Тема: ВЛИЯНИЕ МИКРОПЛАСТИКА НА ПОЧВУ, КАК КОМПОНЕНТА ОКРУЖАЮЩЕЙ | СРЕДЫ И ПОДХОДЫ К ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЮ

Актуальность исследования: Пластик - незаменимый материал, необходимый для жизни современного человека. Однако его широкое использование и недостаточно надлежащее обращение с отходами привело к накоплению пластиковых фрагментов в мировом океане (Klingelhofer et al., 2020), почвенной среде (Zhang et al., 2021) и стало новой глобальной экологической проблемой.
Поступившие в природные условия пластиковые изделия под действием естественных условий, таких как течение и волновая динамика в водных экосистемах, солнечное излучение, некоторые группы микроорганизмов и почвенных беспозвоночных, которые вызывают медленную деградацию и фрагментацию пластиковых предметов, привнося в окружающею среду большое количество макро-, микро- и наночастиц.
Как не странно, но на фоне нынешней обеспокоенности из-за загрязнения окружающей среды пластиком, производство первого синтетического пластика (форма нитроцеллюлозы) было направлено именно на защиту слонов как представителей окружающей среды и связано со снижением спроса на слоновую кость, из которой делались бильярдные шары (Сапрыкин и др., 2021).
С течением времени и накопленных материалов, появилась необходимость разделять формы пластика. Frias J. et al (2019) предложили следующее определение микропластика: “Любые синтетические твердые частицы или полимерные матрицы правильной или неправильной формы, размером от 1 мкм до 5 мм первичного или вторичного производственного происхождения, которые нерастворимы в воде”.
Исследования микропластика показали, что частицы синтетических полимеров можно обнаружить во всех природно-климатических поясах, начиная от арктического морского льда, воды отдаленных горных озер, и заканчивая сельскохозяйственными почвами.
Согласно статистике, годовой объем производства пластмасс в 2017 году превысил 348 миллионов тонн, и предполагается, что к 2050 году во всем мире он может быть увеличен до 33 миллиардов тонн (Bilal et al., 2023).
Из-за деятельности человека, такой как, использование пластиковой мульчи в сельском хозяйстве, орошение сточными водами, внесение удобрений, ирригации загрязненной пластиком водой и передачи по воздуху, почва стала крупнейшим резервуаром МП, который может быть в 4-23 раза больше, чем в океане (Nizzetto et al., 2016).
Предполагается, что урбанизированные и сельскохозяйственные почвы особенно склонны к загрязнению МП, поскольку, именно они наиболее подвержены антропогенному воздействию деятельности человека (Moller et al., 2020).
Поэтому нельзя упускать из виду высокую концентрацию МП в почве, так как он представляет потенциальную угрозу для окружающей среды, изменяет химические и физико-химические свойства почв, влияет на микробную активность почвы, уничтожает почвенную фауну, уменьшает подвижность и доступность питательных веществ и диффузию влаги в почве, влияет на рост растений, замедляя развитие корней во время прорастания (Qi et al., 2018).
Также микропластик, который находится в почве имеет высокую вероятность передачи человеку, создавая угрозу для его здоровья, поскольку микропластик в конечном итоге передается животным и биоаккумулируется в пищевой цепи (Elizalde-Velazquez et al., 2021; Zhou et al.,2021).
Однако фактические масштабы загрязнения почвы микропластиком все еще неизвестны. Так как, исследования МП в почвах до сих пор проводятся редко, а существующие публикации часто несопоставимы из-за использования различных методов отбора проб, детекции и анализа. В основном это объясняется отсутствием в мире стандартизированных методик определения МП в почвах. Учитывая, что почва сложная биокостная, полидисперсная система, нужно найти подходящий и эффективный метод стандартизированного анализа микропластика.
При анализе почв на содержание микропластика, необходимо принимать во внимание морфологическое строение и основные физические и физико -химические свойства почв, чтобы минимизировать потенциальное влияние на детекцию МП и последующий количественный анализ.
Цель исследования - изучить влияние микропластика на почву, как связующего звена между компонентами окружающей среды, определить подходы к его качественному и количественному определению и выявить основные морфологические характеристики в агропочвах трех природно-климатических зон Западной Сибири.
Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Описать условия почвообразования земледельчески освоенных территорий таежно-лесной, лесостепной и степной зоны Западной Сибири и определить зональные типы почв, используемые в сельском хозяйстве на данных территориях;
2. Изучить агрофизические и агрохимические свойства исследуемых агропочв;
3. Опираясь на исследования российских и зарубежных ученых, выявить и проанализировать влияние МП на свойства почв, почвенных беспозвоночных, растения, динамику и интенсивность CO2, существующие методики определения микропластика в агропочвах;
4. Адаптировать методики детекции микропластика с дальнейшей оценкой применимости солевых растворов в данных методиках для агропочв с разным уровнем содержания гумуса;
5. Определить количественный характер загрязнения и основные морфологические характеристики микропластика в агропочвах Западной Сибири.
Объекты исследования:
Объектами исследования выступали агропочвы Западной Сибири, а именно агрочерноземы обыкновенные, типичные и южные, агросерые лесные и агротемно-серые лесные трех природно-климатических зон: таежно-лесной, лесостепной и степной.
Предмет исследования:
Микропластик, методика детекции и его основные морфологические
характеристики.
Научная новизна и практическая значимость:
Впервые были установлены количественные и морфологические характеристики микропластика в агропочвах трех природно-климатических зон Западной Сибири, а также процент загрязнения им. Представленная работа может применяться в экологии, экологии почв, токсикологии и других смежных сферах исследования для мониторинга загрязнения агропочв микрочастицами пластика, сравнения характера загрязнения по количеству и морфологическим характеристикам микрочастиц пластика в разных природноклиматических зонах Западной Сибири, а также динамики состояния основных агрохимических и агрофизических свойств агропочв, так как микропластик изменяет функционирование микрофлоры, а та в свою очередь изменяет направленность процессов гумификации, что влияет на количественные показатели органического углерода и на изменения гранулометрического состава почв и других свойств.
Апробация работы:
Результаты работы представлены на:
1. LXX научной студенческой конференции Биологического института Национального исследовательского Томского государственного университета «Старт в науку» (Томск, 2021);
2. Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию кафедры почвоведения БГСХА «Современные проблемы использования почв и повышения их плодородия» (Горки, 2022);
3. LXXI научной студенческой конференции Биологического института Национального исследовательского Томского государственного университета «Старт в науку» (Томск, 2022);
4. I Всероссийская конференция с международным участием по загрязнению окружающей среды микропластиком «MicroPlasticsEnvironment-2022 (МРЕ-2022)» (Хакасия, 2022);
5. XXV Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. МЭСК-2022» (Новосибирск, 2022);
6. XX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем» (Киров, 2022);
7. XVIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экология родного края: проблемы и пути их решения» (Киров, 2022);
8. Международной научно-практической конференции по окружающей среде, природным ресурсам и устойчивому природопользованию «EnREM-2023» (Барнаул, 2023).
Публикации:
1. Ручкина К. В. Микропластик в агрогенных серых лесных почвах Томского района // Старт в науку : материалы LXX научной студенческой конференции Биологического института, Томск, 26-30 апреля 2021 г. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2021. - С. 41.
2. Ручкина К.В. Методика определения микропластика в агропочвах таежно-лесной и степной зоны Западной Сибири / К. В. Ручкина, О. Э. Мерзляков // Современные проблемы использования почв и повышения их плодородия : сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию кафедры почвоведения БГСХА : в 2 ч. - Горки, 2022. - Ч. 2. - С. 72-75.
3. Мерзляков О. Э. Микропластик в почвах: разработка методик детекции на примере агропочв Западной Сибири / О. Э. Мерзляков, К. В. Ручкина // Материалы I Всероссийской конференции с международным участием по загрязнению окружающей среды микропластиком "MicroPlasticsEnvironment-2022" (MPE-2022), п. Шира, Хакасия, 02-06 августа 2022 г. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2022. - С. 91-94.
4. Ручкина К. В. Основные этапы детекции микропластика в почвах // Экология
России и сопредельных территорий. МЭСК-2022 : материалы XXV Международной
экологической студенческой конференции. - Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2022. - С. 8.
5. Ручкина К. В. Загрязнение почв микропластиком. Морфологическое определение его свойств микроскопическим методом / К. В. Ручкина, О. Э. Мерзляков // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем : материалы XX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Киров, 1 декабря 2022 г. - Киров: Вятский государственный университет, 2023. - С. 143-148.
