摘要：污水处理厂产生的污泥被广泛用于农业生产，被认为是土壤中微塑料(MPs)的主要来源。然而，人们对污泥基肥料中的MPs及其在农业中应用时在土壤中的作用知之甚少。采用立体成像和微傅里叶变换红外光谱(μ-FTIR)方法，对脱水污泥、污泥堆肥、污泥基肥料改良土壤和蚯蚓中MPs的丰度、聚合物大小、类型和形态进行了综合研究。结果表明，土壤中MPs的含量与污泥基肥料的施用量密切相关。土壤中MPs的总丰度分别为.9和87.6项/kg，显著高于未施用堆肥(C场，5.0个项目/kg)的土壤。A地和B地的蚯蚓中均有少量的MPS，分别为1.8和0.4项/个，而C地未检测到MP。我们推测，污泥堆肥可能是MPs进入土壤的载体，然后进入土壤生物群，进而影响MPs在环境中的传

1.研究目标

(1)研究脱水污泥、污水污泥堆肥、肥料改良土壤和蚯蚓中MPs的数量、聚合物大小、类型和形态；

(2)探索施用污泥基肥料对土壤剖面和蚯蚓中MPs的命运和扩散的影响；

(3)提供证据，证实污泥基肥料作为进入陆地环境的途径的重要性。

2.材料和方法

采样点描述

选取了位于桂林市的三个污水处理厂(W1、W2和W3)。这些污水处理厂产生的污泥经过脱水后送去堆肥。

样品收集

从每个污水处理厂的玻璃瓶收集三个脱水污泥样本(每个样本2-3kg)。对污水污泥堆肥(包括原料堆肥、半成品和成品)也进行三次取样(每个样本2-3kg)。每一场分别设置5个采样点，每个采样点分别在浅层(0-5cm)、中层(5-15cm)和深层(15-25cm)采集3个土壤样品。除去可见杂质后，在每个采样点采集约1kg土壤。各站点在土壤采样过程中采集蚯蚓。

不同样品中MPs的提取

脱水污泥和土壤样品中的MPs通过密度分离方法进行分离和提取。

提取的MPs的鉴定和表征

用装有照相机的垂直立体镜光学显微镜检测捕获MPs的滤光片。使用软件测量尺寸。用微型傅里叶变换红外(μ-FTIR)光谱仪和MCT检测器对MPs的聚合物类型进行鉴定。用OMNIC软件将表征结果与内置库中的参考光谱进行比较。

3.结果与讨论

3.1污水处理厂的脱水污泥样本中存在MPs

图1所示，从W1、W2和W3收集的脱水污泥中MPs的丰度分别为±、±和±66个/kg。

根据脱水污泥中MPs的粒径分布(图2a)，大粒径(0.2mm)占整个MP组分的比例最大(80%)。由于重力作用，大型MPs容易沉降，比小型MPs更容易被困在污泥中。此外，本研究中采用的方法无法有效提取和识别小于0.1mm的MPs，从而导致低估脱水污泥中的小分子MPs。这些结果表明，污泥可能是污水处理厂中大型MPs的重要贮水池。

随机选取个MP样品进行红外光谱分析，确定其为聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)共混物，PP和PE共混物分别占比52.6%、27.2%和20.2%(图2c)。PP/PE共混物是脱水污泥中最丰富的微塑料聚合物类型，来源包括纺织产等。PE是使用最多的塑料类型，PP广泛存在于工业生产和日常生活。这些聚合物类型在污水污泥中普遍存在，表明在环境中广泛存在。

3.2污泥堆肥中MPs的鉴定

图1展示了原堆成品及半成品中MPs的丰度及含量，半成品中MPs含量显著高于原堆肥和成品。成品中MPs丰度的明显下降可能是由于大型MPs的分解和分解成小型碎片。因此，堆肥产品的应用可能是进入环境的MPs的一个重要输入。

在所有的污泥堆肥样品(图3a)中，薄片的MP形态所占比例最大。好氧堆肥过程中相对较高的温度(约70℃)也会导致典型的纤维素基塑料的降解和破碎。纤维是MPs的另一种形态，但与薄片相比，纤维的比例要低得多，在原料堆肥、半成品和成品中分别仅占5.7%、5.6%和9.2%(图3a)。

随机选取个样品通过μ-FTIR鉴定出PP、PP/PE、PE对苯二甲酸酯(PET)、PE、聚丁烯(PB)、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)等6种MP聚合物类型，其比例分别为59.0%、16.2%、9.4%、7.7%、5.1%、2.6%(图3b)。与脱水污泥样品相似，PP和PP/PE是污泥堆肥中最丰富的两种MPs类型。结果表明，在好氧堆肥过程中，污泥样品中的MPs在一定程度上仍保留在污泥基堆肥中，可能是MPs进入土壤和水生态系统的一种潜在途径，应引起重视。

3.3污泥堆肥改良土壤中MPs的存在和分布

MPs对土壤的污染可能是通过污泥基堆肥的进入路径发生。图1中A地的MPs总浓度显著高于B、C地，与种植的污泥堆肥产品的用量有关。在使用污水污泥(每年约23吨/公顷)、污水灌溉和塑料大棚的集约化农业中，土壤中MPs含量更高。结果表明，施用污泥堆肥产品可以明显增加土壤中MPs的丰度，其他废水灌溉和塑料覆盖等来源也导致MPs进入农业土壤。

图4展示了从土壤剖面观察A田浅层、中层和深层土壤中MPs丰度。中层土壤中MPs的浓度显著高于浅层和深层土壤，占总MPs含量的60.5%。B区土壤中也观察到类似的MP分布趋势和模式但MPs丰度低于A区。与A、B区相比，C区土壤剖面中的MPs丰度低1或2个数量级，深层土壤中未发现MPs。持续施用表层土壤中含有MPs的污泥堆肥产品，不仅会导致其积累，还会促进其向深层土壤的迁移。

图5说明，在A、B所有土层中，尺寸为0.5-5mm的MPs百分比高于0.2-0.5mm尺寸的MPs，而在A、B两田之间的相同土层中百分比非常接近。相比之下，C场浅层和中层土壤中MPs的粒径分布具有可比性。因为C区的MPs丰度远低于A区和B区（图1和图4）。这种明显的区别可能是因为将污泥堆肥用作有机肥料，证实了污泥堆肥作为MPs进入土壤的入口点的作用。

3.4从经过堆肥处理的土壤中收集的蚯蚓中存在MPs

随着MPs进入土壤生态系统，它们似乎很容易被土壤动物(如蚯蚓)吸收和消化，增强MPs在土壤剖面中的向下运输，进而可能对蚯蚓产生毒性。A田中蚯蚓的MPs丰显著高于B田，而C收集到的蚯蚓中未发现MP，表明MPs在土壤中的积累可能会增加蚯蚓对MP的吸收。粒径在0.5~5mm范围内的占比最高(78.4%)，小于0.2mm的MPs贡献最小(图6a)。MPs的主要聚合物类型为PE、PP/PE、PP、PET、EVA、PAN、PB(图6c)。

3.5环境问题

与基于水的MPs来源(即海洋和淡水)相比，很少有研究对陆地生态系统中MPs的陆源来源进行调查。污泥堆肥产品在农业中的应用可能是MPs在环境中的重要入口，进而影响土壤生态系统。

参考文献：ZhangL,XieY,LiuJ,etal.AnOverlookedEntryPathwayofMicroplasticsintoAgriculturalSoilsfromApplicationofSludge-BasedFertilizers[J].EnvironmentalScienceandTechnology,.

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撰文

上官于艺

排版

李清尧

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