浙科大林俊杰团队TrAC｜可降解微塑料与生物炭共存对土壤有机质分解影响

生态环境科学 · 公众号 · · 2024-12-27 08:52

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文章信息

第一作者： 林俊杰教授

通讯作者：林俊杰教授

通讯单位：浙江科技大学

https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.118082

亮点

• 可降解的微塑料破坏了陆地生态系统的碳循环。

• 生物炭的固碳效果可能会因为可降解微塑料而下降。

• 生物炭有益于农学效应，但对微塑料的长期影响尚不确定。

• 生物炭对SOM的安全和健康影响需要更多和更长期的研究。

研究进展

土壤有机质分解在全球碳循环中起着至关重要的作用，直接影响着陆地生态系统的稳定性和健康。微塑料和生物炭是影响土壤有机质分解的两个重要因素。可降解微塑料进入土壤后，可能通过激发效应破坏生物炭-有机质共生团聚体，降低生物炭对土壤有机质的物理和化学保护能力，进而影响土壤有机质的稳定性。而生物炭作为一种负碳技术，其对土壤有机质的影响存在争议，尽管多数研究表明生物炭可增加土壤有机碳含量并提高其稳定性，但也有研究指出生物炭可能会诱导土壤有机质分解。

图1 土壤有机碳库的激发效应和周转

研究团队综合分析了当前关于生物炭和可降解农膜对土壤有机质影响、可降解微塑料矿化过程以及土壤有机质稳定性的研究。结果显示，可降解微塑料的矿化速率与自身特性（如粒径、组成、分子量、疏水性和添加剂等）及土壤性质（如有机碳、氮、pH和矿物质等）密切相关，其矿化过程会释放温室气体，加剧温室效应和气候变化。同时，可降解微塑料对土壤有机质分解具有显著的激发效应，其激发效应大小取决于微塑料的可降解性。

图 2 生物炭、残留物 & 渗出物、可降解和不可降解微塑料对土壤有机碳分解和固持的影响机理

目前，关于生物炭与可降解微塑料共存对土壤有机质稳定性影响的研究相对有限，且现有研究多基于短期实验和传统非降解微塑料。未来，需要进一步明确生物炭持续应用的激发效应和碳预算，特别是在与可降解微塑料共存的土壤中；深入研究可降解微塑料在生物炭改良土壤碳库中的降解命运，以及生物炭和微塑料对土壤有机碳分解的综合影响；探讨微塑料粒径和可降解性对土壤碳库稳态-激发态转换的影响；研究生物炭颗粒固定和保留的策略，特别是与微塑料衍生碳和微生物残留碳相关的策略；深入理解底物有效性、微生物碳利用效率和激发效应之间的关系，以确定生物炭在农业土壤中长期应用的最佳参数。这些研究将为优化生物炭生产和应用系统提供科学依据，有助于实现碳中和目标，提高农业可持续性。

图3 生物炭与可降解微塑料共存对土壤有机质稳定性的影响途径

作者介绍

林俊杰 ，博士，浙江科技大学环境与资源学院教授，省级创新创业领军人才(省万人计划)入选者，省级拔尖人才引进学术带头人。在 Global Change Biology 、 Soil Biology and Biochemistry 、 Journal of Hazardous Materials 、 Geoderma 等国际权威期刊发表论文100余篇（高被引论文2篇）。主持国家自然基金2项，省部级重大重点项目等6项，参与欧盟农业可持续发展等多个国际合作项目。现担任 Climate Smart Agriculture 执行副主编， Biochar、Carbon Research 、土壤通报、生态与农村环境学报青年编委， Ecological Indicators、Frontiers in Ecology and Evolution、Frontiers in Plant Science 编委/Guest editor。主要从事气候变化与碳氮循环、农业废弃物资源化与土壤修复等研究工作。

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