В последние десятилетия быстро растущее мировое производство пластмасс и неправильная утилизация и отсутствие переработки пластиковых отходов привели к загрязнению окружающей среды, которое повлияло на морские и наземные экосистемы ^1,2,3. Пластиковые материалы необходимы для современного сельского хозяйства, особенно для выращивания овощей, мелких фруктов и других специальных культур. Их использование в качестве мульчирующих пленок, высоких и низких туннельных покрытий, капельной ленты и других применений направлено на повышение урожайности и качества сельскохозяйственных культур, снижение производственных затрат и продвижение устойчивых методов ведения сельского хозяйства ^4,5. Тем не менее, расширение использования «пластикультуры» вызвало обеспокоенность по поводу формирования, распределения и удержания пластиковых деталей в сельскохозяйственных условиях. После непрерывного процесса фрагментации, вызванного охрупчиванием в результате деградации окружающей среды в течение срока службы, более крупные пластиковые фрагменты образуют микро- и нанопластики (МНП), которые сохраняются в почве или мигрируют в соседние водные пути через водный сток и ветер ^6,7,8. Факторы окружающей среды, такие как ультрафиолетовое (УФ) излучение через солнечный свет, механические силы воды и биологические факторы, вызывают пластическое охрупчивание экологически дисперсных пластмасс, что приводит к распаду более крупных пластиковых фрагментов на макро- или мезопластические частицы ^9,10. Дальнейшая дефрагментация образует микропластики (МП) и нанопластики (НП), отражающие частицы среднего размера (номинального диаметра; г) 1-5000 мкм и 1-1000 нм соответственно¹¹. Однако верхний предел d_p для НП (т.е. нижний предел для депутатов) не согласован повсеместно, и в нескольких статьях он указан как 100 нм¹².

НМП из пластиковых отходов представляют собой возникающую глобальную угрозу для здоровья почв и экосистемных услуг. Адсорбция тяжелых металлов из пресной воды депутатами привела к 800-кратному повышению концентрации тяжелых металлов по сравнению с окружающей средой¹³. Кроме того, депутаты в водных экосистемах создают многочисленные стрессоры и загрязняющие вещества, изменяя проникновение света, вызывая истощение кислорода и вызывая адгезию к различной биоте, включая проникновение и накопление в водных организмах¹⁴.

Недавние исследования показывают, что ПНП могут влиять на геохимию и биоту почвы, включая микробные сообщества и растения 15,16,17. Кроме того, НП угрожают продовольственной сети 17,18,19,20. Поскольку МНП легко подвергаются вертикальному и горизонтальному переносу в почве, они могут переносить поглощенные загрязняющие вещества, такие как пестициды, пластификаторы и микроорганизмы, через почву в грунтовые воды или водные экосистемы, такие как реки и ручьи ^21,22,23,24. Обычные сельскохозяйственные пластмассы, такие как мульчирующие пленки, изготавливаются из полиэтилена, который должен быть удален с поля после использования и утилизирован на свалках. Однако неполное удаление приводит к значительному накоплению пластикового мусора в почвах ^9,25,26. В качестве альтернативы, почвенно-биоразлагаемые пластиковые мульчи (BDM) предназначены для обработки в почве после использования, где они будут разлагаться с течением времени. Тем не менее, BDM временно сохраняются в почве и постепенно деградируют и фрагментируются на депутатов и НП ^9,27.

Во многих современных экологических экотоксикологических исследованиях и исследованиях судьбы используются идеализированные и нерепрезентативные материалы модели депутатов и НП. Наиболее часто используемыми суррогатными МНП являются монодисперсные полистирольные микро- или наносферы, которые не отражают фактические МНП, проживающие в окружающей ^{среде 12,28}. Следовательно, выбор непредставительных депутатов и НП может привести к неточным измерениям и результатам. Основываясь на отсутствии соответствующих модельных ΜNP для наземных экологических исследований, авторы были мотивированы на подготовку таких моделей из сельскохозяйственных пластмасс. Ранее мы сообщали о формировании ПНД из БДМ и полиэтиленовых гранул путем механического измельчения и измельчения пластиковых гранул и пленочных материалов, а также о размерных и молекулярных характеристиках МНП²⁹. В настоящем документе содержится более подробный протокол подготовки ПМН, который может быть применен более широко ко всем сельскохозяйственным пластмассам, таким как мульчирующие пленки или их гранулированное сырье (рисунок 1). Здесь, в качестве примера, мы выбрали мульчировочную пленку и сферические гранулы биоразлагаемого полимерного полибутилендипаттерефталата (ПБАТ) для представления сельскохозяйственных пластмасс.