新疆棉田微塑料污染現(xiàn)狀、影響及治理技術(shù)

師勇強(qiáng)，王瓊，董棟，李威，郭笑盈，張若宇，馬雄風(fēng)*

（1.棉花生物育種與綜合利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭州大學(xué)基地/ 鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，鄭州450000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物育種與綜合利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/棉花生物育種及產(chǎn)業(yè)技術(shù)國(guó)家工程研究中心，河南 安陽(yáng)455000；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆 昌吉831100；4.融通農(nóng)業(yè)發(fā)展（麥蓋提）有限責(zé)任公司，新疆 喀什844600；5.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832061）

20 世紀(jì)70 年代， 中國(guó)引入地膜覆蓋栽培技術(shù)，通過(guò)改善土壤水分和溫度條件，增強(qiáng)微生物活性，進(jìn)而增加土壤肥力，并有效地抑制了雜草和病蟲(chóng)害，使得作物產(chǎn)量顯著提高[1-2]。地膜引進(jìn)后，由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，目前中國(guó)的地膜使用量高居全球之首。 截至2019 年，中國(guó)農(nóng)作物地膜覆蓋面積達(dá)2 000 萬(wàn)hm2以上， 地膜年使用量超過(guò)150萬(wàn)t，占全球年地膜使用總量的90%左右[3-4]。 新疆作為中國(guó)的棉花主產(chǎn)區(qū)，2021 年植棉面積達(dá)250.61 萬(wàn)hm2， 占全國(guó)棉花種植面積 （302.81 萬(wàn)hm2）的82.76%[5-7]。早在20 世紀(jì)80 年代，新疆便開(kāi)始將使用農(nóng)膜覆蓋作為棉花增產(chǎn)的手段，隨著農(nóng)膜逐步推廣，其使用量日漸增多，目前新疆的地膜使用量和覆蓋量位居全國(guó)首位[8]。 常用農(nóng)膜主要是化工合成的高分子聚合物， 如聚乙烯（polyethylene,PE）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride, PVC）、聚丙烯（polypropylene,PP）、聚苯乙烯（polystyrene,PS）等，在土壤中約需200～400 年才能降解[9-12]。由于長(zhǎng)年使用地膜，新疆棉田土壤中累積了大量殘膜[5，13]，殘膜在物理、化學(xué)、生物因素等作用下進(jìn)一步破碎、氧化與分解，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的新型污染物——微塑料[14]，污染持續(xù)加劇。

微塑料主要是指在環(huán)境中粒徑小于5 mm 的微小塑料顆粒[15-16]。近年來(lái)，陸地系統(tǒng)中農(nóng)業(yè)土壤的微塑料污染逐漸受到關(guān)注。 研究表明，中國(guó)不同地域、不同種類(lèi)作物農(nóng)田的微塑料豐度、尺寸、形態(tài)、優(yōu)勢(shì)種類(lèi)存在較大差異， 其中PE 和PP 是主要成分[17-20]。微塑料存在于農(nóng)業(yè)土壤中，會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)[21-22]，并對(duì)作物種子萌發(fā)出苗和生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[17，23]。 由于新疆棉田長(zhǎng)期覆膜、回收率低，微塑料在棉田土壤中積累，導(dǎo)致目前新疆棉田環(huán)境微塑料污染嚴(yán)重， 其對(duì)土壤與作物的危害逐漸凸顯，從多尺度威脅土壤- 植物生態(tài)系統(tǒng)的健康[5，24-25]，制約著綠色農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。 基于此背景，對(duì)新疆棉田農(nóng)膜源微塑料污染現(xiàn)狀進(jìn)行論述，總結(jié)分析農(nóng)膜源微塑料污染對(duì)棉田土壤和棉花生長(zhǎng)的影響和危害，歸納目前土壤微塑料的提取分離、檢測(cè)分析和治理技術(shù)，以期為解決全國(guó)農(nóng)膜源微塑料污染問(wèn)題提供參考。

