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TUhjnbcbe - 2025/4/28 19:08:00
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在环保意识空前强烈的今天,全球仍处在塑料污染的威胁中,每年约有万吨的塑料最终进入海洋。农业土壤也受到塑料污染的威胁。世界各地的农民在土壤上使用大量的聚乙烯(PE)覆盖膜,以防除杂草,提高土壤温度并保持土壤湿润,从而提高整体农作物的产量。收获后,农民通常无法重新收集整张胶片,尤其是当它们只有几微米厚时。由于PE不会生物降解,因此薄膜碎片会进入土壤并随时间累积在土壤中。土壤中的薄膜残留物降低了土壤肥力,干扰了水的运输并减少了作物的生长。由替代聚合物组成的土壤微生物矿化膜苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦水生科学技术研究所(Eawag)的研究人员现已在一项跨学科研究中表明,有理由希望。在他们最近的研究中,他们证明了土壤微生物会降解由另一种聚合物聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸对苯二甲酸酯(PBAT)组成的薄膜。他们的工作刚刚发表在《科学进展》杂志上。在由迈克尔·桑德(MichaelSander),克里斯托弗·麦克尼尔(KristopherMcNeill)和汉斯·彼得·科勒(Hans-PeterKohler)协调的研究项目中,前ETH博士生迈克尔·祖姆斯坦(MichaelZumstein)成功地证明了土壤微生物通过代谢利用PBAT聚合物中的碳来产生能量并建立微生物生物量。ETH环境系统科学部环境化学小组高级科学家MichaelSander说:“这项研究首次直接证明了土壤微生物使土壤中的PBAT膜矿化,并将碳从聚合物中转移到生物质中。”苏黎世。与PE一样,PBAT是一种石油基聚合物,用于制造各种产品,包括覆盖膜。由于PBAT已被归类为堆肥中可生物降解的物质,因此ETH和Eawag研究人员旨在评估PBAT在农业土壤中是否也可生物降解。相比之下,PE在堆肥或土壤中不会生物降解。常规的PE地膜可降解的PBAT地膜用碳13标记聚合物在他们的实验中,研究人员使用了由单体定制合成的PBAT材料,其中包含一定数量的稳定碳13同位素。这种同位素标记使科学家能够沿着土壤中不同的生物降解途径追踪聚合物衍生的碳。真菌菌丝定居在PBAT膜表面,并在新陈代谢中使用PBAT碳。(电子显微镜图像)信用:苏黎世联邦理工学院/环境化学集团PBAT生物降解后,土壤微生物从聚合物中释放出碳13。使用同位素敏感的分析设备,研究人员发现来自PBAT的碳13不仅由于微生物呼吸而转化为二氧化碳(CO2),而且还结合到定居在聚合物表面的微生物生物量中。而这些二氧化碳如果不被分解或者回收,将直接回到自然环境中。国内现有的回收体系真正的生物降解迈克尔·祖姆斯坦(MichaelZumstein)说:“我们研究的好处在于,我们使用稳定的同位素沿着土壤中聚合物的不同生物降解途径精确跟踪了PBAT衍生的碳。”研究人员是第一个以高度科学严格性成功证明塑料材料在土壤中可有效生物降解的研究人员。并非所有过去标记为“可生物降解”的材料都真正满足必要的标准。Eawag的环境微生物学家汉斯·彼得·科勒(Hans-PeterKohler)表示:“按照定义,生物降解要求微生物代谢利用聚合物链中的所有碳进行能量生产和生物质形成,正如我们现在针对PBAT所证明的那样。”该定义强调了可生物降解的塑料与仅分解成微小塑料颗粒的塑料(例如,将塑料暴露在阳光下)根本不同,但不会矿化。科勒说:“即使是肉眼看不见的塑料,许多塑料材料也只是粉碎成细小的碎片,并以微塑料的形式存在于环境中。”研究人员将60克土壤放入容量为0.1升的玻璃瓶中培养六周后,科学家评估了土壤微生物在PBAT表面上定殖的程度。他们进一步量化了在培养瓶中形成的CO2的数量以及该CO2包含多少碳13同位素。最后,为了直接证明聚合物中的碳结合到聚合物表面微生物的生物量中,他们与维也纳大学的研究人员合作。在此阶段,研究人员还不能确定在自然环境中土壤中PBAT降解的时间范围,因为他们在实验室而不是在现场进行了实验。现在需要在不同土壤和不同条件下进行长期研究,以评估在实际环境条件下PBAT薄膜的生物降解。“不幸的是,到目前为止还没有理由欢呼:我们距离解决塑料污染的全球环境问题还很遥远,”桑德说,“但是我们朝着塑料可降解性的方向迈出了非常重要的第一步:土。”同时,他告诫人们不要对环境中的生物降解塑料抱有不切实际的期望:“正如我们已经证明的那样,我们的土壤以生物可降解聚合物的形式存在着希望。但是,土壤的结果不应直接转移到其他土壤中。例如,海水中聚合物的生物降解可能会相当慢,因为那里的条件不同,微生物群落也不同。”研究受到行业
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