Biochar immobilized hydrolase degrades PET microplastics and alleviates the disturbance of soil microbial function via modulating nitrogen and phosphorus cycles

微塑料 环境化学 生物炭 矿化(土壤科学) 化学 硝化作用 土壤碳 微观世界 土壤生物学 土壤质量 氮气 土壤水分 环境科学 土壤科学 有机化学 热解
作者
Huawen Han,Peizhi Song,Yuchao Jiang,Jingwen Fan,Aman Khan,Pu Liu,Ondřej Mašek,Xiangkai Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:474: 134838-134838 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134838
摘要

Microplastics (MPs) pose an emerging threat to soil ecological function, yet effective solutions remain limited. This study introduces a novel approach using magnetic biochar immobilized PET hydrolase (MB-LCC-FDS) to degrade soil polyethylene terephthalate microplastics (PET-MPs). MB-LCC-FDS exhibited a 1.68-fold increase in relative activity in aquatic solutions and maintained 58.5 % residual activity after five consecutive cycles. Soil microcosm experiment amended with MB-LCC-FDS observed a 29.6 % weight loss of PET-MPs, converting PET into mono(2-hydroxyethyl) terephthalate (MHET). The generated MHET can subsequently be metabolized by soil microbiota to release terephthalic acid. The introduction of MB-LCC-FDS shifted the functional composition of soil microbiota, increasing the relative abundances of Microbacteriaceae and Skermanella while reducing Arthobacter and Vicinamibacteraceae. Metagenomic analysis revealed that MB-LCC-FDS enhanced nitrogen fixation, P-uptake and transport, and organic-P mineralization in PET-MPs contaminated soil, while weakening the denitrification and nitrification. Structural equation model indicated that changes in soil total carbon and Simpson index, induced by MB-LCC-FDS, were the driving factors for soil carbon and nitrogen transformation. Overall, this study highlights the synergistic role of magnetic biochar-immobilized PET hydrolase and soil microbiota in degrading soil PET-MPs, and enhances our understanding of the microbiome and functional gene responses to PET-MPs and MB-LCC-FDS in soil systems.
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