1 新疆棉田微塑料污染現(xiàn)狀

2019 年，新疆地膜使用量達(dá)24.27 萬(wàn)t，已成為全國(guó)地膜使用量、覆蓋量最大的地區(qū)，但地膜回收率不高，殘留污染極為嚴(yán)重[5，13]。 由于地膜的特性和低回收率，土壤中長(zhǎng)期存在的大量殘膜不斷老化和斷裂，導(dǎo)致新疆棉田微塑料增加[26-27]。

1.1 棉田微塑料的形態(tài)、類(lèi)型分布

微塑料以多種種類(lèi)、形態(tài)、顏色和尺寸存在于棉田土壤中。根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，新疆棉田微塑料主要來(lái)源于地膜碎片[28]，主要類(lèi)型為PE 和PP[24-25，28-30]，還有少量的PS 和PVC 等[29]。 棉田中微塑料的形態(tài)有薄膜狀[5，24-25，28]、碎片狀[5，29-30]、纖維狀[5，25，28，30]、顆 粒狀[30]和 發(fā) 泡 類(lèi)[5]等，顏 色 大 多 為 白 色 透 明[5，25，28-29]，黑色[5]、黃色[5]、藍(lán)色[25]、紅色[25]和其他顏色[5]占比較小。棉田微塑料大多粒徑較小。例如：茍燕如[5]和Li等[29]分別對(duì)瑪納斯河植棉區(qū)和新疆其他主要農(nóng)區(qū)（包括植棉區(qū)） 的微塑料分析發(fā)現(xiàn)， 粒徑＜0.5 mm的微塑料占比最大；類(lèi)似地，Li 等[28]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊周邊農(nóng)田（包括棉田）土壤中微塑料的主要尺寸＜1 mm（0.2～＜1.0 mm）。 Hu 等[30]對(duì)新疆阿拉爾市棉田微塑料的分析結(jié)果顯示，碎片和顆粒狀微塑料的平均尺寸分別為1.63 mm 和0.14 mm，纖維狀微塑料的寬度為5～20 μm，長(zhǎng)度可達(dá)0.2 ～2.0 mm。 此外，多項(xiàng)研究表明，微塑料的尺寸與覆膜年限有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著覆膜年限的增加，微塑料的尺寸逐漸減小。例如，Zhang 等[24]的研究結(jié)果表明尺寸為1～5 mm 和0.2～0.5 mm 的微塑料分別在連續(xù)覆膜少于10 年和超過(guò)10 年的棉田土壤中占主導(dǎo)地位。 Liu 等[25]調(diào)查了新疆干旱地區(qū)不同覆膜年份（0、7、17 和32 年）的棉田微塑料，發(fā)現(xiàn)覆膜7、17 和32 年的棉田中微塑料的平均尺寸分別為1.47±0.20 mm、1.28±0.06 mm 和1.08±0.07 mm。 綜上， 新疆棉田微塑料主要源于地膜碎片，主導(dǎo)類(lèi)型為PE 和PP，大多以小尺寸（＜1 mm）的薄膜、碎片、纖維、顆粒的形態(tài)存在，顏色以白色透明的占比最大。 此外，微塑料的尺寸與覆膜年限存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

