Мікропластик у сільськогосподарських ґрунтах: джерела та підходи до мікробної ремедіації
Ключові слова:
мікропластик, сільськогосподарські ґрунти, забруднення агроекосистем, мікробна ремедіація, утворення біоплівкиАнотація
Мета. Метою цього дослідження був теоретичний аналіз джерел мікропластику в сільськогосподарських ґрунтах, його впливу на агроекосистеми та мікробні методи ремедіації для видалення мікропластику з ґрунту. Дизайн / Метод / Підхід. Враховуючи складність і багатогранність теми дослідження, для досягнення його мети використовувався комплекс загальнонаукових методів: аналітичний, синтетичний, герменевтичний, прагматичний, узагальнення. Результати. Джерелами мікропластику в сільськогосподарських ґрунтах є пластик, що застосовується для покриття добрив, пестицидів і насіння, плівка для мульчування, використання стічних вод для зрошення, осади з очисних споруд як добрива, що можуть призводити до виникнення екологічних ризиків для функціонування агроекосистем і здоров'я людини. Мікробна ремедіація є перспективним напрямом для видалення мікропластику з сільськогосподарських ґрунтів. Теоретичне значення. Представлено узагальнену інформацію щодо джерел мікропластику в сільськогосподарських ґрунтах, наслідків цього типу забруднення для агроекосистем, а також підходів мікробної ремедіації для видалення мікропластику, що розширює розуміння мікропластику як забруднювача агроекосистем. Практичне значення. Надана інформація сприятиме зростанню досліджень рівня забруднення сільськогосподарських ґрунтів мікропластиком, зокрема в Україні, та формуванню біоплівок ґрунтових мікроорганізмів-біодеградерів на поверхні мікропластику (з акцентом на сульфатвідновлювальні бактерії), включаючи вплив різних токсикантів на ці процеси. Оригінальність / Цінність. Теоретичні та практичні аспекти забруднення сільськогосподарських ґрунтів мікропластиком узагальнені з акцентом на формування біоплівок як важливого етапу мікробної ремедіації. Обмеження дослідження / Майбутні дослідження. В Україні рівень забруднення сільськогосподарських ґрунтів мікропластиком, вплив токсикантів на формування біоплівок ґрунтовими мікроорганізмами-біодеградерами на поверхні мікропластику (з акцентом на сульфатвідновлювальні бактерії) не визначено, тому необхідні подальші дослідження цього питання. Тип статті. Огляд.
Завантажити
Посилання
Arab, M., Yu, J., & Nayebi, B. (2024). Microplastics in Sludges and Soils: A Comprehensive Review on Distribution, Characteristics, and Effects. ChemEngineering, 8(5), 86. https://doi.org/10.3390/chemengineering8050086
Bao, X., Gu, Y., Chen, L., Wang, Z., Pan, H., Huang, S., Meng, Z., & Chen, X. (2024). Microplastics derived from plastic mulch films and their carrier function effect on the environmental risk of pesticides. Sci. Total. Environ., 924, 171472. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171472
Bhatt, P., Verma, A., Gangola, S., Bhandari, G., & Chen, Sh. (2021). Microbial glycoconjugates in organic pollutant bioremediation: recent advances and applications. Microb. Cell Fact., 20, 72. https://doi.org/10.1186/s12934-021-01556-9
Biswal, T., & Malik J. A. (2022). Role of biofilms in bioremediation. In J. Ah. Malik (Ed.), Microbes and Microbial Biotechnology for Green Remediation, Chapter 11, (pp. 205-225). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90452-0.00016-5.
