Urban waste dominates microplastic pollution in Ethiopian irrigated farmlands: Evidence from FTIR spectroscopy, random forest classification, and farmer surveys

Kunststoff ist zu einem festen Bestandteil des modernen Lebens geworden, doch seine Reise endet nicht, wenn eine Tüte weggeworfen oder eine Flasche zerdrückt wird. Im Laufe der Zeit bauen Sonnenlicht, Wind und mechanische Abnutzung diese großen Gegenstände in winzige Fragmente ab, die so klein sind, dass sie für das bloße Auge unsichtbar werden. Wissenschaftler nennen diese Mikroplastik. Während viel Aufmerksamkeit darauf gelenkt wurde, wie sich diese Partikel in den Ozeanen ansammeln, setzen sie sich auch an Land ab, insbesondere im Boden, in dem Lebensmittel angebaut werden. Dies ist ein wachsendes Problem, da der Boden als langfristiger Speicherplatz für diese Partikel dient; im Gegensatz zu Wasser, wo sie weggespült werden könnten, kann Kunststoff im Boden über Jahrhunderte bestehen bleiben und potenziell beeinflussen, wie der Boden Wasser speichert und wie Pflanzen wachsen. In vielen Teilen der Welt verlassen sich Landwirte auf Bewässerungswasser, das durch Städte fließt und damit alles Unrat mit sich führt, den die städtischen Zentren nicht bewältigen können. Die Frage bleibt: Wie viel dieses unsichtbaren Kunststoffs gelangt tatsächlich in die Felder, die uns ernähren, und woher kommt er?

Ein Forschungsteam der Hawassa University in Äthiopien machte sich daran, diese Fragen in den bewässerten Agrarflächen rund um die Stadt Hawassa zu beantworten. Diese Region ist ein Zentrum der Landwirtschaft, in der Tausende von Kleinbauern Gemüse für lokale Märkte anbauen und Wasser aus dem Lake Hawassa, nahegelegenen Flüssen und unterirdischen Brunnen beziehen. Die Stadt selbst ist schnell gewachsen, was mit einem Anstieg des Kunststoffabfalls einherging, mit dem die lokalen Abfallentsorgungssysteme kaum Schritt halten können. Um das Ausmaß des Problems zu verstehen, besuchten die Wissenschaftler zwanzig verschiedene Feldparzellen an fünf Standorten, die von geschäftigen periurbanen Gebieten nahe dem Stadtzentrum bis hin zu ländlicheren Gebieten weiter entfernt reichten. Sie entnahmen Boden aus der obersten Erdschicht und Wasser aus den Bewässerungskanälen und brachten diese Proben zurück ins Labor, um die darin verborgenen Kunststoffpartikel zu zählen und zu identifizieren.

Die Ergebnisse offenbarten eine stark kontaminierte Landschaft. Im Durchschnitt enthielt jedes Kilogramm Trockenboden 414 Kunststoffpartikel, während jeder Liter Bewässerungswasser 30 Partikel aufwies. Die höchsten Konzentrationen wurden auf den Farmen in der Nähe der Stadt und der Industriezonen gefunden, wo der Boden bis zu 616 Partikel pro Kilogramm enthielt. Die Forscher stellten fest, dass der Boden deutlich mehr Kunststoff enthielt als das Wasser, was darauf hindeutet, dass der Boden wie ein Schwamm wirkt und diese Partikel im Laufe der Zeit einfängt, während das Wasser hindurchfließt. Die häufigsten Formen waren dünne Folien, die an Stücke von Plastiktüten oder Verpackungen erinnerten, und machten über 80 Prozent der Partikel im Boden aus. Diese Folien sind wahrscheinlich das Ergebnis größerer Kunststoffgegenstände, die unter der Sonne und durch landwirtschaftliche Aktivitäten zerfallen.