6. Ручкина К. В. Микропластик и методики его определения в агропочвах Западной Сибири // Старт в науку : материалы LXXI научной студенческой конференции Биологического института, Томск, 26-30 апреля 2022 г. - Томск, 2022. - С. 9.
7. Ручкина К. В. Основные правила отбора и подготовки проб почв для детекции микропластика / К. В. Ручкина, О. Э. Мерзляков // Экология родного края: проблемы и пути их решения : материалы XVIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, 24-25 апреля 2023. Кн. 2. - Киров: Вятский государственный университет, 2023. - С. 99-103.
Свидетельство на БД:
Была сформирована база данных морфологических характеристик микропластика в исследуемых агропочвах и получено свидетельство интеллектуальной собственности № 2023621561 «База данных для учета микрочастиц (от 1 мкм до 5 мм) пластика и их морфологических характеристик в агропочвах Западной Сибири (БД)».
Структура и объем диссертации:
Магистерская диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и 6 приложений, изложена на 157 страницах компьютерного текста, включает список литературы из 134 наименований, включая 91 источник на иностранном языке, 40 рисунков.
Благодарности:
Выражаю искреннюю благодарность научному руководителю Олегу Эдуардовичу Мерзлякову, за ценные советы, практические рекомендации, конструктивную критику, постоянное внимание, поддержку и помощь на протяжении всего времени, Юлии Александровне Франк за приобретенные знания и навыки, а также всему педагогическому составу кафедры почвоведения и экологии почв Томского государственного университета.

Купить

1. Таежно-лесная, лесостепная и степная зоны Западной Сибири существенно различаются по условиям почвообразования и зональным типам почв, используемых в сельском хозяйстве. Почвенный покров сельскохозяйственных угодий таежно-лесной зоны разнообразен: серые лесные (три подтипа), серые лесные глеевые, луговочерноземные, подзолистые (тип дерново-подзолистые), аллювиальные дерновые и луговые, пойменно - луговые. В составе пахотных угодий степи и лесостепи преобладают черноземы различной степени гумусированности и мощности гумусового слоя, каштановые почвы.
2. Исследуемые агропочвы имеют тяжелый гранулометрический состав: от среднесуглинистого до легкоглинистого. Различаются разным уровнем содержания гумуса: от малого до очень высокого. По содержанию легкогидролизуемого азота относятся к высокой степени обеспеченности. По содержанию доступного фосфора: к средней и высокой степени обеспеченности.
3. Пластиковые частицы в почве могут влиять на некоторые ее свойства, такие как емкость катионного обмена, растворенное органическое вещество, водоудерживающую способность, стабильность агрегатов и объемную плотность, структуру почвы, уменьшать скорость инфильтрации почвенной влаги, а также на содержание в почве фосфора и азота. Кроме того, микропластик влияет на почвенных беспозвоночных и может вызывать у них ложное насыщение, механическое повреждение пищевода, кишечную непроходимость, снижение репродукции и биохимических реакций, таких как снижение иммунного ответа, нарушение обмена веществ и т. д. Изменяя свойства почв МП влияет и на процессы произрастания высших растений и динамику CO2.
4. При адаптации методик детекции микропластика, было выявлено, что для агропочв, где уровень содержания гумуса является низким и среднем, можно использовать методику определения МП с применением солевого раствора NaCl (5М) для разделения по плотности и H2O2 (30 %) для удаление органического вещества. Для агропочв, где уровень содержание гумуса является высоким, можно использовать методику определения МП с применением ZnCh (5М). При работе с ZnCh следует помнить, что необходимо принимать меры предосторожности для уменьшения его негативного воздействия на исследователя и окружающую среду.
5. Морфологическое определение микропластика не выявляло большого разнообразия его морфологических свойств. Обнаруженные частицы были представлены преимущественно волокнами белой и прозрачной окраски. По результатам химического выделения МП его морфологические характеристики также не отличаются разнообразием по форме и окраски, наибольшее количество представлено в виде прозрачных волокон, однако его количество в тех же образцах намного больше, чем было выявлено при морфологическом определении. По размеру преобладают частицы микропластика в диапазонах 1000-2000 мкм.
Купить