نقش مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی

‌آلودگی مواد پلاستیکی یکی از بزرگترین مشکلاتی است که در حال حاضر بشریت در سراسر جهان با آن مواجه و تحقیقات درخصوص منابع آب‌های آشامیدنی و دریاها و همچنین آلودگی خاک‌های کشاورزی به این مواد، سال‌ها مورد توجه قرار گرفته است.
تحقیقات به عمل آمده نشان می‌دهد که ۱۴٪ آلودگی این مناطق مربوط به مواد پلاستیکی است. همچنین انتقال مواد پلاستیکی و ذرات میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی باعث انتقال این مواد مضر به لایه‌های مختلف خاک و در نهایت به درون منابع آب‌های زیرزمینی شده است.
به منظور نشان دادن خطرات نفوذ مواد میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی و سیستم‌های آب‌های زیرزمینی، تحقیقات مهمی درخصوص انتقال این مواد و وجود این ذرات در حشره‌کش‌ها و اثر متقابل آن‌ها در خاک‌های کشاورزی مورد بررسی و تحقیقات مختلفی درخصوص اثر متقابل این مواد در محیط‌های مختلف مورد تحقیق و تفحص قرار گرفته است.
در این بررسی‌ها اطلاعات و شواهدی درخصوص انتقال عمودی مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی به طرف سیستم‌ آب‌های زیرزمینی انجام و مواد ریز پلاستیکی که به آن‌ها میکروپلاستیک گفته می‌شود، مورد بررسی قرار گرفته اند.
همچنین تحقیقات نشان داده‌اند که تغییرات مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی باعث تغییر رفتار آفت‌کش‌ها شده و انتقال آن‌ها را بطرف منابع آب‌های زیرزمینی تسریع می‌کند. بنابراین وجود مواد میکروپلاستیکی در خاک‌های کشاورزی باعث ایجاد خطراتی برای منابع آب‌های زیرزمینی مخصوصا آب‌های آشامیدنی شده و نهایتا باعث آلوده شدن منابع آب‌های زیرزمینی موجود در مزارع و باغات بوسیله‌ی این مواد می‌شوند. این تحقیقات نشان می‌دهد که قوانین سختگیرانه‌ای برای استفاده از مواد پلاستیکی در مزارع کشاورزی و باغات و همچنین وجود ذرات میکروپلاستیک در منابع آبی و همچنین میزان آلودگی مواد پلاستیکی ناشی از حشره کش‌ها برای جلوگیری از خطرات سلامتی انسان‌ها، مورد نیاز است.

