CC BY
0
УДК 631.445.4 Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-6-13-16
СОДЕРЖАНИЕ МИКРОПЛАСТИКА В ПОЧВАХ РЕЧНЫХ ДОЛИН
ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Р. В. Кайгородов, кандидат биологических наук, доцент, младший научный сотрудник, Тобольская комплексная научная станция УрО РАН, [email protected], г. Тобольск, Россия
Аннотация. Одним из мест накопления частиц микропластика в окружающей среде выступают почвы. В отрицательных элементах рельефа, таких как поймы и надпойменные террасы за счет склоновых стоков, аллювиальных и паводковых процессов почвы наиболее уязвимы к негативному воздействию микропластика. Нами исследовано накопление микропластика (частицы размером менее 5 мм) в почвах речных долин Тюменской области, в качестве контрольных участков исследованы высокие равнины р. Тобол. Объектами исследования выступали дерново-подзолистая типичная почва на высокой равнине, темногумросовая метаморфизированная и гумсово-квазиглеевая почвы на надпойменных террасах, аллювиальная гумусовая глееватая почва и аллювиальная серогумусовая почва с погребенным гумусовым горизонтом в поймах.
Abstract. Soils are one of the places where microplastic particles accumulate in the environment. In negative relief elements such as floodplains and floodplain terraces, due to slope runoff, alluvial and flood processes, soils are most vulnerable to the negative effects of microplastics. We have studied the accumulation of microplastics (particles < 5 mm) in the soils of the river valleys of the Tyumen Region, and the high plains of the Tobol River were studied as control areas.
Sod-podzolic typical soil was studied in high plain areas, dark humus metamorphosed and humus quasi-gley soils were studied on floodplains, alluvial gray humus soil with a buried humus horizon and alluvial humus gley soil were examined in floodplains.
Ключевые слова: микропластик, почвы, пойма, надпойменная терраса, высокая равнина, гранулометрический состав.
Keywords: microplastics, soils, floodplain, floodplain terrace, high plain, granulometric composition.
Введение
В связи с использованием различных видов пластика (полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, полиэтил ентерефталат, полистирол и др.) во многих отраслях производства и его широким применением в быту существует опасность загрязнения объектов окружающей среды, пищевых продуктов, организма животных и человека частицами микропластика (размером менее 5 мм) [1]. Почвенная среда является одним из ключе -вых мест депонирования частиц микропластика, поступающего с атмосферными осадками, органическими удобрениями и полимерными мульчирующими материалами, в случае сельскохозяйственных почв, с паводковыми и поверхностными водами [2—4].
В некоторых исследованиях показано, что накопление микропластика в почве приводит к снижению биологической активности, токсическому воздействию на растения, изменению агрофизических и физико-химических свойств почвы [5—7]. В состав пластмасс входят пластификаторы, например, фталаты, которые могут поглощаться растениями и поступать в пищевую цепочку сельскохозяйственных животных и человека [6]. Из почвы микропластик в процессах выщелачивания и эрозии может поступать в грунтовые воды [5].
В настоящее время нет стандартизированных методов по отбору проб, по выделению частиц микропластика и по идентификации и количес-
твенному определению микропластика в почве. В методическом плане при отборе проб, в виду неравномерного распределения частиц микропластика в почве, следует повышать репрезентативность выборки путем увеличения количества проб, создавая при том смешанные образцы, охватывающие большую площадь исследуемого участка [8].
Цель исследования
Целью настоящего исследования являлась оценка накопления микропластика (частиц размером менее 5 мм) в почвах некоторых элементов речных долин (пойма, надпойменная терраса) в центральной и южной частях Тюменской области.
Статья подготовлена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы «Региональные особенности пространственно-временной дифференциации почв юга Тюменской области» (рииМ-2022-0005).
Объекты и методы исследования
В качестве объектов исследования использованы образцы почв, отобранные верхних слоев глубиной до 20 см почвенных прикопок, расположенных в разных элементах речных долин (рек Тобол и Ишим) в Вагайском, Тобольском и Ишимском районах Тюменской области. Для каждого типа почв на расстоянии 50—70 м друг от друга закладывали по пять прикопок в соот-
№ 6, 2024
13
ветствующих элементах речной долины: надпойменные террасы — гумусово-квазиглеевая и тем-ногумусовая метаморфизированная, в пойме — аллювиальная гумусовая глееватая почва и аллювиальная серогумусовая почва с погребенным гумусовым горизонтом. В качестве контрольной почвы, не испытывающей воздействия пойменных процессов на накопление ч астиц микропластика, нами использована дерново-подзолистая типичная почва, расположенная на высокой равнине р. Тобол.