Bybin, V. A., Belogolova, G. A., Markova, Y. A., Sokolova, M. G., Sidorov, A. V., Gordeeva, O. N., & Poletaeva, V. I. (2021). Influence of Heavy Metals and Arsenic on Survival and Biofilm Formation of Some Saprotrophic Soil Microorganisms. Water, Air, & Soil Pollution, 232(8), 343. https://link.gale.com/apps/doc/A672059329/AONE?u=googlescholar&sid=googleScholar&xid=9c6ea7e5
Cacciari, I., Quatrini, P., Zirletta, G., Mincione, E., Vinciguerra, V., Lupattelli, P., & Giovannozzi Sermanni, G. (1993). Isotactic polypropylene biodegradation by a microbial community: physicochemical characterization of metabolites produced. Appl. Environ. Microbiol., 59, 3695–3700. https://doi.org/10.1128/aem.59.11.3695-3700.1993
Center for International Environmental Law (CIEL). (2022.) Sowing a plastic planet: how microplastics in agrochemicals are affecting our soils, our food, and our future. 26 p. https://www.ciel.org/wp-content/uploads/2022/12/Sowing-a-Plastic-Planet_1dec22.pdf
Chen, Y., Wang, X., Wang, X., Cheng, T., Fu, K., Qin, Z., & Feng, K. (2022). Biofilm Structural and Functional Features on Microplastic Surfaces in Greenhouse Agricultural Soil. Sustainability, 14(12), 7024. https://doi.org/10.3390/su14127024
Chen, X., Xie, Y., Wang, J., Shi, Z., Zhang, J., Wei, H., & Ma, Y. (2023). Presence of different microplastics promotes greenhouse gas emissions and alters the microbial community composition of farmland soil. Sci. Total. Environ., 879, 162967. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162967
Dong, Y., Gao, M., Qiu, W., & Song, Z. (2021). Effect of microplastics and arsenic on nutrients and microorganisms in rice rhizosphere soil. Ecotoxicol. Environ. Saf., 211, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.111899
Duis, K., & Coors, A. (2016). Microplastics in the aquatic and terrestrial environment: sources (with a specific focus on personal care products), fate and effects. Environ. Sci. Eur., 28, 2. https://doi.org/10.1186/s12302-015-0069-y
Fortuna, M., & Borysovska, O. (2021). Assessment of water pollution by microplastic. Collection of Research Papers of the National Mining University, 65, 195–206. https://doi.org/10.33271/crpnmu/65.195
Ghosh, S., Sinha, J. K., Ghosh, S., Vashisth, K., Han, S., & Bhaskar, R. (2023). Microplastics as an Emerging Threat to the Global Environment and Human Health. Sustainability (Basel), 15, 10821. https://doi.org/10.3390/su151410821
Gao, W., Zhang, Y., Mo, A., Jiang, J., Liang, Y., Cao, X., & He, D. (2022). Removal of microplastics in water: Technology progress and green strategies. Green Anal. Chem., 3, 100042. https://doi.org/10.1016/j.greeac.2022.100042
Guo, J. J., Huang, X. P., Xiang, L., Wang, Y. Z., Li, Y. W., Li, H., Cai, Q. Y., Mo, C. H., & Wong, M. H. (2020). Source, migration and toxicology of microplastics in soil. Environ. Int., 137, 105263. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105263
Habib, R., Thiemann, T., & Al Kendi, R. (2020). Microplastics and Wastewater Treatment Plants - A Review. Journal of Water Resource and Protection, 12, 1-35. https://doi.org/10.4236/jwarp.2020.121001
Howard, S. A., & McCarthy, R. R. (2023). Modulating biofilm can potentiate activity of novel plastic-degrading enzymes. npj Biofilms Microbiomes, 9, 72. https://doi.org/10.1038/s41522-023-00440-1
Kublik, S., Gschwendtner, S., Magritsch, T., Radl, V., Rillig, M. C., & Schloter, M. (2022). Microplastics in soil induce a new microbial habitat, with consequences for bulk soil microbiomes. Front. Environ. Sci., 10, 989267. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.989267
Langlet, R., Valentin, R., Morard, M., & Raynaud, C. D. (2024). Transitioning to Microplastic-Free Seed Coatings: Challenges and Solutions. Polymers, 16(14), 1969. https://doi.org/10.3390/polym16141969
Lee, J., Jeong, S., & Chae, K.J. (2021). Discharge of microplastics fibres from wet wipes in aquatic and solid environments under different release conditions. Sci. Total. Environ., 784, 147144. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147144
Li, L., Han, L., Liu, A., & Wang, F. (2022). Imperfect but Hopeful: New Advances in Soil Pollution and Remediation. Int. J. Environ. Res. Public Health, 19, 10164. https://doi.org/10.3390/ijerph191610164
