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

Plastic is een vast onderdeel van het moderne leven geworden, maar de reis ervan eindigt niet wanneer een tas wordt weggegooid of een fles wordt platgedrukt. Na verloop van tijd breken zonlicht, wind en fysieke slijtage deze grote voorwerpen af tot minuscule fragmenten, die zo klein zijn dat ze met het blote oog niet zichtbaar zijn. Wetenschappers noemen deze microplastics. Hoewel er veel aandacht is besteed aan de manier waarop deze deeltjes zich ophopen in de oceanen, nestelen ze zich ook op het land, met name in de bodem waar voedsel wordt verbouwd. Dit is een groeiende zorg omdat de bodem fungeert als een langdurige opslagplaats voor deze deeltjes; in tegen tegenstelling tot water, waar ze weg kunnen spoelen, kan plastic in de grond eeuwenlang blijven bestaan, wat potentieel de manier waarop de bodem water vasthoudt en hoe planten groeien, kan veranderen. In veel delen van de wereld vertrouwen boeren op irrigatiewater dat door steden stroomt en daarmee het afval meevoert dat de stedelijke centra niet kunnen verwerken. De vraag blijft: hoeveel van dit onzichtbare plastic komt er precies terecht in de velden die ons voeden, en waar komt het vandaan?

Een team onderzoekers van de Hawassa Universiteit in Ethiopië zette zich in om deze vragen te beantwoorden in de geïrrigeerde landbouwgebieden rondom de stad Hawassa. Deze regio is een knooppunt van landbouw, waar duizenden kleinschalige boeren groenten verbouwen voor lokale markten, waarbij zij water gebruiken uit het nabijgelegen meer Hawassa, rivieren en grondwaterputten. De stad zelf is snel gegroeid, wat een toename van plastic afval met zich meebracht dat de lokale afvalverwerkingssystemen moeite hebben te beheersen. Om de omvang van het probleem te begrijpen, bezochten de wetenschappers twintig verschillende landbouwpercelen verspreid over vijf locaties, variërend van drukke peri-urbane gebieden dicht bij het stadscentrum tot meer landelijke gebieden verder weg. Ze verzamelden bodem uit de bovenste laag van de grond en water uit de irrigatiekanalen, en brachten deze monsters terug naar het laboratorium om de plastic deeltjes te tellen en te identificeren die zich erin verscholen.

De resultaten onthulden een landschap dat zwaar vervuild is met microplastics. Gemiddeld bevatte elke kilogram droge grond 414 plasticdeeltjes, terwijl elke liter irrigatiewater 30 deeltjes bevatte. De hoogste concentraties werden gevonden op de boerderijen die het dichtst bij de stad en industriële zones lagen, waar de bodem tot wel 616 deeltjes per kilogram bevatte. De onderzoekers ontdekten dat de bodem aanzienlijk meer plastic vasthield dan het water, wat suggereert dat de grond werkt als een spons die deze deeltjes in de loop der tijd opvangt terwijl het water erdoorheen stroomt. De meest voorkomende vormen waren dunne films, die lijken op stukjes plastic zakken of verpakkingen, en die meer dan 80 procent van de deeltjes in de bodem vormden. Deze films zijn waarschijnlijk het resultaat van grotere plastic voorwerpen die onder invloed van de zon en landbouwactiviteiten uiteenvallen.

Om te bepalen waar dit plastic precies vandaan kwam, gebruikte het team een geavanceerde methode waarbij licht en machine learning betrokken waren. Ze analyseerden de chemische "vingerafdruk" van de plastic deeltjes met behulp van een techniek genaamd Fourier-transform infraroodspectroscopie, die het type plastic identificeert op basis van hoe het licht absorbeert. Vervolgens voerden ze deze gegevens in een computerprogramma in dat getraind is om patronen te herkennen die geassocieerd worden met verschillende bronnen. Het programma vergeleek de landbouwmonsters met referentiemonsters van gemeentelijke vuilstortplaatsen en industriële locaties. De analyse toonde aan dat de overgrote meerderheid van het plastic — ongeveer 82 procent — afkomstig was van stedelijk afval, zoals huishoudelijk afval en verpakkingsmaterialen, in plaats van van industriële fabrieken. Deze bevinding wijst erop dat ontoereikende stedelijke afvalinzameling de primaire drijfveer van de vervuiling is, waarbij wind en regen plastic uit open stortplaatsen naar de irrigatiekanalen spoelen die de boerderijen voeden.

De studie keek ook naar de mensen die het land bewerken om hun perspectief te begrijpen. De onderzoekers interviewden de boeren op de twintig percelen en ontdekten een schril contrast tussen de realiteit van de vervuiling en het bewustzijn van de boeren. Ho'ewel 65 procent van de boeren toegaf drijvend afval in hun irrigatiewater te zien, had 85 procent nog nooit van microplastics gehoord, en ondernam 95 procent geen stappen om ze te filteren of te verwijderen. De meeste boeren beschouwden de vervuiling niet als een ernstige bedreiging, grotendeels omdat zij een gebrek aan informatie hadden over de risico's. De enquête onthulde echter ook een sterke bereidheid om te leren; elke geïnterviewde boer uitte interesse om meer te weten te komen over het probleem en hoe het op te lossen.

Te midden van de wijdverspreide contaminatie viel één boerderij op als een baken van wat mogelijk is. Deze specifieke boerderij maakte gebruik van een eenvoudige, laagtechnologische oplossing: het was overdekt door een beschermende tunnelkas (hoop house) en gebruikte water uit een gefilterde boorgatput in plaats van de open rivier. De bodem en het water op deze boerderij vertoonden een dramatische vermindering van plastic deeltjes vergeleken met de open velden in de buurt. Dit enkele voorbeeld toonde aan dat zelfs in een zwaar vervuilde omgeving, eenvoudige barrières en filtratie de hoeveelheid plastic die het voedselbedrijf binnenkomt, aanzienlijk kunnen verminderen. De onderzoekers merkten op dat het gevonden plastic voornamelijk polyethyleen en polypropyleen was, dezelfde materialen die worden gebruikt voor gangbare boodschappentassen en voedselverpakkingen, wat bevestigt dat alledaags consumentenafval de hoofdschuldige is.

De studie concludeert dat de weg vooruit een tweeledige aanpak vereist: het aanpakken van de bron en het beschermen van de velden. Aangezien de vervuiling voornamelijk wordt gedreven door stedelijk afval, ligt de meest effectieve oplossing in het verbeteren van de wijze waarop de stad haar vuilnis verzamelt en beheert, zodat het niet in de waterwegen terechtkomt. Tegelijkertijd hebben boeren ondersteuning en educatie nodig om laagkostige beschermende maatregelen te adopteren, zoals waterfiltratie en overdekte teeltstructuren. Het onderzoek benadrukt dat hoewel het probleem aanzienlijk is, het niet onoplosbaar is. Door een betere stedelijke afvalbeheer te combineren met praktische, betaalbare landbouwtechnieken, is het mogelijk om de bodem en het voedsel dat daarin wordt verbouwd te beschermen tegen deze onzichtbare vloedgolf van plastic.