ВВЕДЕНИЕ 3
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
Глава 1. Загрязнение окружающей среды пластиком 5
Глава 1. 2 Пластик в водной среде 7
Глава 2 . Пластик в почве 10
Глава 3 . Распределение пластика по структурным отдельностям почвы 14
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 17
Глава 4. Участок исследования 17
Глава 5 . Методика выполнения анализа 18
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 22
Глава 6 . Оценка содержания микропластика по структурным отдельностям 22
Глава 6.1. Качественная оценка микропластика 31
ВЫВОДЫ 35
ЛИТЕРАТУРА
Микропластик вызывает серьезную озабоченность как глобальная экологическая проблема. В настоящее время в год используется 9 миллионов тонн пластмассовых изделий (Lebreton et al., 2 017), большинство из которых являются одноразовыми. Geyer et al., 2017 подсчитали, что примерно 6,3 млрд. тонн пластиковых отходов было произведено к 2 015 году, около 79% которых было накоплено на свалках или в природной среде. Из-за своей высокой стойкости, большинство пластиковых частиц со временем просто распадаются на более мелкие кусочки и могут сохраняться в окружающей среде в течение сотен лет. Определяемые как пластиковый мусор диаметром менее нескольких миллиметров (1 и 5 мм) (Cauwenberghe et al., 2 014; Fendall et al., 2009), микропластик может легко поглощаться биотой и сорбировать загрязнители на их поверхностях. В недавних исследованиях воздействия микропластика на окружающую среду сообщалось о поступлении пластиковых частиц в организм животных, включая млекопитающих, рыб и беспозвоночных (Lusher et al., 2 01), это при в ел о к эндокринным нарушениям, нарушению репродуктивной функции животных и гибели морских организмов ( Wright et al., 2013). Сообщалось также, что стойкие органические загрязнители, тяжелые металлы и патогены, накапливаются на поверхности микропластиков благодаря высокой сорбционной способности (Hodson et a. , 2017). Согласно исследованиям, только 1% мировых пластиковых отходов выбрасывается непосредственно в морскую среду, большая часть остается на континентах в почве. Микроскопические пластиковые частицы могут проникать в почвенную среду как в качестве первичных, так и вторичных частиц. Накопление микропластика в сельскохозяйственных почвах связано с неизвестными последствиями для продуктивности и качества почвы. Почвы могут представлять собой временное или постоянное хранилище пластика, таким образом, задерживая или препятствуя переносу микропластика в водную среду. В свою очередь аккумуляция пластика в почвах в значительной степени зависит от их физических свойств. Почвенные агрегаты, к примеру, могут обладать различной сорбционной емкостью . На сегодняшний день знания о микропластике в почве все еще фрагментарны, не смотря на то, что наличие пластикового мусора в почвах само по себе очевидно.
До настоящего времени исследования наличия пластика в почвах акцентировались в аспекте общего загрязнения почв (Biasing et al., 2 018; He et al., 2 018). Однако в последнее время появляются работы, в которых исследуется взаимосвязь частиц пластика с почвенными свойствами. Актуальность исследования заключается в том, что накопление пластиковых частиц в пахотных почвах является растущим источником беспокойства с неизвестными последствиями для продуктивности и качества почвы. Это исследование было направлено на изучение обилия и распределения пластиковых частиц между структурными отдельностями на сельскохозяйственном поле.
Научная новизна проекта состоит в том, что исследование является одним из первых, в котором изучаются почвы сельскохозяйственных территорий на наличие загрязнения пластиковыми частицами.
Целью дипломной работы является определить наличие и концентрацию микропластика в образцах почвы, которые были отобраны с участка сельскохозяйственного поля. Исходя из данной цели были поставлены следующие задачи :
1. Определить количественное содержание микропластика по структурно - агрегатным отдельностям;
2. Определить качественное содержание микропластика по структурно - агрегатным отдельностям;
3. Проследить зависимость нахождения микропластика в отдельных
1. Наибольшее количество микропластика было обнаружено в агрегатах >3 мм, а также высокое содержание микропластика было обнаружено в структурных отдельностях >10 mm и >7мм . Наименьшее количество микропластика было обнаружено в агрегатных отдельностях >0,5mm, >0,25мм и <0 ,25мм .
