除所有剩余的过氧化氢。这次,滤波器的残留物被冲洗,使用最少的水,回烧杯和过滤丢弃。每个样本然后充值30毫升Decon90,选择删除任何剩余的石油残留会阻碍后识别方法(36)。48小时后,用真空泵Decon90被过滤掉了25µm不锈钢过滤和冲洗水,直到没有泡沫的形成。残留物被分离出来的大小使用1毫米不锈钢网和冲洗与乙醇(50% v / v)为存储20毫升玻璃小瓶,一个包含> 1毫米粒子和一个与< 1毫米。只有小塑料微粒(< 1毫米)进行了分析,并将以下被称为塑料微粒。

2.5聚合物识别

聚合物被确定使用自动化μFourier-transform红外光谱(FTIR)(400年PerkinElmer焦点)。使处理的土壤被送往过滤器的质量控制,确保重载没有降低频谱质量。过滤领域限制使用硅胶垫圈(8毫米直径),放在一个银在真空过滤机过滤设置。< 1毫米为每个样本瓶好混合的上下移液瓶使用10毫升玻璃吸管,吸量子样品之前到银过滤器(3μm孔隙大小、Sterlitech华盛顿美国)。子样品的数量确定视觉基于残余颗粒出现在最初的样本的数量和随后的粒子滤波器。这是由重量化前后的瓶来确定子样品的重量(因此体积)/ (13)。

过滤器是在室温下干燥的玻璃培养皿扫描前至少24小时。面积8.5 x 8.5毫米是扫描每个样本过滤面积。过滤器与2×8扫描线性阵列在反射模式2扫描每像素的像素的分辨率25μm和光谱分辨率8厘米⁻¹在4000 - 700厘米⁻¹。背景光谱收集在一个银色的清洁空间滤波器使用相同的设置每个分析之前每像素90扫描。

谱图进行了处理和分析使用简单的软件(37;可以在www.siMPle-plastics.eu)。管道使用原始Aalborg大学,第一次使用衍生品,一个像素的最小粒子大小(25µm)。粒子被确定使用简单的自动红外数据库(版本1.0.1)和按大小分类和质量(作为估计基于粒子体积,聚合物密度,和一个假定的椭球体三维形状)。结果报道在每公斤塑料微粒(MP /公斤)。

2.6质量控制

在整个实验中采取了严格的质量控制措施。在该领域,只有金属和木制取样设备,尽可能和服装仅限于天然纤维在样本收集、加工、处理和分析。在实验室、拔牙进行了在一个ISO-5清洁实验室和层流内阁(Felcon),在non-shreddable Tyvex套装(杜邦、IsoClean)穿,除了消解时是在一个单独的实验室进行实验室通风柜穿棉外套,健康和安全的目的。所有加工设备是玻璃或金属。(即金属设备。,stainless steel spoons and aluminum foil) was furnaced at 500°C for 9 hours and all glassware was acid washed and rinsed thoroughly with Mili-Q water prior to use. All reagents were filtered prior to use over a GF/C glass-fiber filters (1.2 μm, Whatman GF-C) and all water used was Milli-Q. PTFE wash bottles were used to dispense Milli-Q and ethanol where required. All stainless steel and GF/C filters were furnaced at 500°C for 9 hours prior to use to remove any particulate contaminants. Sample analysis using FTIR was conducted in a separate laboratory where cotton lab coats were worn. The FTIR microscope was encased with a Spotlight atmospheric enclosure made of Plexiglas to limit atmospheric contamination. Ten procedural blanks were conducted alongside the samples using the same methods for extraction identification methods. These were used to correct all data for procedural contamination using limit of detection (LOD) values. The LOD value for each was calculated as 3.3 times the standard deviation and accounted for based on individual polymers (13)。