مواد پلاستیکی

تولید مواد پلاستیکی در دو دهه‌ی اخیر بسیار افزایش یافته و تقاضا برای این مواد در بخش کشاورزی نیز سیر صعودی داشته است. میزان تولید مواد پلاستیکی در سراسر جهان، سالانه ۳۲۲ میلیون تن گزارش شده و پیش بینی می‌شود که این مقدار در ۲۰ سال آینده دو برابر شود.
بدلیل عدم مدیریت و نگهداری مواد پلاستیکی، هر ساله ۲۵٪ از این مواد (۸۰.۵ میلیون تن) در محیط‌های طبیعی پراکنده شده و باعث آلودگی می‌گردد. درصورتیکه هیچ مقرراتی در این خصوص ایجاد نگردد، پیش بینی می‌شود تا سال ۲۰۴۰ آلودگی این مواد، ۳ برابر شود.
آلودگی آب‌های آشامیدنی و دریاها به مواد پلاستیکی باعث بوجود آمدن مشکلات زیست محیطی بسیار خطرناکی شده که تحقیقات عمیقی را در این زمینه می‌طلبد.
همچنین آلودگی خاک‌های کشاورزی به این مواد در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته و ۱۴٪ آلودگی این مواد را به خود اختصاص داده است. آلودگی مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی تقریبا در سراسر جهان کم و بیش وجود دارد و تقریبا ۱۴٪ از سطح کره‌ی زمین را بطور تقریبی به خود اختصاص داده است.
بررسی‌های اخیر نشان داده است که وجود مواد میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی و حرکت عمودی این مواد، باعث آلودگی منابع آب‌های زیرزمینی گردیده است. تحقیقات نشان داده‌اند که مقدار ۲.۶ میلیون تن مواد پلاستیکی در کشور چین و ۴۳۰ هزار تن از این مواد در اروپا و آمریکای شمالی سالانه در خاک‌های کشاورزی پراکنده شده که باعث آلودگی خاک‌ها به این مواد و کاهش حاصلخیزی آن‌ها شده است.
معرفی مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی از طریق سیستم‌های زه‌کشی و انتقال کودهای شیمیایی، استفاده از کمپس‌ها، استفاده از مالچ‌های پلاستیکی و مواد بسته‌بندی پلاستیکی، سیستم‌های پلاستیکی برای انتقال آب ایجاد شده است.
وجود مواد پلاستیکی در هوا و انتقال این مواد به مناطق مختلف و نهایتا نشست این مواد روی خاک‌های کشاورزی نیز در آلودگی این خاک‌ها نقش دارند.
نشست مواد پلاستیکی روی خاک‌های کشاورزی معمولا از جنس پلی اتن، ونیل، و پلی ونیل کلرید(پی وی سی) و اتیل استیت است.
با گذشت زمان مواد پلاستیکی موجود در خاک به ذرات میکرو و ذرات کوچکتر نانو تبدیل شده که این اندازه‌ها بین یک دهم تا ۵ میلی‌متر و بیشتر از ۱۰۰ نانومتر می‌باشند.
تحقیقات زیادی در خصوص افزایش ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک و نسبت آنها با قطعات بزرگ پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی نشان می‌دهد که روند تجزیه‌ی قطعات بزرگ پلاستیک و تبدیل آنها به ذرات کوچکتر در حال افزایش است. همچنین تبدیل قطعات پلاستیکی ممکن است بخاطر فرسایش فیزیکی، عملیات خاک ورزی، عملیات داشت، تاثیرات اشعه ی UV و تجزیه‌ی بیولوژیکی انجام گردد.
سرعت تجزیه مواد پلاستیکی در خاک و تبدیل آنها به ذرات کوچکتر در آن محیط بستگی به نوع مواد پلاستیکی نیز دارد. درحالیکه نیمه عمر بعضی از این مواد پلاستیکی مثل پلی اتیلن کم چگال بین ۱ تا ۲.۵ سال است. این در حالیست که مواد پلی اتیلنی که چگالی زیادی دارند دارای نیمه عمر بسیار زیادی تا ۳۹۰۰ سال می‌باشند.
سرعت تبدیل مواد پلاستیکی به ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک‌های کشاورزی مشکل بسیار بزرگی بوده زیرا حرکت این مواد در خاک سریع‌تر از مواد پلاستیکی اولیه بوده و تشخیص این مواد و سنجش سرعت انتقال آنها در خاک بسیار مشکل است.
ذرات پلاستیکی موجود در سیستم آب‌های زیرزمینی بسیار زیاد است و انتقال ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک به سوی منابع آبی متاسفانه باعث بروز خطراتی در سلامتی انسان شده مخصوصا اگر از این آب‌های آلوده بعنوان آب‌های آشامیدنی استفاده گردد.
مطالعات زیادی درخصوص اثرات منفی این مواد بر روی سلامتی انسان انجام شده است. این درحالیست که در این خصوص باید مطالعات دقیق‌تر و زیادتری جهت تاثیر منفی این مواد بر سلامتی انسان انجام گردد. مقادیر بسیار زیادی از آفت‌کش‌ها در دهه‌های اخیر در بخش کشاورزی بطور گسترده استفاده شده است.
برحسب تعاریف، آفت‌کش‌ها عبارتند از: مواد یا مخلوطی از مواد برای کنترل حشرات، نماتودها، قارچ‌ها و باکتری‌ها، علف‌های هرز و جونده‌ها و… .
تقریبا ۴.۵ میلیون تن از این آفت‌کش‌ها هرساله وارد خاک‌های کشاورزی شده که معادل ۷۴٪ از کل آفت‌کش‌های تولید شده در سال بوده و مواد زاید باقی مانده از آفت‌کش‌ها در خاک‌های کشاورزی تقریبا ۸۰٪ از مواد موجود در نمونه‌های خاک را به خود اختصاص داده است.

به علت استفاده‌ی بسیار زیاد و گسترده از آفت‌کش‌ها و مواد پلاستیکی همراه موجود در بسته‌بندی این مواد و پراکنده شدن آن‌ها در خاک‌های کشاورزی و تاثیرات متقابل مضر آنها در خاک باعث آلودگی گسترده‌ای در سراسر جهان شده است.
از یک طرف مواد آفت‌کش‌های مانده بر روی تکه‌های پلاستیکی ناشی از ظروف آن‌ها و انتقال این مواد پلاستیکی در خاک‌های مختلف کشاورزی باعث انتقال این مواد به اعماق خاک نیز شده و از طرف دیگر ذرات پلاستیکی ممکن است از نظر محیطی برای برخی از میکروارگانیزم‌ها مفید باشند و در نهایت بطور بیولوژیک باعث انتقال یکنواخت این مواد به سراسر خاک کشاورزی شوند.

