《Journal of Environmental Sciences》：Occurrence of microplastics in farmland around non-ferrous metals sulfide mining areas: Characteristics changes caused by sulfide minerals
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土壤微塑料污染对农业生态系统的影响及硫化矿交互作用研究。通过密度分离法提取迪辛铜矿周边农田土壤中的微塑料，发现平均丰度为19,610 n/kg，以0-100μm颗粒为主，空间分布与采矿距离呈显著负相关（P<0.001）。研究揭示硫化矿矿物通过改变土壤氧化还原电位（ORP）和催化产生活性氧加速微塑料光降解，同时重金属（Fe、Cu、As）与微塑料存在吸附共污染效应。源解析表明采矿活动、农作实践和塑料废弃物是主要污染源。
齐金|李欣茹|林白|刘一生|王亮|卢彦荣|董英波|林海|何银海
北京科技大学能源与环境工程学院，中国北京100083
摘要
土壤微塑料（MPs）污染对环境和人类健康构成重大风险，尤其是在农业系统中。然而，关于矿区附近农田土壤中微塑料的数据非常有限，尤其是与非铁金属硫化物矿床相关的数据。本研究调查了硫化物矿区周围农田土壤中微塑料的特性。通过密度分离法提取微塑料，利用μFTIR技术进行鉴定，并进行了统计分析。结果显示，微塑料的平均含量为19,610 n/kg，其中80%以上的微塑料粒径在0-100 μm范围内。最常见的微塑料类型包括聚苯乙烯碎片和透明微塑料。空间分析表明，微塑料含量与采样点距离矿区的距离呈负相关（P < 0.001）。研究发现，硫化物矿物会降低土壤的pH值和氧化还原电位（ORP），并且微塑料含量与ORP呈正相关，与Fe、Cu、As的浓度呈负相关。农业活动、塑料废物处理和工业活动共同导致了微塑料污染。这些发现强调了需要采取综合环境管理策略来应对受矿区影响的农田中的微塑料和重金属污染问题。对这些污染物的全面监测对于制定有针对性的缓解措施至关重要。
引言
微塑料（MPs）被定义为直径小于5毫米的合成聚合物颗粒，已成为人类世时期的普遍人为污染标志物。它们的全球扩散是一个严重的环境挑战，对陆地、水生和大气系统都产生了影响（Koelmans等人，2022年；Wu等人，2024年）。微塑料主要来源于塑料废物的逐步分解，包括在紫外线照射下的光氧化降解、热氧化分解、机械磨损过程以及大气老化作用。基于全球库存数据的元分析显示，土壤中的微塑料含量是海洋沉积物的4-23倍（Wang等人，2024年）。这种陆地和水生系统中微塑料分布的巨大差异凸显了土壤生态系统作为全球塑料循环主要储存库的关键作用（Iqbal等人，2024年）。作为陆地生态系统与人类食物系统之间的主要接口，农田土壤亟需研究其微塑料积累动态、生态影响及其对作物的潜在营养转移（Zhou等人，2025年）。
现有研究表明，微塑料进入土壤环境的途径主要有两种：农业活动（如塑料覆盖、污泥施用和污水灌溉）以及大气沉降（Zhou等人，2024年；Zhu等人，2023年；Ziajahromi等人，2024年）。然而，越来越多的证据表明，包括采矿在内的工业活动也可能是微塑料进入土壤的重要途径（Bro?ová等人，2023年）。