此外,飙升样本处理的积极控制来确定采收率塑料微粒提取方法。股票的解决方案是使用已知的四种类型的塑料微粒浓度创建片段:宠物(66像素/ mL,尺寸:34 - 149μm), PE (8 MP /毫升,大小:30 - 96μm), PP(711人力/毫升,大小:66 - 140μm), PVC(73人力/毫升,大小:99 - 333μm),分散在MiliQ水。六个复制的一个土样被掺入了这股票的解决方案和处理的土壤提取和识别方法。那时回收率计算每种塑料微粒的浓度的比例添加到样本。

2.7统计分析

所有统计分析进行了R工作室(1.4.1106)。塑料微粒计数和大规模数据空白纠正使用LOD值按霍顿et al。(13),即只有数据大于空白样本的平均+ 3.3 SD报道。在需要时,数据检查正常使用夏皮罗Wilk测试。混合模型被用来分析不同的塑料微粒计数,重量和平均尺寸在biosolid治疗和季节。数据被转换为整数和GLMM(广义线性混合模型)是安装在一个泊松分布和日志链接。字段复制被嵌套在每个采样字段作为随机效应占重复测量相同的字段。所有的模型包括biosolid应用程序之间的双向互动和季节,和图基事后测试是用来确定不同治疗方法的差异。数据被转换时需要确保模型适合大规模数据立方,平均大小广场扎根。残余分布被检查来评估模型。

对个人聚合物,数据转换为二进制(聚合物类型的存在与否)和GLMM是配备了一个二进制发行版。再次,字段复制被嵌套在字段ID作为一个随机biosolid之间的双向互动和季节上的应用。香农多样性指数计算每个字段在每个采样时刻,确定聚合物的多样性(38)。平均在每个字段和四个复制是不同,不同的治疗方法和采样情况下计算利用克鲁斯卡尔沃利斯测试不符合要求的数据参数评估。此外,应用主成分分析,以确定哪些聚合物最佳占治疗之间的变化和季节。

Co-variates入账单独排除土壤特性的影响,包括粒度分布(%粘土颗粒),有机物和金属含量进行了分析使用双向方差分析(方差分析)或克鲁斯卡尔-沃利斯排名和测试,根据数据分布,以确定不同季节和治疗。距离道路和边坡的现场使用曼Whitney-U检验和t检验进行了分析,分别确定biosolid治疗组之间的差异。因素之间没有显著的治疗被排除在模型来提高模型精度。

3的结果

3.1质量控制

有最小的污染在空白的意思是每样2.5塑料微粒。五种聚合物类型被发现在的空白样品的丙烯酸酯、聚氨酯和清漆(APV),纤维素,Ethylene-Vinyl-Acetate (EVA),聚酯和聚丙烯。聚酯是最普遍的意思是每样1.5塑料微粒而纤维素中只有一个空白样品。LOD (3.3 x空白样品的SD)单个聚合物因此范围从1到10.11每样品意味着塑料微粒,塑料微粒被探测到,数量在一个样品瓶需要超过这些价值观对个人聚合物。塑料微粒的平均回收率上升的四种类型塑料微粒是42%。

3.2共

协变量测量所示表1。没有差别的数量之间的土壤有机质biosolid治疗或季节(F (16) = 0.47, p = 0.505),有机质含量最低为3.6%,最高为8.9%。粒度分布(%粘土颗粒,< 0.4µm)没有不同季节或biosolid治疗(W = 74, p = 0.075;W = 54, p = 0.796,曼Whitney-U测试)和范围从1.07到4.99%。此外,土壤中金属含量没有差异biosolid治疗或季节(锌:季节W = 56.5, p = 0.646, biosolid治疗W = 29.5, p = 0.126;铜:季节W = 66.5, p = 0.197, biosolid治疗W = 57.0, p = 0.600)和镍低于LOD所有样本。锌浓度范围从60到170 ppm所有样本而铜范围从0到40 ppm。道路采样站点的平均距离是33.78米,没有区别biosolid治疗(p = 0.548 W = 16日,曼Whitney-U测试)。采样领域的平均斜率为2.48°和跨组没有差异(t (7.83) = -0.0837, p - 0.935, t检验)。