1.2 棉田微塑料的豐度和地域分布

1.2.1棉田微塑料的豐度。 隨著殘膜破碎分解，土壤中微塑料的豐度逐漸增加。 茍燕如[5]對(duì)新疆瑪納斯河棉田土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 微塑料豐度范圍為1 565.94～3 560.66 個(gè)·kg－1。 Li 等[29]對(duì)新疆主要農(nóng)區(qū)（包括棉區(qū)）微塑料的調(diào)查結(jié)果表明，微塑料豐度范圍為288～1 452 個(gè)·kg－1，平均豐度為899 個(gè)·kg－1。 Meng 等[31]調(diào)查新疆石河子市棉田微塑料豐度發(fā)現(xiàn)，0 ～30 cm 耕層中微塑料數(shù)量范圍為4.61×106～20.16×106個(gè)·hm－2， 質(zhì) 量 范 圍 為43.5～148.0 kg·hm－2；戚瑞敏[32]的調(diào)查結(jié)果顯示，新疆長(zhǎng)期種植農(nóng)區(qū)（包括棉區(qū)）土壤中微塑料的豐度為33 195±7 796 個(gè)·kg－1。 Xu 等[33]調(diào)查新疆覆膜30 年的棉田發(fā)現(xiàn)，深度為0～60 cm 土壤中的微塑料平均豐度為7 851±2.57 個(gè)·kg－1。

1.2.2棉田微塑料的垂直分布。微塑料的垂直分布可能由于作物輪作、浸出、徑流或生物和機(jī)械干擾等出現(xiàn)差異[28]，新疆棉田微塑料主要集中在0～30 cm 耕層，例如Li 等[28]對(duì)烏魯木齊周邊農(nóng)田（包括棉田） 微塑料的調(diào)查結(jié)果顯示，0～＜10 cm（1 822±1 345 個(gè)·kg－1）、10～＜20 cm （1 566±1 139 個(gè)·kg－1）和20～30 cm（1 309±1 028 個(gè)·kg－1）土層中的微塑料豐度沒(méi)有顯著差異，表明微塑料可能受到耕作擾動(dòng)而遷移到更深的土層。同樣地，Hu等[30]對(duì)新疆阿拉爾市棉田微塑料的分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期覆蓋棉田的微塑料主要集中在0～30 cm 土層，平均豐度為1 615.0±5.2 個(gè)·kg－1。 Zhang 等[24]對(duì)新疆棉田各土層的微塑料調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 覆膜不到5 年的0～＜25、25～＜35 和35～60 cm 土層中微塑料的平均豐度分別為586、557 和471 個(gè)·kg－1，覆膜5～10 年的分別為1 767、1 433 和1 252 個(gè)·kg－1，覆膜10～20 年的分別為8 583、6 667 和2 187 個(gè)·kg－1，覆膜超過(guò)20 年的分別為12 500、10 500 和6 125個(gè)·kg－1。 該結(jié)果表明，棉田中的微塑料含量隨著土層的加深而顯著減少，主要是由于耕作深度集中在較淺的土層（0～＜25 cm），這與上述Li 等[28]和Hu等[30]的結(jié)果基本相同。

1.2.3覆膜年限與微塑料豐度的關(guān)系。除微塑料的垂直分布顯示出差異外，Zhang 等[24]的研究結(jié)果表明隨覆膜年限的增加，微塑料在各耕層中的豐度也逐漸增加。 同樣地，Huang 等[34]通過(guò)調(diào)查新疆石河子市棉田中的微塑料發(fā)現(xiàn)， 隨地膜使用年限的增加，農(nóng)田土壤中微塑料的豐度也呈倍數(shù)增長(zhǎng)，連續(xù)使用地膜15 年、24 年檢測(cè)出的微塑料豐度分別是連續(xù)使用地膜5 年的3.84 倍、13.39 倍。孫霞等[35]發(fā)現(xiàn)北疆典型植棉區(qū)土壤中微塑料豐度范圍為1 565～3 560 個(gè)·kg－1， 微塑料豐度隨著覆膜年限的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，土壤微塑料污染指數(shù)也隨覆膜年限的增加而增加， 微塑料污染等級(jí)已達(dá)重度。以上結(jié)果表明，新疆棉田微塑料的豐度隨著覆膜年限的增加而增加，甚至呈倍數(shù)增長(zhǎng)，微塑料污染指數(shù)也與覆膜年限呈顯著正相關(guān)。

