8700 LDIR红外成像研究成果分享 | 吸附在树叶上的微塑料自动定性定量测试以及对叶际细菌群落的影响

全球范围内塑料的生产和使用导致水、土壤和大气中存在大量微塑料（MPs，直径 5 毫米的塑料碎片），从而造成各种环境和生态风险。最近，大气中 MPs 的问题受到了广泛关注，研究报告了它们在世界各地的存在，甚至在高海拔山区和极地地区。大气 MPs 的广泛分布受到全球塑料循环大气阶段风输送的强烈影响。然而，大多数大气 MPs 的命运是在风运输过程中沉积在大气和其他环境组分之间的界面上或被拦截。作为大气环境和陆地生态系统之间最广泛的边界，叶际被认为是大气 MPs 的重要汇，估计总面积超过 10⁹ km²。叶际包括植物的所有空中成分，通常用来指叶表面的微环境，因为在植物的空中成分中，叶表面面积最大，对大气颗粒物（PM，包括 MPs）的捕获率最高。据 Huang et al. 估算，城市森林冠层对大气 MPs 的拦截率约为 16.3%，即每年 1259 items m⁻² 或 347.69 kg 的 MPs。Liu 等人发现，无论何种植物，叶子都可以不加选择地保留大气中的 MPs，并估计在叶面积排名前 11 位的绿色国家中，大约有 0.13 万亿个 MPs 附着在叶子上。最近的另一项调查显示，洛杉矶的叶片上 MPs 浓度为 0.14-25.0 MPs items cm^-2，与之前的研究相比，这是一个出乎意料的高丰度结果。

尽管之前的研究报告了几个大城市叶片上 MPs 的丰度，但这些研究依赖于视觉识别方法，可能低估了 MPs 的实际数量。随着当前技术的进步， LDIR 自动化和高通量检测方法已被广泛用于环境 MPs 检测，并被认为是一种可靠的方法。此外，该方法同时提供了 MPs 的化合物组成、大小和形态参数的信息，从而可以全面评估大气 MPs 在叶片上的分布特征。这一点尤其重要，因为针对土壤和水生环境的研究表明，MPs 的基质特性会对微生物群落产生不同的影响。

结果表明，基于自动定量和可识别的方法，北京地区大气 MPs 在叶片上吸附的丰度为 3.62±1.29 items cm⁻²，高于传统目测方法的丰度。这些 MPs 的直径主要小于 80 μm，主要由 PA、PE 和橡胶组成。最常见的形状是碎片，而直径大于 100 μm 的 MPs 中以纤维为主。吸附在叶片上的 MPs 可能会影响叶际细菌群落，吸附污染物和 MPs 浸出添加剂的生态毒性可能是叶际细菌群落的环境和遗传信息处理相关功能与 MPs 丰度呈显著负相关的原因。生物气溶胶的吸收和塑料球的形成可以解释叶际细菌群落的 α 多样性和人体健康相关功能与 MPs 丰度和大小呈正相关关系，而叶际细菌群落的β多样性与 MPs 丰度和大小呈负相关关系。此外，鞘单胞菌在叶层圈的积累可能在大 MPs 对叶际细菌群落致敏的潜在促进中起关键作用。

8700 LDIR 红外成像光谱仪采用量子级联激光器作为光源，搭配安捷伦开发的高度智能化 Clarity 软件，可自动实现对微塑料颗粒识别、图像采集、红外谱图测试、尺寸信息以及定性结果统计等。与此同时，还可获得每个颗粒的形态分析数据，可用于颗粒的形状筛分及溯源工作。如下图所示，大气降尘样品中微塑料的粒径具有丰度高，粒径尺度基本低于 120 um 等特性，常规传统红外显微仪器很难实现准确测试。而 8700 LDIR 红外成像高精度的颗粒识别方法，可将大于 6 um 以上的颗粒全部自动识别并实现准确测试。测试全程由软件自动控制，最大限度的消除了人为误差的影响，为实验室间进行数据对比提供了更多可行性。