Из слоев почвы глубиной 0—20 см отбирали образцы массой 1 кг на всех четырех стенках прикопки. Таким образом, повторность анализа содержания частиц микропластика была 20-кратной для каждого типа почв. В каждом образце определяли гранулометрический состав в полевых условиях органолептическим мокрым способом, в лаборатории определяли долю физической глины (фракция гранулометрического состава диаметром менее 0,01 мм) [9].
Прикопки для отбора проб закладывали вблизи основных разрезов, в которых отбирали образцы для других исследований и проводили полевую диагностику и таксономическую принадлежность исследуемых почв согласно документу «Классификация и диагностика почв России, 2004» [10].
Очистку образцов от почвенных органических веществ проводили с использованием реактива Фентона: 30 % Н2О2, 2 ммоль/л Бе804, 2 ммоль/л пирокатеховой кислоты в термостате при 40 °С в течение 12 часов. При этом варианте пробопод-готовки эффективность удаления органических веществ почвы перед идентификацией частиц пластика достигает по оценкам некоторых авторов 95 % [11]. В наших исследованиях навеска
почвы из каждого образца составляла 10 г, соотношение единицы навески почвы (г) к единице объема (мл) составляло 1:5.
После очистки извлечение частиц микропластика из образца проводили путем центрифугирования при 4000 об/мин в течение 10 мин [12].
Количественное определение частиц микропластика размером от 5 до 0,1 мм в образцах проводили методом микроскопии на бинокулярном микроскопе JNOEC BM1000 и выражали в количестве частиц на единицу массы почвы (шт./кг почвы).
Статистическую обработку данных проводили в программе «Past 3.16». Достоверность различий в содержании частиц микропластика в верхних слоях разных типов почв подтверждали по показателям наименьшей существенной разности на 5 % уровне значимости (НСР05). Различия в содержании микропластика в исследованных почвах являются достоверными при условии превышения математической разности средних значений (d) показателя НСР, т. е. d > НСР05 [13].
Результаты и их обсуждение
В образцах почв разных типов из пойменных участков и надпойменных террас рек Тобол и Ишим в верхнем слое глубиной 20 см определяли содержание частиц микропластика и гранулометрический состав. В качестве условного контроля (без участия пойменных и склоновых процессов в миграции микропластика) рассматривали дерново-подзолистую типичную почву, расположенную на высокой равнине р. Тобол (табл. 1).
Во всех почвенных образцах преобладали нитевидные волокна микропластика, встречались
Таблица 1
Содержание частиц микропластика и гранулометрический состав верхнего слоя
(0—20 см) почв
Тип почвы Количество частиц микропластика, шт./кг N = 20 Физическая глина (фракции <0,01 мм) % N = 20 Гранулометрический состав
Аллювиальная серогумусовая почва с погребен- 248 ± 35 14,3 ± 2,3 Супесчаный
ным гумусовым горизонтом (долина р. Ишим)
Аллювиальная гумусовая глееватая почва (долина 572 ± 58 17,2 ± 1,5 Супесчаный
р. Тобол)
Темногумусовая метаморфизированная (долина 106 ± 17 35,1 ± 2,7 Средний суглинок
р. Ишим)
Гумусово-квазиглеевая (долина р. Тобол) 127 ± 21 21,4 ± 1,1 Легкий суглинок
Дерново-подзолистая типичная (высокая равнина 34 ± 9 25,1 ± 1,9 Легкий суглинок
р. Тобол)
НСР05 20,4 3,1
14
№ 6, 2024
также частицы микропластика разной формы и цвета.
Как показали результаты исследований, содержание микропластика достоверно отличалось в верхних слоях почв разных типов, расположенных в разных элементах рельефа. Исключение составили темногумусовая метаморфизированная и гумусово-квазиглеевая почвы в надпойменных террасах рек Ишим и Тобол, где содержание микропластика достоверно не отличалось.
В аллювиальных почвах содержание частиц миропластика в пойме р. Тобол существенно отличалось от пойменных участков р. Ишим, несмотря на одинаковый тип гранулометрического состава. В исследованиях других авторов [14] в пойменных участках, подверженных воздействию предприятий по производству пенополистирола, обнаружено очень высокое содержание микропластика до 8864 шт./кг. Вероятно, накопление микропластика в пойменных участках зависит, главным образом, от характера антропогенной нагрузки на территории водосбора реки.
