《Trends in Environmental Analytical Chemistry》：From soils to edible tissues: critical assessment of techniques for detecting micro- and nanoplastics in agroecosystems
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本综述聚焦农业土壤-植物-食物链中的微纳塑料（MNPs）污染，系统评述了2020-2025年间该领域的前沿分析技术。文章批判性评估了从采样、前处理到光谱成像、热分析与质谱定量等多种分析流程的适用性与局限性，特别关注了亚50微米及纳米级颗粒的检测挑战。综述强调，尽管塑料污染在农田土壤中普遍存在，并能被作物吸收并转移至可食用组织，但不同研究方法间的差异导致数据可比性差。为此，文章呼吁建立标准化分析方案，并介绍了包括先进成像技术（如CLSM、PiFM）、热分析质谱（如Py-GC/MS、TED-GC/MS）和成像增强拉曼/傅里叶变换红外光谱（FTIR）在内的新兴方法，旨在为可靠的风险评估提供方法论支持。
微纳塑料在农业环境中的赋存与检测分析
全球塑料产量持续增长，仅2022年就超过4亿吨，而回收率极低，导致大量塑料废弃物进入环境并破碎成微塑料（MPs，<5 mm）和纳米塑料（NPs，<1 μm）。农业生态系统已成为微纳塑料的重要汇集地，其通过农用薄膜、污泥肥料、再生水灌溉等多种途径进入土壤，并可能被作物吸收，最终通过食物链传递，对人类健康构成潜在威胁。
农业土壤中的微纳塑料
农业土壤中的微纳塑料来源广泛且复杂。塑料农用制品，尤其是聚乙烯（PE）地膜，是主要的内部污染源。长期覆膜农田的微塑料含量可从5年后的471 颗粒/千克激增至20年后的超过12,500 颗粒/千克。温室系统内的污染负荷通常更高。此外，污泥、有机肥料的土地利用以及经过处理的废水（TWW）灌溉是重要的外部输入途径。例如，长期施用污泥的土壤中微塑料含量显著高于对照土壤，而再生水灌溉可使土壤微塑料丰度翻倍。大气沉降也是一个不可忽视的输入源。
污染特征往往反映特定的农业活动。覆膜或温室土壤以PE薄膜为主；施用污泥或堆肥的土壤则含有混合聚合物（如PET、PU、PA）和较高比例的纤维；而PP碎片可能与农化品包装有关。与森林或草地土壤相比，农田土壤的微纳塑料负荷通常高出2-5倍，且更小的颗粒（<50 μm）在深层土壤中更为普遍，暗示其在灌溉等作用下的垂直迁移。
农业土壤中微纳塑料的检测技术
对农业土壤中微纳塑料的准确检测是评估其环境行为和风险的基础。整个分析流程通常包括采样、前处理、分离、鉴定与定量。
采样与前处理
采样是第一步，通常使用不锈钢工具和非塑料容器在0-10厘米或更深（如至20-30厘米）的表层土壤进行复合采样。记录地理位置和管理历史（如覆膜年限、灌溉方式）对于解释结果至关重要。样品随后需风干（避免高温以免塑料变形）、轻柔破碎，并过筛（常用5毫米筛网）以去除石块和植物残体，并进行充分均质化，以减少子样本误差。
消化与分离
有机质丰富的土壤需进行消化以去除干扰。芬顿试剂（H2O2+ Fe2+）是常用的氧化消化方法，其条件相对温和（pH 3-5，温度≤40-70°C），有助于减少对聚合物本身的化学修饰。密度分离是利用塑料密度通常低于土壤矿物的原理将其分离。氯化钠（NaCl，密度≈1.2 g/cm3）成本低，适用于低密度聚合物（如PE、PP），但对于高密度聚合物（如PVC、PET）或附着污染物的颗粒，则需要使用氯化锌（ZnCl2，密度≈1.5-1.8 g/cm3）等重液。多次浮选循环和超声辅助有助于提高回收率，尤其是对于粘附在细颗粒上的微纳塑料。
