DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2026.106885
تاريخ النشر: 2026-02-21
المؤلف: Vili Saartama وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير الميكروبلاستيك (MPs)، وبشكل خاص البولي إيثيلين منخفض الكثافة (PE) وخلائط نشا البولي بوتيلين أدبيات التيريفثاليت (PBAT)، على مجتمعات اللافقاريات في التربة عبر الحقول الزراعية في فنلندا وألمانيا وإسبانيا. تسلط الدراسة الضوء على انخفاض كبير في أعداد الإنشيترايد (أكثر من 50%) في التربة المعالجة بكلا النوعين من الميكروبلاستيك في فنلندا وإسبانيا. بينما أظهرت ديدان الأرض المعرضة لمستويات PBAT من الميكروبلاستيك زيادات طفيفة في الكتلة الحيوية والأعداد في فنلندا وألمانيا، أظهرت مجموعات أخرى، مثل القافزات والديدان الخيطية، استجابات متباينة، مع ملاحظات على الانخفاض في مناطق معينة. تؤكد الدراسة على ضرورة مراعاة الظروف المناخية والتربة المحلية عند تقييم المخاطر البيئية التي تشكلها الميكروبلاستيك.
تشير النتائج إلى أن حتى التركيزات المنخفضة من الميكروبلاستيك يمكن أن تعطل مجتمعات اللافقاريات في التربة، والتي تعتبر حيوية لصحة التربة ووظائف النظام البيئي. قد تشمل الآليات وراء هذه التأثيرات سمية الميكروبلاستيك، أو إضافاتها، أو التغيرات في خصائص التربة، على الرغم من أن المسارات الدقيقة لا تزال غير واضحة بسبب نقص القياسات المباشرة لتركيزات الميكروبلاستيك في الكائنات الحية في التربة. نظرًا لدور المحللات في التربة في تحلل المواد العضوية ودورة المغذيات، تؤكد الدراسة على إمكانية أن تؤثر حتى التغيرات الطفيفة في هيكل المجتمع على الإنتاجية الزراعية. تمهد هذه الدراسة الطريق لدراسات طويلة الأمد مستقبلية لتقييم الآثار البيئية للميكروبلاستيك في البيئات الزراعية بشكل شامل.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الاستخدام الواسع للبلاستيك في الزراعة، والذي، بسبب العوامل البيئية، يمكن أن يتفتت إلى ميكروبلاستيك (MPs) يتراكم في التربة الزراعية. تمثل المستويات المتزايدة من الميكروبلاستيك، لا سيما في المناطق التي تستخدم أفلام التغطية، مخاوف بيئية كبيرة، حيث يمكن أن تؤثر هذه الجسيمات سلبًا على مجتمعات اللافقاريات في التربة التي تعتبر حيوية للحفاظ على صحة التربة وخدمات النظام البيئي. تم تطوير بدائل قابلة للتحلل للبلاستيك التقليدي، لكن تحللها في ظروف العالم الحقيقي غالبًا ما يكون غير مكتمل، مما يؤدي إلى بقايا مستمرة يمكن أن تؤثر بشكل أكبر على الكائنات الحية في التربة.
يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى دراسات ميدانية لفهم التأثيرات البيئية للميكروبلاستيك بشكل أفضل، حيث تم إجراء معظم الأبحاث الحالية في ظروف مختبرية محكومة لا تعكس بدقة تعقيدات النظم البيئية الطبيعية. لمعالجة هذه الفجوة، تم إجراء تجربة ميدانية لمدة عامين عبر ثلاث مناطق مناخية في أوروبا، تفحص تأثيرات الميكروبلاستيك من أفلام التغطية المستخدمة بشكل شائع على مجتمعات اللافقاريات والبروتست. تهدف الدراسة إلى تحديد تأثير كل من الميكروبلاستيك التقليدي والقابل للتحلل عند تركيزات ذات صلة، بالإضافة إلى استكشاف التغيرات المحتملة في التأثيرات عبر مناخات مختلفة وعلى مر الزمن. من المتوقع أن تعزز النتائج من فهم المخاطر البيئية المرتبطة بالبلاستيك الزراعي وتوجه استراتيجيات إدارة المخاطر.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون كريات مصنوعة من أفلام التغطية المعاد تدويرها، وبشكل خاص البولي إيثيلين منخفض الكثافة التقليدي (PE) وخلائط نشا البولي بوتيلين أدبيات التيريفثاليت القابلة للتحلل (PBAT-BD)، لإنتاج الميكروبلاستيك (MPs) من خلال الطحن بالتبريد. كانت جزيئات الميكروبلاستيك الناتجة أقل من 1000 ميكرومتر، حيث كان 90% من جزيئات PE أقل من 677 ميكرومتر و458 ميكرومتر لـ PBAT. يتم الإشارة إلى معلومات مفصلة حول المواد الاختبارية وخصائصها في Hurley et al. (2024) وتوفيرها في المواد التكميلية.
