乌干达城市垃圾填埋场堆肥中微塑料的鉴定与定量分析

《BMC Environmental Science》：Identification and quantification of microplastics in compost from municipal landfills in Uganda

　　

摘要

背景：乌干达城市固体废物的扩张日益以塑料废物激增为特征。因此，这导致了堆肥场所的严重塑料污染，在这些场所，这些材料的渐进降解将微塑料（MPs）直接引入堆肥中。本研究评估了来自乌干达城市垃圾填埋场11个堆肥场所生产的堆肥中微塑料的丰度。

方法：样品于2025年6月旱季两周内采集。采用改良的湿式过氧化氢氧化协议提取微塑料，随后使用饱和氯化锌进行密度分离。提取的微塑料在连接Labscope成像软件的ZEISS Axiocam 208彩色相机的体视显微镜下进行分析。数值数据使用Microsoft Excel（V. 2404）和SPSS（V. 20.0）进行分析。进行单因素方差分析（one-way ANOVA），随后进行Tukey’s HSD检验，控制家族wise误差率在α=0.05，以比较各场所间的丰度。

结果：结果表明，11个场所的微塑料平均丰度为2100±409.4颗粒/千克。纤维占所有场所鉴定出的微塑料的54.98%。结果显示所有场所均存在微塑料，其中霍伊马（Hoima）堆肥场所的丰度最高。微塑料以初级和次级两种形式被鉴定。

结论：次级微塑料的出现可能反映了不良的废物管理和不充分的废物分类实践。堆肥中的微塑料可能进入食物链，引发对生态系统健康的担忧。这些发现显示了堆肥中显著的微塑料污染，并强调了改进固体废物管理策略以减少塑料污染的必要性。

**论文解读：乌干达城市垃圾填埋场堆肥中微塑料的污染特征与风险**

**一、研究背景与问题**

全球范围内，工业化和城市化进程加速，住房与消费模式变化导致城市固体废物产生量持续攀升。世界银行预测，到2050年全球废物产生量将高达每年270亿公吨。乌干达作为发展中国家，废物管理基础设施薄弱、收集率低，城市固体废物管理成为重大挑战。该国11个城市现有居民及访客约550万人，占全国总人口的12.1%，废物产生与积累随之增加。坎帕拉首都城市每月产生约2.8万吨固体废物，较20年前翻了一番以上。堆肥技术已被垃圾填埋场采纳为管理手段，通过将可生物降解废物转化为富含养分的肥料，减少商业肥料使用、促进回收、降低废物体积并改善土壤质量。然而，未分类固体废物中混入的塑料、金属碎片、家庭废物、工业及电子废物，严重损害堆肥质量，并引入微塑料（MPs）等污染物。

塑料废物已在乌干达所有垃圾填埋场累积，类型包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯等。塑料经机械风化、氧化和光催化分解可降解为微塑料（粒径小于5000 μm的合成聚合物）。微塑料分为初级（工业制造，如微珠、颗粒）和次级（大塑料碎片、薄膜、纤维、发泡等）两类。堆肥若源于未分类的垃圾填埋废物，可携带污染物进入土壤和食物链，危害人类与动物健康。已有研究表明，堆肥是有机肥中微塑料进入土壤的载体，微塑料可改变土壤物理性质（如孔隙度、持水量、结构、容重），增加氮磷和溶解性有机质浓度，并吸附疏水性有机化合物和重金属等有毒化学物质，增强化学物质迁移性，影响植物生长和养分吸收。此外，微塑料可作为微生物群落的基质，促进病原体传播，增加微生物与有毒金属相互作用的可能性。微塑料还可通过食物链转移至人体，干扰代谢过程，持续暴露可引发身体系统炎症。

尽管上述风险明确，但关于乌干达垃圾填埋场堆肥中微塑料的鉴定与定量数据仍然匮乏。这一知识空白阻碍了有效的废物管理堆肥政策制定、农民采用以及缓解微塑料泄漏措施的落实。因此，本研究旨在鉴定和量化乌干达堆肥场所堆肥中的微塑料。