اما نقش آن‌ها در مفید بودنشان در خاک هنوز بطور گسترده اثبات نشده است و دانش درخصوص ذرات پلاستیکی ضد آفات و تجزیه بیولوژیکی این مواد در خاک احتیاج ضروری به تحقیقات گسترده از نظر خاک شناسی دارد.
این توجهات مخصوصا بر روی مواد بجامانده، شناخت ترکیبات جدید و پراکندگی مواد پلاستیکی و بقایای حشره‌کش‌ها در خاک‌های کشاورزی و تاثیر آن‌ها بر بافت بیولوژیک خاک و عمل و عکس العمل این مواد بر روی خاک‌های کشاورزی و باغات مورد توجه قرار گرفته است.
از طرف دیگر اطلاعات درخصوص مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک ناشی از بقایای حشره‌کش‌ها و ظروف پلاستیکی آن‌ها و انتقال این مواد به سطوح پایینی خاک و نهایتا تاثیر آلودگی آنها بر روی سیستم‌های آب‌های زیرزمینی و آب‌های آشامیدنی بسیار کم است.

از طرفی متاسفانه مناطق کشاورزی که از مواد پلاستیکی و حشره‌کش‌ها استفاده می‌کنند بر روی سیستم‌های آب‌های زیرزمینی شیرین قرار دارد، که خطر انتقال مواد میکروپلاستیم و نانوپلاستیک در طبقات مختلف خاک و ورود آنها به سفره‌های آب‌های زیرزمینی را افزایش داده و باعث آلودگی گسترده در این آب‌ها می‌گردد. بنابراین اطلاعات کافی درخصوص حرکت این ذرات پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی و پتانسیل آنها برای ورود به آب‌های زیرزمینی و پراکندگی گسترده آن‌ها در طبقات مختلف خاک و نهایتا آلودگی آب‌های زیرزمینی بسیار ضروری است.

حرکت و انتقال مواد پلاستیکی در خاک‌های کشاورزی

۱-اطلاعات موجود: آزمایشات زیادی درخصوص حرکت و انتقال مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک درشرایط اشباع و غیراشباع خاک‌های کشاورزی انجام گردیده است.
بخش زیادی از این آزمایشات و تحقیقات در آزمایشگاه‌هایی استاندارد و با استفاده از سولفات آمونیوم و یا با استفاده از گروه کربوکسیل‌ها انجام گرفته است.
تحقیقات نشان داده‌ که مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک کروی شکل به راحتی در مواد غیراشباع حرکت کرده و سریعا به سیستم آب‌های زیرزمینی که در زیر خاک‌های کشاورزی قرار دارند می‌رسند. همچنین تراکم و جمع شدن مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک و درجه اشباع آب بعنوان یک پارامتر مهم در انتقال ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک ازطریق خاک‌های متخلخل و غیراشباع نسبت به هم رابطه مستقیم دارند.
تراکم مواد شامل برخورد و جذب دو توده از ذرات پلاستیکی و یکی شدن آن‌ها بوده درحالیکه ته نشین شدن این مواد و رسوب‌گذاری آن‌ها روندی است که درطول آن این ذرات به توده‌های بزرگتر و سنگین‌تر تبدیل شده و به ذرات خاک می‌چسبند. این آزمایشات نشان دادند که یک رابطه مثبتی بین شدت یونی و دور هم جمع شدن ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک، ته‌نشین شدن آنها و جذب آنها به یکدیگر وجود دارد، که معمولا برای شرح این مواد از نظر جمع شدگی و رسوب گذاری آن‌ها، مدنظر قرار می گیرد.
این موضوع از نظر تئوری این چنین فرض می‌کند که هرچقدر شدت یونی این مواد افزایش یابد، میزان خاصیت الکتریکی بوجود آمده برروی سطوح ذرات نیز افزایش یافته که این خود باعث کاهش نیروهای دورکننده در این ذرات شده که نهایتا نشان می‌دهند که هرچقدر شدت تراکم این مواد افزایش یابد، شدت رسوب‌گذاری مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک نیز به نسبت افزایش می‌یابد.
همچنین هرچقدر میزان اشباع این مواد در آب کمتر باشد، شدت جدا شدن ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک درآب بیشتر می‌گردد. این درحالیست که جدا شدن ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در این آب‌ها باعث افزایش خواص هیدروفوبیک نسبت به خواص هیدروفیلیک این مواد می‌گردد.
برعکس انتقال ذرات کروی میکروپلاستیک و نانو پلاستیک‌ها در داخل مواد متخلخل و غیراشباع، انتقال آنها را در این مواد غیراشباع موجود در خاک‌های کشاورزی تا حدی محدود می‌کند.

