《Environmental Pollution》：Deciphering the Formation Mechanism of Recalcitrant Microplastics during Bioplastic Degradation in Aerobic Environment
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•PLA/PBAT降解产物仍含有苯环结构。•氮引起了塑料结构的光谱变化。•适量补充氮加速了微生物矿化。引言为减少石油基塑料对环境造成的损害，向使用可生物降解塑料的转变势在必行（Wohlleben等，2023）。到2050年，在可行的情况下用可生物降解替代品替代传统塑料，可将生
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PLA/PBAT降解产物仍含有苯环结构。
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氮引起了塑料结构的光谱变化。
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适量补充氮加速了微生物矿化。
引言
为减少石油基塑料对环境造成的损害，向使用可生物降解塑料的转变势在必行（Wohlleben等，2023）。到2050年，在可行的情况下用可生物降解替代品替代传统塑料，可将生态毒性降低多达34%。将此与传统塑料的最佳废物管理相结合，可将全球塑料废物累积量减少多达65%（Piao和Yao，2026）。该方法似乎是一种高效的废物管理策略，用于处理难降解的塑料产品；然而，这些塑料通常最终被丢弃，并堆积在垃圾填埋场和海洋中（Dey等，2023）。许多报告证实，可生物降解塑料（BPs）不能被完全降解，最终会形成微塑料（MPs）（Piao等，2024）。这些废物被摄入后往往对动物和海洋生物有害，因为它们会在消化道中积累并导致饥饿。此外，有毒单体可渗入土壤和水中，污染周围生态系统（Lim，2021）。已知聚合物会自发产生微塑料（尺寸1 μm - 3 mm）和纳米塑料（10 nm - 1 μm）（Mendez等，2025），这将进一步释放各种低聚物（复杂化学混合物），表现出与持久性有机污染物相似的特征，因此引发了对生态系统潜在不利影响的问题（Zhao等，2025）。例如，聚乳酸（PLA）促进土壤有机碳的分解，导致二氧化碳（CO2）排放量升高，从而可能降低土壤的碳封存潜力并对作物生长环境产生不利影响（Wang等，2024）。聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）降解产生的对苯二甲酸（TPA）已被证明可通过破坏细胞线粒体代谢在生物体中诱导遗传、生殖和免疫毒性效应（Wang等，2023）。因此，有必要进一步探索最终微塑料副产物的形成机制，以减少对生态环境的影响。
大量研究致力于微塑料在工业堆肥中的残留和行为。Afshar等在模拟工业堆肥条件下研究了市售可生物降解塑料产品。碎裂程度在75%到100%之间，其中PHA和PBAT/淀粉（厚度：255±5.17 μm）仅达到75%的碎裂程度（Afshar等，2025）。这一发现强调了聚合物类型、厚度、结晶度和含水量对塑料碎裂至关重要。还对有氧过程中宏观和微塑料的数量和尺寸变化动态进行了研究（Zafiu等，2023）。较短的翻堆间隔4周后检测到的微塑料较少，表明颗粒在加工过程中被分级为更小的尺寸。Peneva等定量分析了通过生物废物收集输入工业堆肥厂的微塑料（> 20 mm）（Peneva等，2025），在用于湿润堆肥的雨水中也检测到了小型微塑料（多达22,714 ± 2,975个颗粒 L-1）。这些观察结果表明堆肥存在一种额外的被忽视的塑料来源。此外，采用辅助基质激光解吸/电离质谱（MALDI-MS）表征来鉴定可生物降解塑料的主要成分为聚合物和淀粉，并使用高光谱成像分析算法检测到甲酸等小分子（Fang等，2024）。全面了解微塑料的结构和性质有助于逐步减轻塑料污染。