鉴定与定量技术
检测技术主要分为两类：基于颗粒的谱学技术和基于质量的热分析-质谱技术。
μ-傅里叶变换红外光谱（μ-FTIR）和拉曼显微光谱是主流的谱学技术，能够提供聚合物的化学“指纹”，并可同时获得颗粒的形貌、大小等信息。μ-FTIR通常能检测到10-20微米以上的颗粒，而拉曼光谱的空间分辨率更高，可延伸至亚微米范围，但易受植物基质自发荧光的干扰。激光直接红外成像（LDIR）等自动化技术实现了高通量的颗粒化学成像。
热分析-质谱联用技术，如热裂解-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）和热萃取脱附-气相色谱/质谱（TED-GC/MS），不依赖于颗粒的物理形态，直接对聚合物质量进行定量，对于复杂基质和纳米塑料研究具有独特优势，但无法提供单个颗粒的信息。
新兴技术如光诱导力显微镜（PiFM）将原子力显微镜与红外激光结合，可实现纳米尺度的化学成像；表面增强拉曼散射（SERS）利用金属纳米结构增强信号，显著提高了对纳米塑料的检测灵敏度。机器学习算法与这些技术结合，正推动着数据分析和颗粒识别的自动化与智能化。
微纳塑料在水果和蔬菜中的赋存与健康启示
研究表明，微纳塑料可被作物吸收并转移至可食用部位。根系吸收主要通过侧根发生处和根尖等凯氏带不完整的区域以“裂纹进入”模式发生。叶片也能通过气孔或角质层裂隙吸收空气中的微纳塑料。颗粒尺寸是关键因素，通常亚微米级颗粒（如0.2 μm）更容易被吸收和运输。
在多种市场采购的果蔬样品中均已检测到微纳塑料的存在，浓度跨度很大，从每克几个颗粒到极端情况下的超过105颗粒/克。常见的聚合物包括PE、PP、PET、PA等，形状以碎片和纤维为主。估计每日摄入量（EDI）因饮食结构和污染水平而异，儿童可能面临更高的暴露风险。
微纳塑料被植物吸收后，可能抑制种子萌发、影响根系发育、降低生物量、改变光合作用效率诱导氧化应激，并可能影响作物的营养成分。此外，微纳塑料可作为载体，吸附重金属、持久性有机污染物等有害物质，产生“特洛伊木马”效应，增加其生物可利用性和毒性。人体通过膳食摄入微纳塑料后，小于10微米的颗粒可能穿越肠道屏障，进入循环系统，潜在的长期健康影响包括炎症、氧化应激和内分泌干扰等，但目前多数毒理学证据来自高剂量暴露的实验室研究，真实环境下的低剂量长期效应仍需进一步探究。
跨领域质量保证与控制
分析过程中的质量保证与控制至关重要。必须采取严格措施防止样本污染，例如使用玻璃/金属器皿、过滤试剂、穿着棉质衣物、同时设置程序空白样等。回收率试验是评估方法效率、校正不同类型和尺寸聚合物损失的必要手段。然而，获得完全无微塑料的空白土壤、商业化的环境相关微纳塑料标准品不足以及真实环境中微纳塑料的老化状态等因素，都为回收率评估带来挑战。方法细节的透明报告对于研究的可重复性和结果可比性极为重要。
新兴技术与未来展望
该领域的技术发展迅速。先进的成像技术如共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）能够对植物组织内的微纳塑料进行高分辨率、三维、无标记成像。定量核磁共振（qNMR）为特定聚合物（如PET）的质量定量提供了新选择。电化学传感器则展示了现场快速检测的潜力。
未来研究应致力于制定和推广标准化的分析方法，开发适用于不同环境基体的有证标准物质，加强实验室间对比研究。同时，需要更多基于真实农田条件的长期观测研究，并结合模型模拟，以更准确地评估微纳塑料在土壤-植物系统中的迁移转化规律及其对食物安全和人体健康的潜在风险。通过跨学科合作和方法学创新，才能有效应对农业生态系统中微纳塑料污染带来的挑战。
