中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛
2024年10月北京（待定）
【编者按】2023年10月23-25日，由中国沼气学会、江南大学、长江生态环保集团有限公司共同主办的2023中国沼气学会学术年会在江苏连云港圆满举行。本届年会以“科技创新、工程实践、循环发展”为主题，行业权威专家、优秀企业代表、业界同仁共聚一堂，聚焦政策解读、前沿技术、工程运营实践、沼气能源开发利用、先进装备制造等热点话题，开展了深入的交流与探讨。会议期间同期举行主旨论坛、青年、环太湖有机废弃物处理利用示范区建设、厌氧发酵与后处理技术、双碳战略下的沼气发展与沼渣沼液高效利用、先进工程示范与技术装备论坛及“中持杯”2023“沼气+”创新挑战赛年度总决赛等系列活动。北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所所长邹国元应邀出席，并发表以“有机肥中的微塑料”为题的主旨报告。
邹国元所长结合自身在肥料方面的研究经验，为与会嘉宾分享了有机肥中微塑料研究工作的前期情况及相关成果方面的内容。
由于长期从事肥料方面的研究，与沼气的交集主要集中在有机肥料以及沼渣沼液方面。在这一领域，当前大家最关心的主要有两项问题：一、沼渣沼液的高值化利用；二、这一过程可能带来的环境问题，包括过去关注的重金属，以及近年来讨论热度较高的微塑料等。
微塑料这一概念，即：小于5mm的塑料颗粒或碎片，早在2004年就在Seience上被提出。我国自2022年起，提出了新污染物的概念，微塑料则是其中的重要一类。在小于5mm的尺度下，塑料的物理形状和化学属性发生着变化；进入到土壤、水环境后，能够通过根系进入作物和蔬菜，继而进入人体、进入血液。可以说，当前微塑料已经无处不在，影响着整个生态系统的安全，已经成为了全球性的环境问题。
01 前期研究及问题的提出
通过前期文献调研及后续研究工作发现，农业系统中微塑料的来源主要可分为四类：一是农膜，包括地膜和棚膜；二是有机废弃物的二次利用，如有机肥、沼渣沼液、污泥的土地利用等；三是大气的沉降；四是灌溉，尤其是污水灌溉。
我国有机肥每年用量超过2500万吨，规模庞大的生活垃圾、污泥、沼渣沼液等，以各种各样的形式进入到有机肥中。如：蔬菜废弃物进入堆肥、蘑菇渣进入到沼渣协同发酵过程等。而这些原料中都掺杂了大量的塑料制品，如：在西红柿、黄瓜种植过程中，大量吊秧的塑料绳很难去除干净，这就导致了堆肥原料中较高的微塑料含量。一篇对19个养殖场进行调研分析的结果显示，堆肥原料中，不同的畜禽粪便所带来的微塑料含量各不相同，但数值均为较高水平。同时，养殖场饲料中，也含有较高水平的微塑料。
从前期研究结果来看，当前对于微塑料的统计，还没有较好方法（目前以统计个数为主）；对于有机肥长期应用的微塑料评价较少；以往研究侧重于粮田应用的评价，关于设施土壤的应用评价少；对长期应用中微塑料表面风化特征关注较少。
结合前期研究结果，有一些问题值得尽快、密切关注，包括：有机肥的类型、用量对粮田土壤微塑料有什么影响？设施土壤微塑料是否受有机肥应用的影响？不同有机肥的微塑料综合评价？围绕这些问题，团队做了一些调研工作。
02 研究结果
▮ 不同类型堆肥对土壤微塑料的影响
为研究不同种类的堆肥对土壤中的微塑料会产生什么影响，团队与北京排水集团合作开展了一项长期的定位试验，从2007年至今，已经坚持16年。试验将鸡粪堆肥、污泥堆肥、生活垃圾堆肥三类肥料，按照等当量的原则，投入到农田土壤里面，并保留了堆肥样，连续用了16年时间，观察其对于土壤中微塑料含量的影响。