2 . Качественная оценка частиц пластика с помощью ИК- спектрометра доказывает, что микропластик идентифицирован верно .
7 0 %, не меньше . Распределение между различными формами пластиковых частиц в этих почвах показывает, что волокна являются доминирующим
3. При проведении корреляции был а обнаружена зависимость, которая указывает на то, что микропластик тяготеет к крупным агрегатам. Так же был а обнаружена зависимость пластика с агрегатами > 0 ,25 .
тем не менее . гравиметрические методы не подходят для определения малого количества микропластика. Для оценки микро и нанопластиков подходят методы спектрометрии и визуальная оценка. А для количественного определения микропластика подойдет метод подсчета.
1. Бабаев, И. С . Безреагентные методы очистки высокомутных вод /И. С . Бабаев . - М. : Стройиздат, 1978. - 80 с .
2. Гноевая В . Г . Понятие и виды спектрометра // Материалы VII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум»
3. Качинский, Н . А . Физика почвы . Часть 1 / подред . И . М . Шагирова - М . : Высшая школа, 1965 г . - 3 21 с .
4. Сунгатуллин, Р . Х . Геологические исследования на самосыровском полигоне твердых бытовых отходов/ Р . Х . Сунгатуллин, М . И . Хз , АЕШ // Уызк Кзкг Гуг
Университета. - 2008. - том 150 . - кн .1 - С .168-181.
5. Шеин, Е . В . Кур с физики почв / Е . В . Шеин . - М . : МГУ, 2005 г . -432 с .
6. URL: www. scienceforum. ru/2015/882/15641 / ( дата обращения : 05.04.2019) .
7. Abel, D.S. Microplastics as an emerging threat to terrestrial ecosystems / D.S. Abel, W. Kloas, , C. Zarfl, S. Hempel // Global Change Biology. - 2018. - № 24 . - P. 1405-1416.
8. Alimi, O.S. Microplastics and nanoplastics in aquatic environments: aggregation, deposition, and enhanced contaminant transport / O.S. Alimi, J.F. Budarz, L.M. Hernandez, N. Tufenkji// Environmental Science & Technology. -
2018. - №52. - P. 1704-1724.
9. Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment / Andrady, A. L. // Marine Pollution Bulletin. - 2011. - № 62. - P. 1596-1605.
10. Browne, M. A. Ingested Microscopic Plastic Translocates to the Circulatory System of the Mussel, Mytilus edulis (L.) / M. A. Browne, A. Dissanayake, T. S. Galloway, D. M. Lowe, R. C Thompson / Environmental Science & Technology. - 2008. - № 42 . P . 5026-5031.
11. Bakir, A. Competitive sorption of persistent organic pollutants onto microplastics in the marine environment / A. Bakir, S. J. Rowland, R. C. Thompson // Marine Pollution Bulletin. - 2012. - № 64. - P. 2782-2789.
12. Bronick, C.J. Soil structure and management: a review / C.J. Bronick,
R. Lal // Geoderma. - 2005. - № 124 . - P. 3-22.
13. Bartoli, F. Aggregate stability and assessment of crustability and erodibility: 1. Theory and methodology / F. Bartoli, P.D. Hallett, O. Cerdan, L. Y. Bissonnais // European Journal of Soil Science. - 2016. - № 47 . - P. 425-437.
14. Biasing, M. Plastics in soil: analytical methods and possible sources / M . Biasing, W . Amelung // Science of the Total Environment. - 2018. - № 612 . - P. 435-442.
15. Carr, S.A. Transport and fate of microplastic particles in wastewater treatment plants / S.A. Carr, J. Liu, A.G. Tesoro // Water Research. - 2016. - №91.
- P. 74-82.
16. Cauwenberghe, L. Microplastics in bivalves cultured for human consumption / L. Cauwenberghe, C.R. Janssen // Environmental Pollution. - 2014.
- № 19 3 . - P. 65-70.
17. Crawford, C.B. Microplastic Pollutants /C.B. Crawford, B. Quinn// Copyright.-2017.-P.315.
18. Cole, M. Microplastic ingestion by zooplankton / M. Cole, P. K. Lindeque, E. S. Fileman, C. Halsband // Environmental Science & Technology. - 2013. - № 12 . - P. 6646-6655.