1.2.4棉田微塑料的地域分布。與中國(guó)其他典型農(nóng)業(yè)地區(qū)相比，新疆主要農(nóng)區(qū)土壤中微塑料豐度處于中等水平，而與世界其他地區(qū)相比，則處于較高水平[29]。 胡佳妮[36]的調(diào)查結(jié)果顯示，華北、華中、華東和西北的新疆地區(qū)土壤微塑料豐度普遍較高，而西南地區(qū)總體豐度較低。 據(jù)調(diào)查，北疆區(qū)域0～30 cm耕層中平均殘膜量為233.45 kg·hm－2，而南疆區(qū)域平均殘膜量為219.15 kg·hm－2， 南疆比北疆 低14.30 kg·hm－2[37]，由于殘膜是微塑料的主要來(lái)源，因此推測(cè)北疆的微塑料豐度比南疆大。Li 等[29]對(duì)新疆30 個(gè)農(nóng)田區(qū)微塑料的調(diào)查結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。此外，Li 等[28]的研究也發(fā)現(xiàn)烏魯木齊北部地區(qū)土壤微塑料的豐度高于南部，平均豐度高達(dá)5 358±3 232 個(gè)·kg－1，約為南部（995±549 個(gè)·kg－1）的5倍， 其中北部棉田微塑料豐度最高達(dá)9 520±75 個(gè)·kg－1。

綜上，諸多研究結(jié)果表明，隨著覆膜年限增加，微塑料逐年積累， 已在新疆棉田中達(dá)到較高的豐度，尤其是北疆，微塑料造成的農(nóng)業(yè)環(huán)境危害將逐年加重。

2 微塑料對(duì)棉田環(huán)境的影響和危害

2.1 微塑料對(duì)土壤的影響

由于具有高穩(wěn)定性和難降解性，農(nóng)膜能長(zhǎng)期存在于棉田土壤，破壞土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤的理化性質(zhì)[38]。 此外，農(nóng)膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間耕作、紫外光照射、風(fēng)化、微生物分解等途徑降解形成微塑料，將加劇對(duì)棉田土壤的危害。 由于微塑料比表面積大、疏水性強(qiáng)、具備吸附能力，會(huì)對(duì)土壤孔隙、結(jié)構(gòu)、容重、持水能力等產(chǎn)生影響[39]。 de Souza 等[40]發(fā)現(xiàn)聚酯類(lèi)微塑料可顯著降低土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，進(jìn)而降低土壤微生物多樣性；根據(jù)Wan 等[41]的研究，粒徑為2 mm、5 mm 的PE 可加快水分蒸發(fā)， 降低土壤的持水能力， 且蒸發(fā)率隨微塑料劑量的升高而增加；Liu 等[42]研究發(fā)現(xiàn)微塑料添加水平較高時(shí)，對(duì)土壤可溶性有機(jī)質(zhì)的影響較明顯；Wang 等[43]發(fā)現(xiàn)隨著薄膜碎片的增加， 土壤碳、 氮的生物量顯著下降；Yu 等[44]研究顯示微塑料會(huì)降低土壤營(yíng)養(yǎng)元素（N、P、K）和可溶性有機(jī)碳、有效磷、有機(jī)氮等營(yíng)養(yǎng)成分的含量；Liu 等[45]應(yīng)用13C 標(biāo)記技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）和5%的PE 微塑料處理顯著降低了植物-土壤系統(tǒng)中的凈固定13C， 且1%PE 微塑料降低了土壤氮的有效性（無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮含量）。除改變土壤理化性質(zhì)外，釋放到土壤環(huán)境中的微塑料因含有大量增塑劑、阻燃劑等，還會(huì)降低微生物活性和多樣性[46]。 例如，Xing 等[47]關(guān)于不同覆蓋年限殘膜對(duì)新疆棉田土壤微生物多樣性影響的調(diào)查結(jié)果顯示，當(dāng)覆膜年限增加到25 年時(shí)，農(nóng)膜和微塑料的殘留量增加，減少了土壤細(xì)菌群落的多樣性，降低了變形桿菌和彎曲桿菌的相對(duì)豐度；同樣地，Liu 等[45]發(fā)現(xiàn)5%PE 微塑料處理降低了土壤微生物群落多樣性，改變了微生物群落結(jié)構(gòu)。

