CN116430007A - 一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法，涉及土壤环境评价技术领域。本发明首先利用五点法采集土壤样品，然后对土壤样品进行除杂后检测其脱氢酶活性并统计土壤中微塑料的丰度。然后将微塑料丰度与脱氢酶活性进行相关性分析，从而评价出土壤环境中微塑料的风险水平。本发明具有快速、准确以及成本低的特点，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土样环境评价技术领域，具体涉及一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法。
背景技术
塑料垃圾在地球环境中不断积累，现已成为全球关注的环境问题。微塑料主要指粒径小于5mm的塑料颗粒，微塑料来源广泛，易随着土壤迁移。微塑料颗粒特点主要集中表现为：尺寸较小，比表面积大；性质相对稳定，可长久存在于环境中，难以降解。
现有微塑料污染水平评估方法主要针对动植物样品，主要包括：利用果蝇的生理学指标，评估微塑料的污染水平；利用植物的生理学指标评估微塑料的污染水平。因此现有微塑料污染评估方法存在研究对象有限，主要为昆虫和植物，尚无针对土壤样品中微塑料的污染风险评价方法。
由于使用地膜等塑料农用辅助工具，农田土壤受到微塑料的严重影响。目前有关存在于农田土壤的微塑料的种类(材质、粒径、形状等)、富集丰度、残留时间以及其对植物、动物及人体的毒性效应尚不明确。因此亟需一种快速、方便的方法来评估微塑料在土壤环境中的风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法，该方法是采用以下技术手段实现的：
一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法，包括以下步骤：
(1)土壤样品采集
利用五点法采集土壤样品；
(2)土壤酶活性分析
将步骤(1)所述土壤样品去除杂质，然后利用检测试剂盒对土壤样品进行脱氢酶活性测定；
(3)对土壤样品中微塑料进行丰度统计
首先提取步骤(1)所述土壤样品中的微塑料；然后计算土壤样品中微塑料的总丰度、不同粒径微塑料的丰度；
(4)响应性分析：
利用单因素方差分析和最小显着性差异多重比较检验评估步骤(2)得到的土壤样品脱氢酶活性值与步骤(3)得到的微塑料丰度相关性。
优选的，本发明步骤(1)所述五点法是依据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004）对土壤采样点进行布局采样，分别采集连续种植5、10、15、20、25和30年的设施菜地表层土壤样品。
进一步优选的，所述表层土壤厚度为0-20cm。
优选的步骤(3)所述微塑料提取方法是采用专利CN109682654 B中的提取装置以及利用该装置进行提取，具体提取方法包括以下步骤：
步骤1：预处理：将步骤(1)所述土壤样品除去杂物后风干，得到待处理样品；
步骤2：浮选：将步骤1中所得到的待处理样品加入分离池中，并加入浮选溶液，打开电机带动搅拌器搅拌均匀，然后静置2分钟，直至待处理样品分为上层的非沉淀层和下层的沉淀层，非沉淀层包含微塑料颗粒；
步骤3：过滤：将储液罐中加入浮选液，启动蠕动泵通过进液管将浮选液通入分离池中非沉淀层，非沉淀层的液体从分离池中溢出通过滤膜过滤，过滤后的浮选溶液流入回液池中通过蠕动泵吸回至储液罐中重复使用，微塑料颗粒以及其他固体颗粒物被阻隔在滤膜上；
步骤4：清洗：在分离池中加入蒸馏水，利用搅拌器旋转产生的水流清洗分离池，回液池，及分离出来的微塑料颗粒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明是以土壤脱氢酶活性与微塑料丰度作为评价微塑料风险的指标，能够快速、直观地检测微塑料污染水平及环境风险。实验结果客观真实，可以作为评价土壤环境中微塑料对土壤微生态的风险。
本发明中首次提出以脱氢酶活性作为评价微塑料风险的指标，并且通过研究发现土壤微塑料总丰度与脱氢酶活性呈现显著负相关关系，说明微塑料的累积可以降低土壤脱氢酶活性，并且通过实施案例所补充进行的微生物学指标测试结果显示，微塑料与土壤细菌群落间具有显著的相关关系，进一步表明了微塑料改变了土壤微生物组成及结构，可以进一步影响土壤酶活性。
附图说明
图1为本发明不同种植年限土壤样品中微塑料的分布特征；
图2为本发明不同种植年限土壤样品中的脱氢酶(sDNA)活性；
图3为本发明土壤样品中脱氢酶活性与土壤种植年限，微塑料总丰度及不同粒径微塑料(0-2mm, 2-4mm, 4-5mm和>5mm)丰度的相关性关系；
