مراجعة لقابلية التحلل الحيوي للمواد البلاستيكية في المحيط

في السنوات الأخيرة، زاد الإنتاج والاستخدام السنوي العالمي للمواد البلاستيكية بشكل ملحوظ. من الصعب أن تتحلل معظم المواد البلاستيكية بسرعة، وسوف تتحول إلى جزيئات كبيرة أو جسيمات بلاستيكية دقيقة عند دخولها إلى المحيط، والتي يمكن أن تبتلعها الكائنات البحرية أو تتشابك معها، مما يشكل تهديدًا للنظام البيئي البحري. تعتمد قابلية التحلل الحيوي للمواد البلاستيكية الدقيقة على تركيبها الكيميائي، وتوافر العناصر الغذائية في المحيط، والأنواع الميكروبية، ووقت المعالجة.
 
كما هو موضح في الشكل 1، يستغرق الأمر عدة أيام إلى أشهر بالنسبة للجسيمات البلاستيكية الدقيقة الموجودة على عمق 40 مترًا للتحلل الحيوي، ومن أشهر إلى سنوات بالنسبة للجسيمات البلاستيكية الدقيقة الموجودة في نطاق 40-200 متر، وقرونًا بالنسبة للجسيمات البلاستيكية الدقيقة الأعمق. تعد عوامل مثل محتوى الأكسجين ودرجة الحرارة والفوسفور والنيتروجين من العوامل المهمة التي تحد من نمو الميكروبات والتحلل الحيوي للمواد البلاستيكية البحرية الدقيقة. قد تغير المواد البلاستيكية الدقيقة التوازن البيئي الدقيق في المحيط، حيث يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تبتلع جزءًا صغيرًا فقط من النيتروجين النشط، بما في ذلك النيتروجين العضوي المذاب والأمونيا والنترات. هناك إجماع واسع النطاق على أن محتوى النيتروجين منخفض نسبيًا على المدى القصير، وأن قدرة الطحالب الدقيقة على التكيف مع البيئات الفقيرة بالمغذيات جعلتها الأنواع السائدة في المحيطات لمدة ثلاثة مليارات سنة. وجدت دراسة أن الطحالب الخضراء المزرقة الموجودة على جزيئات البلاستيك الدقيقة أكثر وفرة من البكتيريا الموجودة في البيئة البحرية المحيطة.

الشكل 1: تحلل المواد البلاستيكية الدقيقة في المحيط - من النص الأصلي
أصدرت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، والجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM)، والمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) طرقًا لتحليل المواد الاصطناعية والبلاستيك والمواد الاصطناعية وقابليتها للتحلل البيولوجي. كما طورت معايير ASTM وISO طرق تحديد التنفس لتقييم قابلية التحلل الحيوي في البيئات البحرية. في ظل الظروف الهوائية، فإن الحد الأدنى لمتطلبات العينات البلاستيكية للتحلل الحيوي إلى ثاني أكسيد الكربون هو 60% إلى 70%، مع فترات تتراوح بين 3 أشهر (ASTM D6691-09)، و6 أشهر (ASTM D7473-12)، و24 شهرًا (ISO 18830، ISO 19679، ASTM D7991-15).
 
ونظرًا للكمية المحدودة من النيتروجين الذي تتطلبه البكتيريا في مياه البحر، فإن معدل التحلل البيولوجي المقدر باستخدام طريقة ASTM قد يكون أعلى بـ 6000 مرة من المعدل الفعلي في المحيط. يمكن أيضًا المبالغة في تقدير النطاق الزمني للتحلل الحيوي المستخدم في الاختبار. لذلك، في المواقف العملية، قد يكون معدل التحلل الحيوي للمواد البلاستيكية الدقيقة في البيئات البحرية أقل من المتوقع.
 
بالإضافة إلى ذلك، للجسيمات البلاستيكية الدقيقة تأثير كبير على النظم البيئية البحرية. توفر المواد البلاستيكية الدقيقة مساحة سطحية ضخمة ويتم تغطيتها بسرعة بمواد غير عضوية وعضوية، مما يوفر الكربون والمواد المغذية لتشكيل الأغشية الحيوية في البيئات البحرية. حاليًا، تم العثور على جسيمات بلاستيكية دقيقة في جميع المحيطات، وفي نفس منطقة المياه، تختلف الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على الألياف البلاستيكية الدقيقة بشكل كبير عن الكائنات الحية الدقيقة العالقة في الجزيئات المحيطة أو في الماء. ولذلك، نحن بحاجة إلى وضع نموذج للحمل العضوي وتوافر النيتروجين لمنع التوازن البيئي الدقيق البحري الحالي من الاختلال والتطور في اتجاه غير مناسب.
 
النتائج الرئيسية
وبعد انخفاض محتوى النيتروجين، قد تظل الطحالب هي المجموعة الرئيسية، مما قد يكون له آثار ضارة على السلسلة الغذائية البحرية. من الضروري تحسين طرق اختبار قابلية التحلل الحيوي ونمذجة مدى توفر الحمل العضوي والنيتروجين في الأبحاث المستقبلية.