19. Correia, J. Effects of microplastics on microalgae populations: A critical review / J. Correia, J. P. Prata, C. I. Lopes, A. C. Duarte, T. R. Santos // Science of The Total Environment. - 2019. - № 665. - P. 400-405.
20. Elliott, E.T. Let the soil work for us / E.T. Elliott, D.C. Coleman // Bulletin of the Ecological Society of America. - 1988. - № 39. - P. 23-32.
21. Eusterhues, K. Organo-mineral associations in sandy acid forest soils: importance of specific surface area, iron oxides and micropores / K. Eusterhues, C.
Rumpel, I . Kogel-Knabner // European Journal of Soil Science. - 2005. - № 56. - P. 753-763.
22. Eriksen, M. Microplastic pollution in the surface waters of the Laurentian Great Lakes / M. Eriksena, S. Mason, S. Wilson, C. Box, A. Zellers, W. Edwards, H. Farley, S. Amato // Marine Pollution Bulletin. - 2013. - № 7. - P. 177-182.
23. Fendall, L.S. Contributing to marine pollution by washing your face: microplastics in facial cleansers / L.S. Fendall, M.A. Sewell // Marine Pollution Bulletin. - 2009. - №58 . - P. 1225-1228.
24. Franeker, J. A. Monitoring plastic ingestion by the northern fulmar Fulmarus glacialis in the North Sea / J. A. Franeker, J. K. Jensen, G. L. Guillou, B. Olsen, O. Olsen, J. Pedersen, W. M. Stienen // // Environmental Pollution. - 2011.
- № 159. - P. 2609-2615.
25. Galloway, T. S. Interactions of microplastic debris throughout the marine ecosystem / T. S. Galloway, M. Cole, C. Lewis // Nature Ecology and Evolution. - 2017. - № 1(5) . - P. 215-229.
26. Gioacchini, P. Carbon sequestration and distribution in soil aggregate fractions under Miscanthus and giant reed in the Mediterranean area / P. Gioacchini, F. Cattaneo, L. Barbanti, D. Montecchio, C. Ciavatta, C. Marzadori // Soil and Tillage Research. - 2016. - 163. - P. 235-242.
27. Geyer, R. Production, use, and fate of all plastics ever made / R. Geyer, J.R. Jambeck, K.L. Law// Science Advances. - 2017. - 19 (3). - P. 12461253.
28. He, D. Microplastics in soils: analytical methods, pollution characteristics and ecological risks / D. He, Y. Luo, S. Lu, M. Liu // Trends in Analytical Chemistry. - 2018. - № 109 . - P. 1988-1992.
29. Hengstmann, E. Microplastic in beach sediments of the Isle of Rugen (Baltic Sea) - Implementing a novel glass elutriation column / E. Hengstmann, M. Tamminga, C.Bruch, E.K. Fischer // Marine Pollution Bulletin. - 2018. - Vol. 126.
- P. 263-274.
30. Hidalgo-Ruz, V. Microplastics in the marine environment: a review of the methods used for identification and quantification / V. Hidalgo-Ruz, L. Gutow, R. C. Thompson, M. Thiel // Environmental Science & Technology. - 2012. - №
46. - P. 3060-3075.
31. Horton, A.A. Large microplastic particles in sediments of tributaries of the river Thames, UK - abundance, sources and methods for effective quantification / A.A. Horton, C. Svendsen, R.J. Williams, D.J. Spurgeon, E. Lahive // Marine Pollution Bulletin. - 2017. - №114 (1) . - P. 218-226.
32. Huang, B. Adsorption characteristics of cu and Zn onto various size fractions of aggregates from red paddy soil / B. Huang, Z. Li, J. Huang, L. Guo, X. Nie, Y. Wang, Y. Zhang, G. Zeng // Journal of Hazardous Materials. - 2014. - № 264. - P. 176-183.
33. Hodson, M.E. Plastic bag derived-microplastics as a vector formetal exposure in terrestrial invertebrates / M.E. Hodson, C.A. Duffus-Hodson, A. Clark, M.T. Prendergast-Miller// Environmental Science & Technology. - 2017. - № 51. P. 4714-4721.