图4为本发明土壤样品中数量排名前十的细菌丰度与土壤样品种植年限，土壤样品中脱氢酶活性和微塑料总丰度的相关性关系。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例1
一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法，具体步骤如下：
(1)土壤样品采集
依据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004）对土壤采样点进行布局采样，依照五点法分别采集连续种植5、10、15、20、25和30年的设施菜地表层土壤样品；
(2)土壤酶活性分析
将步骤(1)所述土壤样品去除杂质，然后利用检测试剂盒（苏州铭科生物技术有限公司提供的脱氢酶活性检测试剂盒）对土壤样品进行脱氢酶活性测定，如图1所示；
(3)对土壤样品中微塑料进行丰度统计
首先提取步骤(1)所述土壤样品中的微塑料（提取方法参照CN109682654 B公开的提取方法）；然后计算土壤样品中微塑料的总丰度、不同粒径微塑料的丰度，如图2所示；
(4)响应性分析：
利用单因素方差分析和最小显着性差异多重比较检验评估步骤(2)得到的土壤样品脱氢酶活性值与步骤(3)得到的微塑料丰度相关性。如图3和图4所示。
其中本发明土壤样品脱氢酶活性值与微塑料丰度的相关性计算公式如下：
式中，X为微塑料丰度，Y为脱氢酶活性值。
将检测的数据代入上述公式后，依据表1的取值范围判断变量的相关强度：
表1
从图1中可以看出，随着土壤种植年限的增加，微塑料总丰度显著增加。并且，随着土壤种植年限的增加，微塑料粒径显著降低。
从图2中可以看出，随着土壤种植年限的增加，土壤中脱氢酶活性显著降低。可以看出，随着土壤种植年限的增加，土壤中微塑料的积累导致了土壤脱氢酶活性降低。
从图3中可以看出，土壤中脱氢酶活性与土壤种植年限及土壤中微塑料总丰度呈显著的负相关关系，也就是说，微塑料的累积导致了土壤脱氢酶活性的降低。同时土壤脱氢酶活性可以反映土壤微生物菌群活性。所以，微塑料累积对土壤微生物群落造成了负面影响。
从图4中可以看出，Planctomycetes与土壤中微塑料总丰度呈现显著的正相关关系，与土壤中脱氢酶活性呈现显著的负相关关系。Planctomycetes是一种与微塑料降解相关的菌群，这表明微塑料累积改变了土壤微生物结构，即促进了Planctomycetes的相对丰度，但是，其它微生物丰度降低。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种微塑料在土壤环境中的风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)土壤样品采集
利用五点法采集土壤样品；
(2)土壤酶活性分析
将步骤(1)所述土壤样品去除杂质，然后利用检测试剂盒对土壤样品进行脱氢酶活性测定；
(3)对土壤样品中微塑料进行丰度统计
首先提取步骤(1)所述土壤样品中的微塑料；然后计算土壤样品中微塑料的总丰度、不同粒径微塑料的丰度；
(4)响应性分析：
利用单因素方差分析和最小显着性差异多重比较检验评估步骤(2)得到的土壤样品脱氢酶活性值与步骤(3)得到的微塑料丰度相关性。
2.根据权利要求1所述微塑料在土壤环境中的风险评价方法，其特征在于，步骤(1)所述五点法是依据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004）对土壤采样点进行布局采样，分别采集连续种植5、10、15、20、25和30年的设施菜地表层土壤样品。
3.根据权利要求2所述微塑料在土壤环境中的风险评价方法，其特征在于，所述表层土壤厚度为0-20cm。
4.根据权利要求1所述微塑料在土壤环境中的风险评价方法，其特征在于，步骤(3)所述微塑料提取方法包括以下步骤：
步骤1：预处理：将步骤(1)所述土壤样品除去杂物后风干，得到待处理样品；
步骤2：浮选：将步骤1中所得到的待处理样品加入分离池中，并加入浮选溶液，打开电机带动搅拌器搅拌均匀，然后静置2分钟，直至待处理样品分为上层的非沉淀层和下层的沉淀层，非沉淀层包含微塑料颗粒；
步骤3：过滤：将储液罐中加入浮选液，启动蠕动泵通过进液管将浮选液通入分离池中非沉淀层，非沉淀层的液体从分离池中溢出通过滤膜过滤，过滤后的浮选溶液流入回液池中通过蠕动泵吸回至储液罐中重复使用，微塑料颗粒以及其他固体颗粒物被阻隔在滤膜上；
步骤4：清洗：在分离池中加入蒸馏水，利用搅拌器旋转产生的水流清洗分离池，回液池，及分离出来的微塑料颗粒。
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