Biologisch abbaubare Mikroplastikpartikel in Böden können zu einem verstärkten Anstieg der CO2-Emissionen in die Erdatmosphäre führen. Das zeigt eine interdisziplinäre Studie, die in veröffentlicht wurde Angewandte Bodenökologie vom Sonderforschungsbereich 1357 „Mikroplastik“ an der Universität Bayreuth. Experten für Bodenökologie und ökologische Mikrobiologie vergleichen in dieser Studie erstmals systematisch die Wirkung eines konventionellen und eines biologisch abbaubaren Kunststoffs in verschiedenen Böden. Auch die Auswirkungen auf die mikrobielle Biomasse in den Böden, insbesondere auf Bakterien und Pilze, werden analysiert.
Die Bayreuther Wissenschaftler haben für ihre Studie zwei Kunststoffe ausgewählt: LDPE (Low Density Polyethylene) ist ein herkömmlicher, biologisch nicht abbaubarer Kunststoff, der seit Jahrzehnten in der chemischen Industrie verwendet wird. PBAT (Polybutylenadipatterephthalat) hingegen ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der beispielsweise für Lebensmittelverpackungen, Bioabfallbeutel und Mulchfolien verwendet wird.
Dabei wurden Partikel aus drei verschiedenen Größenbereichen (50 bis 200 Mikrometer, 200 bis 500 Mikrometer und 0,63 bis 1,2 Millimeter) in unterschiedlichen Konzentrationen einem sandigen Lehmboden einerseits und einem lehmigen Boden andererseits zugesetzt. Über einen Zeitraum von vier Wochen haben die Wissenschaftler die aus den Böden freigesetzten CO2-Mengen gemessen.
Im Verlauf der Untersuchung wurde kein Einfluss von LDPE auf die CO2-Emissionen des Bodens festgestellt. Im Gegensatz dazu sind die Wirkungen von PBAT signifikant.
„Je kleiner die biologisch abbaubaren Mikroplastikpartikel sind und je höher ihre Konzentration im Boden ist, desto mehr CO2 entweicht aus dem Boden in die Erdatmosphäre. Wir beobachten je nach Größe der Partikel einen Anstieg der CO2-Emissionen um 13 bis 57 Prozent Konzentration im Boden und den Bodeneigenschaften. Sandige Lehmböden setzten mehr CO2 frei als reine Lehmböden“, berichtet die Erstautorin der Studie, Adina Rauscher, Masterstudentin aus Bayreuth.
Wie das Bayreuther Forscherteam herausfand, geht die Zunahme der CO2-Emissionen mit der Zunahme der mikrobiellen Biomasse einher: Gelangen kleine, biologisch abbaubare PBAT-Partikel in hohen Konzentrationen in den Boden, steigt die Menge an Bakterien und Pilzen, die den Großteil ausmachen die mikrobielle Biomasse nimmt hier zu.
Dabei kann sich auch die biologische Zusammensetzung der Biomasse ändern.
„Das Wachstum von Biomasse wird maßgeblich dadurch verursacht, dass Mikroorganismen im Boden die Mikroplastikpartikel nach und nach zersetzen und sich von den dabei entstehenden Zersetzungsprodukten ernähren. Die CO2-Emissionen stehen in engem Zusammenhang mit diesen Prozessen. Das belegen die Unterschiede zwischen reinen Lehmböden und sandigen Lehmböden. In sandigen Lehmböden sind Mikroplastikpartikel viel besser für Mikroorganismen zugänglich und werden daher schneller abgebaut. Dabei wird umso mehr CO2 freigesetzt“, erklärt Co-Autorin Dr. Nele Meyer, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Boden Forschungsgruppe Ökologie an der Universität Bayreuth.
„Der weltweite Eintrag von Kunststoffen in Böden gibt Anlass zur Sorge. Wir wissen noch zu wenig darüber, welche Folgen dies für Mikroorganismen und terrestrische Ökosysteme hat. Unsere Studie liefert dazu wichtige Hinweise. Unsere Forschungsergebnisse zu Emissionen des Treibhausgases CO2 zeigen dass hohe Konzentrationen von Mikroplastikpartikeln in Böden sogar langfristig das Klima beeinflussen könnten. Ausgerechnet die biologisch abbaubaren Partikel haben sich in unserer Studie in dieser Hinsicht als problematisch herausgestellt“, sagt Prof. Dr. Eva Lehndorff , Lehrstuhl für Bodenökologie an der Universität Bayreuth.
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Adina Rauscher et al, Biologisch abbaubares Mikroplastik erhöht die CO2-Emissionen und verändert die mikrobielle Biomasse und die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft in verschiedenen Bodenarten, Angewandte Bodenökologie (2022). DOI: 10.1016/j.apsoil.2022.104714