【科學(xué)網(wǎng)】研究發(fā)現(xiàn)氮肥可調(diào)控微塑料顆粒對土壤碳庫的影響
人們每天都在使用塑料制品，但廢棄的塑料，特別是越來越常見的可降解塑料進(jìn)入土壤后會發(fā)生什么？研究顯示，這些塑料不僅會自身分解，更會像投入池塘的石子一樣，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中激起“連鎖反應(yīng)”，影響土壤本身的健康和固定碳的能力。
近日，一項(xiàng)由中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和德國哥廷根大學(xué)科學(xué)家共同完成的研究揭示了這種“連鎖反應(yīng)”的奧秘，并發(fā)現(xiàn)農(nóng)田里常見的氮肥竟是調(diào)控這一過程的關(guān)鍵“開關(guān)”。相關(guān)研究成果發(fā)表于《歐洲土壤科學(xué)期刊》(European Journal of Soil Science)。
研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田中廣泛使用的可降解微塑料會顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程，但合理施用氮肥可有效緩解這一生態(tài)風(fēng)險。研究通過全球Meta分析和13C同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，首次揭示了氮素有效性對可降解微塑料引發(fā)的土壤有機(jī)質(zhì)“激發(fā)效應(yīng)”的調(diào)控機(jī)制。
研究顯示，塑料類型決定了其對土壤有機(jī)質(zhì)分解激發(fā)效應(yīng)的方向。聚羥基脂肪酸(PHA類)微塑料容易被土壤微生物“吃掉”，它們會強(qiáng)烈刺激微生物活動，加速土壤有機(jī)碳分解，高達(dá)200%至250%，可向大氣中釋放更多二氧化碳。聚乳酸(PLA類)微塑料在常溫土壤中分解較慢，令人意外的是，它們反而對土壤原有有機(jī)碳的分解產(chǎn)生了微弱的抑制作用，減緩約5%至22%，盡管其在土壤中長期存在的危害仍不得而知。
研究指出，氮肥能顯著改變可降解微塑料引發(fā)的“連鎖反應(yīng)”強(qiáng)度。因此，氮肥是調(diào)控激發(fā)效應(yīng)的“金鑰匙”。氮肥通常會減弱可降解塑料，特別是PHA類對土壤有機(jī)碳分解的“正激發(fā)效應(yīng)”，減弱幅度可達(dá)5%至35%。這對保護(hù)土壤碳庫、減少碳排放是個好消息。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，塑料攜帶的碳和氮肥中氮素之間的比例，即碳氮比是預(yù)測氮肥調(diào)控有機(jī)質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的關(guān)鍵。當(dāng)碳氮比約為10，氮肥對激發(fā)效應(yīng)的作用最小。此時，微生物既能利用微塑料碳，又有足夠的氮，對土壤有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生較小影響。
研究進(jìn)一步揭示了氮肥通過影響微生物生活策略進(jìn)而調(diào)控微塑料激發(fā)效應(yīng)的原理。當(dāng)土壤缺氮時，微生物會利用塑料提供的能量，瘋狂分解土壤有機(jī)質(zhì)來“挖”氮，導(dǎo)致土壤碳損失。氮肥的輸入，滿足了微生物對氮的部分需求，減少了它們“挖氮”的動力，從而抑制激發(fā)效應(yīng)；當(dāng)碳氮比達(dá)到10時，微生物大量繁殖，雖然也會分解一些土壤碳，但它們快速生長和死亡留下的殘骸，又可能被“挖氮菌”利用，形成一個復(fù)雜的鏈條，使得整體激發(fā)效應(yīng)變化不大。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/ejss.70170
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