Um genau zu bestimmen, woher dieser Kunststoff stammt, nutzte das Team eine ausgeklügelte Methode unter Einsatz von Licht und maschinellem Lernen. Sie analysierten den chemischen „Fingerabdruck“ der Kunststoffpartikel mit einer Technik namens Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, die die Art des Kunststoffs dadurch identifiziert, wie er Licht absorbiert. Diese Daten wurden dann in ein Computerprogramm eingespeist, das darauf trainiert wurde, Muster im Zusammenhang mit verschiedenen Quellen zu erkennen. Das Programm verglich die Bodenproben mit Referenzproben aus städtischen Mülldeponien und Industriestandorten. Die Analyse ergab, dass die überwiegende Mehrheit des Kunststoffs – etwa 82 Prozent – aus städtischem Abfall wie Haushaltsmüll und Verpackungsmaterialien stammte und nicht aus Industriefabriken. Dieser Befund deutet darauf hin, dass eine unzureichende städtische Abfallentsorgung der primäre Treiber der Verschmutzung ist, wobei Wind und Regen Kunststoff aus offenen Deponien in die Bewässerungskanäle spülen, die die Felder speisen.

Die Studie untersuchte auch die Menschen, die das Land bewirtschaften, um deren Perspektive zu verstehen. Die Forscher interviewten die Landwirte auf den zwanzig Parzellen und stellten eine deutliche Diskrepanz zwischen der Realität der Verschmutzung und dem Bewusstsein der Landwirte fest. Während 65 Prozent der Landwirte angaben, treibenden Unrat in ihrem Bewässerungswasser zu sehen, hatten 85 Prozent noch nie von Mikroplastik gehört, und 95 Prozent unternahmen keine Schritte, um diesen zu filtern oder zu entfernen. Die meisten Landwirte betrachteten die Verschmutzung nicht als ernsthafte Bedrohung, hauptsächlich weil es ihnen an Informationen über die Risiken mangelte. Die Umfrage zeigte jedoch auch eine starke Bereitschaft zu lernen; jeder befragte Landwirt äußerte Interesse daran, mehr über das Problem und dessen Lösung zu erfahren.

Inmitten der weit verbreiteten Kontamination stach ein Bauernhof als Leuchtfeuer dessen hervor, was möglich ist. Dieser spezielle Betrieb nutzte eine einfache, technisch unkomplizierte Lösung: Er war durch eine schützende Folientunnel-Struktur (Hoop House) abgedeckt und nutzte Wasser aus einem gefilterten Tiefbrunnen anstelle des offenen Flusses. Der Boden und das Wasser auf diesem Hof zeigten eine dramatische Redukktion der Kunststoffpartikel im Vergleich zu den offenen Feldern in der Umgebung. Dieses einzelne Beispiel demonstrierte, dass selbst in einer stark belasteten Umgebung einfache Barrieren und Filtration die Menge des in das Ernährungssystem gelangenden Kunststoffs erheblich reduzieren können. Die Forscher merkten an, dass der gefundene Kunststoff hauptsächlich aus Polyethylen und Polypropylen bestand, denselben Materialien, die für gängige Einkaufstüten und Lebensmittelverpackungen verwendet werden, was bestätigte, dass alltäglicher Konsumabfall der Hauptverursacher ist.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Weg nach vorn einen zweigleisigen Ansatz erfordert: die Quelle zu beheben und die Felder zu schützen. Da die Verschmutzung primlich durch städtischen Abfall verursacht wird, liegt die effektivste Lösung in der Verbesserung der städtischen Müllabfuhr und -entsorgung, um sicherzustellen, dass dieser nicht in die Wasserwege gelangt. Gleichzeitig benötigen Landwirte Unterstützung und Aufklärung, um kostengünstige Schutzmaßnahmen wie Wasserfiltration und überdachte Anbaustrukturen einzuführen. Die Forschung hebt hervor, dass das Problem zwar signifikant, aber nicht unlösbar ist. Durch die Kombination einer besseren stadtweiten Abfallentsorgung mit praktischen, erschwinglichen landwirtschaftlichen Techniken ist es möglich, den Boden und die darin angebauten Lebensmittel vor dieser unsichtbaren Flut aus Kunststoff zu schützen.