Long, B., Li, F., Wang, K., Huang, Y., Yang, Y., & Xie, D. (2023). Impact of plastic film mulching on microplastic in farmland soils in Guangdong province, China. Heliyon, 9(6), e16587. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16587
Malakhova, D. V., Egorova, M. A., Leontieva, M. R., Elcheninov, A. G., Panova, T. V., Aleksandrov, Y., & Tsavkelova, E. A. (2023). Anaerobic microbial degradation of polypropylene and polyvinyl chloride samples. Microbiology, 92, 83–93. https://doi.org/10.1134/S0026261722602706
Mani, I. (2020). Biofilm in bioremediation. In V. Ch. Pandey, & V. Singh (Eds.), Bioremediation of Pollutants, Chapter 18, (pp. 375-385). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819025-8.00018-1
Marin, E., & Rusănescu, C. O. (2023). Agricultural Use of Urban Sewage Sludge from the Wastewater Station in the Municipality of Alexandria in Romania. Water, 15(3), 458. https://doi.org/10.3390/w15030458
Moyal, J., Dave, P.H., Wu, M., Karimpour, S., Brar, S.K., Zhong, H., & Kwong, R.W.M. (2023). Impacts of Biofilm Formation on the Physicochemical Properties and Toxicity of Microplastics: A Concise Review. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 261(1), 8. https://doi.org/10.1007/s44169-023-00035-z
Nauendorf, A., Krause, S., Bigalke, N. K., Gorb, E. V., Gorb, S. N., Haeckel, M., Wahl, M., & Treude, T. (2016) Microbial colonization and degradation of polyethylene and biodegradable plastic bags in temperate fine-grained organic-rich marine sediments. Mar. Pollut. Bull., 103(1–2), 168–178. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2015.12.024
Ng, E.e-L., Huerta Lwanga, E., Eldridge, S. M., Johnston, P., Hu, H.-W., Geissen, V., & Chen, D. (2018). An overview of microplastic and nanoplastic pollution in agroecosystems. Science of the Total Environment, 627, 1377–1388. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.01.341
Ó Briain, O., Marques Mendes, A. R., McCarron, S., Healy, M. G., & Morrison, L. (2020). The role of wet wipes and sanitary towels as a source of white microplastic fibres in the marine environment. Water Res., 182, 116021. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116021
Othman, A. R., Hasan, H. A., Muhamad, M. H., Ismail, N. I., & Abdullah, S. R. S. (2021). Microbial degradation of microplastics by enzymatic processes: a review. Environ. Chem. Lett., 19, 3057-3073. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01197-9
Pang, X., Chen, C., Sun, J., Zhan, H., Xiao, Y., Cai, J., Yu, X., Liu, Y., Long, L., & Yang, G. (2023). Effects of complex pollution by microplastics and heavy metals on soil physicochemical properties and microbial communities under alternate wetting and drying conditions. J. Hazard. Mater., 458, 131989. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131989
Peña, A., Rodríguez-Liébana, J. A., & Delgado-Moreno, L. (2023). Interactions of Microplastics with Pesticides in Soils and Their Ecotoxicological Implications. Agronomy, 13(3), 701. https://doi.org/10.3390/agronomy13030701
Qian, H., Zhang, M., Liu, G., Lu, T., Qu, Q., Du, B., & Pan, X. (2018). Effects of soil residual plastic film on soil microbial community structure and fertility. Water Air Soil Pollut., 229, 1–11. https://doi.org/10.1007/s11270-018-3916-9
Quilliam, R. S., Pow, C. J., Shilla, D. J., Mwesiga, J. J., Shilla, D. A., & Woodford, L. (2023). Microplastics in agriculture – a potential novel mechanism for the delivery of human pathogens onto crops. Front. Plant Sci., 14, 1152419. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1152419
Raffa, C. M., & Chiampo, F. (2021). Bioremediation of Agricultural Soils Polluted with Pesticides: A Review. Bioengineering (Basel), 8(7), 92. https://doi.org/10.3390/bioengineering8070092
Ragoobur, D., Huerta-Lwanga, E., & Somaroo, G. D. (2021). Microplastics in agricultural soils, wastewater effluents and sewage sludge in Mauritius. Sci. Total. Environ., 798, 149326. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149326
Rajcoomar, S., Amoah, I.D., Abunama, T., Mohlomi, N., Bux, F., & Kumari, S. (2024). Biofilm formation on microplastics in wastewater: insights into factors, diversity and inactivation strategies. Int. J. Environ. Sci. Technol., 21, 4429–4444. https://doi.org/10.1007/s13762-023-05266-0
