Microplastic in long-term soil monitoring: first spatial and temporal data on plastics in agricultural topsoils
- C. J. Weber
- J. E. Bastijans
- K. Lügger
- C. Heller
Resumo
Objetivo: No campo emergente da pesquisa sobre microplásticos (MPs) relacionados ao solo, pouco se sabe sobre as variações espaço-temporais das concentrações de MPs nos solos. Para superar essa lacuna de conhecimento atual, sugerimos a exploração de programas de monitoramento de solos de longo prazo (LTSM) e suas amostras de solo arquivadas, para obter os primeiros dados sobre variações espaço-temporais na contaminação do solo por MPs.
Métodos: Foram analisadas 32 amostras de topsoil arquivadas de 13 locais de cultivo e 3 sítios controle, incluindo pastagem e floresta, que fazem parte do programa LTSM do estado alemão de Hesse. As amostras analisadas cobrem um período de 10 a 16 anos. MPs (>300 µm) foram extraídos via separação por densidade com cloreto de sódio (NaCl, 1,2 g cm⁻³), coloração com vermelho do Nilo e identificação óptica fluorescente, seguida de análise por ATR-FTIR de MPs individuais.
Resultados: Foram encontradas contaminação por MPs (média 34,66 ± 24,08 p kg⁻¹) provenientes principalmente de polímeros de PE e borracha sintética. Além disso, foram detectados pontos críticos de contaminação espacial por MPs, com concentrações inesperadamente altas de MPs nos sítios LTSM de controle (pastagem e floresta). No caso das tendências temporais, não podemos concluir um aumento geral das concentrações de MPs ao longo do tempo. No entanto, foram achados MPs em amostras antigas e recentes, é provável que a contaminação por MPs seja ubíqua em topsoils e já esteja presente no ambiente há várias décadas.
Conclusão: Estes achados reforçam o papel dos topsois de terras de cultivo como reservatórios de MPs, mas levantam questões sobre o armazenamento de MPs em solos de pastagem e floresta. A aplicação de ferramentas analíticas de MPs a amostras LTSM arquivadas permite os primeiros insights dentro da análise de fonte espacial não direcionada e tendências temporais da poluição do solo por MPs. Se métodos analíticos aprimorados forem aplicados a amostras LTSM, será possível obter insights mais detalhados sobre a dinâmica espaço-temporal de MPs nos solos.
Abstract
Purpose
Within the emerging field of soil related microplastic (MP) research, little is known about spatio-temporal variations of MP concentrations in soils. To overcome this current knowledge gap, we suggest the exploitation of long-term soil monitoring programmes (LTSM) and its archived soil samples, to gain first data on spatio-temporal variations within soil MP contamination.
Methods
We analysed 32 archived topsoil samples of 13 cropland and 3 control sites, including grassland and forest sites, which are part of the LTSM programme of the German federal state of Hesse. Analysed samples cover a time span of 10–16 years. MP (>300 µm) have been extracted via sodium chloride (NaCl, 1.2 g cm−3) density separation, Nile Red staining and fluorescent optical identification followed by ATR-FTIR analysis of individual MP.
Results
We found MP contamination (mean 34.66 ± 24.08 p kg−1) from mainly PE and synthetic rubber polymers. Furthermore, we were able to detect spatial MP contamination hotspots, with unexpected high MP concentrations in control grassland and forest LTSM sites. In case of temporal trends, we cannot conclude a general increase of MP concentrations over time. However, as we found MP in older and newer samples, MP contamination is likely to be ubiquitous in topsoils and has already been present in the environment for several decades.
Conclusion
Our findings underline the role of cropland topsoils as MP reservoirs, but raise questions on the MP storage in grassland and forest soils. Applying MP analytical tools to archived LTSM samples enables first insights within non-targeted spatial source analysis and temporal trends of soils MP pollution. If enhanced analytical methods will be applied to LTSM samples, it will be possible to gain more detailed insights within spatio-temporal MP dynamics in soils.
