Niekorzystny wpływ odpadów plastikowych na środowisko wodne, a w szczególności na zamieszkujące je organizmy żywe, jest dobrze znany z licznych doniesień medialnych. Znacznie mniej dociera do nas informacji o możliwych skutkach oddziaływania odpadów z tworzyw sztucznych na gleby i żyjące tam organizmy.
Tymczasem od kilkunastu lat coraz więcej uwagi, choć nadal mniej niż ekosystemom wodnym, poświęca się badaniom nad zmianami wywołanymi obecnością makro- i mikroplastików w biotycznej i abiotycznej części ekosystemów glebowych. Dzięki realizacji projektu Bio-Plastics Europe w programie Horyzont 2020 zespół badawczy z PŁ dołączył do grup naukowców zajmujących się tą problematyką.
Wpływ bioplastików na rośliny i dżdżownice
W ramach prowadzonych badań oceniono wpływ bioplastików na biotyczną część ekosystemu glebowego. Organizmami wskaźnikowymi były rośliny wyższe, takie jak sorgo (Sorgum sacchcrataum), gorczyca (Sinapsis alba) i rzeżucha (Lepidium sativum) oraz dżdżownice Eisenia andrei. Przeprowadzone zostały testy dla tych poszczególnych gatunków tych organizmów, a także testy multigatunkowe w modelowym ekosystemie glebowym w skali laboratoryjnej o objętości roboczej 4,3 litra.
W pierwszej rundzie badań oceniono toksyczność pięciu różnych bioplastików, a w drugiej - trzech. Badane biotworzywa różniły się między sobą składem chemicznym, właściwościami i przeznaczeniem.
Widok modelowych ekosystemów glebowych
Czego dowiedziano się o bioplastikach dzięki testom ekotoksyczności względem organizmów glebowych?
Okazało się, że obecność bioplastików w glebie nie miała wpływu na kiełkowanie roślin wyższych nawet przy stosunkowo wysokich stężeniach mikroplastiku, sięgających prawie 12%. Natomiast niektóre z badanych biotworzyw inhibitowały lub stymulowały wzrost korzeni i/lub pędów roślin. Warto w tym miejscu dodać, że dotychczas zmierzone stężenia tworzyw sztucznych w glebie w różnych miejscach na świecie na ogół nie przekraczały 6-8%.
Badania dżdżownic pokazały, ze ich śmiertelność nie wzrosła w obecności mikrocząstek bioplastików, ale przy najwyższych stężeniach niektórych rodzajów bioplastików w glebie (około 12%) obserwowano obniżenie ich zdolności reprodukcyjnych, a także podwyższone wartości markerów stresu oksydacyjnego.
Co ciekawe, dżdżownice żyjące przez dość długi czas (co najmniej 28 dni) w modelowym ekosystemie glebowym próbowały uniknąć kontaktu w cząstkami mikroplastiku i dlatego większość z nich pozostawała w dolnych warstwach gleby.
Trzeba tu zaznaczyć, że E. andrei są gatunkiem żyjącym blisko powierzchni gleby i tak też było w modelowych ekosystemach glebowych pozbawionych bioplastiku, natomiast w obecności mikrocząstek bioplastiku uruchamiał się u dżdżownic mechanizm unikania zagrożenia i podejmowały one próbę ucieczki z zanieczyszczonej plastikiem gleby.
Podsumowując, można powiedzieć, że choć mikroplastiki - te konwencjonalne i bioplastiki - obecne w glebie w stężeniach poniżej 1% nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla życia roślin i dżdżownic, to ich długoterminowe oddziaływanie może przyczynić się do obniżenia zdolności reprodukcyjnych i migracji dżdżownic, a także inhibicji wzrostu niektórych roślin, co przełoży się na zubożenie biocenozy glebowej i pogorszenie jakości gleby w dłuższej perspektywie czasowej.
Badania biodegradacji tworzyw polimerowych
Badania biodegradacji tworzyw polimerowych pochodzenia biologicznego prowadzone są przez prof. Lilianę Krzystek oraz dr. Radosława Ślęzaka we współpracy z prof. Izabellą Krucińską, prof. Michałem Puchalskim i prof. Sławomirem Sztajnowskim z Instytutu Materiałoznawstwa Tekstyliów i Kompozytów Polimerowych.
Dotyczą one oceny biodegradacji innowacyjnych tworzyw polimerowych w glebie w warunkach naturalnych, ze szczególnym uwzględnieniem roli konsorcjów mikroorganizmów.
Szybkość rozkładu biodegradowalnych polimerów w środowisku przyrodniczym zależy zarówno od budowy i właściwości samego materiału, jak i od warunków otoczenia, w którym się znajduje. Jednakże, najważniejszym czynnikiem biologicznym występującym w środowisku naturalnym, wpływającym na tempo degradacji jest aktywność obecnych tam drobnoustrojów, a zwłaszcza bakterii i grzybów.
Eksperymenty prowadzone z wykorzystaniem testowanych w projekcie próbek materiałów polimerowych (umieszczanych w glebie), ich analiza nowoczesnymi technikami pomiarowymi - mikro i makroskopowymi wraz z analizą mikroflory glebowej i warunków klimatycznych, pozwalają określić i scharakteryzować poszczególne etapy oraz stopień i szybkość procesu biodegradacji.
Stwierdzono nieznaczny ubytek masy badanych przez okres 12 miesięcy tworzyw polimerowych w glebie. Wizualne zmiany struktury powierzchni, zmiany składu chemicznego, właściwości mechanicznych także wskazują na niski stopień degradacji w glebie w naturalnych warunkach klimatycznych Polski. Obserwowano zmiany profilu drobnoustrojów zidentyfikowanych w glebie oraz na powierzchni badanych materiałów.