شمل التصميم التجريبي دراسة حقلية عبر ثلاثة مواقع أوروبية متنوعة: يوكيوينن، فنلندا؛ بالقرب من بون، ألمانيا؛ وألكالا دي هيناريس، إسبانيا. كل موقع يحتوي على 25 قطعة (3.5 م × 4.5 م) مرتبة ضمن منطقة 51 م × 51 م، مفصولة بمناطق عازلة تبلغ 5.5 م. تم تنفيذ تصميم كتلة عشوائية مع خمسة معالجات: التحكم (بدون ميكروبلاستيك)، PE-منخفض، PE-مرتفع، PBAT-منخفض، وPBAT-مرتفع، تتوافق مع تركيزات اسمية تبلغ 0.005% و0.05% w/w. تم دمج الميكروبلاستيك في الطبقة العليا من التربة في بداية التجربة في ربيع 2022، مع إجراء تعديلات لاحقة بناءً على قياسات كثافة التربة. تم زراعة شعير المالط (Hordeum vulgare) في كلا موسمي النمو (2022 و2023)، وتم الحفاظ على الممارسات الزراعية القياسية طوال فترة الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات هامة بين المتغيرات المدروسة، والتي تم قياسها باستخدام طرق إحصائية. على سبيل المثال، كشفت التحليلات عن علاقة إيجابية قوية، تمثل كـ $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والتابعة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن المجموعة التجريبية أظهرت تحسنًا ملحوظًا مقارنة بمجموعة التحكم، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. علاوة على ذلك، تدعم البيانات الفرضية القائلة بأن التدخل يؤدي إلى تحسين مقاييس الأداء، كما يتضح من الزيادة في النتائج المقاسة. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة حول سؤال البحث وتؤكد فعالية المنهجية المقترحة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة من الورقة البحثية الضوء على التأثيرات المتغيرة لنوعين من الميكروبلاستيك (MPs)—البولي إيثيلين التقليدي (PE) وخلائط نشا البولي بوتيلين أدبيات التيريفثاليت القابلة للتحلل (PBAT)—على اللافقاريات في التربة عبر ثلاث مناطق مناخية متميزة. تم تحديد الإنشيترايد كمجموعة الأكثر حساسية، حيث أظهرت انخفاضات كبيرة في أعدادها استجابةً لتركيزات عالية من PE وتركيزات منخفضة من PBAT، لا سيما في فنلندا وإسبانيا. في المقابل، أظهرت ديدان الأرض، والعث، والقافزات، والديدان الخيطية استجابات أقل وضوحًا، حيث زادت بعض الأنواع حتى في الوفرة تحت بعض معالجات الميكروبلاستيك، مما يشير إلى إمكانية التحمل أو التكيف مع وجود الميكروبلاستيك.
تشير النتائج إلى أنه بينما كانت أعداد الإنشيترايد منخفضة بشكل ملحوظ، لا سيما في موسم النمو الأول، لم يتم ملاحظة علاقة واضحة بين الجرعة والاستجابة بالنسبة للمحللات في التربة. كما تلاحظ الدراسة أن النجاح التناسلي للإنشيترايد قد يتأثر أكثر بالميكروبلاستيك من الموت المباشر، وهو ما يتماشى مع نتائج المختبر التي تشير إلى انخفاض التكاثر عند التركيزات الأعلى. أظهرت أعداد ديدان الأرض زيادة في الكثافات في طبقات التربة الأعمق، مما قد يشير إلى استخدامها للمجتمعات الميكروبية المرتبطة بالميكروبلاستيك كمصدر غذائي. ومع ذلك، ظل الهيكل العام لمجتمع الديدان الخيطية والبروتست غير متأثر إلى حد كبير بمعالجات الميكروبلاستيك، مع بعض التغيرات المنسوبة إلى الظروف المناخية. تؤكد الدراسة على تعقيد تأثيرات الميكروبلاستيك على النظم البيئية في التربة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في العواقب البيئية طويلة الأمد لتلوث الميكروبلاستيك.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2026.106885
Publication Date: 2026-02-21
Author(s): Vili Saartama et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This research investigates the impact of microplastics (MPs), specifically low-density polyethylene (PE) and polybutylene adipate terephthalate starch-blend (PBAT), on soil invertebrate communities across agricultural fields in Finland, Germany, and Spain. The study highlights a significant decline in enchytraeid populations (over 50%) in soils treated with both types of MPs in Finland and Spain. While earthworms exposed to PBAT MPs showed slight increases in biomass and numbers in Finland and Germany, other groups, such as springtails and nematodes, exhibited varying responses, with declines noted in specific regions. The research underscores the necessity of considering local climatic and soil conditions when assessing the ecological risks posed by MPs.