На контрольных участках на высокой равнине р. Тобол установлено минимальное со дер -жание микропластика среди всех изученных нами территорий. Для сравнения, по данным источников литературы содержание микропластика в сельскохозяйственных почвах в Германии в среднем составляет 0,34 шт./кг, в Мексике — до 870 шт./кг [15].
Заключение
Содержание частиц микропластика во фракции 5—0,1 мм достоверно отличалось в почвах, расположенных в разных элементах речных долин. В аккумулятивных (поймы) и транзитно-ак-кумулятивных (надпойменные террасы) участках установлено более высокое содержание микропластика по сравнению с автоморфными участками (высокие равнины) рек Тобол и Ишим. В аллювиальных почвах содержание микропластика отличалось в зависимости от характера антропогенной нагрузки и гидрологии водосборных территорий рек Ишим и Тобол.
Библиографический список
1. Носова А. О., Успенская М. В. Микропластик в почве: воздействие на экосистемы, потенциальные источники и аналитические методы исследования (обзор) // Южно-Сибирский научный вестник. — № 4 (44). — 2022. — С. 19—37. DOI: 10.25699/SSSB.2022.44.4.001.
2. Peng J., Wang J., Cai L. Current understanding of microplastics in the environment: occurrence, fate, risks, and what we should do // Integrated Environ. Assess. Manag. — V. 13. — № 3. — 2017. — P. 476—482. DOI: 10.1002/ieam.1912.
3. Qi R., Jones D. L., Li Z., Liu Q., Yan C. Behavior of microplastics and plastic film residues in the soil environment: a critical review // Sci. Total Environ. — V. 703. — 2019. — Article number 134722. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134722.
4. Blasing M., Amelung W. Plastics in soil: Analytical methods and possible sources // Sci. Total Environ. — V. 612. — 2018. — P. 422—435. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.086.
5. He D., Luo Y., Lu S. et al. Microplastics in soils: Analytical methods, pollution characteristics and ecological risks // Trends Anal. Chem. — V. 109. — 2018. — P. 163—172. DOI: 10.1016/j.trac.2018.10.006.
6. Sun J., Wu X., & Gan J. Uptake and Metabolism of Phthalate Esters by Edible Plants // Environmental Science & Technology. — № 49 (14). — 2015. — Р. 8471—478. DOI: 10.1021/acs.est.5b01233.
7. Lozano Y. M., Lehnert T., Linck L. T., Lehmann A., Rillig M. C. Microplastic Shape, Polymer Type, and Concentration Affect Soil Properties and Plant Biomass // Front. Plant Sci. — № 12. — 2021. — Р. 169. DOI: 10.1101/2020.07.27.223768.
8. Okoffo E. D., O'Brien S., Ribeiro F., Burrows S. D., Toapanta T., Rauert C., Thomas K. V. Plastic particles in soil: state of the knowledge on sources, occurrence and distribution, analytical methods and ecological impacts // Environmental Science: Processes & Impacts. — № 23 (2). — 2021. — Р. 240—274. DOI: 10.1039/D0EM00312C.
9. Агрофизические и агрохимические методы исследования почв: Учебно-методическое пособие/сост. В. И. Терпелец, В. Н. Слюсарев. — Краснодар: КубГАУ. — 2016. — 65 с.
10. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. — Смоленск: Ойкумена, 2004. — 342 с.
11. Hurley R. R., Lusher A. L., Olsen M., Nizzetto L. Validation of a Method for Extracting Microplastics from Complex, Organic-Rich, Environmental Matrices // Environmental Science & Technology. — № 52 (13). — 2018. — Р. 7409—7417. DOI: 10.1021/acs.est.8b01517.
12. Grause G., Kuniyasu Y., Chien M. F., Inoue C. Separation of microplastic from soil by centrifugation and its application to agricultural soil // Chemosphere. — V. 288 (3). — 2022. — Article number 132654. DOI: 10.1016/j.chemos-phere.2021.132654.
13. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с. — 351 с.
14. Кухарчик Т. И., Чернюк В. Д. Загрязнение почв микропластиком при производстве пенополистирола // Почвоведение. — № 3. — 2022. — С. 370—380.
15. Бурак Л. Ч., Ермошина Т. В., Королева Л. П. Загрязнение почвенной среды микропластиком. Факторы влияния и экологические риски // Экология и промышленность России. — Т. 25, № 5. — 2023. — С. 58—63.