非铁金属硫化物矿区是微塑料污染的一个关键但被忽视的环境领域。这些地区不仅存在传统的农业微塑料来源，还伴随着与采矿作业相关的微塑料生成和转化机制。例如，塑料衬里的灌溉管道磨损、采矿基础设施中使用的塑料土工膜，以及设备和防护材料的破碎。更重要的是，由于人为活动导致硫化物富集物质的扩散，这些地区的土壤中微塑料浓度显著升高。某些土壤矿物可以通过促进活性氧（ROS）的产生加速微塑料的光老化过程。研究表明，黄铁矿和赤铁矿表面的Fe(II)相可以催化H?O?的生成并促进Fe2?的释放，随后的光驱动芬顿反应会产生大量•OH，从而加速微塑料的降解（Ding等人，2022a）。此外，硫化物半导体矿物通常具有较窄的带隙，具有出色的光吸收能力，因此是高效的光催化剂，广泛应用于有机污染物的降解过程中（Zhang等人，2022年）。因此，硫化物矿物的存在会影响微塑料的存在状态，尤其是其老化程度。此外，这些土壤中通常较高的重金属（HM）浓度可能导致协同污染效应，因为微塑料可以通过吸附作用携带金属，从而增加其生物可利用性和生态风险（Li等人，2024a；Lin等人，2024年；Wang等人，2025年）。
尽管存在这些潜在的相互作用，但对于受矿区影响的农田土壤中微塑料的污染特性、分布模式和环境行为仍存在许多认知空白。大多数先前的研究仅从单一角度探讨了微塑料污染问题，忽略了工业活动、土壤矿物和共存污染物之间的复杂相互作用。近期综述呼吁加强对土壤生态系统中微塑料存在和归趋的研究（Frost等人，2022年；Zhu等人，2023年）。
为填补这些知识空白，本研究系统地调查了典型非铁金属硫化物矿区周围农田中的微塑料污染情况。具体目标有三个：（1）量化并描述微塑料的丰度、形态特征（大小、形状、颜色）和聚合物组成；（2）阐明微塑料与共存土壤污染物（尤其是重金属和硫化物矿物）之间的潜在相互作用；（3）根据其特征推测微塑料的可能来源。本研究为了解矿区附近农田中微塑料污染特性提供了重要见解，为制定有针对性的土壤修复策略奠定了科学基础。
研究区域和样本采集
本研究在江西省德兴市德兴铜矿周围的农田进行（图1，坐标117°40′-117°45′E，28°37′-29°05′）。德兴铜矿是亚洲最大的露天矿场，每天产生约1,105吨浮选尾矿。该矿的主要金属硫化物矿物为黄铁矿和黄铜矿（Tang等人，2024年）。研究区域位于湿润的亚热带季风气候区，气候温和，植被丰富。
微塑料的空间分布
本研究在所有采样点均检测到了微塑料，表明微塑料在农田土壤中的分布范围广泛。然而，不同采样点之间的微塑料含量差异显著，范围从8,640 n/kg到30,500 n/kg（图2a）。回归分析显示，距离矿区的距离（DM）能够解释大部分微塑料含量的变化（P < 0.001），表明微塑料污染具有很强的空间规律性。
微塑料的空间分布
要了解当前的微塑料污染状况，需要比较不同地点之间的微塑料含量差异。
不同土壤样本中的微塑料含量范围为8,640 ～ 30,500 n/kg，平均值为19,610 n/kg。将本研究中的微塑料含量与全球数据相比，发现这里的含量处于全球较高水平（见附录A表S2）。
结论
本研究调查了非铁金属硫化物矿区周围农田土壤中的微塑料污染情况。靠近矿区的农田中微塑料含量显著较高，范围为8,640至30,500 n/kg，且以小颗粒（<100 μm）为主。主要污染源包括采矿工业活动、农业实践和塑料废物。影响微塑料分布的关键因素包括土壤的氧化还原电位（ORP）以及Cu和Fe的浓度。矿区不仅引入了微塑料，还带来了重金属。
作者贡献声明
齐金：概念构思、方法论设计、数据整理、可视化处理、实验设计、初稿撰写、审稿与编辑。李欣茹：数据整理、审稿与编辑。林白：数据整理、审稿与编辑。刘一生：可视化处理、审稿与编辑。王亮：审稿与编辑。卢彦荣：审稿与编辑。董英波：审稿与编辑。林海：监督、审稿与编辑、资金筹集。
作者贡献声明齐金：审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、方法论设计、实验设计、数据整理、概念构思。李欣茹：审稿与编辑、概念构思。林白：审稿与编辑、数据整理。刘一生：审稿与编辑、可视化处理。王亮：审稿与编辑。卢彦荣：审稿与编辑。董英波：审稿与编辑。林海：审稿与编辑、监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2023YFC3207303）的支持。
