Fig. 1:Vägar och källor för mikro- och nanoplaster (MNP) och organiska föroreningar i jordbruksmark. Atmosfärisk ingång, Däckslitage, och vanliga jordbruksmetoder som applicering av kompost, biosolider från reningsverk för avloppsvatten, eller mulching introducerar MNP och organiska föroreningar i jorden. Fysisk och kemisk nedbrytning av plast, t.ex., genom UV-bestrålning orsakar deras fragmentering till MNP. Bioturbation, bearbetning eller preferentiella flödesvägar förbättrar vertikal transport av MNP. en MNP som innehåller organiska föroreningar misstänks kunna flytta dem vertikalt mot grundvattenytan. b Om föroreningar är i jämvikt, MNP förbättrar inte omlokalisering av föroreningar; c om transporten är frikopplad, ingen signifikant desorption av föroreningar sker under transport och MNP underlättar som vektor deras omlokalisering. Att upprätta jämvikt mellan föroreningar med plast och alla jordfaser går snabbare för mindre MNP än för större MNP. Kredit:DOI:10.1038/s43247-021-00267-8
Inom jordbruket, stora mängder nano- och mikroplast hamnar i jorden genom kompost, avloppsslam och användning av kompostfolier. Plastpartiklarna bär alltid med sig olika föroreningar. Dock, de transporterar dem inte till grundvattnet, som man ofta antar. Miljögeoforskare ledda av Thilo Hofmann har nu fastställt att plastpartiklarna släpper ut föroreningarna i de övre jordlagren:de förorenar i allmänhet inte grundvattnet, men har en negativ effekt på markmikrober och grödor. Studien från universitetet i Wien visas i Nature Communications Jord &Miljö .
Föroreningar kommer in i jordbruksmark med plastpartiklar
Avloppsvatten och floder för ut mikroplast i haven. Vinden distribuerar partiklarna till de mest avlägsna delarna av jorden. Dock, Jordbruket i sig spelar en mycket större roll i plastföroreningen av jordbruksmark:gödselmedel som kompostgödsel eller avloppsslam och resterna av jordbruksfolier bär stora mängder plastpartiklar, så kallade makro-, mikro-, och nanoplast, på jordbruksmark. Enligt nuvarande uppskattningar, till exempel, med varje kilo avloppsslam, upp till 300, 000 plastpartiklar hamnar på jordbruksmarker — och med dem föroreningar. "Plast innehåller alltid så kallade tillsatser. Dessa tillsatser säkerställer vissa egenskaper, hållbarhet eller till och med färgen på en polymer. Dessutom, föroreningar som bekämpningsmedel eller läkemedelsrester kan adsorberas till plastpartiklarna, " förklarar Stephanie Castan, huvudförfattare till studien och Ph.D. student vid Center for Microbiology and Environmental Systems Science (CMESS) vid Wiens universitet.
Vanligt antagande att mikroplaster transporterar föroreningar till grundvattnet utmanas
"Plastpartiklarna släpper så småningom ut dessa föroreningar i miljön. Vi var intresserade av när exakt de gör det, " tillägger Castan. Forskargruppen granskade det vanliga antagandet att plastpartiklarna kunde transportera föroreningarna hela vägen till grundvattnet - och de kom till en tydlig slutsats:"Våra beräkningar visar att de i allmänhet inte gör det, säger Thilo Hofmann, chef för studie- och forskargruppen. "Föroreningarna stannar kvar i de övre lagren av jordbruksmarken eftersom de redan släpps ut där av polymererna."
Beräkning av transport- och desorptionstid för olika scenarier
Huruvida föroreningar kan migrera till grundvattnet med hjälp av mikro- och nanoplast beror på om transporten av plastpartiklarna genom jordlagren är snabbare än utsläppet (desorptionen) av föroreningarna från dessa partiklar. För studien, forskarna fokuserade därför på dessa två nyckeltal – transporttiden och desorptionstiden – och beräknade det så kallade Damköhlertalet:Damköhlertalet uttrycker förhållandet mellan de två nyckeltalen. "För att kunna göra tydliga uttalanden om under vilka förutsättningar plastpartiklar faktiskt fungerar som transportlättare för föroreningar, vi beräknade Damköhler-talet för två extrema miljöer - den vanliga jordbruksjorden och en mer sprucken stenig jord, " rapporterar Charlotte Henkel, medförsta författare till studien. "Vi tog också hänsyn till olika egenskaper hos plaster och föroreningar."
Data visar att plastpartiklar inte ökar rörligheten för föroreningar
Att jämföra de beräknade scenarierna med uppmätta data från litteraturen, forskarna fann inga bevis för att nano- och mikroplaster är betydande bärare av föroreningar. "Det faktum att plastpartiklar ökar rörligheten för föroreningar i marken är bara rimligt för mycket specifika polymerer och specifika markförhållanden, till exempel när jordar torkas ut och sköljs ut av kraftigt regn, " förklarar Thorsten Hüffer, miljökemist och medförfattare till studien. Förorening av grundvatten på detta sätt är därför osannolik, han säger. "Dock, vi säger inte på något sätt att nano- och mikroplaster i jordbruksmark är ofarliga, " betonar Thilo Hofmann, WHO, som chef för forskningsplattformen PLENTY och miljöforskningsnätverket vid universitetet i Wien, främjar tvärvetenskaplig forskning om plast i miljön. "Snarare, vi visar var det verkliga problemet med dessa föroreningar bundna till plastpartiklar ligger:de hamnar inte i grundvattnet, men i de övre jordlagren. Här, de kan potentiellt tas upp av grödor och mikroorganismer och sedan även komma in i vår mat."
Uppföljningsstudie för att klargöra om växter tar upp föroreningar från marken
Studien ger alltså goda nyheter för grundvattnet, men ganska dåliga nyheter för jordbruksgrödor:Teamet för miljögeovetenskap kommer att genomföra en uppföljningsstudie för att avgöra om grödor faktiskt kan absorbera föroreningarna genom jorden. I en laboratoriebägare på hennes skrivbord, Stephanie Castan odlar redan tre salladsplantor inför de kommande experimenten.
