8700 LDIR紅外成像研究成果分享 | 吸附在樹(shù)葉上的微塑料自動(dòng)定性定量測(cè)試以及對(duì)葉際細(xì)菌群落的影響

全球范圍內(nèi)塑料的生產(chǎn)和使用導(dǎo)致水、土壤和大氣中存在大量微塑料（MPs，直徑 5 毫米的塑料碎片），從而造成各種環(huán)境和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。最近，大氣中 MPs 的問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注，研究報(bào)告了它們?cè)谑澜绺鞯氐拇嬖冢踔猎诟吆０紊絽^(qū)和極地地區(qū)。大氣 MPs 的廣泛分布受到全球塑料循環(huán)大氣階段風(fēng)輸送的強(qiáng)烈影響。然而，大多數(shù)大氣 MPs 的命運(yùn)是在風(fēng)運(yùn)輸過(guò)程中沉積在大氣和其他環(huán)境組分之間的界面上或被攔截。作為大氣環(huán)境和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間最廣泛的邊界，葉際被認(rèn)為是大氣 MPs 的重要匯，估計(jì)總面積超過(guò) 10⁹ km²。葉際包括植物的所有空中成分，通常用來(lái)指葉表面的微環(huán)境，因?yàn)樵谥参锏目罩谐煞种?，葉表面面積最大，對(duì)大氣顆粒物（PM，包括 MPs）的捕獲率最高。據(jù) Huang et al. 估算，城市森林冠層對(duì)大氣 MPs 的攔截率約為 16.3%，即每年 1259 items m⁻² 或 347.69 kg 的 MPs。Liu 等人發(fā)現(xiàn)，無(wú)論何種植物，葉子都可以不加選擇地保留大氣中的 MPs，并估計(jì)在葉面積排名前 11 位的綠色國(guó)家中，大約有 0.13 萬(wàn)億個(gè) MPs 附著在葉子上。最近的另一項(xiàng)調(diào)查顯示，洛杉磯的葉片上 MPs 濃度為 0.14-25.0 MPs items cm^-2，與之前的研究相比，這是一個(gè)出乎意料的高豐度結(jié)果。

盡管之前的研究報(bào)告了幾個(gè)大城市葉片上 MPs 的豐度，但這些研究依賴于視覺(jué)識(shí)別方法，可能低估了 MPs 的實(shí)際數(shù)量。隨著當(dāng)前技術(shù)的進(jìn)步， LDIR 自動(dòng)化和高通量檢測(cè)方法已被廣泛用于環(huán)境 MPs 檢測(cè)，并被認(rèn)為是一種可靠的方法。此外，該方法同時(shí)提供了 MPs 的化合物組成、大小和形態(tài)參數(shù)的信息，從而可以全面評(píng)估大氣 MPs 在葉片上的分布特征。這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)獒槍?duì)土壤和水生環(huán)境的研究表明，MPs 的基質(zhì)特性會(huì)對(duì)微生物群落產(chǎn)生不同的影響。

結(jié)果表明，基于自動(dòng)定量和可識(shí)別的方法，北京地區(qū)大氣 MPs 在葉片上吸附的豐度為 3.62±1.29 items cm⁻²，高于傳統(tǒng)目測(cè)方法的豐度。這些 MPs 的直徑主要小于 80 μm，主要由 PA、PE 和橡膠組成。最常見(jiàn)的形狀是碎片，而直徑大于 100 μm 的 MPs 中以纖維為主。吸附在葉片上的 MPs 可能會(huì)影響葉際細(xì)菌群落，吸附污染物和 MPs 浸出添加劑的生態(tài)毒性可能是葉際細(xì)菌群落的環(huán)境和遺傳信息處理相關(guān)功能與 MPs 豐度呈顯著負(fù)相關(guān)的原因。生物氣溶膠的吸收和塑料球的形成可以解釋葉際細(xì)菌群落的 α 多樣性和人體健康相關(guān)功能與 MPs 豐度和大小呈正相關(guān)關(guān)系，而葉際細(xì)菌群落的β多樣性與 MPs 豐度和大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，鞘單胞菌在葉層圈的積累可能在大 MPs 對(duì)葉際細(xì)菌群落致敏的潛在促進(jìn)中起關(guān)鍵作用。

8700 LDIR 紅外成像光譜儀采用量子級(jí)聯(lián)激光器作為光源，搭配安捷倫開(kāi)發(fā)的高度智能化 Clarity 軟件，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)微塑料顆粒識(shí)別、圖像采集、紅外譜圖測(cè)試、尺寸信息以及定性結(jié)果統(tǒng)計(jì)等。與此同時(shí)，還可獲得每個(gè)顆粒的形態(tài)分析數(shù)據(jù)，可用于顆粒的形狀篩分及溯源工作。如下圖所示，大氣降塵樣品中微塑料的粒徑具有豐度高，粒徑尺度基本低于 120 um 等特性，常規(guī)傳統(tǒng)紅外顯微儀器很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)試。而 8700 LDIR 紅外成像高精度的顆粒識(shí)別方法，可將大于 6 um 以上的顆粒全部自動(dòng)識(shí)別并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)試。測(cè)試全程由軟件自動(dòng)控制，最大限度的消除了人為誤差的影響，為實(shí)驗(yàn)室間進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比提供了更多可行性。