Plastic Contamination in Waste-to-Resource Agriculture

Resumen Técnico: Contaminación por Plásticos en la Agricultura de Residuo a Recurso

Planteamiento del Problema
La transición hacia una agricultura sostenible requiere el uso de recursos recuperados de residuos, como el agua residual tratada para el riego y los fertilizantes derivados de residuos orgánicos, para cerrar los ciclos de agua y nutrientes. Sin embargo, estas corrientes recicladas actúan como vectores de contaminantes, específicamente microplásticos (MP) y mesoplásticos. Si bien se reconoce la presencia de MP en las aguas residuales y el compost, la contribución específica de estos insumos agrícolas a la contaminación del suelo, la influencia de las prácticas de gestión (como la labranza) y los riesgos comparativos de diferentes fertilizantes orgánicos no han sido cuantificados suficientemente. Este estudio aborda la brecha en la comprensión del vínculo entre fuentes de contaminación específicas y la extensión de la acumulación de plásticos en los suelos agrícolas.

Metodología
La investigación empleó un enfoque multifacético para cuantificar la contaminación por plásticos en diferentes matrices agrícolas:

• Suelo Irrigado con Aguas Residuales: Un sistema de sauce de evapotranspiración (EWS, por sus siglas en inglés) en Ajdovščina, Eslovenia, sirvió como modelo semicontrolado. El sistema recibió principalmente aguas residuales municipales tratadas mediante una entrada subsuperficial (50 cm de profundidad) durante cinco años. Se recolectaron muestras de suelo de la zona de 30–60 cm de profundidad (adyacente a la entrada) para aislar los plásticos derivados de las aguas residuales de las fuentes superficiales. Una muestra de control consistió en el suelo utilizado para construir los lechos.
• Suelo Fertilizado con Compost: Un ensayo de campo de dos décadas en la Universidad de Liubliana comparó suelos fertilizados con compost de residuos orgánicos municipales frente a aquellos fertilizados con fertilizante mineral NPK (control). El estudio examinó dos regímenes de labranza: labranza de inversión convencional (T) y siembra directa o sin labranza (NT). El suelo se muestreó a dos profundidades (0–10 cm y 10–20 cm).
• Fertilizantes Orgánicos: Se realizó un análisis directo en dos tipos de compost (uno derivado de orgánicos separados en origen y de la fracción de residuos sólidos municipales, y otro de orgánicos únicamente separados en origen) y en lodo de biomasa algal de un estanque de algas de alta tasa (HRAP) que trata aguas residuales municipales.
• Protocolo Analítico: Las muestras fueron procesadas para separar las partículas de plástico en fracciones gruesas (>2 mm) y finas (<2 mm). Las partículas gruesas se aislaron manualmente y se identificaron mediante espectroscopia ATR-FTIR utilizando el software Open Specy. Las partículas finas (<2 mm) se aislaron mediante separación por densidad (ZnCl₂) y oxidación (reactivo de Fenton/NaOH). Aunque las partículas <2 mm no fueron verificadas individualmente por FTIR debido a limitaciones de volumen, sus recuentos se ajustaron utilizando factores de corrección derivados de las tasas de identificación de la fracción >2 mm. Los blancos de procedimiento confirmaron la ausencia de contaminación cruzada.

Resultos Clave

• Riego con Aguas Residuales: El riego con aguas residuales principalmente tratadas aumentó la contaminación por plásticos en el suelo aproximadamente un 75% para las partículas >2 mm y un 10% para los candidatos a MP <2 mm en comparación con el control. El polietileno (PE) y el polipropileno (PP) fueron los polímeros dominantes. Morfológicamente, el suelo irrigado con aguas residuales mostró una predominancia de películas (65%), mientras que el suelo de control estuvo dominado por fragmentos (43%).
• Efectos del Compost y la Labranza: La aplicación de compost elevó significativamente los niveles de plástico. En suelos sin labranza, el compost aumentó la contaminación en un 119%; en campos con labranza, el aumento fue del 255%. La labranza fue un factor crítico, causando la mayor acumulación de plásticos (32 partículas/kg de peso seco) en la capa de 10–20 cm cuando se combinó con la aplicación de compost. Esto sugiere que la labranza incorpora y protege los plásticos de la degradación superficial.
• Distribución de Polímeros y Morfología: El PE, el PP y el poliestireno (PS) fueron los polímeros más comunes en todas las muestras. En el suelo fertilizado con compost, el PE se elevó significativamente y las películas fueron la morfología dominante, lo que sugiere contaminación por bolsas de plástico no biodegradables utilizadas en la recolección de residuos. En contraste, los suelos de control mostraron una mayor prevalencia de fibras en las capas más profundas.
• Contaminación de Fertilizantes Orgánicos:
  • Compost: Ambos tipos de compost exhibieron una alta contaminación, con 504–1,074 partículas >2 mm y 1,148–2,071 candidatos a MP <2 mm por kg de peso seco. El Compost A (mezcla de residuos) presentó un mayor contenido de PE y prevalencia de películas que el Compost B (orgánicos separados en origen).
  • Lodo Algal: No se detectaron partículas >2 mm en el lodo de algas, pero sí estaban presentes candidatos a MP (<2 mm), predominantemente como fragmentos. Esto se atribuye al entorno de meteorización agresiva (exposición UV y pH alto de hasta 11) dentro del HRAP, que degrada las partículas más grandes.
• Estimaciones de Insumos: Basándose en las tasas de aplicación de nitrógeno, la aplicación de compost podría introducir aproximadamente ~1.4 × 10⁷ a ~2.7 × 10⁷ partículas de plástico (>2 mm y <2 mm) por hectárea al año. El lodo de algas, al normalizarse con el contenido de nitrógeno, mostró un alto potencial de aporte de MP, comparable al de los biosólidos.

Significancia y Reivindicaciones
El estudio establece vías claras y específicas de la fuente para la contaminación por plásticos en la agricultura, destacando que, si bien las estrategias de residuo a recurso son esenciales para la sostenibilidad, estas introducen riesgos significativos de contaminación por plásticos.

• Identificación de la Fuente: La investigación identifica la disposición de residuos orgánicos en bolsas de plástico no biodegradables como una fuente primaria de películas de PE en el compost, y el riego con aguas residuales como un vector de películas y fibras.
• Impacto de la Gestión: Demuestra que las prácticas de labranza alteran significativamente la distribución vertical de los plásticos, concentrándolos en las capas más profundas del suelo (10–20 cm) donde están protegidos de la degradación ambiental, lo que potencialmente conduce a una acumulación a largo plazo.
• Evaluación de Riesgos: Los hallazmos indican que los fertilizantes orgánicos (compost y lodo de algas) representan una vía más significativa para el aporte de MP que el riego con aguas residuales por sí solo.
• Implicaciones de Política: Los autores argumentan por un cambio desde la mitigación de fin de tubería hacia el control en la fuente. Esto incluye mejorar la separación de la biomasa en origen, mejorar la clasificación y el cribado en las instalaciones de compostaje e implementar controles de calidad más estrictos para los fertilizantes derivados del tratamiento de aguas residuales.

El artículo concluye que abordar estos riesgos es crucial para salvaguardar la salud del suelo y asegurar la viabilidad a largo plazo de las prácticas agrícolas circulares, enfatizando la necesidad de mayor investigación sobre la toxicidad y el desarrollo de intervenciones en la fuente.