綜上，殘留在棉田中的微塑料會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生各種危害，影響其理化性質(zhì)、微生物群落多樣性和水分、養(yǎng)分輸送，降低其保水保肥能力，進(jìn)而對(duì)棉花生長(zhǎng)造成不良影響。

2.2 微塑料對(duì)棉花生長(zhǎng)的危害

由于殘膜碎片影響， 棉花種子萌發(fā)出苗緩慢，出現(xiàn)弱苗、殘苗甚至無(wú)法出苗等現(xiàn)象。 碎片與土壤混雜，致使根系下扎困難，造成棉花根莖彎曲生長(zhǎng)，降低其對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[48]。 殘膜通過(guò)降低出苗質(zhì)量、影響根系正常發(fā)育，從而抑制后期棉花植株的生長(zhǎng)，造成棉花花鈴減少、脫落增加，降低棉花產(chǎn)量水平[49]。 例如，Wen 等[50]關(guān)于棉田殘膜含量對(duì)棉花影響的研究得出，殘留塑料膜抑制棉花根系生長(zhǎng)，減少植物生物量積累，降低籽棉產(chǎn)量，削弱棉田碳匯，且這些指標(biāo)與殘膜含量呈顯著負(fù)相關(guān)。 隨覆膜年限增加，殘膜產(chǎn)生的微塑料在棉田中達(dá)到較高豐度時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)棉花產(chǎn)生危害作用。 根據(jù)張浩等[51]的研究，添加1%高密度聚乙烯（high density polyethylene,HDPE） 微塑料致使棉花枯萎病的發(fā)病率達(dá)到33.3%， 與對(duì)照組相比發(fā)病率提高了33.2%；HDPE 降低了棉花根際土壤細(xì)菌在門(mén)和屬水平上的組成數(shù)量，顯著抑制了棉花生長(zhǎng)，表明HDPE 通過(guò)改變棉花根際細(xì)菌群落、相互作用與功能代謝進(jìn)而抑制棉花生長(zhǎng)，導(dǎo)致枯萎病加重發(fā)生。 He 等[52]研究了粒徑分別為450～600 μm 和＜355 μm 的可生物降解微塑料聚乳酸（polylactic acid,PLA）＋聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 （polybutylene adipate terephthalate,PBAT） 的滲濾液對(duì)于棉花種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)氧化物含量（如丙二醛和過(guò)氧化氫）和酶活性（如過(guò)氧化氫酶）出現(xiàn)波動(dòng)，但波動(dòng)較輕微，表明在萌發(fā)過(guò)程中棉花種子對(duì)微塑料滲濾液產(chǎn)生了輕微的氧化應(yīng)激。 另外，地膜降解過(guò)程中會(huì)釋放增塑劑雙酚A、鄰苯二甲酸酯和重金屬等有毒有害物質(zhì)，直接作用于棉花，或通過(guò)改變土壤理化性質(zhì)、增加有害微生物數(shù)量間接對(duì)棉花造成危害，阻礙其正常的生長(zhǎng)發(fā)育[12]。

目前關(guān)于微塑料對(duì)棉花影響的相關(guān)研究甚少，未來(lái)可從微塑料對(duì)棉花種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、根系發(fā)育、產(chǎn)量等的影響方面開(kāi)展深入研究，并探討微塑料對(duì)棉花的毒害機(jī)理。

3 微塑料分離檢測(cè)與治理技術(shù)

3.1 分離與檢測(cè)技術(shù)

