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苏州大学蒋锐教授:揭秘“可降解地膜”如何重塑稻田降解系统|专家访谈 |
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作为一种兼顾农业生产功能与生态环境保护功能的新型覆盖材料,“可降解地膜”正在成为绿色农业发展的重要方向。顾名思义,它的特征是能在自然环境中通过微生物、水、温度等作用逐渐分解。
但可降解地膜在农田实际应用中真的是“环境友好”的替代品吗?它真的能降低微塑料积累吗?降解过程会不会反而产生更多微塑料?它对土壤微生物又会造成什么影响?这些问题长期缺乏基于实际田间数据的实证回答。
苏州大学教授蒋锐在中国工程院Engineering集群分刊ENGINEERING Agriculture期刊发表了题为“Effect of biodegradable films on microplastic distribution and microbial community composition in paddy soil”(《生物降解薄膜对稻田土壤中微塑料分布和微生物群落组成的影响》)的实证研究。文章用数据证明,可降解地膜在长三角的水稻田中确实改变了微塑料的“形态密码”——更倾向于形成更小、更薄的膜状碎片;同时,它通过重塑微生物群落结构提升了降解效率。这为可降解地膜的可持续应用提供了重要的科学依据。
围绕该研究的研究缘起、核心发现,以及个人的科研经历,我们近日特别邀请到了论文通讯作者蒋锐教授进行深度访谈。以下为专访内容。
蒋锐,现任苏州大学教授、博导,着眼于风景园林、遗产保护科学、地学、生态学的交叉领域,从事流域水土过程与绿色调控、生态环境监测与模型模拟、遗产地生态环境保护与修复设计等方面研究。
Q:请您用通俗的语言介绍一下这项研究的核心发现?
蒋锐:我们对比了两类南方典型稻田土壤:一类是长期使用可降解地膜的(BF),另一类是从来没有用过地膜的(CK)。
结果发现,使用可降解地膜的土壤中,0.25-0.1毫米粒径的微塑料数量显著更高——相当于人的头发丝直径的2到3倍。从形态上看,可降解地膜土壤里的微塑料更多是膜状的碎片,而没用过地膜的土壤里主要是纤维状的微塑料(可能来自大气沉降、灌溉水等其他途径)。
更进一步,研究发现两类土壤中微塑料的总含量并没有显著差异,但组成发生了变化。通过基因测序,研究鉴定出超过26个功能基因和10个微生物属。
Q:这项研究最大的创新点是什么?
蒋锐:第一,在方法层面,研究既追踪了微塑料四个粒径等级的分布,又解析了功能基因和微生物属“谁在干活”。第二,在发现层面,首次量化了“谁降解了什么、贡献了多少”。第三,在结论层面,研究展示了可降解微塑料如何改变细菌群落的组成与丰度,揭示了降解效率提升背后的科学逻辑。
Q:这项研究是否改变了您对可降解塑料环境价值的认识?
蒋锐:理论上可降解地膜具有环保性,是白色塑料地膜的友好替代材料,但实际田间效果缺乏数据支撑。研究发现,在水稻田中,可降解地膜观察到0.25–0.1mm小粒径微塑料,虽然最终会被进一步降解,但在中间阶段,也存在一些不确定的环境问题,需进一步研究。
同时,可降解地膜改变了土壤微生物的“生态位”,短期看提升了降解效率,但长期看,某些关键功能微生物消失是否会影响土壤其他的生态功能(比如氮循环、碳固定)还需要持续追踪。
Q:请您分享一下,为何选择ENGINEERING Agriculture来发表这项工作?
蒋锐:选择这个期刊,主要有三个层面的考量。
第一,期刊定位与本研究理念相契合。
ENGINEERING Agriculture是中国工程院院刊的20本分刊之一,由中国工程院、中国农业大学和高等教育出版社联合主办。期刊关注农业的科学探索与技术创新,更强调如何将科学与技术转化为解决现实的工程化方案。本研究从“微塑料怎么分布”,到“谁在降解、怎么降解”,再到“可降解地膜是否可持续”,具有系统思维,和期刊“工程化思维推动农业转型”的理念有所契合。
第二,期刊学科交叉属性与本研究特色相呼应。
论文涉及材料科学、环境微生物学、土壤学和农学多个学科。ENGINEERING Agriculture鼓励多学科交叉、系统创新和系统解决方案,强调“科学-技术-工程-应用”的贯通,与课题组“从风险评估到修复设计”的研究思维不谋而合。
第三,期刊的影响力和学术声誉在快速提升。
ENGINEERING Agriculture的最新影响因子为3.4,在Agronomy领域排名23/133,位于JCR Q1区,已被DOAJ、Scopus、ESCI、CSCD等多个国际权威数据库收录。通过期刊,我们希望这项研究能被更多国内外同行看到、讨论和应用。
Q:您的课题组着眼于风景园林、遗产保护科学、地学、生态学的交叉领域,为何此类生态问题需要如此丰富的学科?可否举个例子向读者说明一下这些学科在具体的研究中发挥着怎样的功能?