为进一步调查塑料碎裂过程中产生的碎片是否可能无法完全生物降解，使用μ-Raman和荧光方法追踪了堆肥碎裂期间常见的含聚乳酸的芳香族-脂肪族聚酯（Wohlleben等，2023）。在生物降解过程中预期PLA会发生碎裂，但未观察到任何尺寸的颗粒碎片累积，这证实了PLA在工业好氧降解条件下几乎可以被完全降解。在模拟工业堆肥下还研究了其他可商业生物降解塑料产品，包括PLA/PBAT/淀粉和聚羟基烷酸酯（PHA）。五种产品达到了完全碎裂，而两种产品仅达到75%，在两种可生物降解塑料产品堆肥的筛下物中检测到了微塑料，而传统塑料中未发现微塑料。这些结果表明，由于添加剂会增加微塑料污染的风险，商业生物基塑料在有氧条件下并未完全降解。研究发现堆肥将微塑料丰度从48.5%增加到54.4%，并且附着的更多矿物胶体增加了整体污染水平（Zhang等，2025），表明有必要降低输入塑料中的污染水平。通常，塑料的可降解性能表现出阶段性变化。在初始阶段，聚合物链开始断裂，仅有微小变化；在中段，链断裂加速，导致分子量急剧下降；在后段，由于表面积减小，碎裂率将下降，降解行为趋于稳定。
已有大量研究报告了生物基塑料的生物降解机制。对于PLA/PBAT，研究人员研究了PBAT/PLA共混物在生物降解前后的各种成分，分子结构中的碳原子含量降低，氧原子含量增加。这种趋势通过SEM表面差异确认了PLA/PBAT的降解方式与单一PLA和PBAT不同（Weng等，2013）。然而，PLA/PBAT共混物的详细降解机制仍不完全清楚。进一步研究了PBAT/PLA和单一PLA在自然水环境中三月的动态降解过程（Pang等，2024），宏基因组分析表明，从PBAT/PLA中选择性富集了降解菌（主要是Burkholderiaceae），并通过PLA解聚酶、聚酯酶、水解酶和脂肪酶执行功能。然而，降解产物的释放动态和潜在风险仍不清楚。此外，塑料降解主要受环境物理化学因素影响（Sattar等，2025），但这些因素的不同作用仍然难以捉摸。
本研究的目的是探索好氧堆肥固体和提取系统中难降解微塑料的形成机制。纳入了两种商业塑料——不含淀粉（PP）和含淀粉（PPS）——进行比较。使用一系列结构表征技术分析塑料在有氧降解早期和最终阶段的变化。结果表明，难降解的芳香族物质将阻碍进一步降解并加速微塑料的形成，这主要是由于芳香环结构较难被微生物利用，这种行为还可以进一步解释晚期较慢的降解速率。此外，氮会影响PLA/PBAT塑料的光谱结构，且在堆肥提取液中添加适量氮可显著加速塑料的降解速率。本研究为持久性和难降解塑料的形成提供了新的视角，为制定可生物降解聚酯塑料废物管理策略提供了依据。
章节摘要
材料与方法
TS和VS：根据美国公共卫生协会（APHA）标准方法，使用典型的称量和干燥技术确定样本的总固体（TS）和挥发性固体（VS）含量（American Public Health Association，2017）。堆肥和塑料的C%和N%、TS和VS见表S1，C/N比见表S2。
孵育实验：定期采集CO2吸收器中的碱性溶液样本以监测指示剂颜色。
有氧降解过程中PLA/PBAT塑料的矿化
本研究使用的堆肥经历了55 °C下一个月的成熟过程，因此在这些受控条件下生产的堆肥不能完全代表从新鲜生物废物开始的实际堆肥系统中的完整成熟过程。然而，本研究的发现仍为理解可生物降解塑料在实际堆肥应用中的降解行为提供了有价值的见解和实践指导。
如图1A所示，
结论
具有刚性芳香环结构的塑料众所周知难以被微生物利用和生物降解。稳定的共轭分子框架阻碍了微生物酶的粘附和键断裂，阻断了降解过程中的彻底解聚。由于无法完全分解为无害的小分子，大多数芳香族塑料碎片经过物理破碎后被保留在环境中。这种不完全的降解过程无法消除塑料
CRediT作者贡献声明
吕凡：撰写——审阅与编辑、监督、资源。彭伟：撰写——审阅与编辑、监督、资源、调查、形式分析、数据整理。何品静：撰写——审阅与编辑、资源。徐雅心：撰写——初稿、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。张华：撰写——审阅与编辑、可视化、资源。邱俊杰：可视化、资源、数据整理。辛丽清：可视化、资源、数据
利益冲突声明
作者声明，他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
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? 作者声明，他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
徐雅心|张华|邱俊杰|辛丽清|吕凡|彭伟|何品静
