Carbon Research | 聚乙烯微塑料削弱老化生物炭在减少温室气体排放方面的潜力

摘要

生物炭能够有效减少土壤温室气体排放，但广泛存在于土壤中的微塑料可能会改变生物炭的固碳减排潜力。为评估生物炭在微塑料干扰下的减排效果，本研究探索了聚乙烯微塑料（ 1%～5% wt）和长期生物炭（老化生物炭）添加对Fluvic Cambisol中碳氮循环的交互影响。在91天的培育过程中，老化生物炭和聚乙烯分别减少了49%和18%的 CO₂ 排放量。这主要是由于土壤团聚降低，溶解有机质（DOM）含量减少及芳香性增加，从而减少了微生物生物量及与土壤有机质（SOM）分解相关的几丁质酶的活性，这最终导致微生物残体碳对土壤稳定碳库的贡献增加。有趣的是，聚乙烯微塑料的共存降低了生物炭在 CO₂ 减排（+44% ～ 82%）和稳定 微生物残体碳 （-18%～23%）方面的潜力。这是因为聚乙烯微塑料与生物炭的相互作用促进了大团聚体的形成和DOM的积累，降低了DOM的芳香性，从而增加了微生物生物量和分解SOM的几丁质酶活性。与土壤碳动态相似，老化生物炭在很大程度上减少了土壤 N₂O 排放（-54%），这是由于 nirK 降低而 nifH 基因增加。聚乙烯微塑料在无生物炭添加和老化生物炭添加土壤中分别增加了5%和25%的 N₂O 排放量，可能是通过上调 nirS 和 nirK 基因表达 以及 下调 nifH 基因表达实现的。因此，聚乙烯微塑料可能会弱化生物炭在缓解气候变化方面的优势，这突出了将微塑料视为全球变化因素并在全球传输的背景下将其纳入元素循环的必要性。

图文摘要

亮点

• 长期生物炭添加可将土壤 CO₂ 和 N₂O 排放量分别减少49%和54%。
• 在未添加生物炭的土壤中，聚乙烯微塑料降低了 CO₂ 排放，但增加了 N₂O 排放。
• 单独添加生物炭或聚乙烯微塑料会增加土壤微生物残体碳。
• 在长期施加生物炭的土壤中，聚乙烯微塑料将土壤 CO₂ 和 N₂O 的排放增加了23%～82%。
• 在长期施加生物炭的土壤中，聚乙烯微塑料降低了真菌残体碳对土壤稳定碳库的贡献。

要点图例