Idén med biologiskt nedbrytbar plast låter bra till en början. Dock, mycket lite är känt om hur de bryts ned i marken och hur detta påverkas av klimatförändringar. I två färska studier, markekologer vid Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) har visat vilken mikrobiell gemenskap som är ansvarig för nedbrytning, vilken roll klimatet spelar i denna process, och varför biologiskt nedbrytbar plast fortfarande kan vara problematisk.

Plast som hamnar i jordar, hav, eller inre vatten kan skada de organismer som lever där och leda till allvarliga och långvariga störningar i ekosystemen. Utveckling och ökad användning av biologiskt nedbrytbar plast är därför i fokus för en mer ekologisk ekonomi. "Men trots den positiva bilden av biologiskt nedbrytbar plast, vi vet fortfarande väldigt lite om hur de verkar i jorden eller hur de bryts ned, " säger prof. François Buscot, markekolog vid UFZ.

För att belysa detta mer, Buscots forskargrupp undersökte följande frågor i en nyligen publicerad studie publicerad i Miljövetenskap och teknik :Hur snabbt bryts biologiskt nedbrytbar plast ned? Vilka mikroorganismer är inblandade? Hur interagerar de? Vilka förhållanden främjar nedbrytningsprocessen? Och vilka hämmar det? "Vi ville också veta hur de förändrade temperaturerna och nederbördsnivåerna till följd av klimatförändringarna påverkar nedbrytbarheten av plasten, " förklarar Dr Witoon Purahong, även markekolog vid UFZ och huvudförfattare till studien.

För detta ändamål, experiment utfördes vid Global Change Experimental Facility (GCEF) i Bad Lauchstädt, som för närvarande anses vara ett av världens största utomhusklimatexperiment sett till yta. Forskarna undersökte klimatförändringarnas konsekvenser för markanvändning och ekosystem. Fokus låg på kompost- och trädgårdsfilmer, som används för att täcka jorden. Dessa är vanligtvis gjorda av polyeten (PE), en plast framställd av fossila råvaror. Av tekniska skäl, rester av filmerna finns ofta kvar i jorden. Detta leder till kontaminering med mikroplaster på medellång sikt. Att byta till biologiskt nedbrytbara alternativ skulle därför vara mycket meningsfullt här. Men finns det biverkningar av att använda sådana alternativ?

För att ta reda på, teamet undersökte hur polybutylensuccinat-co-adipat (PBSA), en biobaserad kompostfilm delvis framställd av växter (majs, sockerrör, maniok), bryts ned biologiskt under de naturliga förhållandena på ett jordbruksfält. Forskarna skiljde på dagens klimatförhållanden och simulerade klimatförhållanden som projicerade för Tyskland runt 2070. De använde moderna molekylärbiologiska metoder (nästa generations sekvensering) för att avgöra vilket mikrobiellt samhälle som hade koloniserat på själva plasten såväl som i den omgivande jorden.

"Vi kunde visa att efter knappt ett år, cirka 30 % av PBSA hade redan försämrats. Detta är ganska mycket under de klimatförhållanden som för närvarande råder i Tyskland, " säger Purahong. "Huvudaktörerna är svampar, som stöds av ett mångsidigt bakteriesamhälle och flera andra mikroorganismer. Dessa inkluderar bakterier som förser svamparna med kväve (vilket är ovanligt i plast) eller bakterier och arkéer som använder giftiga nedbrytningsprodukter. "En intelligent nedbrytnings- och återvinningsgemenskap bildas på och runt plasten – även med en liknande nedbrytningshastighet under de simulerade framtida klimatförhållandena, tillägger Purahong. Det förändrade klimatet skadar tydligen inte de PBSA-nedbrytande svamparna. Det mikrobiella samhället runt dem är något annorlunda - men nedbrytningsresultatet är liknande. "Vi hade inte förväntat oss så goda nyheter."

I en annan studie publicerad i Environmental Science Europe, UFZ-forskarna undersökte samhället av mikroorganismer under strängare förhållanden. De undersökte hur samhället förändras när stora mängder PBSA kommer in i marken samt vad som händer när hög koncentration av kvävehaltigt gödselmedel appliceras. "Stora mängder PBSA gör faktiskt det mikrobiella samhället i jorden helt annorlunda, " säger doktorand Benjawan Tanunchai och huvudförfattare till studien. Med en 6% ökning av PBSA i jorden, mångfalden av svamparter minskade med 45 % och archaea med 13 %. Å andra sidan, den höga belastningen av PBSA i kombination med befruktningen av området ledde till spridningen av Fusarium solani, en utbredd växtskadande svamp.

De två UFZ-studierna ger alltså en god nyhet och en mindre bra nyhet:PBSA i marken kan brytas ned relativt snabbt och effektivt – även under framtida klimatförhållanden. Dock, om PBSA finns i stora mängder tillsammans med höga koncentrationer av kvävehaltigt gödselmedel, Nedbrytning av PBSA kan ha en negativ inverkan på jordbruksproduktionen som ett resultat av ett stört mikrobiellt samhälle och den ökade förekomsten av skadedjur. "När stora mängder plast hamnar i miljön, det är aldrig bra – även om det är en biologiskt nedbrytbar plast, " säger Buscot. "Det bästa vore att undvika plast helt och hållet. Dock, eftersom detta för närvarande är ett orealistiskt mål, vi bör åtminstone förlita oss på biologiskt nedbrytbar plast överallt som möjligt och veta så mycket som möjligt i förväg om deras nedbrytningsegenskaper och konsekvenser."