PBAT生物降解地膜长期施用对生菜生理及土壤微生物群落的影响机制研究

为解决传统聚乙烯(PE)地膜造成的土壤污染问题，研究人员开展了为期4年的PBAT生物降解地膜长期降解试验，通过设置0.05-5 g/kg梯度浓度，系统评估其对生菜(Lactuca sativa L.)生理指标及土壤微生态的影响。研究发现高浓度PBAT显著提升生菜叶绿素a(0.67 mg/g)、维生素C等品质指标，促进Chujaibacter等有益菌增殖，同时降低Fusarium等病原菌丰度。该研究为可降解地膜的安全应用提供了重要科学依据。

　　

随着农业现代化发展，地膜覆盖技术因其保温保墒、抑制杂草等优势被广泛应用。然而传统聚乙烯(PE)地膜在土壤中难以降解，中国2020年地膜残留量已达55.08万吨，导致土壤结构破坏、作物减产等系列问题。聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为环境友好型替代材料，虽在60天内降解率可达90%，但其长期施用对作物-土壤系统的生态效应尚不明确。

贵州省烟草科学研究院的研究人员设计了为期4年的盆栽试验，设置0.05、0.5、5 g/kg三个PBAT梯度及PE对照，以生菜为模式作物，结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术，系统探究PBAT降解特性及其生态效应。研究论文发表在环境领域权威期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。

关键技术方法包括：(1)通过SEM观察地膜表面微观形貌，FTIR分析化学结构变化；(2)测定生菜叶绿素、维生素C等生理指标；(3)采用酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶(UR)活性；(4)Illumina NovaSeq平台进行16S rRNA和ITS测序分析微生物群落。

【4.1 土壤理化性质变化】
PBAT处理显著降低土壤pH和速效钾(AK)，其中5 g/kg组pH降至5.33。与传统PE膜相比，PBAT对全氮(TN)、有机质(SOM)等指标无显著影响，但高浓度处理使速效磷(AP)降低9.6%。

【4.2 地膜表面微观形貌变化】
SEM显示PBAT膜表面出现不规则裂纹和突起，而PE膜仅产生白色粉末状初降解特征。FTIR检测到PBAT在1716 cm^-1处羰基吸收峰增强，表明酯键水解导致的链断裂。

【4.3 生菜生理指标影响】
5 g/kg PBAT使生菜最大叶面积增加22.55%，地上部鲜重提升60.06%。品质分析显示叶绿素a浓度达0.67 mg/g，维生素C含量较PE组提高55.84%，硝酸盐浓度显著降低。

【4.4 土壤酶活性变化】
PBAT处理使过氧化氢酶(CAT)活性降低36.49%，而脲酶(UR)活性呈剂量依赖性增加，5 g/kg组较PE提高21.18%。

【4.5 微生物群落结构】
α多样性分析显示PBAT降低细菌ACE指数但提升Chujaibacter丰度346.61%。真菌群落中，5 g/kg组使有益菌Trichoderma相对丰度增加，病原菌Fusarium降低。功能预测表明PBAT增强膜转运功能，抑制病原菌-腐生菌复合功能群。

研究结论揭示：PBAT的长期降解显著改善黄黏壤土通气性，其释放的降解产物可能作为碳源促进Chujaibacter等有益菌增殖。微生物-植物互作机制上，Pseudolabrys等菌属与生菜可溶性蛋白呈显著正相关，而病原菌抑制效应可能与土壤pH降低引发的Trichoderma拮抗作用有关。该研究首次通过4年定位试验证实PBAT在提升作物品质的同时能优化土壤微生态，为制定可降解地膜农艺标准提供了理论支撑。未来需持续监测PBAT中间降解产物对土壤-植物系统的长期效应。