Исследование: полиэтиленовая пленка угрожает сельскому хозяйству

Использование пластиковой пленки для мульчирования, направленное на увеличение урожайности в засушливых землях, оказалось серьезным препятствием для устойчивого развития.

Пленка помогает удерживать влагу и тепло, оптимизируя круговорот питательных веществ, но она же массово загрязняет поля микропластиком, образующимся из ее остатков.

Команда исследователей из Китайского сельскохозяйственного университета, возглавляемая профессором Сюэцзюнем Лю и доцентом Каем Ваном, раскрыла сложную связь между пластиковой пленкой, микрочастицами и циклом азота в почве. Их выводы, опубликованные в журнале Frontiers of Agricultural Science and Engineering, задают новый вектор для перехода к «зеленому» сельскому хозяйству.

Азот - это ключевой питательный элемент для роста растений, и его наличие в почве напрямую влияет на обеспечение продовольственной безопасности и стабильность экосистемы. Исследование показывает: мульчирование, улучшая почву, способствует усвоению азота растениями. Однако оно также повышает риск выбросов закиси азота (N2O), являющейся мощным парниковым газом. Ещё большая напасть - микропластик (частицы менее 5 мм), который меняет физико-химические свойства почвы и состав микробного сообщества, тем самым нарушая главные звенья азотных цепочек.

Влияние обычной полиэтиленовой пленки оказалось неоднозначным. С одной стороны, она наращивает общее содержание азота в верхнем слое (0 - 20 см), а азота в микробной биомассе становится на 23,6% больше, чем без покрытия. С другой стороны, пленка работает как барьер, уменьшая суммарные выбросы N2O на 12–41%.

Биоразлагаемые пленки, хоть и дарят краткосрочные плюсы в плане снижения выбросов, рождают другие проблемы. Продукты их распада, особенно полимолочная кислота (PLA), заметно сильнее влияют на содержание растворенного органического азота, чем обычный пластик. Вероятно, это происходит из-за того, что они снабжают микроорганизмы дополнительными источниками углерода.

Накопительный эффект микропластика ещё запутаннее. Когда концентрация полипропиленовых частиц в почве достигает 1%, корни арахиса повреждаются, а усвоение азота подавляется. При этом 1% полиэтиленового микропластика может увеличить выбросы N2O из рисовых почв в 3,7 раза. Плюс ко всему, микропластик избирательно влияет на гены, отвечающие за азотный цикл: он ощутимо повышает активность генов азотфиксации (nifH) и гидролиза мочевины (ureC), но угнетает гены нитрификации (amoA). Это вызывает дисбаланс в почве во время превращений «фиксация – минерализация - нитрификация».

Разные типы микропластика ведут себя по-разному. Частицы из биоразлагаемых пленок на основе полибутиленадипат-терефталата (PBAT) воздействуют на легкодоступный азот в почве сильнее, чем традиционный полиэтилен низкой плотности (LDPE). Возможно, это связано с более быстрым разложением биоразлагаемого пластика, который поставляет больше углерода микроорганизмам, участвующим в круговороте азота, ускоряя трансформацию органического азота.

Исследование подчеркивает, что конечный эффект зависит от типа пластика, среды и фазы роста растений. Ученые настаивают на долговременных наблюдениях на стационарных участках и применении продвинутых статистических моделей для количественной оценки влияния микропластика. Контроль загрязнения должен найти баланс между едой и экологией, а полученные результаты служат фундаментом для создания научно обоснованных стратегий регулирования использования пластиковой пленки. 

Фото: shutterstock