农业塑料微塑料的水生生物降解特性研究：传统聚乙烯与可降解PBAT淀粉共混物的环境行为对比

为解决农业塑料膜在非目标环境（如水生系统）中的降解难题，研究人员对比研究了传统聚乙烯（PE）和可降解聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯-淀粉共混物（PBAT）微塑料的UV老化及水生生物降解特性。通过多模态分析技术（SEM、FTIR、LA-ICP-MS等）发现，UV老化使PBAT降解率提升至57%，并伴随结晶度增加和钛元素溶出，而PE几乎无降解。该研究揭示了可降解塑料在非目标环境中的潜在风险，为可持续农业实践提供关键数据支撑。

　　

塑料污染已成为全球环境挑战，农业领域广泛使用的塑料地膜是重要污染源之一。尽管可降解塑料（如PBAT）被推广为传统聚乙烯（PE）的环保替代品，但其在非目标环境（如水体）中的降解行为尚不明确。这一问题亟待解决，因为农田中的塑料碎片可能通过径流进入水生系统，引发生态风险。

为探究这一科学问题，来自多个国际机构的研究团队在《Environmental Pollution》发表了最新成果。研究聚焦PE和PBAT微塑料在UV老化前后的水生生物降解特性，结合多尺度分析手段，揭示了可降解塑料在非目标环境中的真实降解潜力。

研究采用OECD标准水生生物降解测试体系，通过开放与封闭系统模拟环境条件。关键实验技术包括：扫描电镜（SEM）观察表面形貌，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱分析化学结构变化，激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）检测元素分布，差示扫描量热法（DSC）测定结晶度变化，以及以浮萍（Lemna minor）为模型的生态毒性评估。

3.1 生物降解性测试
封闭系统实验显示，PE与UV老化PE的降解率均低于3%，而PBAT经UV预处理后降解率显著提升至57%。这一结果证实UV辐射通过诱导PBAT表面羰基形成（FTIR检测到1760 cm^-1新峰），促进微生物攻击。

3.2 形态学变化
SEM图像显示，UV-PBAT-BIO表面出现明显孔洞，而PE样品仅附着少量污泥微生物。这表明PBAT的降解伴随物理结构破坏，符合其较高的生物降解率。

3.3 表面化学变化
FTIR光谱证实PE化学结构在所有处理中保持稳定，而PBAT在UV老化后出现酯基修饰。拉曼光谱的主成分分析能区分不同老化类型，凸显其作为塑料降解监测工具的潜力。

3.4 元素组成变化
LA-ICP-MS发现PBAT中的钛（Ti）在生物降解后含量降低，暗示添加剂溶出风险。值得注意的是，高灵敏度检测揭示PBAT中含铅（Pb），但其环境释放风险需进一步评估。

3.5 内部结构变化
DSC数据显示PBAT生物降解后结晶度显著增加（PBAT-BIO达59.4%），表明微生物优先消耗无定形区。这一现象可能改变微塑料在水体中的沉降行为。

3.6 生态毒性
浮萍实验表明，PE会抑制根系生长（可能与物理干扰有关），而PBAT无显著毒性。经生物降解后，所有样品的生态影响均有所降低。

该研究系统论证了可降解PBAT在非目标环境中的有限降解能力：虽然UV预处理可提升其降解效率，但未达到"易生物降解"标准（OECD要求10天降解率>60%）。更值得关注的是，PBAT降解过程中伴随结晶度改变和金属添加剂释放，这些次级效应可能对水生生态系统产生长期影响。研究强调，当前可降解塑料的环境友好性评估需扩展至非目标环境，而多模态分析技术为全面理解塑料环境行为提供了方法论范式。这些发现对完善农业塑料管理政策和开发生物降解新材料具有重要指导意义。