Effects of Polypropylene Microplastics and Aging Time on Nitrogen and Phosphorus Dynamics and Enzyme Activities in Soil

إن التربة تحت أقدامنا هي محرك حي يتنفس، يدفع نمو الغذاء الذي نأكله. فهي ليست مجرد تراب، بل هي شبكة معقدة حيث تقوم كائنات دقيقة بتفكيك المواد الميتة وإطلاق العناصر الغذائية الأساسية مثل النيتروجين والفسفور، مما يجعلها متاحة لجذور النباتات. تعمل هذه العناصر الغذائية كوقود للحياة، وتعتمد قدرة التربة على تدويرها بشكل كبير على نشاط الإنزيمات الطبيعية، التي تعمل تماماً مثل الأدوات المتخصصة التي تسرع التفاعلات الكيميائية. ومع ذلك، يتعرض هذا النظام الدقيق لضغوط متزايدة من النشاط البشري، وتحديداً تراكم النفايات البلاستيكية. وبينما تم إيلاء اهتمام كبير للبلاستيك في المحيطات، فإن كمية متزايدة من هذه المواد ينتهي بها المطاف في الحقول الزراعية، وغالباً ما تتفكك إلى قطع مجهرية تُعرف باللدائن الدقيقة (الميكروبلاستيك). هذه الجزيئات الصغيرة، التي يكون بعضها أصغر من حبة الرمل، تستمر في البيئة لقرون، مما يطرح سؤالاً حرجاً للعلماء: مع استقرار هذه الملوثات غير المرئية في الأرض، كيف تغير الكيمياء الأساسية التي تعيل محاصيلنا وأنظمتنا البيئية؟

وللإجابة على ذلك، شرع باحثون في جامعة آنهوي للعلوم والتكنولوجيا في مراقبة كيفية تفاعل نوع معين من البلاستيك، وهو البولي بروبيلين، مع التربة بمرور الوقت. البولي بروبيلين هو بوليمر شائع يوجد في العديد من الأشياء اليومية، وفي سياق الزراعة، غالباً ما يدخل التربة من خلال تحلل أغشية التغطية البلاستيكية المستخدمة لتغطية المحاصيل. جمع الفريق تربة من حقل تجريبي ووضعها في حاويات محكومة لمحاكاة سيناريوهات مختلفة من العالم الحقيقي. قاموا بإدخال كميات متفاوتة من الميكروبلاستيك المكون من البولي بروبيلين، فأنشأوا مجموعات تحتوي على بلاستيك منعدم، وتركيز منخفض بنسبة خمسة بالمائة، وتركيز عالٍ بنسبة عشرة بالمائة. والأهم من ذلك، أنهم لم يكتفوا بالنظر إلى لحظة زمنية واحدة؛ بل راقبوا عينات التربة هذه على مدار خمسة وأربعين يوماً، وفحصوا حالتها في فترات زمنية قدرها سبعة، وخمسة عشر، وخمسة وعشرون، وخمسة وثلاثون، وخمسة وأربعون يوماً. سمح هذا النهج لهم ليس فقط بمعرفة ما إذا كان البلاستيك قد تسبب في تغييرات، بل بكيفية تطور تلك التغييرات مع تقادم البلاستيك داخل بيئة التربة.

كشفت النتائج عن نمط واضح ومقلق حيث كان الوقت هو القوة الأكثر تأثيراً في تشكيل صحة التربة. فمع مرور الأيام، بدأ وجود الميكروبلاستيك في تعطيل التوازن الطبيعي للتربة. وجد الباحثون أن كمية الفسفور المتاحة، وهو عنصر غذائي رئيسي يحتاجه النبات للنمو، انخفضت بشكل كبير في التربة التي تحتوي على البلاستيك مقارنة بالتربة الضابطة النظيفة. حدث هذا الانخفاض بغض النظر عما إذا كان تركيز البلاستيك منخفضاً أم عالياً، مما يشير إلى أن حتى كمية صغيرة من التلوث يمكن أن تؤدي إلى فقدان الخصوبة. وفي الوقت نفسه، تم تثبيط نشاط العديد من إنزيمات التربة الحيوية، المسؤولة عن تفكيك العناصر الغذائية وحماية التربة. وتحديداً، أصبحت الإنزيمات التي تساعد في إدارة النيتروجين والفسفور، وكذلك تلك التي تعمل كمضادات للأكسدة لحماية خلايا التربة، أقل نشاطاً. وقد أصبح هذا التثبيط أكثر وضوحاً كلما بقيت المادة البلاستيكية لفترة أطول في التربة، مما يشير إلى أن الضرر يتراكم بدلاً من أن يظل ثابتاً.

