土壤中生物降解塑料的准确跟踪

现代农业使用大量的塑料,特别是农民使用覆盖物电影的形式覆盖土壤。这对作物保持土壤湿润,可以抑制杂草生长,促进作物生长。

然而,它通常是非常耗时和昂贵的农民收集和处理传统的聚乙烯(PE)电影后使用。此外,它不可能再集合所有的薄的体育电影,因为他们很容易撕裂。这意味着PE-pieces仍在和在土壤中积累,因为体育不降低。

可生物降解地膜的电影是一个不错的选择,因为——与PE膜——理想不留下任何聚合物组件在土壤环境中。它所包含的生物可降解聚合物是故意这样设计微生物可以使用它们来产生能量,建立细胞生物量。可生物降解聚合物的化学“打破点”的主体结构。土壤中天然的微生物,如,可以释放酶攻击到他们的环境,这些点在聚合物和分解。小然后被微生物降解产物释放并最终气息奄奄的形成最终产品,有限公司₂。

这就是为什么证明有限公司₂形成从聚合物碳对生物降解是至关重要的。也因为除了真正的可降解塑料,有错误标签的基于PE包含特定的添加剂。这些电影只分解成很小的塑料微粒,不再是肉眼可见的。因为这些不是由微生物降解,它们在环境中积累。

新方法捕捉生物降解的方方面面

基于现有的方法直到现在,还没有可以遵循的过程中聚合物降解。但在过去的几年中,瑞士苏黎世联邦理工学院的环境化学集团已经开发出一种新方法来跟踪和测量是否以及在多大程度上聚合物在土壤生物降解。他们的研究结果刚刚发表在自然通信。

这些结果可以改变聚合物的方式在未来生物降解研究。该项目还涉及ETH地球科学系的研究人员和作者之一,除了从化学公司巴斯夫员工。

这种新方法是基于使用聚合物标记和稳定碳同位素(¹³C)。这个标签允许研究人员追踪聚合物的选择性¹³C在土壤中降解,所以他们可以明白地证明生物降解确实发生。直到现在,塑料生物降解性测试只有non-isotopically标记聚合物。聚合物(或塑料材料组成的一个或多个聚合物)如果认证为可生物降解的一部分添加聚合物碳转化成有限公司₂超过一个预定义的水平在一个特定的潜伏期。的标准可降解地膜的电影,例如,需要两年的土壤孵化项目中至少90%的覆盖物电影碳“涌出”有限公司₂。

这些测试方法都建立一个合适的手段来检测聚合物矿化。然而,他们不能充分反映生物降解的程度,因为他们只测量有限公司₂形成。因此,研究人员利用今天的标准方法无法检测聚合物碳土壤中剩余的数量在一个潜伏期的结束。此外,目前尚不清楚这仍剩余碳在场的形式添加聚合物或微生物是否已经把它融进他们的生物量。

封闭的碳质量平衡

该方法开发的ETH研究者和他们的同事消除这些模棱两可。在他们的实验中,他们使用¹³C-labelled聚丁烯琥珀酸或PBS——一个商业上重要的生物可降解聚酯也用于覆盖物的电影。

研究人员现在能够选择性地跟踪¹³在生物降解PBS C:除了确定矿化¹³有限公司₂,作者展示了完整的质量平衡为PBS碳量化PBS-derived的残留量¹³C仍然在孵化后的土壤。

“这对我们来说是一个可喜的看到封闭的碳质量平衡土壤425天的孵化。这表明,我们可以准确地确定聚合物碳最终——大约三分之二的地方有限公司₂和土壤中三分之一——对这些很长的潜伏期,”这项研究的首席作者解释说,泰勒纳尔逊,谁在环境化学组获得博士学位。

研究者们还想知道,形成碳添加为PBS仍在土壤中。多少被纳入微生物生物量和仍存在残余PBS多少?

要回答这个问题,作者从土壤中提取并量化剩余PBS的孵化项目。他们能够表明,虽然大多数的碳和PBS仍然存在,大量添加PBS的——7%——被纳入微生物生物量碳。

能够准确地确定多少聚合物仍和多少聚合物碳已纳入生物量是至关重要的对未来的研究和开发新的可降解聚合物。“我们现在可以系统地测试土壤条件和聚合物性能允许的完全生物降解聚合物有限公司₂和微生物生物量,我们可以评估因素,可能会减缓聚合物降解随着时间的推移,”解释了迈克尔·桑德教授ETH环境化学组。

这项工作已经开始,使用新的方法,该集团目前正在调查进一步的生物降解聚合物在不同农业土壤,包括在这一领域。“通过这种方式,我们希望确保可生物降解聚合物不辜负他们的名字,不要留在环境,“Kristopher麦克尼尔说,苏黎世联邦理工学院的环境化学教授和研究小组主管。

”取代传统的用生物可降解的聚合物可以帮助减少塑料污染,尤其是对聚合物的应用程序直接使用在环境中,有一个高聚合物在使用后仍有可能,”桑德指出。

参考:纳尔逊TF,鲍姆加特纳R,尹浩然,Jaggi。土壤中生物降解聚(丁二琥珀酸)的实验室孵化项目评估稳定碳同位素标签。Nat Commun。2022;13 (1):5691。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 33064 - 8

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。