هرچقدر بافت خاک کشاورزی سبکتر باشد و ذرات خاک درشت‌تر و همچنین مواد آلی خاک بسیار ناچیز و در حد صفر باشد، حرکت این مواد پلاستیکی و ته نشین شدن آنها و نهایتا آلودگی ایجاد شده در خاک‌ها ضعیف‌تر است. این درحالیست که انتقال این مواد در خاک‌های غنی کشاورزی که دارای مواد آلی می‌باشند بیشتر بوده و شدت آلودگی نیز افزایش می یابد. همچنین آزمایشات نشان داده‌اند که ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک به شدت به ذرات مواد آلی که قابلیت تحرک زیادی در خاک دارند، می‌چسبند و از این طریق به آسانی در خاک‌های کشاورزی حرکت کرده و آنها را آلوده می کنند.
همچنین انتقال مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک می‌توانند از طریق کرم‌های خاکی و حشرات خاک‌زی نیز انجام گیرند.
مطالعات انجام شده در خاک‌های گوناگون در طبیعت نشان داده‌اند که انتقال عمودی ذرات میکروپلاستیک مخصوصا در خاک‌های اشباع روزانه به عمق ۱۰ سانتیمتر انجام می‌گیرد. نهایتا این تحقیقات نشان داده‌اند که انتقال مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک به اعماق مختلف خاک و توانایی این مواد برای رسیدن به سیستم آب‌های زیرزمینی که در زیر باغات و خاک‌های کشاورزی قرار دارند اهمیت زیادی داشته و خطر آلودگی این مواد آلی را افزایش می‌دهند.

۲-روند تحقیقات در آینده: جدا از تحقیقات موجود، روند تحقیقات درخصوص مکانیزم انتقال ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک‌های کشاورزی اشباع شده بسیار ناچیز است.
همچنین درخصوص اثر متقابل بین درات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک مکانیزم های متفاوتی وجود دارد که وابستگی مستقیم به ترکیبات این ذرات داشته و وجود این ذرات در خاک‌های کشاورزی دارای تاثیرات متفاوتی در زمینه اندازه و نوع آنها دارد.

این درحالیست که تراکم و ته نشین شدن مواد پلاستیکی با اندازه‌های متفاوت و ذرات نانوپلاستیک که تماما دارای ترکیب شیمیایی یکسانی می‌باشند، از نوعی تئوری، بنام تئوری هترو(تئوری تفاوت ذرات) تبعیت می‌کند. البته اطلاعات کمی درخصوص ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک که دارای ترکیب شیمیایی متفاوتی هستند وجود داشته و چگونگی روند انتقال آن‌ها در خاک‌های کشاورزی نیز تا حدی ناشناخته می‌باشد.
تحقیقات انجام شده در آب‌های دریاها و آب‌های شیرین نشان می‌دهند که آزاد شدن ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک همراه با پوشیده شدن آن‌ها بوسیله مولکول‌های طبیعی مثل اسیدهای هیومیک و فلویک، چربی‌ها، پلی ساکاریدها و پروتئین‌ها به تندی انجام شده و به این مواد اکوکرونا گفته می شود.
اکوکروناهای تشکیل شده می‌توانند خواص سطحی و اندازه ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک را تغییر داده و در نهایت توانایی کنترل و رفتار انتقال آنها را نیز تحت تاثیر قرار دهند.
شکل‌گیری ذرات اکوکرونا و ترکیب آن‌ها، تاثیر زیادی بر روی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی داشته اما مکانیزم آن هنوز کشف نشده است. همچنین تاثیر ذرات اکوکرونا بر روی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک جمع شده و ته نشین شده در فضاهای بین مولکول آب بعنوان یک عامل بسیار مهم جهت کنترل ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک و همچنین کنترل انتقال آن‌ها در خاک‌های کشاورزی بسیار اهمیت دارد.
تحقیقات بسیار کمی درخصوص اثر اکوکرونای تولید شده بر روی مواد نانوپلاستیک کروی در محیط‌های متخلخل انجام شده است که نشان می‌دهد که تشکیل اکوکرونا باعث کاهش تجمع و ته نشین شدن ذرات پلاستیکی و همچنین کاهش روند انتقال آنها در این محیط‌ها می‌گردد.
مطالعه رفتار این ذرات در محیط‌های متفاوت احتیاج به تحقیقات گسترده‌ای دارد. مطالعات باید درخصوص انتقال ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک‌های طبیعی و خاک‌های کشاورزی انجام گردد.
همچنین تحقیقات آزمایشگاهی باید بر روی مکانیزم شکل‌گیری اکوکروناها و تاثیر آنها روی آب و هوا متمرکز گردد. همچنین تاثیر اکوکروناها بر روی تجمع و ته نشین شدن مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک‌های گوناگون کشاورزی نیز باید مدنظر قرار گیرد.
تحقیقات میدانی نیز شامل کنترل آلودگی خاک‌های کشاورزی بوسیله مواد پلاستیکی و انتقال این ذرات در لایه‌های مختلف خاک و نهایتا به آب‌های زیرزمینی باید کاملا زیرنظر قرار گرفته شود. همچنین اطلاعات لازم درخصوص انتقال ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک‌های کشاورزی باید دقیقا جمع آوری شده تا به مدل‌هایی جهت کنترل این مواد و جلوگیری از انتقال آنها در خاک‌های کشاورزی رسید.
در سال‌های اخیر اطلاعات بسیار مفیدی درخصوص آلودگی خاک‌های کشاورزی به مواد پلاستیکی و انتقال این مواد به سیستم‌های آب‌های زیرزمینی و آب‌های آشامیدنی بدست آمده است که مدل‌های کاربردی مهمی را جهت کنترل این مواد و انتقال آنها درخاک‌های کشاورزی و آبهای زیرزمینی فراهم نموده است.

