Исследователи Новгородского государственного университета представили универсальный протокол, который позволит точно определить, как микропластик в сельскохозяйственных почвах влияет на выбросы парниковых газов — углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄). Работа опубликована в рецензируемом научном журнале Applied Sciences в 2025 году.
Новая методика даёт инструмент для анализа изменений в углеродном цикле почвы. Эти изменения напрямую сказываются на её плодородии, физико-химических свойствах и, в глобальном масштабе, — на климате всей экосистемы. Для удобства лабораторий с разным уровнем оснащённости разработаны две версии протокола: упрощённая и экономичная, и более дорогая, но максимально точная.
Работа выполнена научными сотрудниками Аналитической лаборатории исследования микропластика НовГУ Анастасией Вайнберг, Иваном Кушновым, Евгением Абакумовым.
Сельскохозяйственные земли — основной резервуар для накопления микропластика. Его концентрации варьируются в огромном диапазоне — от 0.03% до 6.7% от массы почвы. Наиболее загрязнены городские районы и зоны интенсивного земледелия. Например, в японских рисовых полях, где более 30 лет использовали удобрения с полимерной оболочкой, содержание полиэтилена достигает 369 мг/кг почвы. На сельхозземлях Китая находят от 7100 до 42 960 частиц/кг, в основном полиэтилена и полипропилена.
Концентрации сильно разнятся по миру: в Чили — 0.57–12.9 мг/кг, в Германии — в среднем 46.88 частиц/кг.
— Сельхозземли занимают 37.7% поверхности суши – 4.9 млрд га, и микропластик способен влиять на ключевые свойства почвы: плотность, водный режим, аэрацию, кислотность, состав микробиоты, — поясняет Анастасия Вайнберг, ведущий автор исследования. — Все эти факторы, в свою очередь, управляют круговоротом углерода. Даже небольшие сдвиги в запасах почвенного органического углерода (SOC), крупнейшем наземном пуле углерода, могут значительно менять концентрации парниковых газов в атмосфере, усиливая потепление. А потепление ускоряет высвобождение углерода из почвы, создавая порочный круг. Микропластик, будучи полимером на 90% состоящим из углерода, может напрямую и косвенно влиять на стабильность этого пула.
Именно поэтому вопрос о влиянии микропластика на углеродный цикл стал одним из самых острых в современной экологии.
На сегодняшний день существует множество разрозненных исследований и методик. Учёные проанализировали более 50 работ из баз данных Google Scholar и ScienceDirect, опубликованных с 2010 года. Анализ показал, что исследователи используют разные типы пластика (полипропилен, полиэтилен, полилактид (PLA), полибутиленадипаттерефталат (PBAT) и др.). А также несопоставимые концентрации — от 0.01% до 7% по массе, причём многие эксперименты используют нереалистично высокие уровни загрязнения. В работах анализируются разные формы и размеры частиц (волокна, фрагменты, гранулы; частицы менее 100 мкм и более). И различные методы измерения газов (газовая хроматография — «золотой стандарт», ИК-спектрометрия, титрование в закрытых камерах, измерение активности ферментов). Также сильно разнятся сроки экспериментов — от 21 дня до года.
— Мы заметили, что размер и форма частиц сильно различаются, — отмечает Анастасия Вайнберг. — Это критично, так как доказано, что мелкие частицы вызывают большее выделение газов, чем крупные. Результаты также противоречивы: в одних работах микропластик стимулирует эмиссию CO₂ и CH₄, в других — подавляет или не оказывает эффекта. Без единого стандарта сопоставить результаты разных работ и сделать общие выводы о реальном воздействии практически невозможно.
Такая методическая неразбериха препятствует прогрессу в оценке глобальных экологических рисков.
Чтобы исправить ситуацию, учёные разработали единый стандартизированный протокол, призванный обеспечить воспроизводимость и сопоставимость будущих оценок по всему миру. Протокол основан на анализе путей поступления микропластика в почву, что обеспечивает его экологическую релевантность. Основные источники: внесение осадка сточных вод и компоста, использование удобрений с полимерной оболочкой и агрохимикатов в капсулах, а также применение мульчирующих плёнок.
Ключевые параметры нового стандарта:
Протокол устанавливает строгую последовательность действий, разделяя исследование на три ключевых этапа: сбор образцов, их подготовку и лабораторный анализ, каждый из которых сопровождается жёсткими мерами по контролю внешнего загрязнения. Это включает использование исключительно не пластиковой посуды, хлопковых халатов и очистку всех поверхностей и инструментов ультрачистой водой, чтобы исключить попадание посторонних микрочастиц пластика.
Сам микропластик для экспериментов должен соответствовать чётко определённым параметрам. Во-первых, установлен стандартный размер частиц — 100 микрометров. Во-вторых, введена шкала реалистичных концентраций, основанных на реальных полевых данных и моделирующих разную степень загрязнения пахотных земель: от 0.01% от веса почвы для фонового низкого уровня и 0.1% — как верхнего предела для большинства современных агроландшафтов, до 0.5% для среднего, 1% для высокого (например, при многолетнем использовании полиэтиленовой плёнки) и даже 2% для прогнозируемого в будущем экстремально высокого уровня. В-третьих, утверждён список рекомендуемых полимеров, отражающий реальную картину сельскохозяйственного загрязнения. В него вошли как обычные пластики: полиэтилен (LDPE/HDPE), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) и этиленвинилацетат (EVA), так и набирающие популярность биоразлагаемые: полимолочная кислота (PLA), полибутиленадипаттерефталат (PBAT) и полибутиленсукцинат (PBS).
Все эксперименты должны проводиться в унифицированных условиях инкубации: при стандартной температуре 25°C и влажности, поддерживаемой на уровне 60% от полевой влагоёмкости почвы. Для получения полной картины воздействия протокол предписывает два обязательных срока проведения измерений: 30 дней для оценки краткосрочных эффектов и 6 месяцев (180 дней) для изучения долгосрочных кумулятивных изменений в почвенной экосистеме.
Наконец, для финального анализа газовых выбросов предложены две методологические версии, рассчитанные на разные возможности лабораторий. Экономичная (Базовая) версия использует метод титрования, измеряя количество CO₂, поглощённого щёлочью; она требует проведения 5 повторностей с использованием 20 грамм почвы на образец. Высокоточная (Инструментальная) версия основана на газовой хроматографии, считающейся «золотым стандартом» для разделения и точного количественного определения как CO₂, так и CH₄. Этот вариант, требующий более сложного оборудования, предусматривает 3 повторности, но с большим объёмом образца — 100 грамм почвы каждый.
— Текущая версия протокола — это предварительное предложение, теоретическая основа, выверенная по данным мировой науки, — подчёркивает Анастасия Вайнберг. — Следующий обязательный этап — его экспериментальная валидация на практике для подтверждения работоспособности, чувствительности и получения первых сопоставимых данных. Разработка подобных стандартов для других экосистем (лесов, водно-болотных угодий) также представляется целесообразной.
По мнению авторов, внедрение такого протокола позволит сложить разрозненные данные в целостную картину и дать точную оценку тому, как частицы пластика у нас под ногами влияют на климат над нашей головой. Это важный шаг к формированию доказательной базы для принятия экологических решений в сельском хозяйстве и регулировании оборота пластиков.
Исследование выполнено при поддержке Мегагранта Министерства науки и высшего образования РФ.