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聚乙烯和聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯塑料污染對土壤呼吸和碳固存的影響

來源：北京普瑞億科科技有限公司更新時間：2025-01-03 19:00:17 閱讀量：155

導(dǎo)讀：聚乙烯和聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯塑料污染對土壤呼吸和碳固存的影響

2018年，由北京普瑞億科科技有限公司研發(fā)的PRI-8800全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)，一經(jīng)推出便得到了廣泛關(guān)注。該系統(tǒng)在土壤有機質(zhì)分解速率、Q₁₀及其調(diào)控機制方面提供了一整套高效的解決方案，為科研人員提供室內(nèi)變溫培養(yǎng)模擬野外環(huán)境的條件，讓科研可以更廣、更深層次地開展。目前以PRI-8800為關(guān)鍵設(shè)備發(fā)表的相關(guān)文章已達32篇，其中2024年發(fā)表文章8篇。

今天與大家分享的是西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院在聚乙烯和聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯塑料污染對土壤呼吸和碳固存的影響。在該項研究中，研究團隊利用PRI-8800測定土壤樣品的Rs，為研究結(jié)果提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

作者單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院

發(fā)表期刊：Environmental Pollution，IF₂₀₂₄=7.6，中科院二區(qū)

摘要：為了解決聚乙烯地膜覆蓋對農(nóng)業(yè)土壤造成的污染問題，生物可降解地膜作為一種有前景的可持續(xù)農(nóng)業(yè)替代材料正在被研究。然而，生物可降解和聚乙烯塑料對土壤碳的影響尚不清楚。本研究采用聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯碎片（PBAT-D，0.5-2 cm）、低密度聚乙烯碎片（LDPE-D，0.5-2 cm）和低密度聚乙烯塑料顆粒（LDPE-Mi，500-1000 μm）污染的土壤（0%（對照）、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%和2% w:w）種植大豆，探討這些塑料處理對土壤呼吸（Rs），土壤有機碳（SOC），土壤碳組分（微生物量碳（MBC）、溶解性有機碳（DOC）、易氧化有機碳（EOC）、顆粒態(tài)有機碳（POC），礦物結(jié)合態(tài)有機碳（MAOC））和C酶（β-葡萄糖苷酶，β-木糖苷酶，纖維素酶）活性的潛在影響。

結(jié)果表明，與對照處理相比，PBAT-D，LDPE-D和LDPE-Mi在花期和成熟期顯著抑制了Rs通量（p < 0.05）。PBAT-D處理的SOC含量在花期和成熟期均顯著增加，LDPE-Mi處理的SOC含量在成熟期顯著增加，而LDPE-D處理的SOC含量在花期顯著降低。在PBAT-D處理下，這兩個時期的POC升高而DOC和MAOC均降低。在LDPE-D處理下，這兩個時期的MBC、DOC和EOC顯著降低而POC顯著升高。在LDPE-Mi處理下，成熟期的MBC和DOC顯著降低，而花期的EOC和MAOC降低但POC在這一時期顯著增加。對于土壤碳源酶活性，在花期未見其明顯被抑制，但在成熟期這三種處理均顯著被抑制。結(jié)果表明，PBAT-D處理有利于土壤固碳，可能潛在的改變土壤碳庫和土壤碳排放。本研究的關(guān)鍵意義在于探討不同形式的塑料污染對土壤碳動態(tài)的總體影響，為今后控制農(nóng)田塑料污染提供依據(jù)。

文章中通過使用PRI-8800全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)在溫度范圍（25±0.5℃）內(nèi)測量累積Rs通量。簡單地說，在25℃恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)60 g新鮮土壤7天，在這之后的第1、3、7、14、21和28天（D1、D3、D7、D14、D21和D28）測量Rs通量。在測量后期Rs通量變得很低，因此我們測量直到第28的Rs通量是為了探索所有處理下Rs的最大累積釋放量。預(yù)培養(yǎng)的目的是恢復(fù)土壤在采樣時的活力。在整個培育和測定期間噴灑蒸餾水，保持土壤含水率與取樣階段一致，土壤含水率是事先用烘箱干燥法測量的。之后采用線插法計算28天測量期內(nèi)未測的Rs通量，并計算累計第1到28天的累積Rs通量。