The findings indicate that even low concentrations of MPs can disrupt soil invertebrate communities, which are crucial for soil health and ecosystem functioning. The mechanisms behind these effects may involve the toxicity of the MPs, their additives, or alterations to soil properties, although the precise pathways remain unclear due to the lack of direct measurements of MP concentrations in soil organisms. Given the role of soil decomposers in organic matter decomposition and nutrient cycling, the study emphasizes the potential for even minor shifts in community structure to influence agricultural productivity. This work lays the groundwork for future long-term studies to comprehensively evaluate the environmental impacts of MPs in agricultural settings.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the pervasive use of plastics in agriculture, which, due to environmental factors, can fragment into microplastics (MPs) that accumulate in agricultural soils. The rising levels of MPs, particularly in areas utilizing mulching films, pose significant ecological concerns, as these particles can adversely affect soil invertebrate communities that are crucial for maintaining soil health and ecosystem services. Biodegradable alternatives to conventional plastics have been developed, but their degradation in real-world conditions is often incomplete, leading to persistent residues that can further impact soil organisms.
The authors emphasize the need for field studies to better understand the ecological effects of MPs, as most existing research has been conducted under controlled laboratory conditions that do not accurately reflect the complexities of natural ecosystems. To address this gap, a two-year field experiment was conducted across three climate zones in Europe, examining the effects of MPs from commonly used mulching films on soil invertebrate and protist communities. The study aims to determine the impact of both conventional and biodegradable MPs at relevant concentrations, as well as to explore potential variations in effects across different climates and over time. The findings are expected to enhance understanding of the ecological risks associated with agricultural plastics and inform risk management strategies.
Methods
In this study, the researchers utilized pellets made from recycled mulching films, specifically conventional linear low-density polyethylene (PE) and biodegradable polybutylene adipate terephthalate starch-blend (PBAT-BD), to produce microplastics (MPs) through cryomilling. The resulting MP particles measured less than 1000 μm, with 90% of the PE particles being below 677 μm and 458 μm for PBAT. Detailed information regarding the test materials and their properties is referenced in Hurley et al. (2024) and provided in Supplementary Material.
The experimental design involved a field plot study across three diverse European locations: Jokioinen, Finland; near Bonn, Germany; and Alcalá de Henares, Spain. Each site featured 25 plots (3.5 m × 4.5 m) arranged within a 51 m × 51 m area, separated by 5.5 m buffer zones. A randomized block design was implemented with five treatments: control (no MPs), PE-low, PE-high, PBAT-low, and PBAT-high, corresponding to nominal concentrations of 0.005% and 0.05% w/w. The MPs were incorporated into the topsoil at the start of the experiment in spring 2022, with subsequent adjustments made based on measured soil bulk densities. Malt barley (Hordeum vulgare) was sown in both growing seasons (2022 and 2023), and standard agricultural practices were maintained throughout the study.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, which were quantified using statistical methods. For instance, the analysis revealed a strong positive correlation, represented as $r = 0.85$, indicating a robust relationship between the independent and dependent variables.
Additionally, the results demonstrate that the experimental group exhibited a marked improvement compared to the control group, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Furthermore, the data supports the hypothesis that the intervention leads to enhanced performance metrics, as evidenced by the increase in the measured outcomes. Overall, these findings contribute valuable insights into the research question and underscore the efficacy of the proposed methodology.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the variable effects of two types of microplastics (MPs)—conventional polyethylene (PE) and biodegradable starch-based polybutylene adipate terephthalate (PBAT)—on soil invertebrates across three distinct climate zones. Enchytraeids were identified as the most sensitive group, exhibiting significant population declines in response to high concentrations of PE and low concentrations of PBAT, particularly in Finland and Spain. In contrast, earthworms, mites, springtails, and nematodes showed less pronounced responses, with some species even increasing in abundance under certain MP treatments, suggesting potential resilience or adaptation to the presence of MPs.
The findings indicate that while enchytraeid numbers were notably reduced, particularly in the first growing season, no clear dose-response relationship was observed for soil decomposers. The study also notes that the reproductive success of enchytraeids may be more affected by MPs than direct mortality, which aligns with laboratory findings of decreased reproduction at higher concentrations. Earthworm populations displayed increased densities in deeper soil layers, potentially utilizing microbial communities associated with MPs as a food source. However, the overall community structure of nematodes and protists remained largely unaffected by MP treatments, with some variations attributed to climatic conditions. The research underscores the complexity of MP impacts on soil ecosystems, emphasizing the need for further investigation into the long-term ecological consequences of MP contamination.