“编者在24年6月18日文献情报中关注到苏州大学蒋锐教授团队探究传统和生物降解地膜长期覆盖对棉田微塑料丰度、土壤结构和有机碳的影响，特邀请该团队为本公众号撰写了研究亮点，希望该研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。”
导读
生物降解地膜作为传统聚乙烯地膜的潜在替代品而被广泛使用。然而，生物降解地膜在土壤中的降解特性与影响研究多以短时间尺度和模拟实验为主，缺乏长时间尺度的大田试验研究。与传统地膜相比，生物降解地膜可以作为土壤中的一种碳源，影响微生物生态功能与碳氮循环过程。然而，生物降解微塑料对土壤有机碳和团聚体相关碳的影响受到的关注有限，尤其是在长期的田间效应方面。
本研究对两块田地进行了比较：(1) 聚乙烯地膜覆盖 23 年 （地块1）；(2) 聚乙烯地膜覆盖 15 年，之后生物降解地膜覆盖 8 年（地块2）。探讨了长期聚乙烯地膜覆盖后，使用生物降解地膜覆盖表层土壤（0-20 cm）中微塑料的数量、形态分布、尺寸分布和来源；基于13C自然丰度法明确了团聚体组分之间的碳流动方向，从团聚体碳流角度解释生物降解地膜覆盖对土壤碳累积的影响。本研究的目的是：(1) 量化长期使用传统聚乙烯和生物降解（PBAT）地膜覆盖后土壤中积累的微塑料数量；(2) 评估塑料地膜覆盖对 SOC 积累和团聚体尺寸等级间 C 流的影响。该研究为生物降解地膜长期使用是否会增加微塑料提供了新的依据，并提供了从团聚体C流角度分析微塑料对土壤有机碳影响的新视角。
经过 23 年的地膜覆盖栽培后，地块 2（8,507 颗 kg-1）在0-20 cm土层的微塑料丰度总体高于地块 1（6,767 颗 kg-1）。按尺寸对微塑料进行的分类表明，在地块 1 和地块 2 中，< 0.25 mm的微塑料分别占微塑料总量的 92% 和 88%。在地块 2 中，0.25-1 mm和< 0.25 mm的微塑料数量均大于地块 1。然而，地块 2 和地块 1 中 1-5 mm微塑料的数量相同。在地块 1 和地块 2 中，颗粒和薄膜状微塑料占微塑料总量的绝大部分（地块 1：颗粒 59%，薄膜 29%；地块 2：颗粒 35%，薄膜 52%）。地块 1 中颗粒状微塑料的数量高于地块 2。相比之下，地块 1 中的薄膜状微塑料含量低于地块 2 （图1）。
地块 1 和地块 2 表层土壤（0-20 厘米）中 1-5 mm的微塑料均为颗粒状微塑料。其特征傅立叶变换红外峰值与原始聚乙烯地膜相同，可确定为聚乙烯及其共聚物（图 2A、B）。在 0.1-1 mm的微塑料中，颗粒被鉴定为聚乙烯及其共聚物，并且在两个图谱中观察到颗粒-微塑料相似（图 2C、D（c、d、e））。在分析的颗粒状微塑料中，低密度聚乙烯所占比例最大（地块 1：60%；地块 2：53%），其次是聚乙烯。地块 1 和地块 2 中都发现了吡唑酯和聚乙烯薄膜状微塑料（图 2C、D（f、g））。然而，聚酯-对苯二甲酸酯和聚酯、对苯二甲酸酯和异对苯二甲酸酯薄膜微塑料只在地块 2 中发现（图 2D（h、i））。它们占地块 2 中所有分析薄膜状微塑料的 78%和 0.1-1mm微塑料总量的 33%。纤维状微塑料被鉴定为聚丙烯和人造丝（图 2C（i、h）和 D（j、k））。0.1mm的微塑料是我们监测的下限。
经过 23 年的地膜覆盖栽培，地块 1 两层土壤中团聚体组分间的C流相似（图 3）。然而，在地块 2 中，与 0-10 cm土层相比，10-20 cm土层的C流方向发生了变化。在 0-10 cm土层中，地块 1 的C流更密集地从大型团聚体流向小型团聚体，而地块 2 的C流则从大型团聚体流向微型团聚体，从微型团聚体流向小型团聚体（图 3A）。在地块 2 的 10-20 cm层中，C 流从微集料流向大型团聚体，并间接地从小型团聚体流向大型团聚体（图 3B）。
总体而言，即使在聚乙烯地膜之后使用生物降解地膜，也有可能恢复团聚体组分之间 C的自然稳定过程，并提高 SOC 含量。生物降解地膜产生的微塑料可能是过渡阶段，之后会继续生物降解。
▲图1 与聚乙烯地膜覆盖 23 年相比，聚乙烯地膜覆盖 15 年后生物降解地膜覆盖（PBAT） 8 年对表层土壤（0-20 厘米）中微塑料的数量（A）、形状（C, E）和大小(B，D)的影响。（来源：ScienceDirect）
▲图2 长期地膜覆盖实验中微塑料的傅立叶变换红外光谱和显微镜图像。A：地块 1 中 1-5 mm微塑料的傅立叶变换红外光谱（a：原始聚乙烯地膜；b-i：从土壤中提取的颗粒状微塑料）；B：地块 2 中 1-5 mm微塑料的傅立叶变换红外光谱（a：原始 PBAT 地膜；b-i：从土壤中提取的颗粒状微塑料）；C：地块 1 中 1-0. 1 mm的微塑料（a、b：原始聚乙烯和 PBAT；c-h：不同形状的微塑料）；D：BFM 中 1-0.1 mm微塑料的傅立叶变换红外光谱（a、b：原始聚乙烯和 PBAT；c-k：不同形状的微塑料）。（来源：ScienceDirect）
▲图3 长期地膜覆盖下土壤团聚体之间的碳流示意图。Plot 1：聚乙烯地膜覆盖 23 年；Plot 2：聚乙烯地膜覆盖 15 年，之后生物降解地膜覆盖 8 年。A：0-10 cm土层；B：10-20 cm土层。团聚体内的数值表示相应团聚体尺寸等级的 δ13C 与全土的 δ13C 之差（Δ13C）。箭头表示根据集料 Δ13C 值之间的差异（箭头上方的数字）确定的碳流方向。箭头顶端的这些数字显示了团聚体之间发生碳流动的相对概率。箭头越宽，C 流路径的可能性越大。（来源：ScienceDirect）
[1] Wang, K., Min, W., Flury, M., Gunina, A., Lv, J., Li, Q., & Jiang, R. (2024). Impact of long-term conventional and biodegradable film mulching on microplastic abundance, soil structure and organic carbon in a cotton field. Environmental Pollution, 356, 124367.
联系作者:
蒋锐，教授，苏州大学，ruijiang@suda.edu.cn
扩展阅读
本文编辑：张兆媛
本文审订：何伟
| 版权申明：本公众号为非盈利性新媒体，所刊载文章版权属于原作者及相关出版商所有，如发生侵权行为，请及时与公众号编辑联系，我们会与原作者、相关出版机构协商解决。 |
更多信息关注“天然有机质研究情报”。