**二、研究目的与主要技术方法**

研究人员在乌干达8个城市（金贾、姆巴莱、索罗蒂、利拉、古卢、霍伊马、姆巴拉拉、福特波特尔）和3个市政区（卡塞塞、穆科诺、卡巴莱）的堆肥场所开展研究。所有堆肥的萌发指数均超过70，碳氮比（C/N）低于20，总氮（TN）低于3.0%干重，pH在7–9范围内，表明堆肥已成熟稳定。采样于2025年6月旱季两周内进行，每个场所独立选取3个成熟堆肥堆，每堆分上、中、下三层采集5–15 cm深度样品，均质后合并为一个代表性复合样品。样品经5 mm不锈钢筛筛分，每场所取300 g（每堆100 g）装入密封纸袋，于冷藏箱中运至实验室。采用改良的湿式过氧化氢氧化协议进行消化（Fenton试剂，30%过氧化氢与0.05 M酸化硫酸亚铁溶液，75 °C加热），随后使用饱和氯化锌（密度1.7 g/cm3）进行密度分离，上清液经玻璃微纤维滤膜（直径60 mm，孔径11 μm）过滤。滤膜上的颗粒在ZEISS Stemi 508体视显微镜（连接ZEISS Axiocam 208彩色相机与Labscope成像软件）下观察，并使用热针和断裂测试区分塑料与非塑料颗粒。质量控制包括使用非塑料材料采集、玻璃器皿经蒸馏水清洗三次、空白试验未检出MPs、实验在通风橱内进行、人员穿着棉质实验服和口罩、佩戴丁腈手套。数据采用Microsoft Excel (V. 2404)和SPSS (V. 20.0)分析，通过单因素方差分析（one-way ANOVA）和Tukey’s HSD检验（α=0.05）比较场所间丰度，显著性水平为p<0.05。

**三、研究结果**

**微塑料丰度**

11个场所堆肥中微塑料平均丰度为2100±409.4颗粒/千克。所有场所均检出微塑料，其中霍伊马（Hoima）场所丰度最高，超过平均值两倍，显示该地是微塑料污染热点。这可能归因于高废物收集和处理效率、高塑料处置率以及堆肥条件（如微生物活性和温度）差异。金贾（Jinja）使用Komptech Cribus 3800移动筛分机进行先进的后堆肥处理，但由于场所无分类，塑料废物与有机废物一同破碎，导致微塑料丰度较高（3050±304.63颗粒/千克）。穆科诺（Mukono）、古卢（Gulu）和利拉（Lira）丰度最低，其中利拉变异性较高（±422.07），表明污染不一致。索罗蒂（Soroti）和姆巴莱（Mbale）为中等污染。单因素方差分析和Tukey HSD检验显示，霍伊马与金贾（p=0.030）、姆巴莱（p=0.013）、索罗蒂（p=0.012）、卡巴莱（p=0.010）、福特波特尔（p=0.0027）差异显著；金贾与姆巴莱差异边缘显著（p=0.061）；穆科诺与卡塞塞（p=0.86）、穆科诺与古卢（p=0.35）无显著差异。结果揭示了场所间显著的空间异质性。与现有研究相比，本研究的平均丰度与中国浙江省农村生活废物堆肥（2400±358颗粒/千克）和荷兰城市有机废物堆肥（2800±616颗粒/千克）相近。堆肥过程本身可使大塑料碎片化为更多小颗粒，导致最终堆肥中微塑料负荷增加。

**微塑料形态与来源**

微塑料形状分为纤维、碎片、颗粒、薄膜、细丝和发泡。所有场所中纤维最为丰富，占总数量的54.98%，其次是颗粒（15.37%）、碎片（15.15%）、薄膜（6.06%）、细丝（5.41%）和发泡（3.03%）。纤维大量存在归因于纺织工业和合成衣物洗涤释放的材料。索罗蒂几乎全为纤维，可能源于绳索和麻袋。金贾、福特波特尔、古卢和姆巴莱中颗粒占相当比例，可能来自个护产品中的微珠。薄膜和发泡在大多数场所接近零，与塑料袋和食品包装相关的薄膜微塑料水平较低。碎片是高密度聚乙烯硬塑料降解产物，细丝来自绳索或织物。所有场所均存在初级和次级微塑料，且以次级为主。场所的人工分选效率不足，机械系统陈旧，导致各种塑料从源头进入堆肥。

**四、讨论与结论**

本研究的采样设计将每个场所3个独立堆肥堆合并为一个场所级样品，虽提供了代表值，但限制了对堆肥堆间变异的评估。微塑料鉴定采用体视显微镜和热针测试，可能因视觉相似性和热行为差异引入不确定性，未来需采用显微拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和热裂解-气相色谱/质谱（pyrolysis-GC/MS）等先进技术进行聚合物化学验证。此外，未进行回收率效率测试，无法定量评估分析过程的潜在损失和基质效应。缺乏微塑料采样和提取的标准协议也是一项关键局限。

研究结论：本研究表明，乌干达所有被调查城市和市政区的城市固体废物堆肥场所的堆肥均受到微塑料的显著污染。11个场所的平均微塑料丰度为2100±409.4颗粒/千克，纤维占所有鉴定微塑料的54.98%。纤维状微塑料的优势地位以及次级微塑料的完全出现，与混合废物来源的污染以及废物处理和堆肥过程中大塑料的降解一致。这些发现强调，需要加强源头分类实践，并在家庭和市政层面尽量减少塑料废物的混入，这将降低最终堆肥产品中的微塑料浓度。该研究为乌干达堆肥中微塑料污染提供了基础数据，凸显了改进固体废物管理策略以减轻塑料污染的紧迫性。论文发表于《BMC Environmental Science》。