34. Jambeck, J.R. Plastic waste inputs from land into the ocean / J.R. Jambeck, R. Geyer, C. Wilcox, T.R. Siegler, M. Perryman, A. Andrady // Science. - 2015. - № 347. - P. 768-771.
35. Jonge, L.W. Colloids and colloid-facilitated transport of contaminants in soils: an introduction / L.W. Jonge, C. Kjaergaard, P. Moldrup // Vadose Zone Journal. - 2004. - № 3(2). - P. 321-325.
36. Kershaw, P.J. Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: part 2 of a global assessment / P.J. Kershaw, C.M. Rochman // Reports and Studies. - 2016. - № 9 3 . - P. 221.
37. Li, C. The character changes and maturity of sewage sludge aerobic co-composting with various bulking agents / C. Li, Y. Wei, Y. Fan, M. Wang // Journal of Environmental Sciences - China. - 2001. - № 2 2 ( 3 ) . - P. 60-65.
38. Lebreton, L.C. River plastic emissions to the world's oceans / L.C Lebreton, J. Zwet, J.W. Damsteeg, B. Slat // Nature Communication. - 2017. - №8 . - P. 236-248.
39. Lusher, A.L. Occurrence ofmicroplastics in the gastrointestinal tract of pelagic and demersal fish from the English Channel / A.L. Lusher, M. McHugh, R.C. Thompson // Marine Pollution Bulletin. - 2013. - № 6 7 . - P. 94-99.
40. Lwanga, H. E. Incorporation of microplastics from litterinto burrows of Lumbricus terrestris / H. E. Lwanga, H. Gertsen, H. Gooren, P. Peters, T. Salanki // Environmental Pollution. - 2017. - № 220. - № P . 523-531.
41. Lwanga, E.H. Microplastics in the terrestrial ecosystem: Implications for Lumbricus terrestris (Oligochaeta, Lumbricidae) / E. H. Lwanga, H. Gertsen, H. Gooren, P . Peters, T . Sal anki, M . Ploeg, E . Besseling // Environmental Science & Technology. - 2016. - №50(5) . - P. 2685-2691.
42. Machado, A. A. Microplastics as an emerging threat to terrestrial ecosystems / A. A. Machado, W. Kloas, C. Zarfl, S. Hempel, M. C. Rillig // Global Change Biology - 2018. - № 24 . - P. 1405-1416.(a)
43. Machado, A. A. Impacts of microplastics on the soil biophysical environment / A. A. Machado, C.W. Lau, J. Till, W. Kloas, A. Lehmann, R.Becker, M.C. Rillig // Environmental Science & Technology - 2018. - № 52 . - P. 9656-9665.(6)
44. Minasny, B. Limited effect of organic matter on soil available water capacity / B. Minasny, A.B. McBratney // European Journal of Soil Science. - 2018. - № 69. - P. 39-47.
45. Nizzetto, L. A. theoretical assessment of microplastic transport in river catchments and their retention by soils and river sediments / L. A. Nizzetto,
G. Bussi, M.N. Futter, D. Butterfield, P.G. Whitehead // Environmental Science Processes & Impacts. - 2016. - № 18 . - P. 1050-1059. (a)
46. Nizzetto, L. Are agricultural soils dumps for microplastics of urban origin? / L. Nizzetto, M. Futter, S. Langaas // Environmental Science & Technology. - 2016 - № 50. - P. 10777-10779.(b)
47. Nizzetto, L. A theoretical assessment of microplastic transport in river catchments and their retention by soils and river sediments / L. Nizzetto, G. Bussi, M.N. Futter, D. Butterfield // Invironmental Science-Processes & Impacts. - 2016. - № 18 . - P. 1050.
48. Ng, E.L. An overviewof microplastic and nanoplastic pollution in agroecosystems / E.L. Ng, E.H. Lwanga, S.M. Eldridge, P.Johnston, H.W. Hu, V.Geissen, D.Chen // Science of the Total Environment. - 2018. - №627. - P. 1377-1388.
