不同類別糞便堆肥中微塑料賦存特征及區域差異

楊 杰,涂 晨,李瑞杰,3,馮裕棟,李連禎,駱永明①

1.中國科學院土壤環境與污染修復重點實驗室(南京土壤研究所),江蘇 南京 210008;2.中國科學院大學,北京 100049;3.中國科學院西北生態環境資源研究院,甘肅 蘭州 730000;4.青島大學環境科學與工程學院,山東 青島 266071〕

微塑料(<5 mm)是一種新興的環境污染物。陸地生態系統作為微塑料的重要來源地和聚集地,已逐漸受到關注[1]。長期存在于土壤中的微塑料會發生多種環境化學過程,吸附各類污染物和致病微生物、發生老化降解并進一步在土壤中遷移,最終可能通過呼吸和攝食等途徑進入人體而帶來潛在的健康風險[2]。目前,有機肥施用造成微塑料在土壤中積累的研究[3]還較少。

畜禽糞便經過長時間的自然發酵配合高溫烘干研磨,加入相應的藥劑即可制成糞便堆肥。這類有機肥料施入農田土壤中可以改善土壤質量,提高作物產量[4]。研究發現,在畜禽甚至是人的糞便中都有微塑料的存在[5-8]。然而,畜禽糞便堆肥中的微塑料污染問題仍然被公眾忽視。目前,大多數國家并未禁止在有機肥料中添加塑料,如澳大利亞的有機肥標準允許堆肥中含有0.05%(質量分數,以干重計)輕塑料和0.5%(質量分數,以干重計)硬塑料[9];德國允許在有機肥中含有質量分數為0.1%的塑料[10]。而早期對有機肥中塑料的調查研究主要關注粒徑大于1 mm的(微)塑料碎片[10-12],糞便堆肥中微塑料,特別是粒徑<1 mm 的微塑料的污染情況鮮有報道。ZHANG等[13]調查了中國22個省份102個有機肥樣品中的微塑料(0.1～5 mm)污染情況,研究發現微塑料豐度在0～2 550個·kg-1之間;但該研究調查的有機肥大多為以糞便為主的復合有機肥,其中純糞便堆肥僅占18.6%。筆者前期研究發現,在多年的豬糞樣品中檢測出微塑料,且長期施用豬糞的農田土壤中存在微塑料積累情況[6]。施用糞便有機肥不可避免地將造成土壤中微塑料污染問題。當前對不同地區和類別的商品化糞便堆肥中微塑料的污染情況尚不清楚。

該研究在前期工作的基礎上,選取中國不同地區和類別的糞便堆肥,包括雞糞(ChM)、牛糞(CM)、羊糞(GM)和豬糞(PM)。分析不同類別糞便堆肥中微塑料的分布和豐度特征以及糞便堆肥的區域差異,并估算施用糞便堆肥對土壤中微塑料的貢獻,以期為進一步評估糞便堆肥對農田土壤中微塑料的貢獻提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品收集

共收集12種畜禽糞便堆肥,糞便種類包括ChM、CM、GM和PM,分別來自廣東(GD,廣州)、河南(HN,商丘)、河北(HB,石家莊)和山東(SD,棗莊和臨沂)4個省份(表1)?！?br>