由不可降解聚合物组成的塑料是我们时代的主要环境污染物，农业土壤特别容易受到塑料污染。主要来自于乱扔垃圾、施用含塑料的有机肥料和地膜覆盖。残留塑料薄膜的积累不仅降低了土壤生产力，威胁了粮食安全，还可能导致塑料从农田迁移到邻近的（淡水）生态系统。使用可生物降解的塑料薄膜是减少农业土壤塑料污染的有效途径。但由于研究土壤中聚合物生物降解的分析方法的局限性，人们对土壤中聚合物生物降解的过程仍然知之甚少。

 

图：土壤中13C标记的PBS生物降解的分析工作流程

 

在这项研究中，研究人员以聚丁二酸丁二醇酯（PBS）（一种合成聚酯）作为土壤生物降解的聚合物模型。通过使用基于稳定碳同位素13C标记的合成聚合物作为底物的分析工作流程，提供了长期土壤培养过程中聚合物生物降解的大量数据。更具体地说，使用三种13C-PBS变体，(即PB(1,4-13C2-S)、PB( 2,3-13C2-S)和P(13C4-B)S）。同时补充了PBS土壤生物降解的研究，在同一土壤中培养13C标记的单体(1,4-13C2)丁二酸、(2，3-13C2)丁二酸和13C4丁二醇( B )，以评估单体和相应的PBS变体的矿化动力学差异。

 

此外，研究人员还跟踪13C-纤维素在同一土壤中的矿化，因为在聚合物生物降解研究和标准中，这种生物聚合物通常被用作积极的生物降解控制。实验数据的动力学建模强调了评估生物量C和聚合物残留物C的相对重要性对于准确数据解释的重要性。

 

图:实验中13C标记的PBS、单体和纤维素化学结构

 

研究人员通过在土壤培养期间连续定量PBS矿化为13CO2，然后测定土壤中残留的非矿化PBS衍生的13C，证明了广泛的PBS矿化（添加的13C的65%）。从土壤中提取残留的PBS，结合生物降解数据的动力学模型和单体(即丁二醇和丁二酸)矿化实验的结果表明，PBS水解分解控制了PBS的总体生物降解速率。该方法还广泛适用于研究其他生物降解聚合物在不同环境中的生物降解。这项工作展示了利用稳定碳同位素标记对土壤中聚合物生物降解过程理解的进展。

 

图:土壤培养过程中13C标记PBS、单体和纤维素矿化

 

相关科研成果以“Biodegradation of poly(butylene succinate) in soil laboratory incubations assessed by stable carbon isotope labelling”为题，发表在国际学术期刊《nature communications》上。