可生物降解塑料在土壤中仍有问题

生物可降解塑料的想法一开始听起来不错。然而，人们对它们在土壤中如何退化以及这是如何受到气候变化的影响知之甚少。在最近的两项研究中，亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的土壤生态学家展示了哪些微生物群落负责降解，气候在这一过程中发挥了什么作用，以及为什么生物降解塑料仍然可能存在问题。

最终进入土壤、海洋或内陆水域的塑料会伤害生活在那里的生物，并对生态系统造成严重和长期的破坏。因此，生物可降解塑料的开发和使用的增加是生态经济的重点。“但是，尽管生物降解塑料有着积极的形象，我们仍然对它们在土壤中的作用或它们是如何降解的知之甚少，”UFZ的土壤生态学家François Buscot教授说。

为了进一步阐明这一点，Buscot的研究团队在最近发表在《环境科学与技术》上的一项研究中调查了以下问题:可生物降解塑料的降解速度有多快?涉及哪些微生物?它们是如何相互作用的?哪些条件促进了降解过程?哪些抑制了它?“我们还想知道气候变化导致的温度和降水水平的变化如何影响塑料的可降解性，”该研究的主要作者、UFZ的土壤生态学家Witoon Purahong博士解释说。

为此，在巴德Lauchstädt的全球变化实验设施(GCEF)进行了实验，该设施目前被认为是世界上面积最大的室外气候实验之一。研究人员调查了气候变化对土地利用和生态系统的影响。重点是用于覆盖土壤的地膜和园艺薄膜。它们通常由聚乙烯(PE)制成，这是一种由化石原料制成的塑料。由于技术原因，薄膜的残留物经常留在土壤中。从中期来看，这将导致微塑料污染。因此，改用可生物降解的替代品在这里很有意义。但是使用这些替代品有副作用吗?

为了找到答案，研究小组调查了聚丁二酸-共己二酸酯(PBSA)，一种部分由植物(玉米、甘蔗、木薯)生产的生物基地膜，在农业领域的自然条件下是如何生物降解的。研究人员区分了今天的气候条件和2070年左右德国预测的模拟气候条件。他们使用现代分子生物学方法(下一代测序)来确定哪些微生物群落定居在塑料本身以及周围的土壤上。

“我们能够证明，在不到一年的时间里，大约30%的PBSA已经退化。在目前德国普遍存在的气候条件下，这是相当多的。”“主要的参与者是真菌，由不同的细菌群落和其他几种微生物支持。其中包括为真菌提供氮的细菌(在塑料中很少见)，以及利用有毒降解产物的细菌和古细菌。Purahong补充说:“一个智能降解和回收社区正在塑料表面和周围形成，即使在模拟的未来气候条件下降解率相似。”变化的气候显然不会损害分解pbsa的真菌。它们周围的微生物群落略有不同，但降解结果是相似的。“我们没想到会有这么好的消息。”

在《欧洲环境科学》杂志上发表的另一项研究中，UFZ的研究人员在更严格的条件下研究了微生物群落。他们调查了大量PBSA进入土壤时群落的变化，以及施用高浓度氮肥时会发生什么。该研究的主要作者、博士生Benjawan Tanunchai说:“大量的PBSA实际上会使土壤中的微生物群落发生很大的变化。”土壤中PBSA含量每增加6%，真菌物种多样性下降45%，古菌物种多样性下降13%。另一方面，PBSA的高负荷加上该地区的施肥导致了赤霉病菌(Fusarium solani)的增殖，这是一种广泛的植物破坏真菌。

因此，两项UFZ研究产生了一个好消息和一个不太好的消息:土壤中的PBSA可以相对快速有效地降解——即使在未来的气候条件下。然而，如果PBSA与高浓度氮肥同时大量存在，则由于微生物群落受到干扰和害虫数量增加，PBSA降解会对农业生产产生负面影响。

布斯考特说:“当大量塑料最终进入环境时，它永远都不是好事——即使它是可生物降解的塑料。”“最好的办法就是完全避免使用塑料。然而，由于目前这是一个不现实的目标，我们至少应该尽可能地依赖生物降解塑料，并尽可能提前了解它们的降解性能和后果。”

参考
谭楠猜，贾志德，王志强，等。利用高分辨率分子技术分析暴露于高聚丁二酸琥珀酸-共己二酸酯负载后塑料-土壤系统中的微生物种群。环境科学．2021; 33(1): 105。doi:10.1186 / s12302 - 021 - 00528 - 5

王志强，王志强，等。回到未来:一种生物基和可生物降解塑料在田间土壤环境中的分解能力及其在环境和未来气候下的微生物群。环境科学技术．2021年9月6日在线发布。doi:10.1021 / acs.est.1c02695

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