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農業生態系におけるマイクロプラスチック:土壌生物相と主要な土壌機能への影響のレビュー①

バイオプラ
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    コチラの論文「Microplastics in agroecosystems: A review of effects on soilbiota and key soil functions」では、土壌環境における MP(マイクロプラスチック) の発生源、土壌中での移動、土壌生物への悪影響を検討することにより、農地土壌に対する MP 汚染の潜在的影響に関する現状を要約したものです。

    国連環境計画は、プラスチック汚染が最も関連性の高い陸上生態系汚染であると報告しています (UNEP、2018)。

    年間約 49 億トンが生産され、全プラスチックの約 60% が廃棄され、埋め立て地や環境中に蓄積されています。

    そして、環境中に放出されたプラスチックの総量の 14% が農地土壌に流入すると推定されています (Weber & Opp、2020)。

    プラスチック残留物は、土壌環境に放出されると、より小さなサイズの粒子に断片化されてしまいます。

    プラスチック残留物はサイズによって呼び方が変わり、ナノプラスチック(NP; <1μm)、マイクロプラスチック(MP; <5 mm)、およびマクロプラスチック(MaP; >5 mm)に分類され、さらに、MP(マイクロプラスチック) は一次MPおよび二次MPに分類されます。

    一次MPは製品そのものや製品原料に含まれるMPなど、「元々から小さいプラスチック」を指し、二次MPは「元々大きかったプラスチックが摩耗等で小さくなったもの」を指します。

    農地におけるプラスチック汚染とその土壌への影響について、本論文の目的は以下3点になります。

    (1) MP が土壌の物理的、化学的、および物理化学的機能に与える影響を分析および比較


    (2) 土壌生物相に対する MP の影響の要約


    (3) 植物の成長パラメータ、土壌と地下水への侵入、および土壌と植物の系に対する分布、吸収、毒物学的影響の側面を含む食物連鎖に対する MP の影響

    MPS 農業土壌の供給源と分布

    農地へは主に、大きなプラスチックの破片によるもの(例:温室カバー、ポリトンネル、サイレージ梱包、容器、包装、および網から;Van Schothorst et al., 2021)や、汚染水による灌漑、プラスチックでコーティングされた殺虫剤や肥料、洪水(Rolf et al.、2022)、タイヤや道路の摩耗粒子などから流入すると考えられます。

    また、不適切なプラスチックの除去や保管、焼却などの廃棄物管理により、 MP が農業生態系に侵入する可能性があります。 (Hopewell et al., 2009)

    土壌系では、プラスチックは粒子、水、化学薬品、微生物間の相互作用を変化させ、耕地におけるMPの蓄積は、農業生態系のさまざまな特性に悪影響を与える可能性があります。

    MPの細菌への影響

    中国の綿花畑で行われた研究では、MPが「特別な微生物集積器」として機能し、細菌群集がポリマーをコロニー化し、これらの群集は周囲の土壌のものとは著しく異なる構造を持つ可能性があることを発見しました。

    また、同様の研究で、Puglisiら(2019)は、異なる細菌コミュニティが異なるタイプのプラスチックと関連しており、プラスチックの構造はポリマーの物理化学的性質と相関しているかもしれないことを発見しました。

    土壌の乾燥重量の0.5%という低濃度であっても、MPは小形節足動物の腸内で微生物群集を著しく変化させ、細菌の多様性を減少させることが評価されました(Ju et al.、2019)。


    Zhu、Fangらによる実験室研究では、 (2018)、MP に 56 日間曝露された F. can-dida(ツヤクロヤマアリ) では腸内細菌群集が変化しました。

    土壌中および地下水へのMPの浸出

    ドイツ中部で行われた最近の現地調査では、MPが1mもの深さの土壌層に浸出する可能性があることが示唆されています (Weber & Opp、2020)。

    バイオポアを通したプラスチック破片の浸出は、地下水汚染の考えられるメカニズムとして特定されています。

    バイオポアとは植物の根の枯死・分解後に土壌中に残される管状の穴や土壌動物の活動によって形成される穴などを指します。

    He et al (2018) による研究は、コロイド中の天然粒子 (農薬など) の移動と同様に、農業土壌中のプラスチックの帯水層系への、特に MPの垂直移動に関する最初の証拠を提供しています。

    したがって、浸出プロセスは、その下にある帯水層、氾濫原、飲料水供給源(農地の下の地下水資源など)がプラスチックや殺虫剤によって汚染される重大なリスクをもたらすと考えられます(Wanner、2021)。

    さまざまな耕作方法は、さまざまな土壌層と MP を組み込むことができる深さに影響を与えます (Rillig et al., 2017)。

    土壌中の MP の移動と滞留は、主に懸濁液の物理化学的特性 (粒子や粒径、イオン強度など) に関連しています。 (Wu、Lyu et al.、2020)。

    土壌でのMPの移動に関するほとんどの研究は、特定の物質 (石英、砂、またはガラスビーズなど) を使用して行われており、複雑な自然の土壌条件を非常に限られた範囲でしか表すことができません。

    農地での降雨と灌漑により、プラスチック残留物は浸透水とともに土壌のマクロ細孔を通ってより深部に運ばれ、最終的には地下水に到達する可能性があります。

    これらのモデルは、土壌が MP および NP を効果的に保持および貯蔵することを説明できる可能性があります (Hurley et al., 2018)。

    さらに、MPの垂直移動の調査、植物摂取のリスク評価、およびプラスチック汚染の空間依存性に関する大幅に多くのデータにより、MPで汚染された土壌に関する知識がさらに向上するでしょう。 (Weber &Opp、2020)。

    続いてはマイクロプラスチックのミミズへの影響についてまとめていきますので、そちらもご覧ください。

    結論と今後の研究の展望

    農地土壌に対する MP の影響に関する入手可能な研究のほとんどは、主に農地の乾燥土壌重量あたり 0.001 ~ 2% (w/w) の MP 濃度を用いた実験室または短期実験に焦点を当てています。

    しかし、土壌や地下水系にさまざまな濃度で蓄積した MP の長期的な影響はまだ不明です。

    一般に、MPの移動は環境要因 (UV 照射、加水分解反応、温度など) に関連していますが、これらの現象に関する入手可能なデータはまだ稀です。

    さらに、MP は植物の根の取り込み、微生物、動物を介して食物連鎖に侵入する可能性があります。

    これまでの結果は、MP汚染が土壌と人間の健康に深刻な危険をもたらすことを示しています。

    これは、特に考えられる侵入源について、さらなる迅速な研究の必要性を強調しています。

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