Скорость разложения сигаретных фильтров зависит от климата, активности почвенных организмов и типа экосистемы. Даже через три года они сохраняют около 80% первоначальной массы в тундре и северной тайге, а в смешанных и широколиственных лесах разрушаются значительно быстрее. К такому выводу пришли ученые, исследовавшие деструкцию окурков в различных природно-климатических зонах.
Международная лаборатория ландшафтной экологии факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ провела семинар «Являются ли отходы табачных изделий биоразлагаемыми? Или почему стоит бросить курить». С докладом выступил старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, руководитель Центра коллективного пользования «Инструментальные методы в экологии» Даниил Коробушкин. По его словам, ежегодно в мире выбрасывается почти 2,5 млрд тонн табачных отходов, или около пяти тонн в секунду. Это самый распространенный в мире вид отходов, который оказывается вне специализированных мест сбора.
Докладчик пояснил, что фильтры современных сигарет состоят из оберточной бумаги и ацетилцеллюлозы, причем последняя разлагается крайне медленно. Скорость деструкции фильтра существенно различается в зависимости от природно-климатической зоны. Кроме того, после курения в фильтрах сохраняется значительное количество вредных веществ. Известно, что в водной среде они вызывают гибель дафний и негативно влияют на моллюсков, однако их воздействие на почвенные организмы до сих пор практически не изучено.
Даниил Коробушкин также рассказал о роли почвенных организмов. Бактерии, грибы и почвенные беспозвоночные животные (например, дождевые черви, мокрицы и коллемболы) обеспечивают переработку мертвого органического вещества — листового опада, останков животных и других органических остатков. Поэтому именно они должны играть важную роль и в процессе деструкции табачных отходов.
В рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (грант № 25-24-00639), ученые ИПЭЭ РАН стремились изучить роль различных организмов — от микроскопических грибов и бактерий до крупных почвенных беспозвоночных — в разрушении окурков. Одновременно исследователей интересовало возможное негативное влияние отходов табачных изделий на почвенные сапротрофные организмы, питающиеся мертвым органическим веществом. Главной целью работы стало выявление различий в скорости деструкции окурков в разных природно-климатических зонах.
Для этого ученые провели эксперимент с обычными и биофильтрами. В качестве обычных фильтров использовали сигареты одной из самых продаваемых в России марок — «Winston», а в качестве образца с биофильтром — сигареты марки «21 Век» с угольными вставками. Эксперимент был заложен по широтному градиенту — от тундры до опустыненных степей и тропических экосистем. Однако в тропической зоне (на базе тропического центра ИПЭЭ РАН во Вьетнаме) окурки быстро разрушили термиты, а оставшиеся образцы были смыты сезонными дождями.
Исследование показало, что в северных и южных широтах фильтры разрушались слабо: даже спустя три года окурки сохраняли около 80% первоначальной массы. В то же время в южной тайге, смешанных и широколиственных лесах масса отходов уменьшалась значительно — потери достигали 70% от первоначальной массы. Эти результаты были подтверждены методом инфракрасной спектроскопии, которая зафиксировала процесс деацетилирования ацетата целлюлозы, а также появление спектра хитозана, свидетельствующего о биообрастании фильтров.
Снимки, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, подтвердили интенсивное заселение фильтров микромицетами. Мицелий грибов прорастал между волокнами фильтра и проникал внутрь них, постепенно разрушая материал. Одновременно на поверхности фильтров активно развивались бактерии, также участвовавшие в процессе их разложения.
Биофильтры в целом теряли массу быстрее обычных. После разрушения бумажной оболочки угольная часть фильтра заселялась грибами активнее, чем ацетилцеллюлоза, нередко выпадала и постепенно смешивалась с почвой.
Однако даже биофильтры в северных широтах — в тундре и северной тайге — практически не разрушались и сохранялись почти в неизменном состоянии.
Даниил Коробушкин пояснил, что скорость потери массы фильтра напрямую зависит от активности микроорганизмов и климатических условий. В аридных и северных экосистемах, в частности в опустыненных степях Калмыкии с засушливым климатом и небольшим количеством осадков, а также в тундрах Кольского полуострова с низкими среднегодовыми температурами и в целом невысокой биологической активностью почв, деструкция происходит значительно медленнее, чем в условиях умеренного климата.
Ученые предположили, что первыми к переработке фильтров приступают микроскопические грибы — микромицеты. Чтобы проверить эту гипотезу, контейнеры с окурками разместили в различных биотопах на биостанции «Глубокое озеро» в Рузском районе Московской области: в смешанном лесу, на лугу, болоте, в пойме озера и на дне озера. Уже через два месяца после начала эксперимента в фильтрах и на их поверхности было обнаружено более 30 видов микромицетов.
Пять наиболее часто встречавшихся видов — Cladosporium cladosporioides, Fusarium avenaceum, Mucor circinelloides, Penicillium brasilianumиCunninghamellasp. — были выделены в культуру. Затем ими заселили стерильные фильтры без субстрата и питательной среды, чтобы оценить способность грибов колонизировать отходы без дополнительного источника питания. Выяснилось, что два вида — M. circinelloidesиF. avenaceum — способны заселять фильтры в таких условиях, тогда как C. cladosporioides развивался только при наличии дополнительного источника питания, которым могли служить глюкоза или оберточная бумага фильтра.
Еще одной задачей исследования стало изучение роли дождевых червей в процессе переработки сигаретных фильтров. Для этого в микрокосмы с почвой и дождевыми червями помещали использованные после курения и невыкуренные фильтры. По завершении эксперимента ученые оценивали изменение массы фильтров и выживаемость червей.
Исследование показало, что наличие фильтров — независимо от того, были они использованы или нет, — не влияло на выживаемость дождевых червей. Вместе с тем присутствие червей ускоряло разрушение окурков: их масса снижалась в среднем на 15% быстрее по сравнению с контролем. Основной вклад в этот процесс вносило потребление червями оберточной бумаги, которая составляет около 25–30% массы фильтра. Согласно литературным данным, без участия дождевых червей аналогичный эффект достигается лишь спустя 360–720 дней.
Подводя итоги, Даниил Коробушкин отметил, что в ходе экспериментов не было выявлено негативного токсикологического воздействия сигаретных фильтров на почву и почвенные организмы, включая беспозвоночных животных. Более того, в естественных условиях некоторые почвенные беспозвоночные и их личинки даже заселяли фильтры.
Тем не менее, подчеркнул докладчик, выбрасывать окурки на землю не следует. Несмотря на постепенное разрушение оберточной бумаги, ацетилцеллюлоза разлагается крайне медленно и может сохраняться в природной среде на протяжении многих лет. Скорость деструкции окурков определяется типом почвы, ее биологической активностью и физико-географическими условиями. Так, в тундре, северной тайге и полупустынях окурки сохраняются значительно дольше, чем, например, в смешанных и широколиственных лесах.
По словам ученого, окончательные результаты оценки скорости деструкции табачных отходов в различных климатических условиях будут получены не ранее чем через шесть лет после начала эксперимента.
В условиях холодного и засушливого климата большое количество окурков действительно может стать причиной длительного загрязнения территории, отметил Даниил Коробушкин.
В обсуждении доклада приняли участие заведующий Международной лабораторией ландшафтной экологии НИУ ВШЭ Роберт Сандлерский и научный сотрудник лаборатории Иван Котлов.
