2025年1月26日,國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施BL01B用戶華東理工大學(xué)張衛(wèi)教授團(tuán)隊在Journal of Hazardous Materials雜志在線發(fā)表了“Microbial metabolism in wormcast affected the perturbation on soil organic matter by microplastics under decabromodiphenyl ethane stress”的研究論文。采用同步輻射傅立葉變換紅外光譜(SR-FTIR)技術(shù),從微觀水平研究了可生物降解的生物基聚乳酸(PLA)和不可生物降解的傳統(tǒng)石化基聚乙烯(PE)微塑料(MPs)老化前后與新型溴系阻燃劑十溴二苯乙烷(DBDPE)在土壤-蚯蚓體系中聯(lián)合暴露后對土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)存在形態(tài)的影響和調(diào)控。國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施紅外譜學(xué)光束線站BL01B為土壤樣品切片的制備以及紅外顯微和mapping成像數(shù)據(jù)采集提供了技術(shù)支撐和機(jī)時支持。?
利用SR-FTIR顯微光譜觀察了土壤-蚯蚓體系暴露28天后土壤剖面中有機(jī)碳和金屬礦物的官能團(tuán)分布。首先,借助感興趣區(qū)域(ROI)的線掃描光譜(圖1)初步探索了DBDPE和MPs的共暴露潛在改變了土壤主要碳物質(zhì)和金屬礦物官能團(tuán)強(qiáng)度,如羧基和脂肪族。同時,指紋圖譜區(qū)域(< 1000 cm-1)中次生礦物強(qiáng)烈響應(yīng)及光譜差異揭示了Al和Fe氧化物對土壤生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)碳儲存的重要性。

圖1 暴露后土壤基于SR-FTIR光譜觀察金屬礦物和碳物質(zhì)分布。脂肪碳(2923 cm-1)、羧基(1640 cm-1)、多糖(1018 cm-1)、金屬礦物(<900 cm-1),以紅色十字為起點
其次,通過SR-FTIR顯微光譜的mapping模式探究上述土壤碳物質(zhì)分布情況及其與Fe和Al氧化物的關(guān)系(圖2)。具體而言,PLA-MPs老化前后均能夠?qū)е翫BDPE污染土壤中多糖類和礦物質(zhì)的強(qiáng)烈響應(yīng),而PE-MPs老化前后卻導(dǎo)致DBDPE污染土壤中Al和Fe氧化物的較弱響應(yīng)。
各組的相關(guān)性分析中R2為0~0.83,反映了暴露后土壤中有機(jī)碳和金屬礦物的非均相分布。進(jìn)一步,揭示了土壤碳物質(zhì)與金屬礦物的空間分布正相關(guān),且與Al氧化物的相關(guān)性強(qiáng)于Fe氧化物(圖2和3)。其中,Al和Fe氧化物與多糖類物質(zhì)的相關(guān)性最強(qiáng),其次為多肽和脂肪族化合物,明晰了金屬礦物對不同碳物質(zhì)的親和性差異。與對照相比,PLA和PE MPs老化前后與DBDPE共暴露均降低了Al氧化物與多糖類物質(zhì)的相關(guān)性(從0.83降至0.15)。在DBDPE污染土壤中,外源摻入的MPs通過刺激土壤微生物對有機(jī)物的分解和利用,從而削弱了有機(jī)碳(OC)和Al氧化礦物之間的偶聯(lián)。其中,PLA-MPs由于其易生物降解的特性,對土壤Al氧化物產(chǎn)生了更大的削弱效應(yīng),進(jìn)一步證實了PLA-MPs對土壤固碳潛在的不利影響。未來,生物可降解生物基塑料與非生物可降解烴類塑料對SOM的具體作用位點之間的具體機(jī)制也有待進(jìn)一步探討。

圖2?基于SR-FTIR觀察的土壤-蚯蚓系統(tǒng)暴露28天后土壤剖面。(a)Al氧化物(915 cm-1)、Fe氧化物(690 cm-1)和碳物質(zhì)的光學(xué)圖像和光譜圖。色階代表每個峰值高度的相對強(qiáng)度,無定量比較。(b)Al氧化物分布與C官能團(tuán)的線性回歸分析
圖3 Fe氧化物分布與C官能團(tuán)的線性回歸分析
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137387