3.3塑料微粒数量

塑料微粒被发现在所有10个字段至少一次采样。只有两个实例中没有发现塑料领域,夏季取样一次。最多数量的塑料微粒被发现在一个biosolid治疗领域平均1486 /公斤(±1064 SE)议员在两次取样。而另一个biosolid治疗领域的塑料微粒数量最低的两次采样平均202 (±87 SE)议员/公斤(图2)。

没有不同的塑料微粒总数892年biosolid处理和未经处理的土壤与手段(±289 SE)和679年(±165 SE)议员/公斤,分别(χ2 (1)= 0.68,p = 0.411)。相同的塑料微粒的平均尺寸是正确的,这是605.1 (±423 SE)µm在未经处理的土壤和291.2 (±92 SE)µm处理土壤(χ2 (1)= 0.597,p = 0.441),和塑料微粒的质量意味着206846 (±204162 SE)和86612 (±854814 SE)µg /公斤,分别在治疗和未经处理的土壤(χ2 (1)= 0.013,p = 0.971)。

显著差异很明显,在夏季和冬季之间的塑料微粒数量和特征。有更多的塑料微粒总体样本在973年夏天的意思(±302 SE)议员/公斤而冬天意味着579 (±134 SE)议员/公斤(χ2 (1)= 2232.04,p < 0.001)。土壤处理有机固体残跟随这个趋势,有更显著的塑料微粒在夏天(1391±557 SE议员/公斤)比冬天(394 /公斤(±79 SE)议员;图基测试:z = -98.88, p < 0.001)。然而,土壤没有biosolid治疗冬天比夏天更塑料(图基测试:z = 29.87, p < 0.001)和803 (±251 SE)和556 (±216 SE)议员/公斤,分别。此外,塑料微粒的大小明显在冬天更大的整体的平均是482.4 (±297.5 SE)µm相比,夏季的平均大小为338.7 (±126.2 SE)µm(χ2 (1)= 441.32,p < 0.001)。然而,专门处理土壤中意味着冬天意味着塑料微粒尺寸小,平均为179.1 (±58.9 SE)µm,夏天相比平均值为481.7 (±220.1 SE)µm(图基测试:z = 4.24, p < 0.001;图3)。

总的来说,有一个高质量的塑料微粒在夏季比冬季采样时刻(χ2 (1)= 3.95,p = 0.045)。这种总体差异是由更高质量的塑料在夏季月平均的处理土壤412130 (±408265 SE)µg /公斤比未经处理的意思是230年(±112 SE)µg /公斤(图基测试:z = - 2.98, p 0.011)。当考虑分开处理和未经处理的土壤有更高质量的塑料微粒在夏天治疗土壤(图基测试:z = -10.51, p < 0.001)。然而,符合在塑料微粒数量的差异,有更多的塑料,在未经处理的土壤质量,冬季比夏季(图基测试:z = 10.48, p < 0.001)

3.4塑料微粒组成

十个不同的聚合物类型被确定在样本(图4)。最常见的聚合物是聚丙烯和伊娃。聚丙烯被发现在24总数的80个样本的平均122 (±29 SE)议员/公斤,而伊娃只是发现在20个样本,但在更高浓度的均值396 (±150 SE)议员/公斤。九biosolid聚合物类型被发现的土壤,而只有7中发现了未经处理的土壤。聚乙烯、氯化聚乙烯和聚苯乙烯是最不常见的聚合物,只出现在biosolid土壤。聚酯只是未经处理的土壤中。除了聚丙烯和纤维素,没有明显差异在个人聚合物类型在治疗和季节。聚丙烯被发现在冬季更频繁地发生在所有10个抽样地点,而在夏天才发现在四(χ2 (1)= 12.41,p < 0.001)。同样,纤维素被发现在八个字段在冬天夏天只有三个(χ2 (1)= 4.05,p 0.044)。

