不同造林年限下可生物降解微塑料对杨树防护林土壤团聚体稳定性的深度影响研究

《Waste Management》：The impact of biodegradable microplastics on soil aggregate stability across different afforestation ages and soil depths in poplar shelterbelts

本研究发现，在短期（60天）暴露下，两种可生物降解微塑料（BMPs）——聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚乳酸（PLA）——均未对杨树防护林不同造林年限（0-20年）和土壤深度（0-100 cm）的土壤团聚体稳定性（以几何平均直径GMD和结构稳定性指数SSI为指标）产生负面影响。PHA普遍提升了土壤大团聚体含量和GMD，其改善效果随土壤深度增加而增强。研究为评估BMPs在防护林生态系统中的短期土壤生态风险提供了重要依据。

　　

微塑料处理和土壤

本研究选取了两种常见的可生物降解微塑料（BMPs）——聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚乳酸（PLA）作为研究对象。BMPs由东莞市塑胶化工原料有限公司生产，粒径为150微米，该粒径在微塑料污染的土壤中常见。实验所用的BMPs预先使用70%乙醇进行处理，随后用去离子水反复冲洗以去除残留乙醇。

BMPs对团聚体粒径分布和团聚体结合碳的影响

BMPs类型、造林年限、土壤深度及其交互作用显著影响了团聚体粒径分布和团聚体结合碳含量。PHA在所有土壤样品中均提高了大团聚体的含量（增幅43.64%至1167.04%）。然而，在0年林龄防护林的40-60厘米深度和5年林龄防护林的20-40厘米深度，这种提升作用不显著。PHA在所有土壤样品中降低了微团聚体的含量（降幅4.94%至22.22%）。此外，PHA还提高了所有土壤样品中大团聚体结合碳的含量（增幅0.47%至88.46%），但降低了微团聚体结合碳的含量（降幅0.75%至25.00%）。相比之下，PLA仅在0年林龄防护林的0-20厘米和20-40厘米深度显著提高了大团聚体含量（增幅分别为216.75%和28.47%），并降低了微团聚体含量（降幅分别为7.61%和1.95%）。同时，PLA在0年林龄防护林的0-20厘米深度提高了大团聚体结合碳含量（增幅13.79%），但降低了微团聚体结合碳含量（降幅10.00%）。

BMPs对土壤团聚体稳定性的影响

BMPs类型、造林年限、土壤深度及其交互作用显著影响了土壤团聚体的稳定性指标（GMD和SSI）。PHA的添加显著提高了所有土壤样品的GMD（增幅7.39%至49.05%）和SSI（增幅1.33%至36.36%）。相比之下，PLA的添加仅在0年林龄防护林的0-20厘米和20-40厘米深度显著提高了GMD（增幅分别为29.07%和10.23%）和SSI（增幅分别为25.00%和13.64%），而在其他造林年限或土壤深度下未观察到显著影响。

BMPs对团聚体稳定性影响的变化规律及其驱动因素

PHA引起的GMD改善程度（ΔGMD_PHA）和SSI改善程度（ΔSSI_PHA）与土壤深度呈正相关。结构方程模型分析表明，ΔGMD_PHA和ΔSSI_PHA的变化主要受初始土壤性质的驱动，特别是土壤容重、粘粉粒含量和有机碳（SOC）含量。具体而言，较高的土壤容重和较低的SOC含量有利于PHA对GMD和SSI的改善。

BMPs对土壤团聚体粒径分布、团聚体结合碳及稳定性的影响

土壤团聚体粒径分布、团聚体结合碳、GMD和SSI均受到BMPs类型、造林年限、土壤深度及其交互作用的显著影响。PLA的添加普遍降低了0年林龄防护林中微团聚体的含量，同时提高了大团聚体含量和GMD，但在其他造林年限或土壤深度下未表现出显著影响。这一结果可归因于PLA在0年林龄土壤（即弃耕地土壤）中能够更有效地促进大团聚体的形成。

结论

本工作中，我们研究了PHA和PLA对不同造林年限和土壤深度下杨树防护林土壤团聚体的影响。结果表明，两种BMPs均未对所有土壤样品的团聚体稳定性产生不利影响。因此，基于团聚体稳定性指标，我们的研究结果表明BMPs在短期内可能不会对防护林构成生态风险。此外，PHA对GMD（ΔGMD_PHA）和SSI（ΔSSI_PHA）的提升程度与土壤深度呈正相关，这主要受初始土壤性质的驱动。