實驗結(jié)果：不同采樣時間和處理下的累計Rs通量如圖1所示。在花期，所有處理的累積Rs通量都隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加而增加（圖1a, c, e）。在PBAT-D處理下（圖1a），累積Rs通量在0%處理時最高。在LDPE-D處理下（圖1c），1%污染濃度下的累積Rs通量最高。在LDPE-Mi處理下（圖1e），各濃度的前三周累積Rs通量相似，但在D28發(fā)生了顯著變化。我們可以得出結(jié)論，在PBAT-D和LDPE-D處理下，污染濃度分別為0.2%和0.5%時，Rs通量分別最低。在成熟期，各處理的累積Rs通量均隨著培養(yǎng)時間穩(wěn)步增加，但與對照（1282.93±74.50 μg C?g^-1?soil）相比均呈下降趨勢（圖1b, d, f）。其中，在PBAT-D處理下（圖1b），0.5%污染濃度下的累積Rs通量最低（677.58±34.76 μg C?g^-1?soil）。在LDPE-D（圖1d）和LDPE-Mi（圖1f）處理下，污染水平分別為0.2%（522.09±23.33 μg C?g^-1?soil）和0.1%（575.53±13.36 μg C?g^-1?soil）時對累積Rs通量的抑制作用最大。

總之，結(jié)果表明，無論塑料形狀或聚合物類型如何，在花期和成熟期，第28天的累積Rs通量隨塑料污染水平呈非單調(diào)變化。Rs通量通常在塑料濃度從0%開始增加時開始下降，然后在0.2%-0.5%左右達到拐點，并隨著塑料濃度的進一步增加而增加。在所有情況下，除了花期的LDPE-D和LDPE-Mi處理外，0%濃度處理均在第28天時的累積Rs通量最高。

圖 1 不同時期和處理下的累積呼吸通量 (a: 花期PBAT-D處理累積Rs通量；b: 成熟期PBAT-D處理累積Rs通量；c: 花期LDPE-D處理累積Rs通量；d: 成熟期LDPE-D處理累積Rs通量；e：花期LDPE-Mi處理累積Rs通量；f: 成熟期LDPE-Mi處理累積Rs通量。誤差棒表示標(biāo)準(zhǔn)差)。

相關(guān)研究成果以“Effects of polyethylene and poly (butyleneadipate-co-terephthalate) contamination on soil respiration and carbon sequestration”為題發(fā)表在國際SCI期刊Environmental Pollution。

原文鏈接：

Liu M , Yu Y , Liu Y ,et al.Effects of polyethylene and poly (butyleneadipate-co-terephthalate) contamination on soil respiration and carbon sequestration[J].Environmental Pollution, 2025, 364.DOI:10.1016/j.envpol.2024.125315.

@各位老師：

截至目前，以PRI-8800為關(guān)鍵設(shè)備發(fā)表的相關(guān)文章已達32篇，分別發(fā)表在10余種影響因子較高的國際期刊上——

數(shù)據(jù)來源：https://sci.justscience.cn/

很榮幸PRI-8800可以為這些高質(zhì)量學(xué)術(shù)研究貢獻一份力量，感謝各位老師對普瑞億科產(chǎn)品的支持和信任。即日起，如果您成功發(fā)表文章，并且在研究過程中使用了普瑞億科的國產(chǎn)儀器設(shè)備，請與我們公司聯(lián)絡(luò)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了一份小禮物，以感謝您對國產(chǎn)設(shè)備以及普瑞億科的信任和支持！

PRI-8800

全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)

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為響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)，針對國內(nèi)“雙碳”行動有效性評估，普瑞億科全新升級了PRI-8800 全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)，結(jié)合了連續(xù)變溫培養(yǎng)和高頻土壤呼吸在線測量的優(yōu)勢，模式的培養(yǎng)與測試過程非常簡單高效，這極大方便了大量樣品的測試或大尺度聯(lián)網(wǎng)的研究，可以有效服務(wù)科學(xué)研究和生態(tài)觀測。PRI-8800的成功推出，為“雙碳”目標(biāo)研究和評價提供了強有力的工具。

