Химическое разнообразие почвенного растворённого органического вещества изменяется под действием микропластика

Почва — крупнейший резервуар микропластика (МП), его содержание в ней в 4–23 раза выше, чем в океанах. Около 80% пластика в итоге накапливается в почве, реках и морской среде. Под действием биологических, химических и механических факторов пластиковые отходы распадаются на фрагменты размером < 5 мм, которые попадают в почвенные системы.

Влияние МП на функции почвенной экосистемы значительно. МП могут изменять пористость, аэрацию, pH, содержание органического вещества и питательных элементов в почве, а также транспорт, биодоступность и токсичность загрязнителей. Кроме того, МП напрямую взаимодействуют с почвенными микроорганизмами, формируя «пластисферу», и влияют на их разнообразие и метаболическую активность.

Растворённое органическое вещество (DOM) — важный компонент почвенного органического вещества (SOM), участвующий в биогеохимических процессах: круговороте питательных веществ, эмиссии парниковых газов, миграции загрязнителей. На DOM влияют микробные процессы, факторы среды и свойства почвы (например, pH и соотношение C/N). МП могут изменять pH и C/N почвы, влиять на разнообразие и метаболизм микробов и, как следствие, на количество и состав DOM.

Чтобы лучше понять влияние МП на химическое разнообразие DOM, особенно для разных типов полимеров, исследователи выбрали три распространённых МП: полиэтилен (PE), полистирол (PS) и поливинилхлорид (PVC). Их влияние на химические свойства и состав почвенного DOM изучалось в 310-дневных инкубационных экспериментах.

Для анализа использовались:

  • УФ-видимая спектроскопия
  • Трёхмерная флуоресцентная спектроскопия
  • Масс-спектрометрия с Фурье-преобразованием ионно-циклотронного резонанса (FT-ICR MS)

Результаты исследования:

  1. МП снизили содержание ароматических и гидрофобных компонентов почвенного DOM более чем на 20%, причём PVC оказал наибольший эффект.
  2. С ростом концентрации МП уровень гумификации DOM значительно снижался.
  3. МП увеличили долю молекул DOM без гетероатомов на 8.3%–14.0%, но уменьшили долю молекул, содержащих азот, на 17.0%–47.8%.

Это может быть связано с положительным «прайминг-эффектом», вызванным МП, который приводит к разложению биодоступных компонентов DOM. Также это связано с изменением микробного разнообразия и обогащением микробных сообществ, участвующих в деградации лигнина.

Химическое разнообразие DOM в присутствии МП зависело от:

  • pH почвы
  • Электропроводности
  • Концентрации растворённого органического углерода (DOC)
  • Содержания SOM
  • Индексов бактериального разнообразия (Шеннона) и грибного богатства (Чао)

Исследование показало, что DOM в загрязнённых МП почвах содержит больше липидов и меньше конденсированных ароматических структур, белков и аминосахаров, что придаёт ему меньшую ароматичность и более высокую лабильность.

Эта работа предупреждает об угрозе функциям почвенной экосистемы. Дальнейшие исследования могут быть сосредоточены на оценке динамического влияния МП разных размеров на процессы формирования почвенного углеродного стока.