土壤中PBAT微塑料及其降解产物的质谱定量分析与环境行为研究

本研究针对可生物降解塑料PBAT在土壤中的降解行为不明问题，开发了基于热辅助碱水解-LC-MS的PBAT定量方法，揭示了其在酸性/中性/碱性土壤中差异降解规律（17.1% vs 10.8%-11.0%）及降解产物（如1,4-丁二醇高达1580 μg/kg）的生态风险，为评估可降解微塑料的环境归趋提供关键技术支撑。

　　

随着全球可生物降解塑料产量激增，聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为主流材料被广泛应用于农膜和包装领域。然而，这类塑料在土壤环境中的降解行为尚不明确，其产生的微塑料可能比传统塑料更易残留，且降解产物如对苯二甲酸(TPA)和1,4-丁二醇具有潜在生态毒性。当前缺乏精准量化土壤PBAT微塑料的方法，且土壤pH等条件对其降解的影响机制存在争议。针对这些问题，南京农业大学等机构的研究团队在《Eco-Environment》发表论文，通过创新分析方法与长期土壤培养实验，首次实现了PBAT微塑料的精准定量并揭示其环境行为。

研究采用热辅助碱水解结合液相色谱-质谱(LC-MS)技术，优化了高温(90°C)碱(KOH)/1-戊醇体系的高通量处理方法，开发出回收率>92%的PBAT定量方案。通过150天的土壤微宇宙实验，结合酶活性检测(脂酶/laccase)和降解产物分析(LC-MS/MS和GC-MS)，系统评估了酸性(pH 5.0)、中性(pH 6.6)和碱性(pH 8.5)土壤中PBAT的降解动力学。

3.1 土壤性质变化
研究发现PBAT添加显著改变碱性土壤的溶解性有机碳(DOC)和有效氮含量，其中脂酶活性提升122.3%，远高于酸性(4.9%)和中性土壤(11.4%)，表明碱性环境更利于激发微生物降解活性。

3.2 PBAT定量方法开发
创新性地采用超声辅助碱水解(90°C/30min)替代传统回流装置，使6个样本可同步处理。该方法对纯PBAT的降解效率达97%，土壤中检测限低至2 mg/kg，且能同步测定TPA和己二酸。

3.2.2 土壤降解差异
PBAT在碱性土壤中降解率(17.1%)显著高于酸性和中性土壤(10.8%-11.0%)，半衰期估算为453天。灭菌实验证实碱性条件下非生物水解速率更高(8.1% vs 3.3%-3.7%)。

3.3 降解产物积累
1,4-丁二醇在酸性/碱性土壤中早期积累量(1332-1580 μg/kg)远超TPA(约50 μg/kg)，但随微生物适应而减少；己二酸和丁烯二酸酯(BT)因快速降解未被检出。

该研究首次建立土壤PBAT微塑料精准定量方法，证实碱性条件通过促进水解和微生物协同作用加速其降解。尽管降解率仍较低，但高浓度1,4-丁二醇的短暂积累提示局部生态风险。成果为可降解塑料的环境风险评估提供了方法论基础和科学依据，对制定农用可降解塑料使用规范具有重要指导价值。未来需进一步探究不同分子量PBAT的长期降解规律及产物毒性机制。