Nedbrydning af biobaseret plast i jorden:Mikrobielt samfund trodser klimaændringer

Idéen med biologisk nedbrydelig plast lyder godt i starten. Imidlertid, Man ved meget lidt om, hvordan de nedbrydes i jorden, og hvordan dette påvirkes af klimaændringer. I to nyere undersøgelser, jordøkologer ved Helmholtz Center for Miljøforskning (UFZ) har vist, hvilke mikrobielle samfund der er ansvarlige for nedbrydning, hvilken rolle klimaet spiller i denne proces, og hvorfor bionedbrydelig plast stadig kunne være problematisk.

Plast der ender i jord, oceaner, eller indre farvande kan skade de organismer, der lever der, og føre til alvorlige og langvarige forstyrrelser i økosystemerne. Udvikling og øget brug af bionedbrydelig plast er derfor i fokus for en mere økologisk økonomi. "Men på trods af det positive billede af bionedbrydelig plast, vi ved stadig meget lidt om, hvordan de virker i jorden, eller hvordan de nedbrydes, " siger prof. François Buscot, jordøkolog ved UFZ.

For at kaste mere lys over dette, Buscots forskerhold undersøgte følgende spørgsmål i en nylig undersøgelse offentliggjort i Miljøvidenskab og -teknologi :Hvor hurtigt nedbrydes bionedbrydelig plast? Hvilke mikroorganismer er involveret? Hvordan interagerer de? Hvilke forhold fremmer nedbrydningsprocessen? Og hvilke hæmmer det? "Vi ønskede også at vide, hvordan de skiftende temperaturer og nedbørsniveauer som følge af klimaændringer påvirker nedbrydeligheden af ​​plasten, " forklarer Dr. Witoon Purahong, også jordøkolog ved UFZ og hovedforfatter af undersøgelsen.

Til denne ende, eksperimenter blev udført på Global Change Experimental Facility (GCEF) i Bad Lauchstädt, som i dag betragtes som et af verdens største udendørs klimaeksperimenter målt i areal. Forskerne undersøgte konsekvenserne af klimaændringer på arealanvendelse og økosystemer. Fokus var på barkflis og havebrugsfilm, som bruges til at dække jorden med. Disse er typisk lavet af polyethylen (PE), en plastik fremstillet af fossile råvarer. Af teknologiske årsager, rester af filmene forbliver ofte i jorden. Dette fører til forurening med mikroplast på mellemlang sigt. At skifte til biologisk nedbrydelige alternativer ville derfor give meget mening her. Men er der bivirkninger ved at bruge sådanne alternativer?

For at finde ud af, holdet undersøgte, hvordan polybutylensuccinat-co-adipat (PBSA), en biobaseret mulchfilm, delvist fremstillet af planter (majs, sukkerrør, kassava), nedbrydes biologisk under de naturlige forhold i en landbrugsmark. Forskerne skelnede mellem nutidens klimaforhold og simulerede klimaforhold som projekteret for Tyskland omkring 2070. De brugte moderne molekylærbiologiske metoder (næste generations sekvensering) til at bestemme, hvilket mikrobielt samfund der havde koloniseret på selve plastikken såvel som i den omgivende jord.

"Vi var i stand til at vise, at efter knap et år, omkring 30 % af PBSA var allerede nedbrudt. Dette er ret meget under de klimatiske forhold, der i øjeblikket hersker i Tyskland, " siger Purahong. "Hovedaktørerne er svampe, som understøttes af et mangfoldigt bakteriesamfund og flere andre mikroorganismer. Disse omfatter bakterier, der forsyner svampene med nitrogen (som er sjældent i plastik) eller bakterier og arkæer, der udnytter giftige nedbrydningsprodukter. "Et intelligent nedbrydnings- og genbrugsfællesskab dannes på og omkring plasten - selv med en lignende nedbrydningshastighed under de simulerede fremtidige klimaforhold, tilføjer Purahong. Det ændrede klima skader tilsyneladende ikke de PBSA-nedbrydende svampe. Det mikrobielle samfund omkring dem er lidt anderledes - men nedbrydningsresultatet er det samme. "Vi havde ikke forventet så gode nyheder."

I en anden undersøgelse offentliggjort i Environmental Science Europe, UFZ-forskerne undersøgte fællesskabet af mikroorganismer under strengere forhold. De undersøgte, hvordan samfundet ændrer sig, når store mængder PBSA kommer ind i jorden, samt hvad der sker, når høj koncentration af kvælstofholdig gødning tilføres. "Store mængder PBSA gør faktisk det mikrobielle samfund i jorden helt anderledes, " siger doktorgradskandidat Benjawan Tanunchai og hovedforfatter af undersøgelsen. Med en stigning på 6% af PBSA i jorden, mangfoldigheden af ​​svampearter faldt med 45 % og archaea med 13 %. På den anden side, den høje belastning af PBSA i kombination med befrugtningen af ​​området førte til spredning af Fusarium solani, en udbredt planteskadende svamp.

De to UFZ-studier giver således én god nyhed og én knap så god nyhed:PBSA i jorden kan nedbrydes forholdsvis hurtigt og effektivt – selv under fremtidige klimaforhold. Imidlertid, hvis PBSA er til stede i store mængder sammen med høje koncentrationer af nitrogenholdig gødning, PBSA-nedbrydning kan have en negativ indvirkning på landbrugsproduktionen som følge af et forstyrret mikrobielt samfund og den øgede tilstedeværelse af skadedyr. "Når store mængder plastik ender i miljøet, det er aldrig godt – selvom det er en bionedbrydelig plastik, " siger Buscot. "Det bedste ville være at undgå plastik helt. Imidlertid, fordi dette i øjeblikket er et urealistisk mål, vi bør i det mindste stole på bionedbrydelig plast overalt, hvor det er muligt og vide så meget som muligt på forhånd om deres nedbrydningsegenskaber og konsekvenser."