新CRP：使用同位素技術評估塑料在土壤和作物生態系統中的歸宿和環境影響(D15021) (20221209)
新協作研究計畫
Joseph Adu-Gyamfi，IAEA核子科學與應用司
積累在土壤中的塑料和微塑料會影響土壤特性。一個新的IAEA協作研究項目，將評估塑料對土壤和作物生態系統的環境影響。(照片：J.Adu-Gyamfi/IAEA)
IAEA與聯合國糧食及農業組織(FAO)合作，呼籲研究機構加入一個新的協調研究項目(CRP)，將從2023年到2027年的五年時間框架內，評估塑料對土壤和作物生態系統的環境影響。由於人口和收入增長及塑料包裝的增加等因素，塑料使用量從1950年的170萬噸增加到2018年的3.59億噸。現代農業作業廣泛使用塑料產品來幫助提高生產力。使塑料如此有用的特性也會在其預期壽命結束時產生問題。隨著塑料開始分解和降解，大多數最終落在陸地和土壤中(長期下沉)，降解為微塑料，即直徑小於5毫米的顆粒。
據糧農組織和聯合國環境規劃署稱，地球土壤中的塑料和微塑料比海洋更飽和，海洋環境中發現的塑料和微塑料中有80%首先在陸地上處理。積累在土壤中的塑料和微塑料會影響土壤特性，進而影響農業生產力。減少微塑料污染對農業土壤和作物生態系統及水質的影響，將有助於實現與零飢餓(SDG2)、良好健康和福祉(SDG 3)，以及陸地生物相關的聯合國可持續發展目標(SDG)(可持續發展目標15)。
迄今為止，大多數關於塑料污染的科學研究都針對水生生態系統，尤其是海洋環境。該CRP將響應制定和協調快速、可靠和負擔得起的採樣和分析協議的迫切需要，以追踪土壤和農作物中微塑料的歸宿和動態，並確定良好做法。它還將開發最先進的工具/方法來做出明智的決策，以幫助減輕土壤中微塑料對環境可能產生的負面影響。
範圍廣泛的專業核技術和同位素技術是強大的工具，可以幫助確定塑料和微塑料在土壤和作物生態系統中的命運。拉曼顯微光譜(Raman microspectroscopy, RM)與穩定同位素方法、穩定同位素拉曼顯微光譜(stable isotope Raman microspectroscopy, SIRM)，以及化合物特異性穩定同位素(compound-specific stable isotopes, CSSI)的應用相結合，可以促進我們對土壤中塑料和微塑料周轉的理解，並闡明負責降解的那些微生物的系統發育特性。SIRM以共聚焦光學顯微鏡的空間分辨率，提供樣品的特徵指紋光譜，包含有關穩定同位素標記物質和標記量的信息(基於標記物質條帶的紅位移)。
因此，穩定同位素和核技術在評估可降解微塑料的周轉率、分解的最終產物，以及對土壤和作物健康的影響方面，發揮著至關重要的作用。補充這些技術的有熱解-氣相色譜-質譜法、熱解吸-氣相色譜法、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜法和熱分析技術，可用於監測土壤和環境中的塑料。
CRP總體目標
CRP旨在製定指南，以提高對基於核子技術和相關技術的塑料和微塑料，在農業土壤中的歸宿和影響的了解。另一個目標是建立一個網絡，並協調分析技術和數據解釋的實驗室間研究，來支持CRP網絡成員國制定共同策略，以有效減輕農業土壤和農作物的塑料污染。
CRP的具體研究目標是：
1.開發、評估和標準化用於識別和闡明農業土壤中塑料和微塑料歸宿的綜合同位素和標準方法。
2.將同位素方法與現有方法相結合，評估不同環境條件下塑料和微塑料在農業土壤中的歸宿和影響。
3.為有助於最大限度減少塑料和微塑料，對土壤健康和生態系統服務可能產生的負面影響的明智決策，提供知識和指導。
該項目的預期產出是：
- 統一的數據採樣、分析和解釋技術和程序，以幫助CRP網絡了解塑料和微塑料，在農業土壤和作物中的歸宿和影響。
- 提高人力資源(通過培訓)和對口方分析塑料和微塑料，以及其在農業土壤和作物中的降解產物的方法能力。
- 實地和實驗室驗證案例研究，以監測天然標記塑料的命運，包括其通過土壤的運輸和土壤中的(生物)降解產物，並評估其對土壤健康和生態系統服務的影響。
如何加入這個CRP
將授予技術和研究合同；來自高級實驗室的免費協議持有者有望參與。將邀請在目標技術方面具有公認專業知識的研究機構與合同持有人，分享他們的經驗，並為計畫的綜合同位素和標準化協議的開發和驗證，做出貢獻。
協調和技術管理，將由IAEA土壤和水管理及作物營養科及其糧農組織/IAEA糧食和農業核子技術聯合中心實驗室的科學秘書負責。有興趣加入CRP的研究組織必須在2023年1月3日之前，使用CRA門戶網站上的適當模板，通過電子郵件將其研究合同或協議提案提交給IAEA研究合同管理科。同一模板可用於研究和技術合同。IAEA鼓勵研究機構盡可能讓女性研究人員和年輕研究人員，參與他們的提案。有關此 CRP的更多信息，潛在申請人應使用CRP頁面下的聯繫表。