بينما قلل البلاستيك من بعض العناصر الغذائية، فقد تسبب في تراكم عناصر أخرى بطريقة تشير إلى حدوث خلل في دورة النيتروجين الطبيعية. أظهرت الدراسة زيادة كبيرة في نيتروجين النتريت، وهو شكل من أشكال النيتروجين الذي يمكن أن يكون ضاراً إذا زاد عن حده، بينما تذبذبت مستويات أشكال النيتروجين الأخرى اعتماداً على تركيز البلاستيك. لاحظ الباحثون أن التركيز العالي من البلاستيك يميل إلى تثبيط تحويل الأمونيوم، وهو شكل أساسي من أشكال النيتروجين، بقوة أكبر من التركيز المنخفض. يشير هذا إلى أنه مع ارتفاع تركيز البلاستيك، فقد يعيق قدرة التربة على معالجة النيتروجين بكفاءة، مما يؤدي إلى اختلال في التوازن. أشارت البيانات إلى أن البلاستيك لم يكتفِ بالجلوس سلبياً في التربة؛ بل قام بتغيير البيئة الكيميائية بنشاط، ربما من خلال تغيير كيفية حركة الهواء والماء عبر التربة أو من خلال التدخل في الحياة المجهرية التي تقود هذه العمليات الكيميائية.

ولعل الاكتشاف الأكثر أهمية هو أن مرور الوقت كان المحرك الرئيسي لهذه الآثار السلبية، وليس مجرد كمية البلاستيك المضافة. أظهرت الدراسة أنه كلما طالت مدة وجود الميكروبلاستيك، أصبح التراجع في توافر العناصر الغذائية ووظيفة الإنزيمات أكثر حدة. استخدم الباحثون نماذج إحصائية متقدمة لتتبع الروابط بين هذه العوامل ووجدوا أن تراكم نيتروجين النتريت كان حلقة وصل رئيسية في سلسلة الأحداث. بدا أن البلاستيك يضر بالآليات البيولوجية للتربة بشكل غير مباشر عن طريق تغيير التركيب الكيميائي للتربة أولاً، وتحديداً من خلال زيادة مستويات النتريت، مما أدى بدوره إلى انخفاض نشاط الإنزيمات. وهذا يعني أن تأثير البلاستيك ليس حدثاً واحداً، بل هو تدهور تدريجي للأنظمة الداخلية للتربة.

في نهاية المطاف، ترسم هذه الأبحاث صورة لتهديد بطيء وتراكمي للأراضي الزراعية. وتخلص الدراسة إلى أنه بينما قد يبدو التأثير المباشر لإضافة ميكروبلاستيك البولي بروبيلين طفيفاً، فإن العواقب طويلة المدى تكون جسيمة. إن قدرة التربة على تدوير العناصر الغذائية والحفاظ على صحتها البيولوجية تتعرض للخطر مع تقادم البلاستيك، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات الفسفور الأساسية واضطراب في معالجة النيتروجين. وتشير النتائج إلى أن وجود هذه الجزيئات المستمرة يغير بيئة التربة بشكل جذري، مما يجعلها أقل قدرة على دعم نمو النباتات الصحي بمرور الوقت. ومع استمرار تراكم هذه اللدائن الدقيقة في الحقول حول العالم، فإن التآكل البطيء لخصوبة التربة والوظيفة البيولوجية الذي تسببه قد يشكل تحدياً كبيراً لمستقبل الزراعة، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى فهم وتخفيف الإرث طويل الأمد للبلاستيك في موردنا الطبيعي الأكثر حيوية.