Крупный микропластик в почве защитил кукурузу от воздействия фенантрена

Присутствие в почве микропластика диаметром 550 и 250 микрометров ограничивает поглощение фенантрена кукурузой, но при этом более крупный микропластик снижает токсическое действие это полициклического ароматического углеводорода, а мелкий — усиливает. В присутствии микропластика диаметром 250 микрометров наблюдается угнетение почвенного микробиома, а растения кукурузы хуже растут и фотосинтезируют. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Chemosphere.

Загрязнение окружающей среды микропластиком обычно изучается в морских экосистемах, хотя на суше его в 4-23 раза больше, чем в океане, и основным резервуаром в биосфере для него выступает почва. При этом загрязнение микропластиком имеет неоднозначные последствия для почвы и растущих на ней растений. С одной стороны, микропластик угнетает почвенный микробиом и снижает гидравлическую проводимость корней растений, а с другой — благодаря гидрофобности и большой площади удельной поверхности он может адсорбировать тяжелые металлы и органические поллютанты и, следовательно, не допускать их поглощения растениями и дальнейшей миграции по пищевым цепям. Существует гипотеза, что микропластик может оказывать разное действие на экосистемные процессы в зависимости от своего размера, но пока сочетанное действие микропластикового и химического загрязнения почвы подробно не изучено.

Ученые под руководством Чэня Сяньцао (Xiancao Chen) из Тяньцзиньского университета исследовали влияние полициклического ароматического углеводорода фенантрена на рост кукурузы в присутствии микропластика в почве. Для этого они провели модельный эксперимент, в ходе которого вносили частицы полиэтилена диаметрами 250 и 550 микрометров (D-250 и D-550) в горшки с загрязненной фенантреном суглинистой почвой (по четыре грамма микропластика на 200 грамм почвы) и выращивали кукурузу сорта Zhengdan 958. По прошествии 24 дней они определяли физиологические показатели растений, концентрации фенантрена в них (методом жидкостной хроматографии после экстракции в ультразвуковой ванне). В почве авторы определили ферментную активность, таксономический состав микробного сообщества, содержание азота и фосфора.

Побеги, выросшие на загрязненной фенантреном и микропластиком D-250, были на 24,1 процента ниже, а надземная биомасса — на 20,7 процента ниже, чем те, что выросли в присутствии микропластика D-550 (p < 0,05). Содержание хлорофилла в листьях в присутствии только фенантрена было снижено на 30 процентов по сравнению с контролем, а в присутствии еще и микропластика с D-250 — на 40,1 процента. Сочетанное действие фенантрена и D-250 также привело к снижению скорости фотосинтеза на 59,5 процента, устьичной проводимости — на 73,1 процента, межклеточной концентрации CO2 — на 88,4 процента и скорости транспирации на 66,7 процента по сравнению с контролем (p < 0,05).

Микропластики D-550 и D-250 препятствовали удалению фенантрена из почвы (снижали его вынос на 6,5 и 2,7 процента соответственно) и снижали его накопление в листьях кукурузы на 64,9 и 88,5 процента. При этом микропластик D550 способствовал росту кукурузы в условиях загрязнения фенантреном и усиливал активность протеазы и щелочной фосфатазы в почвах, тогда как микропластик D250 значительно ингибировал ее рост, снижал активность инвертазы, щелочной фосфатазы и каталазы в почве по сравнению с действием фенантрена без микропластика. Кроме того, D-250 изменил микробное сообщество ризосферы почвы и снизил относительную численность бактерий из родов Pseudomonas, Massilia и Proteobacteria, разлагающих полициклические ароматические углеводороды, что могло дополнительно препятствовать удалению этих поллютантов из почвы.

Источник: N+1

Фото: Xiancao Chen et al. / Chemosphere, 2023