2025年1月26日，国家蛋白质科学研究（上海）设施BL01B用户华东理工大学张卫教授团队在Journal of Hazardous Materials杂志在线发表了“Microbial metabolism in wormcast affected the perturbation on soil organic matter by microplastics under decabromodiphenyl ethane stress”的研究论文。采用同步辐射傅立叶变换红外光谱（SR-FTIR）技术，从微观水平研究了可生物降解的生物基聚乳酸（PLA）和不可生物降解的传统石化基聚乙烯（PE）微塑料（MPs）老化前后与新型溴系阻燃剂十溴二苯乙烷（DBDPE）在土壤-蚯蚓体系中联合暴露后对土壤有机质（SOM）存在形态的影响和调控。国家蛋白质科学研究（上海）设施红外谱学光束线站BL01B为土壤样品切片的制备以及红外显微和mapping成像数据采集提供了技术支撑和机时支持。?
利用SR-FTIR显微光谱观察了土壤-蚯蚓体系暴露28天后土壤剖面中有机碳和金属矿物的官能团分布。首先，借助感兴趣区域（ROI）的线扫描光谱（图1）初步探索了DBDPE和MPs的共暴露潜在改变了土壤主要碳物质和金属矿物官能团强度，如羧基和脂肪族。同时，指纹图谱区域（< 1000 cm-1）中次生矿物强烈响应及光谱差异揭示了Al和Fe氧化物对土壤生态系统中有机碳储存的重要性。
图1 暴露后土壤基于SR-FTIR光谱观察金属矿物和碳物质分布。脂肪碳（2923 cm-1）、羧基（1640 cm-1）、多糖（1018 cm-1）、金属矿物（<900 cm-1），以红色十字为起点
其次，通过SR-FTIR显微光谱的mapping模式探究上述土壤碳物质分布情况及其与Fe和Al氧化物的关系（图2）。具体而言，PLA-MPs老化前后均能够导致DBDPE污染土壤中多糖类和矿物质的强烈响应，而PE-MPs老化前后却导致DBDPE污染土壤中Al和Fe氧化物的较弱响应。
各组的相关性分析中R2为0~0.83，反映了暴露后土壤中有机碳和金属矿物的非均相分布。进一步，揭示了土壤碳物质与金属矿物的空间分布正相关，且与Al氧化物的相关性强于Fe氧化物（图2和3）。其中，Al和Fe氧化物与多糖类物质的相关性最强，其次为多肽和脂肪族化合物，明晰了金属矿物对不同碳物质的亲和性差异。与对照相比，PLA和PE MPs老化前后与DBDPE共暴露均降低了Al氧化物与多糖类物质的相关性（从0.83降至0.15）。在DBDPE污染土壤中，外源掺入的MPs通过刺激土壤微生物对有机物的分解和利用，从而削弱了有机碳（OC）和Al氧化矿物之间的偶联。其中，PLA-MPs由于其易生物降解的特性，对土壤Al氧化物产生了更大的削弱效应，进一步证实了PLA-MPs对土壤固碳潜在的不利影响。未来，生物可降解生物基塑料与非生物可降解烃类塑料对SOM的具体作用位点之间的具体机制也有待进一步探讨。
图2?基于SR-FTIR观察的土壤-蚯蚓系统暴露28天后土壤剖面。（a）Al氧化物（915 cm-1）、Fe氧化物（690 cm-1）和碳物质的光学图像和光谱图。色阶代表每个峰值高度的相对强度，无定量比较。（b）Al氧化物分布与C官能团的线性回归分析
图3 Fe氧化物分布与C官能团的线性回归分析
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137387