PRI-8800是如何工作的？

土壤有機質(zhì)分解速率（R）對溫度變化的響應(yīng)非常敏感。溫度敏感性參數(shù)（Q₁₀）可以刻畫土壤有機質(zhì)分解對溫度變化的響應(yīng)程度。Q₁₀是指溫度每升高10℃，Ｒ所增加的倍數(shù)；Q₁₀值越大，表明土壤有機質(zhì)分解對溫度變化就越敏感。Q₁₀不僅取決于有機質(zhì)分子的固有動力學(xué)屬性，也受到環(huán)境條件的限制。Q₁₀能抽象地描述土壤有機質(zhì)分解對溫度變化的響應(yīng)，在不同生態(tài)類型系統(tǒng)、不同研究間架起了一個規(guī)范的和可比較的參數(shù)，因此其研究意義重大。

以往Q₁₀研究通過選取較少的溫度梯度（3-5個點）進行測量，從而導(dǎo)致不同土壤的呼吸對溫度變化擬合相似度高的問題無法被克服。Robinson最近的研究（2017）指出，最低20個溫度梯度擬合土壤呼吸對溫度的響應(yīng)曲線可以有效解決上述問題。PRI-8800全自動變溫土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)為Q₁₀的研究提供了強有力的工具，不僅能用于測量Q₁₀對環(huán)境變量主控溫度因子的響應(yīng)，也能用于測量其對土壤含水量、酶促反應(yīng)、有機底物、土壤生物及時空變異等的響應(yīng)。PRI-8800為Q₁₀對關(guān)聯(lián)影響因子的研究，提供了一套快捷、高效、準(zhǔn)確的整體解決方案。

主要特點

可設(shè)定恒溫或變溫培養(yǎng)模式；
溫度控制波動優(yōu)于±0.05℃；
平均升降溫速率不小于1°C/min；
307mL樣品瓶，25位樣品盤；
一體化設(shè)計，內(nèi)置 CO₂ H₂O 模塊；
可外接高精度濃度或同位素分析儀。

選型推薦

為了更好地助力科學(xué)研究，拓展設(shè)備應(yīng)用場景，普瑞億科重磅推出「加強版」PRI-8800——PRI-8800 Plus全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)。

相關(guān)鏈接

加強版來了！PRI-8800 Plus全自動變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)

實驗設(shè)計

1）原狀土凍融過程模擬：氣候變化改變了土壤干濕循環(huán)和凍融循環(huán)的頻率和強度。這些波動影響了土壤微生物活動的關(guān)鍵驅(qū)動力，即土壤水分利用率。雖然這些波動使土壤微生物結(jié)構(gòu)有少許改變，但一種氣候波動的影響（例如干濕交替）是否影響了對另一種氣候（例如凍融交替）的反應(yīng)，其溫室氣體排放是如何響應(yīng)的？通過PRI-8800 Plus 的凍融模擬，我們可以找出清晰答案。

2）濕地淹水深度模擬：在全球尺度上濕地甲烷（CH₄）排放的溫度敏感性大小主要取決于水位變化，而二氧化碳（CO₂）排放的溫度敏感性不受水位影響。復(fù)雜多樣的濕地生態(tài)系統(tǒng)不同水位的變化及不同溫度的變化如何影響和調(diào)控著濕地溫室氣體的排放？我們該如何量化不同水位的變化及不同溫度的變化下濕地的溫室氣體排放？借助PRI-8800 Plus，通過淹水深度和溫度變化的組合測試，可以查出真相。

3）溫度依賴性的研究：既然溫度的變化會極大影響土壤呼吸，基于溫度變化的Q₁₀研究成為科學(xué)家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20個溫度梯度擬合土壤呼吸對溫度響應(yīng)曲線的建議，將糾正以往研究人員只設(shè)置3-5個溫度點(大約相隔5-10℃)進行呼吸測量的做法，該建議能解決傳統(tǒng)方法因溫度梯度少而導(dǎo)致的不同土壤的呼吸對溫度變化擬合相似度高的問題，更能提升不同的理論模型或隨后模型推算結(jié)果的準(zhǔn)確性。而上述至少20個溫度點的設(shè)置和對應(yīng)的土壤呼吸測量，僅僅需要在PRI-8800 Plus程序中預(yù)設(shè)幾個溫度梯度即可完成多個樣品在不同溫度下的自動測量，這將極大提高科學(xué)家的工作效率。

除了上述變溫應(yīng)用案例外，科學(xué)家還可以依據(jù)自己的實驗設(shè)計進行諸如日變化、月變化、季節(jié)變化、甚至年度溫度變化的模擬培養(yǎng)，通過PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作測量，將極大減少科學(xué)家實驗實施的周期和工作量，并提高了工作效率。