微塑料的分離與檢測(cè)是監(jiān)測(cè)棉田微塑料的必要技術(shù)，為其有效治理提供基礎(chǔ)信息。

3.1.1分離技術(shù)。當(dāng)前微塑料分離技術(shù)主要有篩分法[53-54]、密度浮選分離法、加壓流體萃取法。 篩分法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)土壤樣品進(jìn)行前處理；但該法得到的微塑料純度不高，且回收率較低。 密度浮選分離法是最常用的土壤微塑料分離方法[53，55]，利用微塑料、土壤和水或鹽溶液的密度差實(shí)現(xiàn)分離[18，56]；但該法也存在一些不足，如分離過(guò)程較復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且對(duì)高密度微塑料的回收率不高。 加壓流體萃取法是指在亞臨界溫度和壓力下[56]，將處理后的土壤樣品加入密閉萃取儀中，使其中的有機(jī)溶劑與土壤充分接觸并將土壤中的有機(jī)污染物提取到有機(jī)溶劑中。 該法適用于萃取粒徑在30 μm 以下的微塑料，但可能會(huì)改變微塑料的形態(tài)結(jié)構(gòu)，影響微塑料的檢測(cè)分析。 綜上，已有的微塑料提取分離方法均具有一定弊端，目前還未建立土壤微塑料提取分離的統(tǒng)一方法和標(biāo)準(zhǔn)， 未來(lái)仍需尋求更高效、經(jīng)濟(jì)的微塑料分離方法。

3.1.2檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)前的微塑料檢測(cè)分析主要方法有目視檢測(cè)法、光譜分析法、熱分析方法。

目視檢測(cè)法指通過(guò)肉眼觀察大粒徑微塑料（1～5 mm） 以及借助顯微鏡或掃描電鏡等鑒定小尺寸微塑料（＜1 mm）。 該法可獲得微塑料的表面形貌、結(jié)構(gòu)等特征，但得到的有效信息較少，難以對(duì)微塑料進(jìn)行定性和定量分析；因此，建議將其與其他檢測(cè)分析方法聯(lián)用，以更有效地對(duì)微塑料進(jìn)行檢測(cè)分析。

光譜分析法中的傅里葉變換紅外光譜（Fourier transforminfraredspectrum,FTIR）和拉曼光譜（Raman spectrum）法是最常見(jiàn)的微塑料檢測(cè)方法，能夠?qū)ξ⑺芰系男螒B(tài)特征、類(lèi)型、豐度等進(jìn)行鑒定[57]。FTIR的尺寸分辨率較低， 但其光譜質(zhì)量不受熒光的影響，更適于土壤微塑料的識(shí)別[58]。將FTIR 得到的微塑料光譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比對(duì)，可識(shí)別特定的微塑料。 FTIR 包括衰減全反射模式（attenuated total reflection-FTIR,ATR-FTIR）、漫反射模式和透射模式[59]。 ATR-FTIR 適合厚度不均勻樣品，主要分析500 μm 以上的微塑料； 漫反射模式適于不透明微塑料；透射模式則適合檢測(cè)薄膜狀微塑料[59]。 FTIR分析法也有弊端，例如結(jié)果會(huì)受到微塑料形狀和顏色的影響，且只能分析20 μm 以上的微塑料。 拉曼光譜法將得到的微塑料特征光譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較，可高效準(zhǔn)確地識(shí)別微塑料的成分。 與FTIR 相比，拉曼光譜不受顆粒形狀、大小的影響，但分析時(shí)間較長(zhǎng)，且容易受到熒光的干擾，導(dǎo)致識(shí)別困難[60]。此外，這2 種方法均易受到土壤中有機(jī)質(zhì)含量的干擾，因此在鑒定前須對(duì)樣品進(jìn)行純化前處理[61]。