№ 6, 2024
15
THE CONTENT OF MICROPLASTICS IN THE SOILS OF THE RIVER VALLEYS OF THE TYUMEN REGION
R. V. Kaygorodov, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Junior Researcher, Tobolsk Complex Scientific Station of the Ural Branch of the RAS, [email protected], Tobolsk, Russia
References
1. Nosova A. O., Uspenskaya M. V. Mikroplastik v pochve: vozdejstvie na ekosistemy, potencial'nye istochniki i analiticheskie metody issledovaniya (obzor) [Microplastics in soil: effects on ecosystems, potential sources and analytical research methods (review)]. Yuzhno-Sibirskij nauchnyj vestnik. No. 4 (44). 2022. P. 19—37. DOI: 10.25699/SSSB.2022.44.4.001 [in Russian].
2. Peng J., Wang J., Cai L. Current understanding of microplastics in the environment: occurrence, fate, risks, and what we should do. Integrated Environ. Assess. Manag. Vol. 13. No. 3. 2017. P. 476—482. DOI: 10.1002/ieam.1912.
3. Qi R., Jones D. L., Li Z., Liu Q., Yan C. Behavior of microplastics and plastic film residues in the soil environment: a critical review. Sci. Total Environ. Vol. 703. 2019. Article number 134722. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134722.
4. Bläsing M., Amelung W. Plastics in soil: Analytical methods and possible sources. Sci. Total Environ. Vol. 612. 2018. P. 422—435. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.086.
5. He D., Luo Y., Lu S. et al. Microplastics in soils: Analytical methods, pollution characteristics and ecological risks. Trends Anal. Chem. Vol. 109. 2018. P. 163—172. DOI: 10.1016/j.trac.2018.10.006.
6. Sun J., Wu X., Gan J. Uptake and Metabolism of Phthalate Esters by Edible Plants. Environmental Science & Technology. No. 49 (14). 2015. Р. 8471—478. DOI: 10.1021/acs.est.5b01233.
7. Lozano Y. M.; Lehnert T.; Linck L. T.; Lehmann A.; Rillig M. C. Microplastic Shape, Polymer Type, and Concentration Affect Soil Properties and Plant Biomas. Front. Plant Sci. No. 12. 021. 169. DOI: 10.1101/2020.07.27.223768.
8. Okoffo E. D., O'Brien S., Ribeiro F., Burrows S. D., Toapanta T., Rauert C., Thomas K. V. Plastic particles in soil: state of the knowledge on sources, occurrence and distribution, analytical methods and ecological impacts. Environmental Science: Processes & Impacts. No. 23 (2). 2021. Р. 240—274. DOI: 10.1039/D0EM00312C.
9. Agrofizicheskie i agrohimicheskie metody issledovaniya pochv. [Agrophysical and agrochemical methods of soil research]. Uchebno-metodicheskoe posobie / sost. V. I. Terpelets, V. N. Slyusarev. Krasnodar, KubGAU. 2016. 65 p. [in Russian].
10. Klassifikaciya i diagnostika pochv Rossii [Classification and diagnostics of soils of Russia]. L. L. Shilov, V. D. Tonkonogov, I. I. Lebedeva, M. I. Gerasimova. Smolensk, Ojkumena. 2004. 342 p. [in Russian].
11. Hurley R. R., Lusher A. L., Olsen M., Nizzetto L. Validation of a Method for Extracting Microplastics from Complex, Organic-Rich, Environmental Matrices. Environmental Science & Technology. No. 52 (13). 2018. Р. 7409—7417. DOI: 10.1021/ acs.est.8b01517.
12. Grause G., Kuniyasu Y., Chien M. F., Inoue C. Separation of microplastic from soil by centrifugation and its application to agricultural soil. Chemosphere. Vol. 288 (3). 2022. Article number 132654. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132654.
13. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezultatov issledovanij). [Methodology of field experience (with the basics of statistical processing of research results)]. Moscow, Agropromizdat. 1985. 351 p. [In Russian].
14. Kukharchik T. I., Chernyuk V. D. Zagryaznenie pochv mikroplastikom pri proizvodstve penopolistirola [Soil contamination with microplastics in the production of expanded polystyrene]. Pochvovedenie. No. 3. 2022. P. 370—380 [in Russian].
15. Burak L. Ch., Ermoshina T. V., Koroleva L. P. Zagryaznenie pochvennoj sredy mikroplastikom. Faktory vliyaniya i ekolog-icheskie riski [Contamination of the soil environment with microplastics. Influence factors and environmental risks]. Ekologiya ipromyshlennost' Rossii. Vol. 25. Vol. 5. 2023. P. 58—63 [in Russian].
16
№ 6, 2024
