Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nhựa trong đại dương

Trong những năm gần đây, việc sản xuất và sử dụng nhựa hàng năm trên toàn cầu đã tăng lên đáng kể. Hầu hết các loại nhựa khó phân hủy sinh học nhanh chóng và sẽ biến thành các hạt lớn hoặc vi nhựa khi đi vào đại dương, có thể bị các sinh vật biển ăn vào hoặc vướng vào, gây ra mối đe dọa cho hệ sinh thái biển. Khả năng phân hủy sinh học của vi nhựa phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng, lượng chất dinh dưỡng sẵn có trong đại dương, các loài vi sinh vật và thời gian xử lý.
 
Như được hiển thị trong Hình 1, phải mất vài ngày đến vài tháng để các hạt vi nhựa ở độ sâu 40 mét có thể phân hủy sinh học, hàng tháng đến nhiều năm đối với các hạt vi nhựa trong phạm vi 40-200 mét và hàng thế kỷ để các hạt vi nhựa ở độ sâu sâu hơn. Các yếu tố như hàm lượng oxy, nhiệt độ, phốt pho và nitơ là những yếu tố hạn chế quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật và sự phân hủy sinh học của vi nhựa biển. Vi nhựa có thể làm thay đổi sự cân bằng vi sinh thái trong đại dương, nơi chỉ một phần nhỏ nitơ hoạt động, bao gồm nitơ hữu cơ hòa tan, amoniac và nitrat, có thể được vi sinh vật ăn vào. Một sự đồng thuận rộng rãi là hàm lượng nitơ tương đối thấp trong thời gian ngắn và khả năng thích nghi của vi tảo với môi trường nghèo dinh dưỡng đã khiến chúng trở thành loài thống trị trong đại dương trong ba tỷ năm. Một nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tảo xanh lam trên các hạt vi nhựa có số lượng nhiều hơn vi khuẩn trong môi trường biển xung quanh.

Hình 1 Sự phân hủy của vi nhựa trong đại dương - Từ văn bản gốc
Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) và Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã đưa ra các phương pháp phân tích vật liệu nhân tạo, nhựa, vật liệu tổng hợp và khả năng phân hủy sinh học của chúng. Các tiêu chuẩn ASTM và ISO cũng đã phát triển các phương pháp xác định hơi thở để đánh giá khả năng phân hủy sinh học trong môi trường biển. Trong điều kiện hiếu khí, yêu cầu tối thiểu để các mẫu nhựa phân hủy sinh học thành carbon dioxide là 60% đến 70%, với thời gian từ 3 tháng (ASTM D6691-09), 6 tháng (ASTM D7473-12) và 24 tháng (ISO 18830, ISO 19679, ASTM D7991-15).
 
Do lượng nitơ cần thiết cho vi khuẩn trong nước biển là hạn chế nên tốc độ phân hủy sinh học ước tính bằng phương pháp ASTM có thể cao hơn 6000 lần so với tốc độ thực tế trong đại dương. Khoảng thời gian phân hủy sinh học được sử dụng trong thử nghiệm cũng có thể được đánh giá quá cao. Vì vậy, trong tình huống thực tế, tốc độ phân hủy sinh học của hạt vi nhựa trong môi trường biển có thể thấp hơn ước tính.
 
Ngoài ra, hạt vi nhựa còn có tác động đáng kể đến hệ sinh thái biển. Hạt vi nhựa cung cấp diện tích bề mặt khổng lồ và nhanh chóng được bao phủ bởi các vật liệu vô cơ và hữu cơ, cung cấp carbon và chất dinh dưỡng cho quá trình hình thành màng sinh học trong môi trường biển. Hiện nay, hạt vi nhựa đã được tìm thấy ở tất cả các đại dương và trong cùng một vùng nước, vi sinh vật trên sợi vi nhựa khác biệt đáng kể so với vi sinh vật lơ lửng trên các hạt xung quanh hoặc trong nước. Do đó, chúng ta cần mô hình hóa tải lượng hữu cơ và lượng nitơ sẵn có để ngăn chặn sự cân bằng vi sinh vật biển hiện có bị phá vỡ và phát triển theo hướng bất lợi.
 
những phát hiện quan trọng
Sau khi hàm lượng nitơ giảm, tảo có thể vẫn là nhóm chính, có thể gây ảnh hưởng xấu đến chuỗi thức ăn ở biển. Cần phải cải tiến các phương pháp thử nghiệm khả năng phân hủy sinh học và mô hình hóa lượng chất hữu cơ và nitơ sẵn có trong nghiên cứu trong tương lai.