了解英格兰土壤中新兴污染物的分布范围：不同有机废物处理方式对环境的影响

《Journal of Hazardous Materials》：Understanding the Extent of Emerging Contaminants in English Soils: Environmental Implications of Differing Organic Waste Applications

本研究评估了22个英国农场应用不同有机肥料的土壤中新兴污染物（ECs）的存在和分布，开发了靶向和非靶向分析技术，发现ivermectin、antibiotics等ECs浓度较高，并揭示了土壤性质与ECs分布的关联。分隔符

　　农业土壤中新兴污染物（ECs）的存在、分布及其命运是当前环境科学和农业可持续性研究中的一个关键议题。随着有机肥的广泛应用，特别是在英国，这些肥源包括农场堆肥、生物固体、消化残渣等，它们不仅对土壤肥力和结构有益，同时也可能引入多种化学污染物。然而，这些新兴污染物的长期影响、迁移路径及其对生态系统和人类健康的潜在威胁仍缺乏系统的研究和数据支持。本文通过一项全面的调查研究，探讨了英国22个农场土壤中ECs的分布情况，并提出了一个统一的采样策略和结合靶向与非靶向质谱分析的方法，以揭示这些污染物的广泛存在。

### 有机肥的使用与新兴污染物

有机肥作为农业可持续发展的重要手段，已被广泛应用于全球范围内，旨在减少化肥使用、提高土壤养分循环效率。然而，这些肥源往往携带多种化学物质，如抗生素、兽药、农药、个人护理产品、塑料增塑剂、表面活性剂等。这些化学物质在农业土壤中的积累及其对环境的影响，成为当前研究的热点。例如，本文中提到的伊维菌素（Ivermectin）在土壤中的浓度最高，达到了21.8±7.3至105.9±86.7 ng/g（干重），其次是氧四环素（Oxytetracycline）、氧氟沙星（Ofloxacin）、恩诺沙星（Enrofloxacin）以及除草剂阿特拉津（Atrazine）和杀虫剂二嗪农（Diazinon）。这些污染物的来源多种多样，可能来自动物排泄物、人类药物废弃物、农业化学品等。

### 新兴污染物的识别与评估

研究采用了一种综合的采样策略，结合了靶向与非靶向质谱分析，以更全面地识别土壤中的ECs。非靶向筛查（NTS）共识别出524种化学物质，其中194种仅在单一地点出现。这些污染物涵盖了多个类别，包括药物、增塑剂、聚合物、杀菌剂和表面活性剂等。值得注意的是，超过40%的这些污染物此前未在英国土壤中检测到，表明当前对ECs的监测仍然不足。例如，靶向分析显示，抗生素类药物在土壤中普遍存在，其中9种抗生素、4种类固醇药物、3种抗癌药物以及3种抗精神病代谢物被检测到，这说明农业系统中药物残留的复杂性。

### 采样方法的验证与优化

为了确保土壤采样和分析结果的准确性，研究团队对采样方法进行了严格的验证。他们采用了一种W型采样策略，即在每个采样点取三个重复样本，然后合并为一个复合样本。这一方法不仅提高了采样的代表性，也减少了样品运输过程中可能带来的污染。此外，研究还评估了样品运输对ECs稳定性的影响，发现随着时间的推移，污染物的回收率会下降。例如，在24小时的模拟运输中，所有ECs的回收率平均降低了33.6%，而在72小时时，某些污染物如二氯苯胺（Diclofenac）和伊维菌素（Ivermectin）甚至低于检测限。这表明，在进行土壤污染物分析时，样品的运输条件和时间是一个不可忽视的因素，可能影响最终的浓度估算。

### 化学性质与污染物分布的关系

研究还发现，化学物质的理化性质与其在土壤中的分布密切相关。例如，K_OC（有机碳分配系数）和log K_OW（辛醇-水分配系数）是影响污染物在土壤中迁移和生物可利用性的关键参数。K_OC较高的污染物，如克霉唑（Clotrimazole），在土壤中更易积累，而K_OC较低的污染物则更容易迁移。此外，pH值也对污染物的分布产生了显著影响，某些药物如恩诺沙星（Enrofloxacin）在低pH土壤中更易积累，这可能与它们的离子化特性有关。研究还指出，尽管这些污染物在不同土壤类型中的分布存在差异，但整体趋势表明，有机肥的使用是导致土壤中ECs浓度升高的主要因素。

### 新兴污染物的环境影响与风险评估

研究发现，英国农业土壤中存在大量未被监测的ECs，这些污染物可能对生态系统和人类健康构成潜在威胁。例如，抗生素的广泛存在不仅影响土壤微生物群落的结构和功能，还可能促进抗微生物耐药性（AMR）的传播。此外，某些污染物如增塑剂、表面活性剂和聚乙二醇（PEG）在土壤中表现出较高的持久性，它们可能通过植物吸收或地表径流进入地下水系统，进而影响更广泛的环境。然而，当前的环境风险评估方法并未充分考虑这些污染物的复杂性，特别是在监测和采样策略方面存在明显不足。

### 农业实践与污染物管理

农业实践的多样化使得不同地区的土壤污染情况差异显著。例如，某些农场使用了多种有机肥，而另一些则仅使用单一类型。研究指出，这种差异可能导致污染物的积累模式不同，从而影响土壤质量和生态系统健康。因此，制定统一的监测框架和管理策略对于减少ECs的环境风险至关重要。此外，研究还强调了生物固体和消化残渣作为污染源的重要性，这些物质在农业中的广泛应用可能带来意想不到的环境负担。

### 建议与未来方向

本文的研究结果表明，当前对农业土壤中ECs的监测和风险评估仍然存在显著不足。为了更全面地了解这些污染物的影响，需要发展更先进的分析方法，并加强对不同有机肥类型和农业实践的长期监测。此外，研究还建议采用更细致的采样策略，以减少由于采样不均一而导致的浓度低估。同时，应加强对生物固体和消化残渣的预处理，如堆肥或厌氧消化，以降低其中的污染物含量。这些措施不仅有助于保护土壤和水体质量，也有助于推动农业向更可持续的方向发展。

### 农民参与与环境意识提升

本文还强调了农民在土壤污染研究中的重要角色。通过采用公民科学的方法，研究团队直接与农民合作，提高了对土壤污染问题的认识，并促进了环境责任的共同承担。这种合作模式不仅有助于获取更广泛的土壤样本，也为未来的研究和政策制定提供了新的思路。农民的参与可以显著提升采样效率，同时增强他们对环境问题的敏感度和应对能力。

### 结论

综上所述，本文揭示了英国农业土壤中新兴污染物的广泛存在和复杂分布。这些污染物不仅来自有机肥的直接施用，还可能通过其他途径进入土壤环境。研究强调了制定统一的监测框架和优化采样策略的必要性，以确保对ECs的准确评估和有效管理。此外，本文还指出，随着有机肥的进一步推广，农业实践与环境管理之间的协调将成为保护土壤健康和食品安全的关键。未来的研究应关注这些污染物的长期影响，并探索更有效的治理措施，以减少其对生态系统的潜在威胁。