Impact of plastic mulch film debris on soil physicochemical and hydrological properties

Abstract

The plastic mulch films used in agriculture are considered to be a major source of the plastic residues found in soil. Mulching with low-density polyethylene (LDPE) is widely practiced and the resulting macro- and microscopic plastic residues in agricultural soil have aroused concerns for years. Over the past decades, a variety of biodegradable (Bio) plastics have been developed in the hope of reducing plastic contamination of the terrestrial ecosystem. However, the impact of these Bio plastics in agro-ecosystems have not been sufficiently studied. Therefore, we investigated the impact of macro (around 5 mm) and micro (<1 mm) sized plastic debris from LDPE and one type of starch-based Bio mulch film on soil physicochemical and hydrological properties. We used environmentally relevant concentrations of plastics, ranging from 0 to 2% (w/w), identified by field studies and literature review. We studied the effects of the plastic residue on a sandy soil for one month in a laboratory experiment. The bulk density, porosity, saturated hydraulic conductivity, field capacity and soil water repellency were altered significantly in the presence of the four kinds of plastic debris, while pH, electrical conductivity and aggregate stability were not substantially affected. Overall, our research provides clear experimental evidence that microplastics affect soil properties. The type, size and content of plastic debris as well as the interactions between these three factors played complex roles in the variations of the measured soil parameters. Living in a plastic era, it is crucial to conduct further interdisciplinary studies in order to have a comprehensive understanding of plastic debris in soil and agroecosystems.

TSC Opinion

La pratique du mulching avec des films plastiques sur les sols agricoles est largement répandue à travers le monde. Elle consiste à étendre sur de grandes surfaces avant culture, des films en PE basse densité, en général poreux à l’eau. Tout d’abord utilisée dans les zones arides pour éviter l’évaporation excessive de l’eau, cette pratique s’est généralisée pour réchauffer la terre afin d’augmenter la productivité et pour limiter les désherbages nécessaires aux cultures traditionnelles. Sous l’effet du soleil et des intempéries, ces plastiques se dégradent en microplastiques qui s’accumulent progressivement dans les sols au fil des années, car leur cinétique de dégradation est très lente. Cette étude a expérimenté les effets des microplastiques de différentes origines sur la qualité des sols. Le PE basse densité et un plastique biodégradable à base d’amidon ont été testés avec des tailles de microplastiques d’environ 1 mm et 5 mm. Les résultats montrent que tous les plastiques, et toutes les tailles de MP, impactent la densité, la porosité et la capacité de saturation hydraulique des sols. Le pH, la conductivité et la stabilité ne sont pas affectés. La question se pose sur les impacts à plus long terme de ces MP dans l’agro écosystème. En France, la grande majorité des films plastiques utilisés en agriculture sont à usage unique pour une culture ou une année. Seule une petite partie est recyclée où traitée, mais l’essentiel disparaît dans la nature…