۳-روند تجزیه و تحلیل آماری: کمبود اطلاعات آماری درخصوص انتقال ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی باعث کوشش‌های گسترده‌ای در این زمینه در محیط‌های مختلف طبیعی و آزمایشگاهی شده است.
ابزارهای اطلاعاتی مهم برای سنجش ذرات پلاستیکی مثل روش‌های جداکننده چگالی همراه با استفاده از پروتون‌های مادون قرمز و دستگاه‌های سنجش نوری و دستگاه‌های آنالیز گرمایی مثل دستگاه کروماتوگرافی گرمایی و کروماتوگرافی گازی می‌توانند فقط ذرات پلاستیکی به اندازه میلی متر را شناسایی و اندازه ‌گیری نمایند.
اخیرا از روش میکروسکوپی رامان و جریان‌های ذره‌ای مواد برای شناسایی ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک در خاک استفاده شده است. استفاده از این ابزار به ما این امکان را می‌دهد ذرات پلاستیکی را بوسیله میکروسکوپ بزرگ کرده و با استفاده از ترکیبی از شتاب دهنده‌ها و میدان‌های مغناطیسی پروتونی اندازه‌های ریزتر ذرات را شناسایی کرده و دقت شناسایی را ۲۰۰ نانومتر در حداقل تراکم افزایش دهد.
این روش‌ها نیز درخصوص خاک‌های کشاورزی و تجزیه و تحلیل ذرات پلی استر موجود در خاک کاربری دارند. هرچند که این روش‌ها تعداد دقیق ذرات و اندازه دقیق آن‌ها را بیان نمی‌کنند اما در حال حاضر بعنوان بهترین روش برای شناسایی ذرات نانوپلاستیک در خاک‌های کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد.
بمنظور شناسایی ذرات نانوپلاستیک در محیط های پیچیده و متراکم، از روش فلوروسانس می‌توان استفاده کرد. با استفاده از روش فلوروسانس می توان ذرات نانوپلاستیک را تا قطر ۱۰۰ نانومتر اندازه گیری کرد. از این روش می‌توان برای شناسایی ذرات نانوپلاستیک موجود در خاک نیز استفاده کرد.
بمنظور شناسایی ذرات نانوپلاستیک در خاک‌های کشاورزی، خصوصا ذراتی که کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر می‌باشند، می‌توان از تکنیک شناسایی با استفاده از کربن ۱۴ نیز استفاده کرد. در این روش ذرات ریزتر پلاستیک را بوسیله‌ی اندازه گیری میزان فعالیت کربن ۱۴ تولید شده از ذرات پلاستیکی و با استفاده از شتاب دهنده‌های نوری می‌توان شناسایی کرد.
این دستگاه‌های شناسایی بسیار حساس بوده و به ما اجازه می‌دهد تا دسته‌های موجود در کربن ۱۴ در ذرات نانوپلاستیک را شناسایی کرده و دقت شناسایی را تا ۴ برابر افزایش دهیم.
مشخصات اکوکروناها و اطلاعات لازم در این خصوص بسیار کم است زیرا اکوکروناهای تشکیل شده بر روی ذرات پلاستیک نه تنها از مولکول‌های پروتئین شده‌اند بلکه ممکن است از مولکول‌های دیگری شامل مولکول‌های اسیدهای هیومیک و فلویک، چربی‌ها، پلی ساکاریدها و حتی مولکول‌های کوچکتر دیگر تشکیل شده باشد. تجزیه و تحلیل آماری درخصوص مواد مختلف تشکیل دهنده‌ی موجود در اکوکروناها بسیار اهمیت دارد.

اثر متقابل ذرات پلاستیکی موجود در آفت‌کش‌ها

تراکم مواد پلاستیکی موجود در خاک‌های کشاورزی بسیار بیشتر از تراکم آن مواد در محیط‌های آبی و دریاها است. بنابراین اثر متقابل ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی با کاربرد آفت‌کش‌ها رابطه مستقیم دارد.
باوجود احتمال بسیار زیاد رابطه متقابل مواد پلاستیکی و آفت‌کش‌‌ها و تاثیر این مواد روی خاک‌های کشاورزی، اطلاعات بسیار کمی درخصوص تاثیر متقابل این مواد روی خاک‌های کشاورزی موجود است. برای دانستن و یا ندانستن اثر متقابل مواد پلاستیکی موجود در آفت‌کش‌ها و تاثیر آنها روی خاک‌های کشاورزی به شرح زیر مورد بررسی قرار می گیرد.