多样性指数跨站点聚合物非常低(平均0.20±0.04)。样品有不均匀的聚合物分布的相对丰富的个人聚合物和这种多样性没有不同治疗(χ2 (1)= 0.74,p = 0.389, Kruskal沃利斯测试)。然而,聚合物多样性高于冬季平均为0.29(χ2 (1)= 6.90,p = 0.009, Kruskal沃利斯测试)。聚酯、聚乙烯、氯化聚乙烯和聚苯乙烯被排除在PCA分析在所有样本都只发生一次。第一主成分(PC1)解释方差的23.0%。聚丙烯、纤维素、聚酰胺都与这个轴负相关,大部分载荷。主成分2 (PC2)进一步解释17.9%的这些数据的变化,在很大程度上是由APV和PVC。APV负相关这个轴和PVC呈正相关。未经处理的冬季土壤最少的沿轴的变化,表明低数量的PVC和APV。土壤不同治疗方法和季节不能清楚的区分出对方基于聚合物组成。 Of the biosolid treated soils, in the summer PC2 looked to increase with PC1 whereas in the winter this was reversed and PC2 decreased with increasing PC1. However, there was an overall lack of differentiation between the composition of microplastics across treatments and seasons suggesting they cannot be clearly distinguished from each other based on polymer composition.

4讨论

本研究的观察表明,有机固体塑料微粒的并不是唯一来源的农业土壤调查。虽然塑料微粒的平均数量略高于biosolid治疗领域(874人力/公斤),比未经处理的字段(664人力/公斤),没有明显差异中发现塑料微粒的数量在两组之间。尽管如此,总体的塑料微粒浓度相对较高,最多1461人力/公斤,被发现在所有采样领域至少一次。这些结果与观测记录。Biosolid修正土壤在智利有塑料微粒浓度的范围600 - 10400像素/公斤(20.)。相比之下,较低的值被发现在西班牙中部土壤最近处理有机固体塑料微粒浓度从138年到288年议员/公斤,和31 120人力/公斤在控制土壤尚未收到有机固体(21)。其他的研究表明,土壤biosolid应用程序是一个主要推动力塑料微粒浓度(20.biosolid),然而,缺乏区别对待和未经处理的字段表明他们不单独负责塑料微粒污染农业土壤。

毫无疑问,有机固体残富含大量的塑料微粒在多个场合,这已经得到报告。报告不同的塑料微粒浓度有机研究但已报告在数百万(D.W.每公斤)的几项研究的最高价值10380000人力/公斤报道日期(13,15,16)。尽管这些数字很高,整体迹象现在和以前的研究是数字的塑料微粒biosolid-treated之间通常是相似的和未经处理的土壤,虽然在两组间的差异也很大的数据(24)。例如,斯曼et al。(8从三个字段),测试了土壤,表明有一个塑料微粒浓度增加后biosolid申请两个站点而不是第三。这么高的变化表明,还有其他因素导致整个塑料微粒浓度的土壤。

这种缺乏在差异中发现塑料微粒浓度两组之间可能有几种解释。首先,而本研究的主要目的是确定有机固体的影响源,有可能在这些网站其他塑料输入来源。这些其他来源可能输入在不同的尺度上,这意味着字段没有biosolid治疗可能会接触到大量的塑料微粒。额外的一个主要考虑是农业塑料来源。虽然网站用塑料覆盖被避免,塑料薄膜等农业项目(包括青贮饲料包装),网,灌溉管、化肥袋、农药罐(39)和种子聚合物涂料(40)可能的贡献。在这项研究中发现最常见的聚合物类型是聚丙烯和伊娃。聚丙烯是经常发现在有机固体和土壤(13,33,41);然而,它也经常用于农业包装、管道、护板、网、和细绳(39等)和更多的利基使用树守卫中经常发现的领域利润(42)。此外,伊娃是一个共聚物经常用于农业电影和曾被报道在土壤,没有收到biosolid修正案(5)。聚合物之间的多样性缺乏分化治疗也表明有更多比biosolid考虑应用程序。尽管有三种聚合物中只发现biosolid处理土壤(聚乙烯、氯化聚乙烯和聚苯乙烯),这些聚合物只发生一次在所有样本表明他们是罕见的,因此难以样本,占(43)。

