The role of polymers as carriers of agrochemicals and contaminants in water environment and agricultural soil

Abstract

L'ús de materials plàstics a l'agricultura representa una causa important de contaminació ambiental. S'ha estimat que uns 2 milions de tones de pel·lícules de plàstic olefínic (polietilè de baixa densitat, LDPE) s'utilitzen a tot el món per a aplicacions de mulching. Durant els últims anys, s'han desenvolupat pel·lícules de mulching biodegradables per evitar l'eliminació, el transport i l'eliminació d'abocadors. No obstant això, estudis recents han demostrat que, a causa de les propietats d'hidrofobicitat dels biopolímers, els agroquímics i els metalls pesants són absorbits per pel·lícules de mulch biodegradables en quantitats superiors a les pel·lícules d'olefines, de manera que, quan aquestes pel·lícules es degraden, els microfragments esdevenen portadors de contaminants en ambients terrestres i aquàtics. Aquest treball pretén estudiar aquest procés des de l'adsorció de contaminants sobre pel·lícules de mulching biodegradables fins als processos de degradació de les pel·lícules, i el transport dels contaminants residuals en ambients aquàtics. Aquests diferents fenòmens constitueixen els temes d'estudi d'aquest treball. En particular, s'ha estudiat el fenomen de l'absorció de productes químics en pel·lícules de plàstic biodegradables tant mitjançant proves de laboratori, per tal de descriure quantitativament el fenomen d'adsorció, com després assajos de camp sobre un cicle de cultiu real realitzats a la regió d'Apulia, Itàlia. A continuació, l'activitat de recerca es va centrar en la descripció del procés de degradació de pel·lícules de biopolímer mitjançant proves in situ i finalment es va traslladar a l'avaluació de contaminants residuals en residus plàstics en ambients d'aigua dolça. En particular, s'ha estudiat el paper del biofilm en l'absorció de metalls pesants per residus plàstics en referència a un medi aquàtic mediterrani, concretament el riu Llobregat situat a Catalunya, Espanya. Aquest estudi s'ha realitzat a través d'una campanya experimental que va des de la recollida de residus plàstics a diversos punts del banc del Llobregat fins a proves realitzades als laboratoris de l'ICTA-UAB.

El uso de materiales plásticos en la agricultura representa una causa importante de contaminación ambiental. Se estima que anualmente se emplean en todo el mundo más de 2 millones de toneladas de películas plásticas olefínicas (polietileno de baja densidad, LDPE) para aplicaciones de acolchado. En los últimos años, se han desarrollado películas de acolchado biodegradables para evitar su remoción, transporte y disposición en vertederos. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que, debido a las propiedades hidrofobicidades de los biopolímeros, los agroquímicos y los metales pesados son absorbidos por las películas de acolchado biodegradables en mayores cantidades que las películas de olefina, de modo que, cuando estas películas se degradan, los microfragmentos se convierten en portadores de contaminantes en ambientes terrestres y acuáticos. Este trabajo tiene como objetivo estudiar este proceso a partir de la adsorción de contaminantes en películas de acolchado biodegradables hasta los procesos de degradación de las películas y el transporte de los contaminantes residuales en ambientes acuáticos. Estos diferentes fenómenos constituyen los temas de estudio de este trabajo. En particular, se estudió el fenómeno de la absorción de sustancias químicas en películas de plástico biodegradables mediante ensayos de laboratorio, con el fin de describir cuantitativamente el fenómeno de adsorción, y luego mediante pruebas de campo en un ciclo de cultivo real realizado en la región de Apulia, Italia. La actividad de investigación se centró luego en la descripción del proceso de degradación de películas de biopolímeros mediante ensayos in situ y finalmente pasó a la evaluación de contaminantes residuales en residuos plásticos en entornos de agua dulce. En particular, se estudió el papel del biofilm en la sorción de metales pesados por residuos plásticos con referencia a un entorno acuático mediterráneo, en concreto el río Llobregat situado en Cataluña, España. Este estudio se llevó a cabo a través de una campaña experimental que abarcó desde la recogida de residuos plásticos en varios puntos de la ribera del Llobregat hasta pruebas realizadas en los laboratorios del ICTA-UAB.

The employ of plastic materials in agriculture represents an important cause of environmental pollution. It has been estimated that about over 2 million tons of olefinic plastic films (Low-Density Polyethylene, LDPE) are employed per year worldwide for mulching applications. Over the last years, biodegradable mulching films have been developed to avoid removal, transport, and landfill disposal. However, recent studies have shown that, due to the hydrophobicity properties of biopolymers, agrochemicals and heavy metals are sorbed by biodegradable mulch films in greater quantities than olefin films so that, when these films degrade, the micro-fragments become carriers for contaminants in terrestrial and aquatic environments. This work aims to study this process starting from the adsorption of contaminants on biodegradable mulching films up to the degradation processes of the films, and the transport of the residual contaminants in aquatic environments. These different phenomena constitute the subjects of study of this work. In particular, the phenomenon of the absorption of chemicals on biodegradable plastic films was studied both through laboratory tests, in order to quantitatively describe the adsorption phenomenon, and then field tests on a real crop cycle carried out in the Apulian region, Italy. The research activity then focused on the description of the degradation process of biopolymer films through in situ tests and finally moved on the evaluation of residual contaminants on plastic debris in freshwater environments. In particular, the role of biofilm in the sorption of heavy metals by plastic debris with reference to a Mediterranean aquatic environment, namely the Llobregat river located in Catalonia, Spain, was studied. This study was conducted through an experimental campaign ranging from the collection of plastic debris at various points of the Llobregat bank to tests performed at the laboratories of ICTA-UAB.