PRI-8800 Plus除了具有上述變溫培養(yǎng)的特色，還可以進行恒溫培養(yǎng)，抑或是恒溫/變溫交替培養(yǎng)，這些組合無疑拓展了系統(tǒng)在不同溫度組合條件下的應(yīng)用場景。

4）水分依賴性的研究：多數(shù)研究表明，在溫度恒定的情況下，Q₁₀很容易受土壤含水量的影響，表現(xiàn)出一定的水分依賴特性。PRI-8800 Plus可以通過手動調(diào)整土壤含水量的做法，并在PRI-8800 Plus快速連續(xù)測量模式下，實現(xiàn)不同水分梯度條件下土壤呼吸的精準(zhǔn)測量，而PRI-8800 Plus的邏輯設(shè)計，為短期、中期和長期濕度控制條件下的土壤呼吸的連續(xù)、高品質(zhì)測量提供了可能。

5）底物依賴性的研究：底物物質(zhì)量與Q₁₀密切相關(guān)，這里的底物包含不限于自然態(tài)的土壤，如含碳量，含氮量，易分解/難分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸堿鹽度等；也可能包含了某些外源底物，如外源的生物質(zhì)碳、微生物種群、各種肥料、呼吸促進/抑制劑、同位素試劑等。通過PRI-8800快速在線變溫培養(yǎng)測量，能加速某些研究進程并獲得可靠結(jié)果，如生物質(zhì)炭在土壤改良過程中的土壤呼吸研究、緩釋肥緩釋不同階段對土壤呼吸的持續(xù)影響、鹽堿土壤不同改良措施下的土壤呼吸的變化響應(yīng)等等。

6）生物依賴性的研究：土壤呼吸包含土壤微生物呼吸（>90%）和土壤動物呼吸（1-10%），土壤微生物群落對Q₁₀影響重大。通過溫度響應(yīng)了解培養(yǎng)前后的微生物種群和數(shù)量的變化以及對應(yīng)的土壤呼吸速率的變化有重要意義。外源微生物種群的添加，或許幫助科學(xué)家找出更好的Q₁₀對土壤生物依賴性的響應(yīng)解析。

相關(guān)文獻發(fā)表

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LITERATURE

文獻分享

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北京普瑞億科科技有限公司成立于2007年，是國內(nèi)領(lǐng)先的儀器設(shè)備、系統(tǒng)方案和咨詢服務(wù)提供商。普瑞億科參與過科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院和北京市科學(xué)技術(shù)委員會等發(fā)起的多個設(shè)備研發(fā)項目，具有突出的儀器研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)能力，可以提供多種痕量和溫室氣體分析儀、光譜和質(zhì)譜同位素分析儀、室內(nèi)和室外土壤呼吸測量系統(tǒng)、高性能數(shù)據(jù)采集器和云平臺服務(wù)等，致力為生態(tài)環(huán)保、能源地質(zhì)、城市安全、農(nóng)林牧漁、水文水資源、醫(yī)療健康、半導(dǎo)體等行業(yè)客戶和研究機構(gòu)提供系統(tǒng)解決方案。

普瑞億科是國內(nèi)較早提供高精度溫室氣體和同位素分析儀的制造商，針對 “雙碳”市場需求，在遵循MVS（Monitoring-監(jiān)測、Verification-核查、Support-支持）體系的前提下，為政府機關(guān)、科研院所、企事業(yè)單位及其它機構(gòu)提供“雙碳”行動有效性評估和碳核查所需的整套方案，包含定位觀測站、車載走航、低空無人機搭載的監(jiān)測設(shè)備租售運維、碳核查核算支持、碳源匯科學(xué)評價、以及區(qū)域“碳中和”建議。

立足現(xiàn)在、著眼未來，公司始終奉行“誠信服務(wù)、質(zhì)量優(yōu)先、真誠合作、共同發(fā)展”的企業(yè)宗旨，秉承服務(wù)程序更簡單、更靈活、更機動、響應(yīng)速度更快的經(jīng)營理念，積極為客戶提供更安全、更優(yōu)質(zhì)、更可靠、更高效、更高性價比的優(yōu)秀解決方案和先進產(chǎn)品，讓更多的用戶獲益于世界頂尖級儀器設(shè)備帶來的非凡成果。

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