熱分析方法主要包括3 種： 熱解- 氣相色譜-質(zhì)譜（pyrolysis-gas chromatography-mass spectrum,Py-GC-MS）、 熱重分析- 質(zhì)譜（thermogravimetric analysis-MS,TGA-MS）和熱萃取解吸- 氣相色譜-質(zhì)譜（thermal extraction-desorption-GC-MS, TEDGC-MS）[62]。 Py-GC-MS 是先將微塑料熱解，再通過(guò)GC 分離熱解后的微塑料， 最后利用MS 進(jìn)行鑒定和定量分析[56]。TGA-MS 是通過(guò)不同微塑料的質(zhì)量損失與溫度或時(shí)間的關(guān)系對(duì)微塑料進(jìn)行識(shí)別。TED-GC-MS 則是將TGA 與固相萃取熱解吸相結(jié)合，快速對(duì)微塑料進(jìn)行定性和定量分析[63]。 然而，這3 種方法均需熱解， 可能會(huì)破壞微塑料的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無(wú)法鑒定微塑料的形態(tài)結(jié)構(gòu)等物理特征。

單一的檢測(cè)分析方法往往不能很好地對(duì)微塑料進(jìn)行鑒定，因此目前多采用2 種或多種鑒定方法聯(lián)用，以獲得更多的有效信息。

3.2 治理技術(shù)

3.2.1微塑料的生物降解。雖然棉田中的微塑料能在土壤中長(zhǎng)期存在，但仍能被某些細(xì)菌、真菌、酶、動(dòng)物降解，且由于生物降解的環(huán)境效益高，所以具有較好的發(fā)展前景。微塑料的微生物降解主要分為表面降解、解聚、同化和礦化4 個(gè)階段[64]，發(fā)揮作用的微生物首先在微塑料表面聚集， 進(jìn)行表面降解，改變微塑料的物理化學(xué)性質(zhì)，接下來(lái)分泌酶等物質(zhì)將微塑料解聚成低聚物或單體，再經(jīng)過(guò)同化和礦化作用最終將微塑料轉(zhuǎn)化為CO2、水和其他無(wú)害的產(chǎn)物。 Auta 等[65]用芽孢桿菌和紅球菌降解PP 微塑料40 d 后，能使其質(zhì)量分別減少6.4%和4.0%，并且其表面出現(xiàn)明顯的孔隙和裂紋；Navinchandra 等[66]利用銅綠假單胞菌降解PS-PLA 納米復(fù)合材料，降解率最高可達(dá)10%；Wufuer 等[67]從棉田中分離出的冷孢桿菌（Peribacillus frigoritoleransS2313）能夠有效降解PBAT 膜，在氮源、pH 和接種量的優(yōu)化條件下， 該菌株在8 周內(nèi)對(duì)PBAT 膜的降解率可達(dá)12.45%；此外，Idowu 等[68]的研究顯示，在無(wú)添加劑的情況下，2 種真菌（黃曲霉MCP5 和黃曲霉MMP10）可以使用低密度PE 作為氮和碳源。

近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，一些昆蟲(chóng)能夠吞食降解微塑料，例如黃粉蟲(chóng)、黑粉蟲(chóng)、大麥蟲(chóng)、大蠟螟、彈尾蟲(chóng)和印度谷螟等[69]，這些土壤動(dòng)物是通過(guò)體內(nèi)的微生物降解微塑料。 一些研究也顯示，可以將某些動(dòng)物腸道內(nèi)具有微塑料降解能力的微生物分離出來(lái)，例如從蠟螟腸道內(nèi)分離出了能夠降解HDPE 微塑料的黃曲霉菌[70]，從粉蟲(chóng)的腸道可分離得到降解PS微塑料的微桿菌[71]。

土壤中微生物種類(lèi)繁多， 且存在相互作用，因此可將2 種或多種微生物混合達(dá)到共同降解微塑料的目的。目前的研究也多傾向于利用微生物群落降解微塑料[72]。 綜上，通過(guò)生物降解治理微塑料污染已取得一定進(jìn)展， 但目前發(fā)現(xiàn)的微生物對(duì)微塑料的降解率仍然較低，未來(lái)仍需探索高降解率的生物降解新技術(shù)。

