Введение к работе
Актуальность темы. За последнее десятилетие спрос
на синтетические полимерные материалы на мировом рынке увеличился более чем на порядок. Емкость российского рынка пластмассовых изделий составила в 2008 г. 4.1 млн. т, а объём производства полиуретана
по аналитическим прогнозам в 2010 г. может составить от 300 до 500 тыс. т.
Такой прогноз вызывает обоснованную тревогу, так как человечество пока не пришло к однозначному решению вопроса: как утилизировать
и перерабатывать полимерные отходы, не причиняя вреда окружающей природной среде.
Стоимость полимерных материалов достаточна высока, поэтому полимерные отходы рассматриваются сейчас как ценные синтетические продукты, подлежащие материальному рециклингу, то есть переработка
с получением исходных полимеров, наполнителей, армирующих элементов, мономеров, других химических соединений.
Перспективным на сегодняшний день считается создание смесевых композитов на основе синтетического полимера, в объём которого включен природный полимер или отходы сельскохозяйственной и пищевой промышленности.
Создатели этих новых биоразлагаемых полимеров не прогнозируют картину разрушения оставшейся, после биодеструкции природной составляющей композита, синтетической матрицы в результате
её компостирования. Нет чёткого представления о динамике разрушения синтетического полимера микроорганизмами-биодеструкторами в условиях природной среды. Кроме того, отсутствует экологическая оценка влияния полимеров на почвенные биоценозы. Биотическая концепция экологического контроля базируется на фундаментальных трудах С. С. Шварца (1980),
Г. В. Добровольского (1986), Д. Г. Звягинцева (1987) и др. В результате техногенного изменения биоценозов микробиота сама становится фактором риска для здоровья населения. К числу безусловных факторов риска можно отнести биологические факторы аллергизации человека.
В этой связи исследование процессов биодеструкции полиуретана в условиях природной среды приобретает особую актуальность.
Цель работы. Оценка интенсивности биодеструкции синтетического полимера на примере полиуретана в почве и целесообразности его утилизации путем компостирования с точки зрения экологической безопасности.
Задачи исследования.
-
Исследовать механизм биоповреждения полиуретана почвенными микроорганизмами.
-
Изучить динамику видового состава микроорганизмов в процессе инкубации полимера в почвах различного зонального ряда; определить доминирующие виды почвенных микроорганизмов, развивающихся на поверхности полиуретана.
-
Исследовать факторы патогенности микробиоты, выделенной
с поверхности полимера. -
Провести оценку экологической безопасности утилизации полиуретана путём его компостирования.
Научная новизна работы. Впервые проведены исследования биодеградации полиуретанов линейного и трёхмерного строения в почвах различного зонального ряда.
Установлена более высокая степень разложения полиуретанов линейного строения за счёт распада гидролитически нестойких связей
в полимере.
Впервые представлена характеристика микробных сообществ почв (более 100 видов) различного зонального ряда и установлено изменение структурно-фунциональной организации микробных сообществ в почвах
в результате компостирования полимеров.
Идентифицированы микроорганизмы, участвующие в процессе обрастания и биоповреждения полиуретанов.
Практическая значимость и реализация результатов работы. На основании проведённых исследований доказано, что исследование процесса утилизации полиуретанов путём компостирования невозможно без понимания роли почвенных микроорганизмов в этих процессах. Показана нецелесообразность этого способа утилизации с точки зрения экологической безопасности.
Теоретические разработки и практические рекомендации исследо-вания используются в учебном процессе кафедр: микробиологии, гигиены, эпидемиологии и в научных исследованиях Ботанического института
им. В.Л. Комарова, НИИЦ (МБЗ) ГНИИИ ВМ МОРФ. Работа выполнена
в соответствии с тематическими планами научно - исследовательской работы ГВМУ МО РФ: «Исследование проблем экологической безопасности ВС РФ в мирное и военное время» 2. 07. 104. п. 7 «Антиквар».
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены
на пятом Всероссийском конгрессе по медицинской микологии (Москва, 2007), на втором съезде микологов России (Москва, 2008),
на междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2009),
на заседании Микробиологического общества института им. Пастера
(СПб, 2009).
Личное участие автора в получении научных результатов. Личный вклад автора состоит в постановке и проведении экспериментов, статистической обработке полученных данных, их интерпретации
и обобщении.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ,
из них 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена
на 135 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, включает 16 таблиц и 37 рисунка. Список цитируемой литературы насчитывает 136 наименований, из которых
52 - на иностранных языках.
Положения, выносимые на защиту:
-
Полной биодеструкции полиуретана линейного и трёхмерного строения не происходит независимо от зональности почв.
-
Компостирование полимера в почвах приводит к структурному изменению микробных сообществ, доминированию видов с выраженными фитотоксическими свойствами и представляющими риск для здоровья людей.
-
Компостирование полиуретана нецелесообразно в виду его низкой деструкционной активности и возникновения риска формирования устойчивого источника инфекций.
Благодарности. Выражаю глубокую признательность своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору Анне Владимировне Зачиняевой. Благодарю профессора кафедры техносферной
и экологической безопасности ПГУПС, доктора химических наук Ярослава Васильевича Зачиняева за консультации, ценные советы и поддержку. Благодарю заведующую лабораторией биохимии почв биолого-почвенного факультета СПбГУ, к.с-х.н. Марину Алексеевну Надпорожскую, старшего научного сотрудника лаборатории систематики и географии грибов Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (БИН РАН), к.б.н. Елену Валентиновну Лебедеву за замечания и рекомендации. Большое спасибо родным и близким за всестороннюю помощь и моральную поддержку.
