Обзор биоразлагаемости пластика в океане

В последние годы глобальное ежегодное производство и использование пластмасс значительно увеличилось. Большинство пластиков трудно поддаются быстрому биоразложению, и при попадании в океан они превращаются в крупные частицы или микропластик, которые могут быть проглочены или запутаны морскими организмами, создавая угрозу морской экосистеме. Биоразлагаемость микропластика зависит от его химического состава, наличия питательных веществ в океане, видов микроорганизмов и времени обработки.
 
Как показано на рисунке 1, для биоразложения микропластика на глубине 40 метров требуется от нескольких дней до месяцев, для микропластика на глубине 40–200 метров — от месяцев до лет, а для микропластика глубже — столетия. Такие факторы, как содержание кислорода, температура, фосфор и азот, являются важными ограничивающими факторами для роста микробов и биоразложения морского микропластика. Микропластик может изменить микроэкологический баланс в океане, где лишь небольшая часть активного азота, включая растворенный органический азот, аммиак и нитраты, может усваиваться микроорганизмами. Широкий консенсус заключается в том, что содержание азота в краткосрочной перспективе будет относительно низким, а адаптация микроводорослей к бедной питательными веществами среде сделала их доминирующим видом в океане на три миллиарда лет. Исследование показало, что сине-зеленые водоросли на частицах микропластика более распространены, чем бактерии в окружающей морской среде.

Рисунок 1. Разложение микропластика в океане – из оригинального текста
Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) и Международная организация по стандартизации (ISO) опубликовали методы анализа искусственных материалов, пластмасс, синтетических материалов и их биоразлагаемости. Стандарты ASTM и ISO также разработали методы определения выдыхания для оценки биоразлагаемости в морской среде. В аэробных условиях минимальное требование к биоразложению образцов пластика до углекислого газа составляет от 60% до 70%, с продолжительностью от 3 месяцев (ASTM D6691-09), 6 месяцев (ASTM D7473-12) и 24 месяцев (ISO 18830, ISO 19679, ASTM D7991-15).
 
Из-за ограниченного количества азота, необходимого бактериям в морской воде, расчетная скорость биоразложения по методу ASTM может быть в 6000 раз выше фактической скорости в океане. Диапазон времени биоразложения, использованный при испытаниях, также может быть завышен. Таким образом, в практических ситуациях скорость биоразложения микропластика в морской среде может быть ниже предполагаемой.
 
Кроме того, микропластик оказывает существенное влияние на морские экосистемы. Микропластик занимает огромную площадь поверхности и быстро покрывается неорганическими и органическими материалами, обеспечивая углерод и питательные вещества для образования биопленок в морской среде. В настоящее время микропластик обнаружен во всех океанах, причем в пределах одной и той же акватории микроорганизмы на волокнах микропластика существенно отличаются от взвешенных микроорганизмов на окружающих частицах или в воде. Поэтому нам необходимо моделировать органическую нагрузку и доступность азота, чтобы не допустить нарушения существующего морского микроэкологического баланса и его развития в неблагоприятном направлении.
 
ключевые выводы
После снижения содержания азота водоросли по-прежнему могут оставаться основной группой, которая может оказывать неблагоприятное воздействие на морскую пищевую цепь. Необходимо улучшить методы тестирования биоразлагаемости и смоделировать наличие органической нагрузки и азота в будущих исследованиях.