استفاده از پلی اتیلن در خاک کشاورزی

استفاده از پلی اتیلن در خاک کشاورزی و شهری

در چند دهه اخیر، انواع مختلفی از پلاستیک ها در انواع مختلف خاک یافت شده اند که اثرات منفی مستند یا بالقوه ای بر محیط زیست، گیاهان و جانوران ساکن در خاک و به تبع آن سلامت انسان دارند. این مقاله به بررسی اثرات برهمکنش های پلاستیک با خاک، گیاهان، میکروب های خاک و آلاینده های آلی یا معدنی باتوجه به نوع کاربری زمین می پردازد. در اینجا همچنین به مطالعه انواع مختلف پلی اتیلن که کاربرد گسترده ای در خاک کشاورزی و خاک شهری دارد پرداخته می شود. اگرچه فرمول شیمیایی (C2H4)n در طبقه بندی های مختلف مشابه است و رفتار شیمیایی پلی اتیلن در خاک متفاوت بوده و مستقیما به چگالی، انشعاب، بلورینگی و جرم مولکولی نسبی آن بستگی دارد به اختلافات بسیاری در خواص و همچنین رفتار دو شکل اصلی پلی اتیلن سبک و سنگین منجر می شود. با این حال، فراتر از ترکیب شیمیایی پلاستیک، شرایط آب و هوایی که بر مناطق شهری و روستایی حاکم است میزان خوردگی، شکل و اندازه آنها را تعیین می کند و همچنین بر واکنش های شیمیایی تاثیر می گذارد که آنها را مستقیم یا غیرمستقیم تحت تاثیر قرار می دهند. در خاک های کشاورزی به نظر می رسد گیاهان و میکروبیوم موجود در ریزوسفر رفتار پلاستیک را به طور قابل توجهی تغییر می دهند؛ جایی که در آن تعامل همه این پارامترها منجر به تغییرات مواد مغذی (فسفر و پتاسیم)، درصد مواد آلی و چرخه نیتروژن می شود. در خاک های شهری، افزایش دما و کاهش رطوبت پارامترهای اصلی در تعیین میزان جذب فلزات سنگین و آلاینده های آلی در سطح پلاستیک به شمار می روند. با اينكه وجود پلاستیک اجتناب ناپذیر است اما شاید مطالعه دقیق تر آنها خطرات آلودگی در محیط های شهری و روستایی را به حداقل برساند. این تحقیق چشم انداز امیدوار کننده ای از سهم بالقوه MP PEs  در مدیریت پایدار سیستم های خاک ارائه می دهد.

پلاستیک ها در زندگی روزمره ما وجود دارند و بخش های مختلف زندگی ما را تسهیل می کنند. با این حال، پلاستیک در برخی موارد اثرات منفی بر محیط زیست دارد مانند بلعیده شدن توسط ارگانیسم ها و یا تهدید سلامت انسان مانند عوامل سرطان زا. استفاده بی رویه از آنها منجر به تجمع آنها در جو، آب، خاک و حتی در یخچال ها می شود. تخمین زده می شود که تا سال 2050 ضایعات پلاستیکی بیشتری نسبت به ماهیان در محیط های دریایی (برحسب وزن) یافت شود؛ یک کیسه پلاستیکی در عمیق ترین قسمت زمین نیز مشاهده شده است. محیط های مختلف (اتمسفر، هیدروسفر، زمین وغیره) و محیط های پویا به هم مرتبط هستند. درنتیجه، پلاستیک ها از یک سیستم به سیستم دیگری منتقل می شوند. علاوه بر محیط (آب، هوا، خاک)، وجود پلاستیک در مناطق زمینی (به عنوان مثال ساحل) به کاربری های زمین همچون صنعتی، شهری یا منطقه ماهیگیری نیز بستگی دارد. همان طور که در شکل زیر آمده است، پلاستیک با پارامترهای دیگری مانند آلاینده های مختلف ازجمله فلزات سنگین در خاک، شرایط آب و هوایی، میکروارگانیسم ها، پوشش گیاهی وغیره در تعامل هستند.

شکل 1:

از دیگر پارامترهای مهم در زمینه تعامل می توان نوع پلاستیک، شکل، اندازه، ویژگی های سطح (مانند زبری)، خواص مکانیکی، فیزیکی و همچنین شیمیایی مانند مواد افزودنی را نام برد. پلاستیک حاوی عناصر بسیاری است که ازنظر شیمیایی به ماتریس پلیمری متصل نیستند همچون مونومرهای غیرواکنشی و افزودنی های فرآوری پسماند. اقیانوس ها و اکوسیستم های آب شیرین به سطوح قابل توجهی از آلودگی میکروپلاستیک مرتبط هستند. میجِر و همکارانش بیش از هزار رودخانه را بررسی کردند که منشا ورود 80 درصد از پلاستیک های رودخانه ای به محیط های آبی در سراسر جهان هستند. با این حال، مشاهده شد که میکروپلاستیک ها (MPs) بیشتری در اکوسیستم های زمینی نسبت به محیط های دریایی وجود دارند که آنها را به مخازن مهمی تبدیل می کند. به گفته هی و همکارانش، بین سال های 2014 تا 2018 میزان کاغذهای یافت شده دربین ضایعات پلاستیکی در محیط های آبی 51.49 درصد بود که این رقم در محیط های خاکی 3.86 درصد گزارش شد؛ تقریبا 4 تا 23 برابر پلاستیک. اگرچه پلاستیک دارای اثرات زیست محیطی کمتر شناخته شده ای مانند تاثیر بر رشد گیاهان است، اما همانطور که در محیط های دریایی جهان وجود دارد در خاک ها نیز رسوب کرده و بستر پلاستیکی در اکوسیستم های زمینی (خاک) ایجاد می کند.