• چسبیدن آفت‌کش‌ها بر روی ذرات پلاستیکی

مطالعات درخصوص مکانیزم چسبیده شدن ذرات آفت‌کش‌ها بر روی مواد پلاستیکی بسیار کم است و بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهند که چسبیدن آفت‌کش‌ها به ذرات پلاستیکی بستگی به نوع این مواد و همچنین نوع مواد پلاستیکی، بسیار متفاوت است. چسبیدن مواد آفت‌کش‌ها روی ذرات مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک بستگی به عوامل مختلفی مثل پی اچ، نوع مواد پلاستیکی، آب دوستی و درصد فرسایش مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک دارد. چسبیدن این مواد در آفت‌کش‌های آب دوست با شدت بیشتری همراه است. همچنین چسبندگی آفت‌کش‌ها به ذرات پلاستیکی در پی اچ های پایین بیشتر از پی اچ های بالا می‌باشد. در پی اچ های پایین رفتار آفت‌کش‌ها و چسبیدن‌ها به ذرات مواد میکروپلاستیک و نانوپلاستیک بسیار زیاد است. این درحالیست که در پی اچ های بالا مواد آفت کش‌ها به شدت یونیزه شده و خاصیت چسبندگی کمتری را به ذرات پلاستیکی از خود نشان می‌دهند

• تجزیه بیولوژیکی آفت‌کش‌ها به علت کلونی‌های میکروبی تشکیل شده بر روی ذرات پلاستیک

اطلاعات بسیار کمی درخصوص نحوه تشکیل کلونی‌های میکروبی بر روی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک در خاک‌های کشاورزی وجود دارد. این درحالیست که تحقیقات مختلفی در زمینه ایجاد این کلونی‌های میکروبی بر روی ذرات پلاستیکی در دریاها و آب‌های زیرزمینی وجود داشته و ثابت می‌کند که این مواد پلاستیکی مکان‌های مناسبی برای تشکیل کلونی‌های میکروبی در دریاها و آب‌های زیرزمینی ایجاد می‌نماید. برعکس تحقیقات انجام شده در خاک‌های کشاورزی نشان‌دهنده یکسری کلونی‌های میکروبی هستند که فقط جهت تجزیه مواد پلاستیکی تحت مطالعه قرار گرفته‌اند.

این مطالعات نشان داده‌اند که کلونی‌های تشکیل شده روی این ذرات پلاستیکی بیشتر مربوط به قارچ‌ها و میکروارگانیزم‌های تک سلولی بوده که یک سری آنزیم‌هایی جهت تجزیه این مواد ترشح می‌کنند. بررسی‌های به عمل آمده درخصوص خاک‌های کشاورزی نشان می‌دهند که کلونی‌های تشکیل شده برروی ذرات پلاستیک از قارچ‌هایی تشکیل شده‌اند که می‌توانند این مواد را تجزیه کنند. بررسی‌های دیگر، شناسایی باکتری‌هایی را نشان می‌دهند که ذرات پلاستیکی را به روش پلیمری تجزیه نموده ولی نقش زیادی را در تجمعات ذرات پلاستیکی در خاک ندارند.
همچنین اطلاعات درخصوص اینکه تا چقدر ذرات پلاستیکی می‌توانند بوسیله کلونی‌های باکتریایی و قارچ‌ها تجزیه شوند بسیار اندک است. همچنین تحقیقات نشان می‌دهند که پلاستیک‌های قابل تجزیه بیولوژیک و غیربیولوژیک می‌توانند بوسیله کلونی‌های متفاوت باکتریایی در محیط‌های مختلف خاک، از نظر تجزیه محدود شده و فقط ساختار پلیمری آنها محدود گردد. بنابراین ذرات موجود در خاک و آب‌ها بستر مناسبی برای رشد انواع زیادی از میکرو ارگانیزم‌ها می باشند.
ذرات پلاستیکی موجود در خاک‌های کشاورزی ممکن است بوسیله میکرو ارگانیزم‌هایی که بقایای آفت‌کش‌ها را تجزیه می‌کنند، آلوده شده و کلونی‌هایی در این خصوص جهت افزایش روند تجزیه بیولوژیکی این آفت کش‌ها در خاک بوجود آید.

