近日，中國熱科院環(huán)植所農(nóng)業(yè)環(huán)境研究團隊在可生物降解微塑料對土壤功能性有機碳氮庫的影響方面取得重要進展，首次從碳累積、氮需求的新視角報道了典型農(nóng)膜微塑料（PBAT）對熱帶磚紅壤功能性有機碳氮庫組分的影響，并解析了其微生物機制。該研究結(jié)果對理解微塑料污染下的碳封存風(fēng)險具有重要意義。
為應(yīng)對不可降解塑料污染，可降解微塑料自90年代規(guī)?；a(chǎn)以來，得到政府組織、商業(yè)市場、科研人員的高度關(guān)注。目前，全球和中國的可降解微塑料產(chǎn)量以每年14%和20%的增速增長，預(yù)計全球可降解塑料市場在2026年達到233億美元。然而，可降解塑料因風(fēng)化、物理磨損形成的微塑料（MPs）對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響一直沒得到系統(tǒng)研究，特別是農(nóng)業(yè)土壤碳封存方面，少有考慮碳封存的形態(tài)、持久性和氮需求。
為此，研究團隊以農(nóng)業(yè)中常用的聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)為可降解塑料材料代表，按照有機質(zhì)生態(tài)功能、持久性、形成過程的不同，重點分析可生物降解微塑料（PBAT-MPs）對磚紅壤功能性有機碳氮庫組分的影響，并從碳（C）累積、氮（N）需求的新視角解析其微生物機制。結(jié)果顯示，添加5~10% PBAT-MPs可使土壤POM-C、DOM-C和MOAM-C含量分別增加546.9% ~ 697.8%、54.2% ~ 90.3%和13.7% ~ 18.9%。相應(yīng)的，總碳增加116.0%-191.1%。結(jié)構(gòu)方程模型顯示，土壤碳庫主要受PBAT輸入的影響，并與微生物碳、氮代謝有關(guān)。具體來說，PBAT-MPs碎片可偽裝成土壤碳，促進POM形成。這也是碳積累的主要途徑。相反，MAOM-C和DOM-C形成歸因于PBAT微生物產(chǎn)物和DOM-N的選擇性消耗。隨機森林模型進一步顯示，氮活化菌（Nitrospirae）和PBAT降解菌（如Gemmatinadetes）是土壤碳積累的重要類群，關(guān)鍵酶為米根霉脂酶、轉(zhuǎn)化酶和氨單加氧酶。PBAT-MPs也減少46.9% ~ 84.3%的DOM-N，且土壤氮累積主要與團聚體相關(guān)的少營養(yǎng)類群（如Chloroflexi和Ascomycota）有關(guān)?？偠灾?，本研究結(jié)果強調(diào)，為規(guī)避PBAT-MPs污染土壤中的有機質(zhì)周轉(zhuǎn)速率下降，應(yīng)采取有效的措施控制POM中不穩(wěn)定氮流失和頑固性碳富集的養(yǎng)分失衡風(fēng)險。
相關(guān)研究結(jié)果以“Effect of biodegradable PBAT microplastics on the C and N accumulation of functional organic pools in tropical latosol”為題發(fā)表在《Environment International》。中國熱科院環(huán)植所陳淼副研究員、三亞市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心曹明副研究員為論文共同第一作者，吳東明副研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、海南省重大科技計劃、海南省自然科學(xué)基金等項目的資助及海南儋州熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱區(qū)高效農(nóng)業(yè)綠色低碳重點實驗室等平臺的支持。
論文全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.108393