به عنوان مثال، بزرگترین مناطق زمینی یعنی خشکی 41 درصد از سطح زمین را پوشش داده و بیش از 38 درصد از جمعیت انسان را در سراسر جهان در خود جای داده است. خشکی می تواند به طور جدی با افزایش تمرکز MPs در خاک تهدید شود. خاک را می توان براساس ISO به عنوان بالاترین لایه از پوسته زمین تعریف کرد که با فرایندهای مختلف فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و حتی شرایط آب و هوایی تغییر می‌کند. در محیط های روستایی، بدنه فیزیکی خاک با استفاده بی رویه از کود حیوانی، کودها و پسماندهای جامد و مایع در کشاورزی تحت تاثیر قرار می گیرد. در یک تحقیق نمونه مشخص شد که افزودن پلاستیک (پلی اتیلن) موجب کاهش کربن آلی (OC) خاک می شود که برای تغذیه گیاه و حاصلخیزی خاک بسیار مهم است. علاوه براین، حفظ کیفیت محیط خاک برای اطمینان از یکپارچگی خاک، سلامت گیاهان و جانوران درحال رشد، حفظ کیفیت آب زیرزمینی و افزایش کمیت و کیفیت محصولات نیز بسیار مهم است. در سال‌های اخیر، برای ارزیابی خطرات احتمالی ناشی از وجود میکروپلاستیک در سیستم های خاکی اقدامات متعددی انجام شده است. در این مقاله مروری بر تعاملات مختلف خاک با آلاینده های پلی اتیلن ارائه شده است. نوع خاک (نوع سیلت، اندازه دانه، تجمع خاک) و وجود سایر شرایط محیطی مانند ترکیب آلی، پ هاش، رطوبت، دما وغیره فاکتورهای متفاوتی در ایجاد برهمکنش و درنتیجه، اثرات پلاستیک به شمار می روند. هدف از ارائه نمونه هایی از مطالعات مختلف علمی با ثبت مثال های تعمیم یافته و همچنین خلاصه سازی اثرات متفاوت هر نوع تعامل بررسی زیست کره [لایه نسبتا بسیار نازک سطح خاک زمین که در آن حیات مشاهده شده است] است.

کلام آخر و نتیجه گیری

باتوجه به این بررسی جامع، می توان گفت که خاک های روستایی و شهری به صورت پویا با دیگر محیط ها مانند جو و محیط های آبی در تعامل هستند و این تعامل تغییرات شیمیایی و پراکندگی (میکرو) پلاستیک را تحت تاثیر قرار می دهد. خاک مناطق روستایی و شهری دارای زیرمجموعه های مختلفی است که منابع انواع مختلف بسترهای پلاستیکی و سایر آلاینده ها (آلی یا معدنی) محسوب می شوند. یک نمونه بسیار رایج و قابل توجه از پلاستیک، "رفتار" پلی اتیلن در خاک است که باتوجه به چگالی، انشعاب، بلورینگی و جرم مولکولی نسبی می تواند متفاوت باشد؛ برای مثال انواع پلی اتیلن سبک، پلی اتیلن سنگین و پلی اتیلن با بلورینگی و چگالی مختلف دارای تعامل های متفاوتی در خاک هستند. به طور کلی، تعاملات پلی اتیلن به طبقه بندی و نوع آن (مانند اندازه)، پوشش گیاهی، نوع خاک، بار میکروبی و همچنین پارامترهای فیزیکی مانند شرایط آب و هوایی بستگی دارد. در اینجا دیدگاه جدیدی از درک مکانیسم هایی ارائه می دهد که بین میکروپلاستیک های پلی اتیلن و اجزای سیستم خاک وجود دارند. پس از ورود، میکروپلاستیک ها قادر به تعدیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاک هستند و این کار موجب ایجاد واکنش های زنجیره ای در دسترسی به مواد مغذی و همچنین عناصر سمی آلی و معدنی موجود در خاک می شود. با این حال، شاید وجود میکروپلاست های پلی اتیلن (پلی اتیلن سبک (LDPE) و پلی اتیلن سنگین (HDPE)) بتواند به پایداری خاک های شهری و روستایی همراه با مدیریت صحیح کمک کند.