• اثرات متقابل مواد پلاستیکی موجود در آفت‌کش‌ها بر روی انتقال این مواد بر روی خاک‌های کشاورزی

وجود ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک در رابطه با آفت‌کش‌ها برروی این مواد پلاستیکی و توانایی تجزیه بیولوژیکی این آفت‌کش‌ها بوسیله  میکروارگانیزم‌های موجود برروی ذرات پلاستیکی می‌باشند و نشان می‌دهند که در انتقال مواد آفت‌کش‌ها به سیستم آب‌های زیرزمینی از طریق ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک افزایش می یابد.
برعکس اگر جذب مواد آفت کش ها توسط ذرات خاک افزایش یافته و نسبت به ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک بیشتر باشد، درنتیجه انتقال مواد مضر آفت کش ها به طرف منابع آبهای زیرزمینی کاهش یافته و این مواد بوسیله میکروارگانیزم ها در سطوح بالایی خاک تجزیه خواهند شد.
افزایش جذب مواد آفت‌کش‌ها بوسیله ذرات پلاستیک نسبت به ذرات خاک در آفت‌کش‌هایی مثل (ام سی پی ای)، پروپی کنازل و دیازنون نشان می‌دهند که انتقال این مواد از لایه‌های مختلف خاک‌های کشاورزی بطرف منابع آب‌های زیرزمینی نسبت به آفت‌کش‌های دیگر بسیار زیاد می‌باشد. درصورتیکه اگر جذب مواد آفت‌کش‌ها بوسیله ذرات خاک بیشتر باشد روند انتقال مواد مضر آفت‌کش‌ها بطرف آب‌های زیرزمینی بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.
بنابراین میزان جذب مواد آفت‌کش‌ها و کلونی‌های موجود در ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک و همچنین وجود این مواد برروی ذرات خاک می‌تواند انتقال مواد مضر آفت‌کش‌ها را بطرف آب‌های زیرزمینی، تحت تاثیر قرار دهد.
همچنین اگر روند تجزیه‌ی مواد پلاستیکی بوسیله میکروارگانیزم‌ها بطور ناقص انجام شود، مواد مضر سمی بیشتری ممکن است در خاک‌های کشاورزی جمع شده و این مواد از طریق فضاهای خالی بین ذرات خاک بطرف منابع آب‌های زیرزمینی حرکت کرده و آنها را آلوده نمایند.

-روند تحقیقات در آینده

باتوجه به بعضی از بررسی‌های انجام شده درخصوص اثر متقابل آفت‌کش‌ها و مواد پلاستیکی و تاثیر انتقال این مواد در خاک‌های کشاورزی، درک و کنترل مکانیزم این روند بسیار ضعیف می‌باشد.
همچنین مطالعات درخصوص تاثیر تشکیل اکوکروناها برروی ذرات پلاستیکی و ماندن آن‌ها در آب و خاک بسیار اندک می‌باشد. بنابراین کنترل روند تشکیل اکوکروناها برروی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک و اثر متقابل آنها با مواد مختلف شامل شدت جذب میزان تجزیه ی بیولوژیکی مواد آفت‌کش‌ها توسط کلونی‌های میکروبی موجود برروی ذرات مواد پلاستیکی بسیار ضروری می‌باشد. به منظور ارزیابی تاثیر اکوکروناهای پوششی در خاک‌های کشاورزی و دانستن روند شکل‌گیری اکوکروناها و تاثیر آنها برروی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک آلوده به آفت‌کش‌ها، باید سه مرحله را درخصوص این بررسی‌ها مدنظر قرار داد.
مرحله ی۱:شامل ارزیابی مواد تشکیل دهنده‌ی اکوکروناها.
مرحله ی ۲:بررسی تاثیرات اکوکروناها برروی جذب مواد آفت‌کش‌ها توسط ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک.
مرحله ی ۳:انجام آزمایشات درخصوص تاثیر شکل‌گیری اکوکروناها بر روی شکل‌گیری کلونی‌های میکروبی و تجزیه بیولوژیکی آفت‌کش‌ها.
در مرحله اول ارزیابی چگونگی تشکیل اکوکروناها و وابستگی آنها به انواع خاک‌های کشاورزی و شرایط آن خاک‌ها مدنظر قرار می‌گیرد.
در مرحله دوم تحقیقات و بررسی‌ها باید بر روی چگونگی تشکیل اکوکروناهای مختلف و رفتار آنها بر روی ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک مدنظر قرار گیرد.
در مرحله سوم تعیین اندازه اکوکروناها و دانستن اینکه این اکوکروناها می‌توانند اندازه ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک را افزایش دهند و همچنین دانستن اینکه چه اندازه از این کلونی‌ها می‌توانند به این ذرات بچسبند و باعث شروع روند تجزیه بیولوژیکی آفت‌کش‌ها شوند، بسیار اهمیت دارد.
درک سیستماتیک رفتار ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک همراه با آفت‌کش‌ها و کنترل اثر متقابل آنها و همچنین روند تشکیل اکوکروناها در تعیین اینکه چطور این ذرات در انتقال مواد مضر آفت‌کش‌ها در خاک‌های کشاورزی تاثیر می‌گذارند، بسیار مهم است.
اگر جذب مواد آفت‌کش‌ها توسط ذرات پلاستیکی افزایش یابد، انتقال این مواد در خاک‌های کشاورزی نیز افزایش می‌یابد. برعکس اگر روند تجزیه بیولوژیکی آفت‌کش‌ها توسط پوشش‌های اکوکرونایی متصل به ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک افزایش یابد، روند تجزیه بیولوژیکی این مواد در خاک‌های کشاورزی افزایش یافته و انتقال آنها بطرف منابع آب‌های زیرزمینی کاهش می‌یابد.
همچنین ممکن است روند تجزیه بیولوژیکی آفت‌کش‌ها باعث بوجود آمدن مواد سمی و انتقال آنها به منابع آبی گردد. بنابراین روند برنامه‌ریزی مناسب درخصوص دانستن اثرات متقابل بین مواد آفت‌کش‌ها و ذرات پلاستیکی موجود و همچنین اصلاح مدل‌های مربوط به کنترل انتقال این مواد و حرکت آنها در خاک‌های کشاورزی بسیار اهمیت دارد.

