环植所在可生物降解微塑料对土壤有机碳氮库的影响方面取得重要进展
作者：吴东明
来源：环境与植物保护研究所
日期：2023-12-29
近日，中国热科院环植所农业环境研究团队在可生物降解微塑料对土壤功能性有机碳氮库的影响方面取得重要进展，首次从碳累积、氮需求的新视角报道了典型农膜微塑料（PBAT）对热带砖红壤功能性有机碳氮库组分的影响，并解析了其微生物机制。该研究结果对理解微塑料污染下的碳封存风险具有重要意义。
为应对不可降解塑料污染，可降解微塑料自90年代规模化生产以来，得到政府组织、商业市场、科研人员的高度关注。目前，全球和中国的可降解微塑料产量以每年14%和20%的增速增长，预计全球可降解塑料市场在2026年达到233亿美元。然而，可降解塑料因风化、物理磨损形成的微塑料（MPs）对土壤生态系统的影响一直没得到系统研究，特别是农业土壤碳封存方面，少有考虑碳封存的形态、持久性和氮需求。
为此，研究团队以农业中常用的聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)为可降解塑料材料代表，按照有机质生态功能、持久性、形成过程的不同，重点分析可生物降解微塑料（PBAT-MPs）对砖红壤功能性有机碳氮库组分的影响，并从碳（C）累积、氮（N）需求的新视角解析其微生物机制。结果显示，添加5~10% PBAT-MPs可使土壤POM-C、DOM-C和MOAM-C含量分别增加546.9% ~ 697.8%、54.2% ~ 90.3%和13.7% ~ 18.9%。相应的，总碳增加116.0%-191.1%。结构方程模型显示，土壤碳库主要受PBAT输入的影响，并与微生物碳、氮代谢有关。具体来说，PBAT-MPs碎片可伪装成土壤碳，促进POM形成。这也是碳积累的主要途径。相反，MAOM-C和DOM-C形成归因于PBAT微生物产物和DOM-N的选择性消耗。随机森林模型进一步显示，氮活化菌（Nitrospirae）和PBAT降解菌（如Gemmatinadetes）是土壤碳积累的重要类群，关键酶为米根霉脂酶、转化酶和氨单加氧酶。PBAT-MPs也减少46.9% ~ 84.3%的DOM-N，且土壤氮累积主要与团聚体相关的少营养类群（如Chloroflexi和Ascomycota）有关。总而言之，本研究结果强调，为规避PBAT-MPs污染土壤中的有机质周转速率下降，应采取有效的措施控制POM中不稳定氮流失和顽固性碳富集的养分失衡风险。
相关研究结果以“Effect of biodegradable PBAT microplastics on the C and N accumulation of functional organic pools in tropical latosol”为题发表在中科院一区TOP期刊《Environment International》（IF=11.800）。中国热科院环植所陈淼副研究员、三亚市农业技术推广服务中心曹明副研究员为论文共同第一作者，吴东明副研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、海南省重大科技计划、海南省自然科学基金等项目的资助及海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站、农业农村部热区高效农业绿色低碳重点实验室等平台的支持。
论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.108393
