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

プラスチックは現代生活の恒久的な一部となりましたが、その旅路は、袋が捨てられたりボトルが押しつぶされたりした時に終わるわけではありません。時間の経過とともに、日光、風、そして物理的な摩耗によって、これらの大きなアイテムは目に見えないほど小さな断片へと分解されていきます。科学者たちはこれらをマイクロプラスチックと呼んでいます。海洋におけるこれらの粒子の蓄積については多くの注目が集まってきましたが、これらは陸地にも堆積しており、特に作物が育つ土壌に沈着しています。これは深刻な懸念事項です。なぜなら、水の中では粒子が洗い流される可能性がありますが、土壌はこれらの粒子を長期間貯蔵する場所として機能し、地面の中のプラスチックは何世紀にもわたって残留し、土壌の保水性や植物の成長に影響を与える可能性があるからです。世界の多くの地域では、農家は都市部を流れる灌漑水に依存していますが、その水は都市部が管理しきれなかったあらゆる廃棄物を運び込んでいます。問題は、この目に見えないプラスチックが、私たちを養う畑に一体どれほど流れ込んでいるのか、そしてそれはどこから来ているのかという点です。

エチオピアのハワサ大学の研究チームは、ハワサ市周辺の灌漑農地において、これらの疑問に答えるべく調査を開始しました。この地域は農業の拠点であり、数千もの小規模農家が、近くの湖や川、地下水から水を引き、地元の市場に向けて野菜を栽培しています。都市自体も急速に発展しており、それに伴い、地元の廃棄物管理システムが対処しきれないほどのプラスチックごみの急増をもたらしています。問題の規模を把握するため、科学者たちは、都市中心部に近い活気のある都市周辺部から、より離れた農村部まで、5つの地点にわたる20の異なる農地を訪れました。彼らは地面の表層から土壌を採取し、灌漑用の水路から水を採取して、それらをラボに持ち帰り、中に隠れているプラスチック粒子を数え、特定しました。

結果は、マイクロプラスチックによって激しく汚染された景観を明らかにしました。乾燥した土壌1キログラムあたり平均414個のプラスチック粒子が含まれており、灌漑水1リットルあたりには30個の粒子が含まれていました。最も高い濃度が見られたのは、都市や工業地帯に近い農場であり、そこでは土壌に1キログラムあたり最大616個の粒子が含まれていました。研究者たちは、土壌が水よりも大幅に多くのプラスチックを保持していることを発見しました。これは、水が流れる間に地面が粒子を捕らえ、スポンジのように蓄積することを示唆しています。検出された最も一般的な形状は、プラスチック袋や包装材の破片に似た薄いフィルムであり、土壌中の粒子の80パーセント以上を占めていました。これらのフィルムは、おそらく太陽光や農業活動によって大きなプラスチック製品が分解された結果であると考えられます。

プラスチックの起源を正確に特定するため、チームは光と機械学習を用いた高度な手法を用いました。彼らは、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）と呼ばれる、光の吸収特性によってプラスチックの種類を特定する技術を用いて、プラスチック粒子の化学的な「指紋」を分析しました。次に、このデータを、異なる発生源に関連するパターンを認識するように訓練されたコンピュータプログラムに入力しました。プログラムは、農場のサンプルを、自治体のゴミ集積場や工業サイトからの参照サンプルと比較しました。分析の結果、プラス解の大部分、すなわち約82パーセントは、工業工場からではなく、家庭ゴミや包装材などの都市廃棄物に由来することが判明しました。この知見は、不適切な都市のゴミ回収が汚染の主な要因であることを示しており、風や雨によって開かれたゴミ捨て場から、農地に供給される灌漑水路へとプラスチックが洗い流されていることを示唆しています。

研究チームは、土地で働く人々へのインタビューを通じて、彼らの視点からも調査を行いました。20の区画の農家を対象に調査を行ったところ、汚染の実態と農家の認識との間に深刻な乖離があることが分かりました。農家の65パーセントは灌漑水に浮遊するゴミを見かけることがあると認めましたが、85パーセントはマイクロプラスチックという言葉を聞いたことがなく、95パーセントはそれらを取り除いたりろ過したりする対策を講じていませんでした。ほとんどの農家は、情報の欠如により、この汚染を深刻な脅威とは見なしていませんでした。しかし、調査では強い学習意欲も明らかになりました。インタビューに応じたすべての農家が、この問題について、またその解決策についてもっと知りたいという意欲を示しました。

広範囲にわたる汚染の中でも、一つの農場が「何が可能か」を示す指標として際立っていました。この特定の農場は、シンプルな低技術の解決策を用いていました。それは、保護用の覆い（フープハウス構造）で覆われ、開かれた川の代わりにろ過されたボアホール（掘削井戸）の水を使用しているというものです。この農場の土壌と水は、周囲の開放的な畑と比較して、プラスチック粒子の数が劇的に減少していました。この単一の事例は、汚染の激しい環境であっても、単純な障壁やろ過を用いることで、食料システムへのプラスチックの流入を大幅に減らせることを証明しました。研究者たちは、フィールドで見つかったプラスチックの多くがポリエチレンやポリプロピレンであり、これらは一般的な買い物袋や食品包装に使用される材料と同じであることを指摘し、日常的な消費財の廃棄物が主犯であることを裏付けました。

本研究は、今後の進むべき道として、二段構えのアプローチが必要であると結論付けています。それは、「発生源を修正すること」と「フィールドを守ること」です。汚染の主な原因は都市廃棄物であるため、最も効果的な解決策は、都市がゴミを収集・管理する方法を改善し、それが水路に流れ込まないようにすることにあります。同時に、農家に対しては、水のろ過や覆い付きの栽培構造といった、低コストで実践的な保護策を採用できるよう、支援と教育を行う必要があります。この研究は、問題は重大ではあるものの、解決不可能ではないことを強調しています。都市全体の廃棄物管理の改善と、実用的で手頃な価格の農業技術を組み合わせることで、土壌とその中で育つ食料を、この目に見えないプラスチックの潮流から守ることが可能となるのです。