3.2.2微塑料的植物富集和吸收。 連加攀[73]采用激光共聚焦顯微鏡觀察到40 nm 的PS 塑料小球被小麥根部吸收，并向上轉(zhuǎn)移。 類(lèi)似地，李連禎等[74]研究證明，生菜不僅能吸收微塑料，還可將其運(yùn)輸、積累和分布在莖葉之中；Jiang 等[75]通過(guò)激光共聚焦掃描顯微鏡觀察證實(shí)，100 nm PS 納米塑料進(jìn)入蠶豆根部，可能堵塞細(xì)胞連接或細(xì)胞壁孔隙，并破壞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，導(dǎo)致毒性效應(yīng)。不同電荷、不同粒徑的納米塑料對(duì)作物的作用部位不同，例如孫曉東[76]使用共聚焦顯微鏡發(fā)現(xiàn)帶負(fù)電的PS 納米塑料被吸收到成熟區(qū)的木質(zhì)部和中柱附近， 而帶正電的PS納米塑料大多分布在根表面和根毛上，主要原因是帶正電的納米塑料能使植物分泌更多的黏液，以捕獲吸附納米顆粒使其不容易被轉(zhuǎn)移至植物根內(nèi)部，而帶負(fù)電荷的納米顆粒誘導(dǎo)植物分泌黏液的作用不強(qiáng)，更易被植物吸收至內(nèi)部[77]。 Vera 等[78]發(fā)現(xiàn)納米塑料可進(jìn)入煙草細(xì)胞內(nèi)部，粒徑為20 nm 和40 nm的PS 納米塑料會(huì)被植物根部吸收，而較大粒徑（100 nm）的PS 納米塑料未被吸收，說(shuō)明小粒徑的微塑料更易被植物攝取。

根據(jù)先前研究， 環(huán)境中的微塑料尤其是小粒徑、帶負(fù)電的顆?？赡軙?huì)被植物吸收，因此推測(cè)棉田土壤中含有微塑料時(shí)，棉株具有吸收并富集微塑料的可能性。 如果是這樣，那么將吸收微塑料的棉株從土壤中分離，并對(duì)棉稈進(jìn)行資源化利用，可以達(dá)到減少棉田土壤微塑料的目的。例如：在工業(yè)上，采用棉稈造紙、木板、高密度纖維板、隔音板等；在能源方面，將棉稈進(jìn)行熱解，并利用熱解產(chǎn)物生產(chǎn)乙醇和生物發(fā)電等[79]；還可將棉稈壓制成草磚，用于調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，起到保溫節(jié)能的作用[80]。 這一可能性為降低土壤環(huán)境中微塑料的豐度、治理微塑料污染提供了1 種新思路。

4 展望

關(guān)于農(nóng)膜源微塑料的相關(guān)研究，未來(lái)可從以下幾個(gè)方面展開(kāi)探索：（1） 開(kāi)展農(nóng)膜源微塑料在全國(guó)棉花種植區(qū)域的種類(lèi)、粒徑、形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布特征、豐度等的相關(guān)調(diào)查。 （2）探究農(nóng)膜源微塑料對(duì)棉花種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、根系發(fā)育、產(chǎn)量水平等相關(guān)形態(tài)學(xué)指標(biāo)和生理指標(biāo)的影響。 （3）通過(guò)分析農(nóng)膜源微塑料對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)、微生物群落、代謝物、棉花生長(zhǎng)等產(chǎn)生的不良影響，闡明農(nóng)膜源微塑料對(duì)棉花的毒性作用機(jī)理。（4）建立微塑料采集、提取分離、檢測(cè)、鑒定分析的統(tǒng)一方法和標(biāo)準(zhǔn)。 （5）以微生物降解、 植物吸收微塑料的生物處理思路為基礎(chǔ)，探究更加高效、經(jīng)濟(jì)的微塑料污染治理技術(shù)，通過(guò)棉花富集微塑料并進(jìn)一步將已富集或吸收微塑料的棉株進(jìn)行資源化利用，達(dá)到治理微塑料污染的目的。