通过监测发现，堆肥中的微塑料含量要比土壤里面的微塑料量高，有机堆肥的长期应用显著提高了土壤微塑料丰度，微塑料随土层加深而降低。从数据上可以看到，虽然底部相对减少，但底层含量仍然很高，说明微塑料在跟踪过程中向下迁移，形成长期效应。
此外，团队对不同堆肥带入土壤的微塑料的大小、形状、颜色和组分进行了分析。分析发现，土壤中塑料形态和堆肥的塑料形状相同，这从侧面证明堆肥是非常重要的微塑料来源；堆肥中微塑料的大颗粒比例要高于土壤的大颗粒比例，说明施肥后，带进去的微塑料还在逐步破碎化、小型化，风险也在不断地加剧。
▮ 不同用量堆肥对土壤微塑料的影响
针对该问题，团队在山东德州开展了一项试验，分别用猪粪、牛粪，开展系列同种类、不同用量的对比试验。结果显示，堆肥添加量越多，土壤中微塑料越多；其形状、颜色、大小的数据规律也基本一致。值得一提的是，进入土壤后，微塑料受到侵蚀、氧化后，表面会发生严重的风化过程，这使它更加易于和其他厌氧离子相结合，和其他污染物相吸附，形成复合污染。
▮ 设施土壤微塑料是否受堆肥应用的影响
对此，团队在北京一些主要的生产基地进行了调研，调研土壤状况、施用有机肥情况，以及灌溉水样的情况。结果显示，土壤中不同土层的分布规律与前述定位试验结果相似。同时也追踪了微塑料的形状及种类，发现白色微塑料居多，超过70%；纤维和碎片是土壤中微塑料形状的主要类型，占到总数的90%以上；0-1 mm 粒径占比最高，随微塑料粒径增大占比降低；微塑料的主要聚合物类型包括聚乙烯、聚丙烯等。
通过分析土壤微塑料丰度的影响因素，我们认为：覆膜时间越长，土壤中的微塑料丰度就越高；漫灌对土壤微塑料的年输送量较高，各层的微塑料丰度具有显著差异性；长期施用有机肥导致了土壤中微塑料的累积。
▮ 有机肥微塑料的综合评价
为了研究如何堆肥更安全，我们对市面上能够收集到的各种原料和堆肥产品进行分析，采集了124个堆肥样品。结果显示，各种堆肥产品中微塑料含量普遍较高，其中以生活垃圾为来源的堆肥产品中微塑料含量最高，以养殖废弃物为原料的相对较低。进一步对不同有机肥中微塑料的状态和粒径进行分析，发现粒径以0.5-1mm为主，颜色以透明白色的微塑料为主，表面形状会在裂解过程当中发生磨损。
同时，我们也借用了一些方法，拟对不同原料堆肥中微塑料污染风险进行分析评估，目前还不够成熟。
基于上述研究，我们发现，不论是粮田还是设施菜田，长期施用有机肥堆肥均会提高土壤微塑料的含量；不同种类的有机肥堆肥微塑料含量差异大；长期施用有机肥提高了土壤微塑料污染的风险等级；长期施用有机肥提高了微塑料向深层迁移的影响。下一步，还有一些研究继续开展，包括微塑料检测的标准化、微塑料风险等级评价方法研究、提升肥料清洁化生产工艺等。
▮ 沼液微塑料的研究
调查沼液中的微塑料污染，可为沼液的无害化资源化利用提供数据支撑。但目前关于沼液微塑料的研究较少，从文献方面来看，中国研究人员对此关注较多。根据当前文献结果，在长期施用有机肥的农业土壤中，微塑料丰度随施用年限的增加而增加；和沼渣相比，沼液中的微塑料含量要小三个数量级；与土壤微塑料不同，黑色是沼液中微塑料最常见的颜色；纤维形状占比较大，其次为薄膜、碎片，也有少许泡沫状；聚合物主要类型有PE、PP、PET等。
在过去几十年，围绕沼渣沼液的应用和效率的提高，我们做了很多研究，但在如何更安全、更精准、更清洁的应用方面，仍然有大量的工作要做。期望未来年轻人能在一些新的领域开展更多的研究，谢谢大家！
大会现场精彩图片
（本文根据2023中国沼气学会学术年会现场发言整理而成。）
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