这可能被视为另一个来源是大气沉积,这表明占136.5到512.0 MP / m²/天,甚至在农村地区(44)。这种沉积将取决于风向和速度(45),建议负责水平移动的塑料微粒在地理位置,即使biosolid土壤处理的塑料微粒负荷的可能性分布的摘要区域46)。这种沉积可能是影响邻近城市(47)和距离主要道路(48)。所以,鉴于取样所有字段都在靠近道路(< 300)潜力高塑料微粒进入这些土壤通过这样的来源。此外,塑料微粒破碎的模式在目前的研究中,明显的高采样领域内塑料微粒浓度的变化。这是一个潜在的大的塑料碎片(分裂的迹象32)。第二手来源,如更大的塑料垃圾的分解可能贡献(49)。各种聚合物组成和多样性在目前的研究发现在所有网站显示一系列的来源可能导致整个塑料微粒污染。仍然是具有挑战性的决定这些塑料微粒的确切起源,特别是从扩散源,更难以识别(50)。

此外,数据的变化可能是由于个体农场管理。当所有的努力都被在这项研究中提出的影响变量(作物轮作、栽培方法、使用plasticulture),通常是复杂的,farm-specific农业实践。耕作频率和强度、作物类型和化肥的使用(无机和其他有机如动物粪便)可能影响塑料微粒的数量和分布(32)。虽然不认为在这项研究中,biosolid应用程序的速度和频率也可能产生影响。土壤与历史性biosolid治疗,而不是最近的一次性的应用程序中,可能有较高的塑料微粒浓度由于累积输入(20.,21)。有机固体残馀的类型和相关方法的应用也可能影响整个塑料微粒分布(51)。例如,这里的土壤取样,喷洒的污泥饼是实现通常把有机固体的非均匀分布,因此所包含的塑料微粒(见补充信息,图S3)。这也许可以解释样本内的塑料微粒浓度的分布和组成字段。

此外,在土壤耕作和耕作活动可能会影响塑料微粒行为通过进一步破碎塑料并将其纳入土壤(22)。在现代英国的农业实践中是很常见的,所有农场采样使用最低的耕作方法,只有顶层(< 10厘米)的土壤翻了。这种方法有可能减少塑料微粒的保留在土壤中,特别是在深度,渗透水减少(52),这意味着更大的潜在的塑料微粒冲洗掉通过地表径流。

从这样的农业土壤材料系统的输出可能会影响塑料微粒发现的数量。众所周知,这些塑料微粒被大量应用于有机土壤,但这不是反映土壤中塑料微粒的浓度,这表明这些塑料微粒应用并不住在那里。样本是一个快照时间和输出由于侵蚀,径流和风力运输时应考虑考虑整体塑料微粒的浓度,这可能不是无限期保留。这是由塑料微粒数量之间的差异表示夏季和冬季样本。在夏天采样一次,总降雨量是51毫米,和平均967人力/公斤被发现在所有网站,而在冬天月,降雨要高得多(122毫米)和平均在571人力/公斤塑料微粒浓度较低。降雨和合成地表径流可能导致塑料微粒从土壤中删除(53)。以前的研究已经显示了相似的模式降低塑料微粒的浓度,与来自土壤,30 - 45%的损失后暴雨事件(8)。此外,产生的侵蚀农业土地是季节性的,在冬季增加侵蚀普遍(54)。这将取决于土壤类型更密集的土壤更容易流失,因此可能保留较少的塑料(8)。意味着塑料微粒大小发现这里在冬天大表明小塑料微粒可能更容易运输的土壤受到更高的降雨。这个运输也依赖于作物覆盖,随着裸露的土壤变得饱和快速生成径流增加。鉴于作物覆盖通常是低在冬季夏季作物收获后,这也可能是影响塑料微粒从这些土壤的输出。然而,在未经处理的土壤有更多的塑料微粒在冬天和更高,尽管仍然相对较低,聚合物的多样性。这凸显了这些系统的复杂性和显示外部因素的影响,例如不同类型的植被可能以不同的方式影响塑料微粒浓度和分布(55)。此外,输入的塑料微粒大气沉积时期已被证明增加高降水粒子由于扫成水滴(56)。这个过程可能特别明显的光密度聚合物如聚丙烯、发现冬天更频繁,更容易运输的风。此外,一些报告表明地表径流导致一小部分动员塑料微粒(21),因此这可能取决于聚合物类型、大小和形态的塑料,需要进一步调查。生物的影响也必须被视为已经表明,土壤无脊椎动物如蚯蚓很可能将塑料微粒进入土壤(57)。类似的微生物群的出现提升了塑料微粒在土壤退化,特别是对生物可降解聚合物(58)。

