Пластик в почве: как «белая революция» угрожает сельскому хозяйству

Технология мульчирования почвы пластиковой пленкой, призванная повысить урожайность в засушливых регионах, столкнулась с серьезной угрозой для устойчивого развития. Она эффективно сохраняет влагу и тепло, оптимизируя круговорот питательных веществ. Однако эта «белая революция» обернулась масштабным загрязнением сельскохозяйственных угодий микропластиком, образующимся из-за остатков пленки.

Команда ученых из Китайского сельскохозяйственного университета под руководством профессора Сюэцзюня Лю и доцента Кая Вана провела системный анализ, раскрывающий сложное влияние пластиковой пленки и микрочастиц на круговорот азота в почве. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Frontiers of Agricultural Science and Engineering, стали важным научным ориентиром для перехода к «зеленому» сельскому хозяйству.

Азот – ключевой минеральный элемент для роста культур, и его цикл в почве напрямую влияет на продовольственную безопасность и стабильность экосистемы. Исследование показывает, что мульчирование, улучшая почвенные условия, способствует поглощению азота растениями, но одновременно повышает риск выбросов закиси азота (N2O) – мощного парникового газа. Еще более серьезную проблему создает микропластик (частицы размером менее 5 мм), который изменяет физико-химические свойства почвы и структуру микробного сообщества, нарушая ключевые звенья трансформации азота.

Воздействие традиционной полиэтиленовой пленки оказалось двойственным. С одной стороны, она увеличивает общее содержание азота в верхнем слое почвы (0–20 см), а содержание азота в микробной биомассе становится на 23,6% выше, чем в почве без покрытия. С другой стороны, пленка действует как физический барьер, снижая общие выбросы N2O на 12–41%.

Биоразлагаемые пленки, хоть и показывают краткосрочные преимущества в сокращении выбросов, создают иные проблемы. Продукты их распада, особенно полимолочной кислоты (PLA), значительно сильнее влияют на содержание растворенного органического азота, чем обычный пластик, вероятно, из-за предоставления микроорганизмам дополнительных источников углерода.

Накопительный эффект микропластика еще более сложен. Когда концентрация полипропиленовых частиц в почве достигает 1%, клетки корней арахиса повреждаются, и поглощение азота подавляется. В то же время 1-процентное содержание полиэтиленового микропластика способно увеличить выбросы N2O из почвы на рисовых полях в 3,7 раза. Кроме того, микропластик избирательно воздействует на гены, отвечающие за круговорот азота: он значительно увеличивает активность генов азотфиксации (nifH) и гидролиза мочевины (ureC), но подавляет экспрессию генов нитрификации (amoA). Это приводит к дисбалансу в почве во время процесса трансформации «фиксация–минерализация–нитрификация».

Разные виды микропластика действуют по-разному. Частицы из биоразлагаемых пленок, содержащих полибутиленадипат-терефталат (PBAT), влияют на доступный азот в почве сильнее, чем традиционный полиэтилен низкой плотности (LDPE). Это может быть связано с тем, что биоразлагаемый пластик быстрее распадается, обеспечивая больше углерода для микроорганизмов, участвующих в азотном цикле, и ускоряя трансформацию органического азота.

Исследование подчеркивает, что итоговое воздействие зависит от типа пластика, условий окружающей среды и стадии роста сельскохозяйственных культур. Ученые призывают к проведению долгосрочных наблюдений на стационарных участках и использованию передовых статистических моделей для количественной оценки влияния микропластика. Контроль за загрязнением должен обеспечивать баланс между продовольственной безопасностью и защитой экологии, а полученные результаты служат теоретической основой для разработки научно обоснованных стратегий управления использованием пластиковой пленки.