Ren, X., Tang, J., Liu, X., & Liu, Q. (2020). Effects of microplastics on greenhouse gas emissions and the microbial community in fertilized soil. Environ. Pollut., 256, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113347
Rusyn, I., Malovanyy, M., Tymchuk, I., & Synelnikov, S. (2021). Effect of mineral fertilizer encapsulated with zeolite and polyethylene terephthalate on the soil microbiota, pH and plant germination. Ecological Questions, 32(1), 1-12. https://doi.org/10.12775/EQ.2021.007
Sa’adu, I., & Farsang, A. (2023). Plastic contamination in agricultural soils: a review. Environ. Sci. Eur., 35, 13. https://doi.org/10.1186/s12302-023-00720-9
Sharmin, S., Wang, Q., Islam, M. R., Wang, W., & Enyoh, C. E. (2024). Microplastic Contamination of Non-Mulched Agricultural Soils in Bangladesh: Detection, Characterization, Source Apportionment and Probabilistic Health Risk Assessment. Journal of Xenobiotics, 14(2), 812-826. https://doi.org/10.3390/jox14020046
Thapliyal, Ch., Priya, A., Singh, S. Bh., Bahuguna, V., & Daverey, A. (2024). Potential strategies for bioremediation of microplastic contaminated soil. Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 6, 117-131. https://doi.org/10.1016/j.enceco.2024.05.001
Tkachuk, N., & Zelena, L. (2021). The impact of bacteria of the genus Bacillus upon the biodamage/biodegradation of some metals and extensively used petroleum-based plastics. Corrosion and Materials Degradation, 2(4), 531-553. https://doi.org/10.3390/cmd2040028
Tkachuk, N., & Zelena, L. (2023). Some Microbiological Characteristics of the Biofilm on the Surface of Pre-Production Pellets of Polypropylene Microplastics after Short Exposure in Soil. Engineering Proceedings, 56(1), 13. https://doi.org/10.3390/ASEC2023-15350
Tkachuk, N., & Zelena, L. (2024). Microbiological indicators of the biofilms microparticles of quartz sand and polypropylene after short-term exposure in soil. Biofouling, 1–12. https://doi.org/10.1080/08927014.2024.2406340
Thapliyal, Ch., Priya, A., Singh, S. Bh., Bahuguna, V., & Daverey, A. (2024). Potential strategies for bioremediation of microplastic contaminated soil. Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 6, 117-131. https://doi.org/10.1016/j.enceco.2024.05.001
Ullah, R., Tsui, M. T., Chen, H., Chow, A., Williams, C., & Ligaba-Osena, A. (2021). Microplastics interaction with terrestrial plants and their impacts on agriculture. J. Environ. Qual., 50(5), 1024-1041. https://doi.org/10.1002/jeq2.20264
Yurchenko, V. О., Melnikova, О. H., Ponomarov, K. S., & Samokhvalova, А. I. (2021). Microplastics in bottom sediments of rivers in urbanized areas. Ecologically sustainable development of urban systems: challenges and solutions: Proceedings of International scientific and practical internet conference (Kharkiv, 2–3 November, 2021), 134-136. Kharkiv, 2021. http://eprints.kname.edu.ua/60576/1/C%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA21-134-136.pdf (in Ukrainian)
Zaborowska, M., Wyszkowska, J., & Borowik, A. (2020). Soil Microbiome Response to Contamination with Bisphenol A, Bisphenol F and Bisphenol S. Int. J. Mol. Sci., 21(10), 3529. https://doi.org/10.3390/ijms21103529
Zettler, E. R., Mincer, T. J., & Amaral-Zettler, L. A. (2013). Life in the “plastisphere”: Microbial communities on plastic marine debris. Environ. Sci. Technol., 47, 7137–7146. https://doi.org/10.1021/es401288x
Zhang, X., Li, Y., Lei, J., Li, Z., Tan, Q., Xie, L., Xiao, Y., Liu, T., Chen, X., Wen, Y., Xiang, W., Kuzyakov, Y., & Yan, W. (2023). Time-dependent effects of microplastics on soil bacteriome. Journal of Hazardous Materials, 447, 130762. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.130762
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Nataliia Tkachuk, Liubov Zelena, Yaroslav Novikov (Author)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Всі статті, опубліковані в журналі Challenges and Issues of Modern Science, ліцензовані за ліцензією Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY). Це означає, що ви можете:
- Поширювати, копіювати та передавати статтю
- Адаптувати, реміксувати та створювати похідні роботи на основі статті
за умови, що ви надаєте належне посилання на оригінальну роботу, вказуєте ім'я авторів, назву статті, журнал та наявність ліцензії CC BY. Будь-яке використання матеріалів не повинно припускати схвалення авторами або журналом використаного матеріалу.