同时采样策略在跨领域,本研究旨在收集代表性样本可能土壤异质性油田规模可能会影响塑料微粒浓度。未来的研究可能会进一步考虑这个与个人领域和土壤特性(例如,斜坡,和接近灌木篱墙,土壤粒径和密度),尤其是在土壤质地和有机碳被证明影响有机污染物的保留和运输59)。重要的是要考虑到土壤是一个复杂的媒介发展的塑料微粒提取方法目前正在进展(35)。鉴于飙升的复苏通常是低(42%),这里的值报告可能低估了——符合塑料微粒提取方法一般,估计被低估了14%在所有环境媒体(60)。另外,虽然使用μFTIR允许快速检测的小塑料微粒,孔径的大小是有限的(10 - 20μm) (61年),因此可能低估纤维通常有一个直径低于这一限制。

我们现在知道,有塑料微粒在农业土壤在显著水平,但减少或阻止这些塑料的输入我们必须首先阐明他们的来源。此外,重要的是要理解进一步塑料微粒在土壤的行为,和他们的命运一旦运出农业系统;农田可能作为一个水槽和塑料微粒进入环境的途径。特别是,这可能对周边水体可能收到出口塑料微粒。在当地的背景下,农业地区的河流河口下游测试已经被证明有大量的塑料微粒存在于水(28农业土壤可能贡献)。未来的研究应该关注如何塑料微粒穿过地面系统,理想的情况是在流域层面(25)。同时,我们需要知道影响这些塑料微粒在土壤,包括对土壤动物的影响,粮食安全和粮食产量(62年)。

5的结论

了解塑料微粒污染土壤的来源必须为未来的缓解策略是有效的。总的来说,这项研究表明,有机固体残,而可能是一个贡献者,并不是唯一的塑料微粒来源在农业土壤。变化结果看到亮点的复杂性决定塑料微粒浓度在异构的农业土壤和考虑到多种类型的塑料微粒在这里找到表明多个源的可能贡献。此外,塑料微粒浓度季节之间的差异表明,农业土壤环境的动态特性可能导致土壤被一个向量塑料微粒进入更广泛的环境中,因此需要进一步的研究来确定源和汇动力学。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

作者的贡献

FR导致概念化、方法形式分析,调查,写作。啊,MH, PS和信息战导致了概念化,评论,编辑和监督。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项工作是由工程和物理科学研究委员会资助的博士训练中心可持续基础设施系统(管理新兴污染物废水系统,格兰特EP / L01582X / 1)数量,和南部的水。

确认

作者要感谢哈罗德Makant自然英格兰的协助澄清研究地点与土壤采样和土地所有者合作在整个研究。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

作者声明,这项研究获得资金从南水。资助者没有参与研究设计、收集、分析、解释数据,本文的写作,或决定提交出版。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fsoil.2022.941837/full补充材料

引用