可降解与传统地膜对白菜种植中温室气体排放及土壤微生物组的差异化调控机制

　　针对农业塑料地膜污染与生态影响争议，中国团队系统比较传统PE膜(FT)与PBAT-PLA可降解膜(FBS/FBB)对白菜田土壤微环境的影响。研究发现FT和FBB分别降低CO2 排放32.07%和26.70%，FBB同时减少N2 O排放；可降解膜显著提升细菌网络复杂性(DON提升85.61%)，传统膜则增强真菌稳定性。该研究为平衡农业生产与生态保护提供科学依据。

　　

在中国这个农业大国，塑料地膜覆盖技术虽能显著提高作物产量，却带来严重的"白色污染"难题。据统计，2017年全国农用地膜使用量达253万吨，残留量高达46.5万吨。这些传统聚乙烯(PE)地膜在环境中可存续数百年，逐渐降解为微塑料(MPs)破坏土壤生态。更棘手的是，生物可降解地膜作为替代方案，其实际降解周期可能长达21-58个月，对农业生态系统的长期影响仍是未解之谜。

为破解这一困局，宁波市农业技术推广站联合国内外团队在《Journal of Hazardous Materials》发表重要研究。他们在浙江宁波水稻土环境下，设置无覆盖(NF)、传统黑膜(FT)、0.01mm可降解膜(FBS)和0.015mm可降解膜(FBB)四组处理，通过监测土壤温湿度、气体通量、微生物组测序和PLSR路径分析等方法，系统评估不同地膜对白菜种植系统的综合影响。

关键实验方法
研究采用静态箱-气相色谱法测定CO₂
、N₂
O排放通量；通过Illumina高通量测序分析土壤细菌(16S rRNA)和真菌(ITS)群落；运用分子生态网络分析(MENA)评估微生物网络特征；借助偏最小二乘路径模型(PLS-PM)解析环境因子互作机制。

主要研究结果

1. 土壤温湿度与产量
   所有覆膜处理使土壤温度升高1.37-1.65°C，含水量增加4.31-17.75%，但白菜生物量与产量无显著差异，表明不同地膜均能维持作物生产力。

2. 温室气体排放
   传统PE膜(FT)表现出"双刃剑"效应：虽降低32.07%的CO₂
   累积排放，却显著增加N₂
   O释放。而0.015mm可降解膜(FBB)实现CO₂
   减排26.70%的同时，N₂
   O排放量也显著下降，展现出更优的温室气体调控潜力。

3. 土壤理化特性
   可降解膜处理显著改善土壤孔隙度(19.82%)、铵态氮(NH₄
   ⁺
   ,18.55-20.19%)和溶解性有机氮(DON,42.29-85.61%)含量，这种改良效果与其降解过程中释放的碳源和养分密切相关。

4. 微生物群落响应
   细菌与真菌对地膜类型呈现截然不同的响应模式：可降解膜显著提升细菌网络的复杂性和稳定性，而传统PE膜则更强烈地影响真菌网络结构。值得注意的是，细菌丰度与土壤养分呈正相关，真菌群落则多呈负相关。

5. 作用机制解析
   PLS-PM路径模型揭示，地膜通过改变土壤水热条件→影响养分有效性→调控微生物活动→最终作用于温室气体排放的级联反应链。特别是在作物生长初期，地膜的物理阻隔效应是减排主因。

结论与展望
该研究首次阐明不同地膜对白菜田生态系统"土壤-微生物-气体排放"三位一体的调控机制。0.015mmPBAT-PLA可降解膜(FBB)展现出最佳综合效益：既能维持作物产量，又可协同减少CO₂
和N₂
O排放，同时促进土壤细菌网络健康发展。这一发现为农业绿色转型提供重要启示——通过精确调控地膜厚度和材质，有望实现"增产不增排"的可持续农业目标。

研究也留下待解问题：可降解膜完全矿化为CO₂
和H₂
O的理论承诺在实际环境中能否实现？长期使用会否产生新型微塑料污染？这提示未来需要开展多周期定位观测，并开发更精准的降解过程监测技术。正如通讯作者Rong Liang在讨论部分强调的："选择地膜不应仅考虑即时农艺效果，更需要从生态系统服务的全生命周期视角进行评估。"