【科學網】研究發現氮肥可調控微塑料顆粒對土壤碳庫的影響
人們每天都在使用塑料制品，但廢棄的塑料，特別是越來越常見的可降解塑料進入土壤后會發生什么？研究顯示，這些塑料不僅會自身分解，更會像投入池塘的石子一樣，在土壤生態系統中激起“連鎖反應”，影響土壤本身的健康和固定碳的能力。
近日，一項由中國科學院東北地理與農業生態研究所和德國哥廷根大學科學家共同完成的研究揭示了這種“連鎖反應”的奧秘，并發現農田里常見的氮肥竟是調控這一過程的關鍵“開關”。相關研究成果發表于《歐洲土壤科學期刊》(European Journal of Soil Science)。
研究發現，農田中廣泛使用的可降解微塑料會顯著影響土壤有機質的分解過程，但合理施用氮肥可有效緩解這一生態風險。研究通過全球Meta分析和13C同位素標記實驗，首次揭示了氮素有效性對可降解微塑料引發的土壤有機質“激發效應”的調控機制。
研究顯示，塑料類型決定了其對土壤有機質分解激發效應的方向。聚羥基脂肪酸(PHA類)微塑料容易被土壤微生物“吃掉”，它們會強烈刺激微生物活動，加速土壤有機碳分解，高達200%至250%，可向大氣中釋放更多二氧化碳。聚乳酸(PLA類)微塑料在常溫土壤中分解較慢，令人意外的是，它們反而對土壤原有有機碳的分解產生了微弱的抑制作用，減緩約5%至22%，盡管其在土壤中長期存在的危害仍不得而知。
研究指出，氮肥能顯著改變可降解微塑料引發的“連鎖反應”強度。因此，氮肥是調控激發效應的“金鑰匙”。氮肥通常會減弱可降解塑料，特別是PHA類對土壤有機碳分解的“正激發效應”，減弱幅度可達5%至35%。這對保護土壤碳庫、減少碳排放是個好消息。
研究人員還發現，塑料攜帶的碳和氮肥中氮素之間的比例，即碳氮比是預測氮肥調控有機質激發效應的關鍵。當碳氮比約為10，氮肥對激發效應的作用最小。此時，微生物既能利用微塑料碳，又有足夠的氮，對土壤有機質分解產生較小影響。
研究進一步揭示了氮肥通過影響微生物生活策略進而調控微塑料激發效應的原理。當土壤缺氮時，微生物會利用塑料提供的能量，瘋狂分解土壤有機質來“挖”氮，導致土壤碳損失。氮肥的輸入，滿足了微生物對氮的部分需求，減少了它們“挖氮”的動力，從而抑制激發效應；當碳氮比達到10時，微生物大量繁殖，雖然也會分解一些土壤碳，但它們快速生長和死亡留下的殘骸，又可能被“挖氮菌”利用，形成一個復雜的鏈條，使得整體激發效應變化不大。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/ejss.70170
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