Ongegronde plastics?

                              

Microbiologie in hapklare porties


Ongegronde plastics?

We hebben allemaal al wel eens gehoord over de tonnen plastic die in de oceaan terechtkomen. Maar wist je dat er jaarlijks 2-23 keer meer plastic in de bodem terechtkomt dan in de oceanen? Tenminste, volgens de berekeningen in deze studie. Plastics kunnen in de bodem terechtkomen via rioolslib, bemesting met organische meststoffen, lozing van afvalwater en/of plastic afval, en via de atmosfeer.

Plastics zijn op weg om microplastics te worden. Bron:
https://www.wtert.net/news/433/Microplastic-Pollution-Caused-by-Laundry.html

Aarde bestaat uit drie verschillende hoofdbestanddelen, zand, silt en klei, samen met organisch materiaal en andere deeltjes. Wanneer deze componenten samenklonteren, noemen we ze “bodemaggregaten”. Deze aggregaten zijn samengesteld uit verschillende vormen, en deze combinatie maakt de vorming van poriën mogelijk die lucht of water kunnen bevatten. Kunststoffen vergroten echter de aggregatie van de bodem en verstoren de vorming van een ‘gezonde bodem’. Met andere woorden, door toevoeging van kunststoffen verandert de porositeit van de bodem, wat weer van invloed is op de groei van plantenwortels, maar ook op de verspreiding en/of beschikbaarheid van voedingsstoffen en de pH.

De kunststoffen veranderen niet alleen de bodemeigenschappen, maar ook de microbiële gemeenschappen in de aarde. Helaas is onze kennis hierover nog beperkt, omdat het effect van elk type plastic verschilt afhankelijk van de bodem en het soort plastic polymeer. Zo bleek uit een eerdere studie dat sommige kunststoffen de pH van zure grond kunnen verlagen, maar die van alkalische grond kunnen verhogen.

In hun studie hebben Shi et al. gekeken naar het effect van drie soorten microplastics in vier soorten bodems. Aangezien koolstofverwerking en -opslag een cruciale functie is van een goed functionerend bodemecosysteem, richtten de onderzoekers zich op CO2-emissie en opgeloste organische stofkenmerken. Interessanter is dat zij ook keken naar de reactie van bacteriegemeenschappen op plasticvervuiling.

De vier bodems die in deze studie werden gebruikt, werden verzameld in verschillende Chinese provincies: 

Kaneelgrond (leem) bevat organische stof en is geschikt voor de teelt van de meeste planten.

Gele kaneelgrond (leem) is een wijdverspreid bodemtype in China. De slechte bodemstructuur en de lagere vruchtbaarheid beperken echter de productiviteit van de gewassen.

Zwarte grond (siltige leem) maakt deel uit van de bovengrond; de korrels zijn kleiner dan zand. Als je het tussen je vingers wrijft, voelt het leemachtig aan. Met een hoge dichtheid aan organische stof is zwarte grond zeer geschikt voor de teelt van gewassen. 

Rode aarde (siltige klei) is wijdverspreid in tropische en subtropische gebieden in China en is potentieel de belangrijkste grond voor de voedselproductie in de wereld.

Bodemtypes naar klei-, slib- en zandsamenstelling zoals gebruikt door het Ministerie van Landbouw van de Verenigde Staten. Bron:
https://en.wikipedia.org/wiki/File:SoilTexture_USDA.svg

De drie kunststoffen (PA, PE en PET) werden als poeder toegevoegd in een voor het milieu relevante concentratie van 0,5%. Van sommige bodems is echter gemeld dat ze tot 6,5% kunststof bevatten!

Polyamide-6 (PA) is het belangrijkste constructiemateriaal dat wordt gebruikt in veel industrieën, zoals de automobiel- en vliegtuigindustrie, de elektronische en elektrotechnische industrie, de kledingindustrie en de geneeskunde. 

Polyethyleen (PE) is de meest voorkomende kunststof die tegenwoordig wordt gebruikt, en wordt vooral aangetroffen in verpakkingen zoals plastic zakken en plastic films.  

Polyethyleentereftalaat (PET) wordt gebruikt om vezels voor kleding en plastic voedselcontainers te maken. 

De onderzoekers stelden vast dat er in de bodem waaraan PA was toegevoegd, een kleine maar onbetekenende verandering was in de alfadiversiteit (d.w.z. de soortendiversiteit binnen elk bodemtype). Ook bij de bèta-diversiteit (soortenrijkdom tussen bodemtypes) was er geen duidelijk verschil tussen de controlemonsters (zonder toevoeging van plastic) en de verschillende behandelingen met plastic.

Alfa-diversiteit vs. beta-diversiteit. Bron:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:Biodiversity.png

Het effect van de verschillende plasticsoorten verschilde echter per bodemtype: drie plasticsoorten verhoogden het percentage Proteobacteriën in de kaneelgrond, terwijl het aantal Proteobacteriën in de rode grond daalde. Deze resultaten wijzen er dus op dat het bodemtype de meeste invloed heeft op microbiële veranderingen, niet het soort plastic.

Vervolgens keken de onderzoekers naar de co-aanwezigheid van bacteriën via zogenaamde ‘interactienetwerken’. Kort gezegd laten deze netwerken zien of bacteriën vaak samen voorkomen en of micro-organismen een positieve of negatieve relatie met elkaar hebben. Ze ontdekten dat, vergeleken met de controle, de netwerken van de plastic groepen minder knooppunten hadden (d.w.z. soorten die met elkaar kunnen worden verbonden), minder randen (d.w.z. Er waren minder connecties tussen de soorten), en minder keystone-soorten (d.w.z. soorten die een verbinding vormen met veel andere soorten en als een ‘hub’ fungeren). De onderzoekers merkten ook op dat het percentage negatieve interacties in het netwerk afnam.

Microplastics beïnvloeden microbiële netwerken. Het aantal soorten (cirkels) en hun verbindingen (lijnen) neemt af wanneer kunststoffen aan de bodem worden toegevoegd (PA, PET en PE), vergeleken met de controle (CK). Bron: het oorspronkelijke artikel

Hoewel de soortendiversiteit misschien niet verandert als er plastic in de bodem zit, tonen de hierboven beschreven resultaten aan dat microplastics het ‘samen aanwezig zijn’ van bacteriën kunnen beïnvloeden, en daardoor de stabiliteit van het netwerk kunnen verminderen. Instabiele ecosystemen zijn gevoelig voor kleine veranderingen, die leiden tot een ineengestorte gemeenschap die de oorspronkelijke functie niet meer kan vervullen. Microben spelen een belangrijke rol bij de nutriëntencyclus in de bodem, de afbraak van gewasresten, de onderdrukking van ziekten en de simulatie van plantengroei. Wanneer deze ecosystemen worden verstoord, kan de opbrengst van gewassen dalen of kan de bodem zelfs onbewoonbaar worden voor planten.


Link to the original post: J. Shi, Y. Sun, X. Wang, J. Wang. 2022. Microplastics reduce soil microbial network complexity and ecological deterministic selection. Society for Applied Microbiology. 2157-2169.

Featured image: https://www.flickr.com/photos/chesbayprogram/16999295662


Vertaald door: Charlotte van de Velde