北欧农业土壤中可生物降解塑料地膜的原位降解动态及其环境效应

为解决可生物降解塑料地膜(BDM)在寒冷气候下的降解难题，研究人员通过两年田间实验，探究了PBAT/淀粉和PBAT/PLA两种BDM在挪威农业土壤中的降解规律。结果表明：低温环境下BDM仍会发生碎片化(2个月)和水解解聚(FTIR证实)，但两年后残留质量达52-93%，提示年复使用可能导致累积。研究首次报道了病原真菌Rhizoctonia solani与BDM降解的关联性，为评估寒冷地区BDM的环境风险提供了关键数据。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，农业领域尤为突出。自1950年代以来，塑料地膜的使用极大提高了农作物产量，但其持久性和不当管理导致土壤中塑料残留量惊人——中国农田中宏塑料残留量高达325 kg/ha，微塑料浓度甚至达到6.2×10⁵
items/kg。为应对这一危机，可生物降解塑料地膜(BDM)被视为潜在解决方案，但其在寒冷气候下的实际降解效能尚不明确。挪威作为北欧农业代表地区，BDM使用率居高但缺乏系统评估，农民普遍认为"埋入土壤即消失"，这种认知与潜在的环境风险形成鲜明对比。

挪威研究委员会资助的团队在《Chemosphere》发表的研究，首次系统评估了PBAT/淀粉(BioAgri?)和PBAT/PLA(Bi-OPL?)两种主流BDM在挪威五种农业土壤中的降解动态。研究采用创新的田间实验设计：将BDM样本装入100μm孔径的聚酰胺网袋，埋设于10cm和30cm深度，通过70-715天的连续监测，结合质量损失测定、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和DNA测序等技术，揭示了寒冷气候下BDM的降解机制。

质量损失数据显示，两年后BDM残留质量达52-93%，质量损失遵循负二次函数规律，表明降解速率随时间加快。通过热时间模型推算，PBAT/PLA达到90%降解需4.2年，PBAT/淀粉需5.3年——这远慢于EN 17033标准要求的两年期限。值得注意的是，土壤有机质含量与温度被证实为关键影响因素，而埋设深度(10cm vs 30cm)影响不显著。

形态学观察揭示了BDM在土壤中的命运轨迹：2-5个月内即出现微塑料碎片(≥100μm)，且持续存在于整个实验周期。电镜图像显示，部分区域呈现完整结构而相邻区域已严重降解，印证了降解过程的时空异质性。令人意外的是，在BDM表面发现了大量褐色菌丝结构，DNA测序鉴定为植物病原真菌Rhizoctonia solani，这是首次报道该真菌与BDM降解的直接关联。

FTIR光谱分析为降解机制提供了分子层面证据：在1800-1650 cm^-1
区域的酯键(C=O)吸收峰减弱并向低波数偏移，同时3500-3100 cm^-1
出现羟基特征峰，1290-1000 cm^-1
区域的C-O伸缩振动增强，这些变化一致指向水解解聚的主导作用。有趣的是，即使在质量损失最小的Viken 1地区，FTIR仍检测到明显的水解特征，说明化学降解可能先于宏观质量变化。

讨论部分着重强调了研究的现实意义：在年均土壤温度仅7-8℃的北欧地区，BDM的年残留率可能引发累积效应。虽然标准测试(EN 17033)要求25℃下的快速降解，但实际田间条件仅能达到标准热时间的1/3。研究还指出，20%直接埋土的BDM(未经历紫外线预降解)可能是环境中最持久的片段。更值得警惕的是，形成的"可生物降解微塑料"可能被土壤动物(如观察到体内含塑料碎片的线蚓)摄取，并通过食物链转移。

这项研究为寒冷气候区BDM的合理使用提供了科学依据：建议将土壤有机质管理纳入BDM应用策略，同时警示连续多年使用可能导致隐性污染。未来研究需进一步明确：1) 紫外线预降解对后续土壤降解的促进作用；2) 可生物降解微塑料的生态毒理效应；3) 不同农业管理措施对降解速率的调控潜力。该成果不仅填补了北欧地区BDM降解数据的空白，更为全球寒冷农业区的塑料污染治理提供了范式。