49. Pagliai, M. The soil pore system as an indicator of soil quality / M. Pagliai, N. Vignozzi // Advances in Geoecology. - 2002. - № 3 5 -P. 69-80.
50. Rillig, M.C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil? / M.C. Rillig // Environmental Science & Technology. - 2012. - № 4 6 . - P. 6453-6454.
51. Rillig, M. C. Microplastic transport in soil by earthworms / M. C. Rillig, L. Ziersch, S. Hempel // Science Reports. - 2017. - № 7 . - P. 317-321.
52. Rillig, M.C. Microplastic in terrestrial ecosystems and the soil? / M.C. Rillig // Environmental Science & Technology. - 2012. - № 46(12) . - P. 64536454.
53. Reynolds, C. Micro-plastic ingestion by waterbirds from contaminated wetlands in South Africa / C. Reynolds, P.G. Ryan // Marine Pollution Bulletin. -
2018. - № 126. - P. 330-333.
54. Steinmetz, Z. Plastic mulching in agriculture. Trading short-term agronomic benefits for long-term soil degradation? / Z. Steinmetz, C. Wollmann,
M. Schaefer, C . Buchmann, J. David, J. Troger, K . Munoz, O . ,Fror // Science of the Total Environment. - 2016. - № 550. - P. 690-705.
55. Singh, B. Mechanistic implications of plastic degradation / B. Singh,
N. Sharma // Polymer Degradation and Stability. - 2008. - № 9 3 . -P. 561-584.
56. Six, J. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics / J. Six, H. Bossuyt, S. Degryze, K. Denef // Soil and Tillage Research. - 2004. - № 79 (1) . - P. 7-31.
57. Shi, Y. Integrated management of water and fertilizer to reduce nitrogen, phosphorus loss from Chinese chive field in the north bank of Dianchi Lake / Y. Shi, Z. Duan // Environmental Sciences. - 2009. - № 28 (10 ) . - P. 21382144.
58. Thompson, R. C. Lost at Sea: Where Is All the Plastic? / R. C. Thompson, Y. Olsen, R. P. Mitchell, A. Davis, S. J. Rowland // Science. - 2004. - № 304. - P. 838.
59. Wright, S. L. The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review / S. L. Wright, R. C. Thompson, T. S Galloway // Environmental Pollution. - 2013. - № 178. - P. 483-492.
60. Wright, S. Microplastic ingestion decreases energy reserves in marine worms / S. Wright, D. Rowe, R. C. Thompson, T. S. Galloway // Current Biology. - 2013. - № 23 . - P. 1031-1033.
61. Wan, J. Colloid transport in unsaturated porous media / J. Wan, J. L. Wilson // Water Resources Research. - 1994. - № 3 0 . - P. 857-864.
62. Wan, Y. Effects of plastic contamination on water evaporation and desiccation cracking in soil / Y. Wan, C. Wu, Q. CXue, X. Hui // Science of the Total Environment. - 2019. - № 654. - P. 576-582.
63. Wagner, S. Soil-aggregate formation as influenced by clay content and organic-matter amendment / S. Wagner, S.R. Cattle, T. Scholten // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. - 2007. - № 17 0 . - P. 173-180.
64. Xing, Y. Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media / Y. Xing, X. Chen, J. Zhuang // Scientific Reports. - 2016. - № 6. - P. 35-40.
65. Zedler, J.B. Progress in wetland restoration ecology / J. B. Zedler // Trends in Ecology & Evolution. - 2000. - №15 (10 ) . P . 402-407.
66. Zhang, G.S. The distribution of microplastics in soil aggregate fractions in southwestern China / G.S. Zhang, Y.F. Liu // Science of the Total Environment. - 2018. - № 642 - P. 12-20.
67. Zhang, S. A simple method for the extraction and identification of light density microplastics from soil / S. Zhang ,X. Yang, H. Gertsen, P. Peters, T. Salanki, V . Geissen // Science of The Total Environment. - 2018. - Vol. 616-617. - P. 1056-1065.
68. Zhang, G.S. Effects of polyester microfibers on soil physical properties: Perception from a field and a pot experiment // G.S. Zhang, F.X. Zhang,
X. T. Li // Science of the Total Environment. - 2019. - № 670. - P. 1-7.