ВЛИЯНИЕ МИКРОПЛАСТИКА НА АКТИВНОСТЬ ПОЧВЕННЫХ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ И КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

1. Введение

Почвы являются критически важным компонентом биосферы и ключевым резервуаром глобального углерода [1]. Деятельность почвенных микроорганизмов регулирует процессы разложения органического вещества, обеспечивая круговорот питательных элементов и стабильность экосистем. В последнее десятилетие появился новый фактор антропогенного давления — загрязнение почв микропластиком. Годовое поступление микропластика в агроэкосистемы оценивается в сотни тысяч тонн, главным образом через компосты, осадки сточных вод и мульчирующие пленки [2].

Микропластик может влиять на почвенные экосистемы физически (изменяя структуру пор, водоудерживающую способность) и химически (выделяя добавки, выступая как сорбент для загрязнителей) [3]. Предполагается, что эти изменения опосредованно влияют на микробные сообщества. Однако большинство исследований сосредоточено на водных экосистемах или на факте наличия пластика в почве, в то время как функциональные последствия, особенно для циклов элементов, количественно оценены недостаточно [4].

Мы выдвигаем гипотезу, что хроническое присутствие микропластика разных типов: биоразлагаемого (PLA) и неразлагаемого (PE) — по-разному модифицирует активность и функциональный потенциал гетеротрофного микробного пула, что может привести к перераспределению потоков углерода в системе «почва-атмосфера». Целью данного исследования была экспериментальная оценка влияния различных концентраций PE и PLA микропластика на: 1) общую микробную биомассу и базальное дыхание; 2) динамику минерализации углерода; 3) численность функциональных генов, связанных с деструкцией сложных органических полимеров.

2. Материалы и методы

2.1. Дизайн эксперимента. Использован образец типичного чернозема (Haplic Chernozem), отобранный в Курской области (0-20 см). Почву высушивали, просеивали (<2 мм) и кондиционировали в течение 7 дней. Микропластик: вторичный PE (фрагменты 50-300 мкм, полученные механическим измельчением) и первичный PLA (порошок, 20-100 мкм). Концентрации: 0 (контроль), 0.1%, 0.5%, 1% от веса сухой почвы. Для каждого варианта в трехкратной повторности готовили мезокосмы (100 г почвы в темных стеклянных сосудах). Влажность поддерживали на уровне 60% от полной полевой влагоемкости. Инкубация проводилась в темноте при 22°C в течение 90 дней.

2.2. Аналитические методы.
Базальное дыхание измеряли методом абсорбции NaOH с последующим титрованием на 1, 3, 7, 15, 30, 60 и 90-й день [5].
Углерод микробной биомассы (Смик) определяли в конце эксперимента методом субстрат-индуцированного дыхания (СИД) [6].
Кинетика минерализации углерода анализировалась по накопленной эмиссии CO₂. Данные аппроксимировали двухпуловой моделью первого порядка.
Молекулярный анализ: общая численность бактерий (ген 16S рРНК) и ген, кодирующий экзоглюканазу cbhI, определяли методом ПЦР в реальном времени с использованием специфических праймеров.
Статистика: Достоверность различий между группами оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с последующим критерием Тьюки (p<0.05). Все расчеты выполнены в R 4.2.1.

Заключение

В ходе исследования экспериментально установлено, что микропластик различной природы в экологически релевантных концентрациях (≥0.5%) способен существенно модифицировать функциональную активность почвенных микробных сообществ.

1. Полиэтиленовый микропластик оказывает преимущественно ингибирующее действие, снижая общую микробную биомассу, дыхательную активность и потенциальную способность к разложению целлюлозы.
2. Биоразлагаемый полилактид вызывает временную стимуляцию микробной активности с последующим эффектом негативного примирования, что может способствовать консервации природного органического вещества почвы.