-کوشش‌های آماری

علاوه بر روش های مختلف که درخصوص اکوکروناها توضیح داده شد، ابزارهای تجزیه و تحلیل آماری جهت توسعه و اصلاح روش‌های مربوط به مظالعه اثرات متقابل ذرات پلاستیکی و آفت‌کش‌ها در خاک‌های کشاورزی نیز لازم می‌باشد. اخیرا روش‌های آنالیز ایزوتوپی برای کمک به درک روند انتقال آفت‌کش‌ها در خاک مورد استفاده قرار گرفته است.
در این روش از پیوند‌های شیمیایی بین ایزوتوپ‌های سبک و سنگین استفاده شده و از این روش در نمونه‌های بدست آمده از آب‌های زیرزمینی نسبت به نمونه‌های گرفته شده از خاک‌های کشاورزی بیشتر استفاده می‌شود.
استفاده از روش آنالیز ایزوتوپی در خاک‌های کشاورزی برای ارزیابی شدت نفوذ مواد پلاستیکی و آفت‌کش‌ها و اثر متقابل آنها برروی تجزیه ی بیولوژیکی این مواد باعث شده است که خطر این مواد پلاستیکی و همچنین انتقال مواد مضر آفت‌کش‌ها در خاک‌های کشاورزی و رسیدن آنها به سیستم آب‌های زیرزمینی راحت تر و بهتر بررسی گردد.

نتیجه‌گیری‌ها

از آنجایی که تولید پلاستیک در سراسر دنیا و آلودگی این مواد در خاک‌های کشاورزی در دهه‌های آینده رو به افزایش است، جواب این سؤال که ذرات پلاستیک موجود در خاک‌های کشاورزی ممکن است خطر آلودگی این مواد در آب‌های زیرزمینی و آشامیدنی را در سراسر دنیا افزایش دهد، بسیار اهمیت دارد، هرچند اطلاعات کافی در این زمینه موجود نمی‌باشد اما شواهد بدست آمده در این خصوص نشان می‌دهند که ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک می‌توانند از طریق خاک‌های کشاورزی انتقال یافته و با خود مواد مضر آفت‌کش را نیز به منابع آب‌های زیرزمینی منتقل کنند.

این خود باعث اهمیت مطالعات بیشتر جهت اصلاح اطلاعات موجود درخصوص اداره روند انتقال ذرات پلاستیک و همچنین انتقال مواد مضر آفت‌کش‌ها از طریق خاک‌های مختلف کشاورزی می‌باشد.

همچنین جمع آوری اطلاعات آماری در سطح مزارع و باغات و اراضی کشاورزی می‌تواند در اصلاح رفتار ذرات پلاستیکی و تاثیر متقابل آنها با آفت‌کش‌ها به منظور کاهش خطرات این مواد در خاک‌های کشاورزی و منابع آبی و نهایتا به سلامتی انسان‌ها کمک کند.

سوالات متداول درباره نقش مواد پاستیکی در خاک‌های کشاورزی

۱) ذرات پلاستیک موجود در خاک‌های کشاورزی ممکن است خطر آلودگی این مواد در آب‌های زیرزمینی و آشامیدنی را در سراسر دنیا افزایش دهد؟

شواهد بدست آمده در این خصوص نشان می‌دهند که ذرات نانوپلاستیک و میکروپلاستیک می‌توانند از طریق خاک‌های کشاورزی انتقال یافته و با خود مواد مضر آفت‌کش را نیز به منابع آب‌های زیرزمینی منتقل کنند.

مترجم: سارا زندی/