蒋锐:如今现实中的复杂问题,早就超出了单一学科的边界,必须依靠交叉融合的思维和技术模式才能真正落地解决。
比如目前正在推进的“世界文化遗产园林水体生态保护”项目:环境科学方法负责精细化的水质监测、污染溯源,摸清水体退化的核心诱因;生态学技术负责针对性构建水生态修复方案,恢复水体的自净能力;风景园林学科则把控修复过程中的景观美学,保护园林的历史风貌与造园意境;水文学知识负责分析补水、降雨、局地水文循环对园林水体的影响,从过程层面设计长效管控路径。
Q:在您科研的过程中,如何判断一个问题是否值得长期投入?
蒋锐:我的研究问题大多来自生产和保护一线的真实需求而非短期热点。判断标准有二:第一,是不是真的来自实践、能解决的问题;第二,有没有持续深挖的科学空间,能不能形成成体系的研究脉络。
Q:您拥有日本北海道大学博士学习经历,也有海外访问研究经历。这些经历对您的科研理念有哪些影响?
蒋锐:首先是对待科研的初心。尊重兴趣、遵从本心,保持对未知事物持续不断的好奇心和探索欲。
第二是对科研严谨性的极致追求。我曾切身体会日本、英国优秀科研人员对数据质量、实验重复、细节把控的严苛要求,所以比起速度,数据扎实、结论可靠,才是研究的根本。
第三是对交叉研究的理解。国外开展交叉研究起步更早,在日本读书时,我常参与青年科学家交叉项目,不同学科的学者们对同一问题往往有多元视角,碰撞出的思路令人意想不到。
Q:对于刚进入科研领域的青年学生,如果希望开展生态环境交叉研究,您认为最重要的能力是什么?
蒋锐:首先,交叉研究绝对不是“每个学科都懂一点、每个方向都不深入”的浅尝辄止。一定要先把自己本学科的基础理论、核心方法学扎实,拥有自己的“看家本领”。
其次,要培养跨学科的“翻译能力”——既能听懂其他学科的逻辑与话语体系,也能把自己领域的科学问题,转化成其他学科研究者能理解、能对接的表达。不然,不同学科的人坐在一起“各说各话”,无法找到共同的问题锚点。
除此之外,还要建立“以问题为中心”的系统思维,找准问题需要什么学科的工具。
Q:对于青年科研人员而言,如何找到真正有价值的交叉研究问题?
蒋锐:第一,常驻一线现场,找寻真问题。比如我们做的遗产地生态研究就是在园林现场看到了水体反复恶化、修复效果不佳的真实困境,才意识到可以用环境科学的方法去解决遗产保护的痛点。
第二,守住学科长板,找寻其他领域“需求缺口”。不盲目跟风热门交叉方向,也不用硬挤进别人的研究主场。最好的交叉问题,是用自己最擅长的技术方法,去解决其他领域一直没解决好的问题。如此一来,既能发挥自己的核心优势,又能填补其他领域的研究空白。
第三,与不同领域的人深度交流。交叉的灵感不来自闭门造车,而是与不同学科的研究者、一线从业者聊出来。所以,参加跨领域的学术活动,学习其他领域的学术报告,找到其他学科正在面临的难题和技术需求,自然能找到值得深挖的交叉切入点。
Q:最后,请您用一句话分享您最希望传递给青年科研人员的科研信念。
蒋锐:扎根实践寻真问题,深耕交叉做实研究,让科研成果真正落地有用。
相关论文信息:
▌文章标题:Effect of biodegradable films on microplastic distribution and microbial community composition in paddy soil
▌文章DOI:10.15302/J-FASE-2025629
▌文章链接:
https://journal.hep.com.cn/fase/EN/10.15302/J-FASE-2025629
ENGINEERING Agriculture期刊简介
工程化农业科技期刊ENGINEERING Agriculture,简称EA,原名Frontiers of Agricultural Science and Engineering,创刊于2014年,是由中国工程院、中国农业大学和高等教育出版社联合主办的国际化英文期刊,主编为中国工程院院士张福锁教授与中国工程院院士陈卫教授。期刊已被DOAJ、Scopus、ESCI、CSCD等多个国际权威数据库收录。2025年影响因子3.4 (五年影响因子4.4),位列JCR Q1区,CiteScore 6.1 (位列General Veterinary领域前5%),新锐分区2区。作为一本致力于通过工程化思维推动全球农业现代化转型的期刊,EA不仅表达农业的科学探索与技术创新,更强调如何将科学与技术转化为解决现实的工程化方案,实现农业的变革与进步。
●官网主页(Homepage Website)
http://journal.hep.com.cn/fase
●投稿链接 (Contribution Link)
https://mc.manuscriptcentral.com/fase
●征稿论文类型(Paper Types)
综述、研究论文、新闻与观点 、评述、前瞻文章等。
Review article, Research article, News & Views, Comments, Perspective, etc.
●联系邮箱(Email)
ea@cau.edu.cn
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