Comparação de modelos de aprendizagem para prever concentrações de LDPE, PET e ABS em sedimentos de praia com base na refletância espectral

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6258 (2023) Citar este artigo

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Estima-se que a contaminação por microplásticos (MP) em terra seja 32 vezes maior do que nos oceanos e, no entanto, há uma clara falta de investigação sobre os MP do solo em comparação com os MP marinhos. As praias são pontes entre a terra e o oceano e apresentam locais de poluição por microplásticos igualmente pouco estudados. O infravermelho próximo visível (vis-NIR) foi aplicado com sucesso para a medição de refletância e previsão de concentrações de polietileno de baixa densidade (LDPE), tereftalato de polietileno (PET) e cloreto de polivinila (PVC) no solo. A rapidez e precisão associadas a este método tornam o vis-NIR promissor. O presente estudo explora abordagens de regressão PCA e aprendizado de máquina para o desenvolvimento de modelos de aprendizagem. Primeiro, usando um espectrorradiômetro, os dados de refletância espectral foram medidos a partir de sedimentos de praia tratados enriquecidos com pelotas microplásticas virgens [LDPE, PET e acrilonitrila butadieno estireno (ABS)]. Usando os dados espectrais registrados, foram desenvolvidos modelos preditivos para cada microplástico usando ambas as abordagens. Ambas as abordagens geraram modelos de boa acurácia com valores de R2 maiores que 0,7, valores de raiz do erro quadrático médio (RMSE) menores que 3 e erro médio absoluto (MAE) < 2,2. Portanto, usando o método deste estudo, é possível desenvolver rapidamente modelos preditivos precisos sem a necessidade de preparação abrangente de amostras, usando a opção de baixo custo ASD HandHeld 2 VNIR Spectroradiometer.

Os plásticos são populares devido à sua durabilidade, propriedades maleáveis ​​e baixo custo de fabricação1. No entanto, o seu uso excessivo e métodos de eliminação inadequados levaram a uma grave poluição plástica no ambiente2,3,4. Os plásticos que acabam no meio ambiente podem então, através de fatores ambientais químicos, físicos ou biológicos, quebrar-se em fragmentos menores conhecidos como microplásticos (MPs). Vários estudos relataram um grande número de MPs no ambiente marinho5,6,7. Os MP podem servir de transporte para produtos químicos tóxicos, bem como de habitat para microrganismos nocivos8. Eles impactam e ameaçam a composição microbiana, a saúde dos ecossistemas e as cadeias alimentares9,10.

No entanto, a maior parte dos resíduos plásticos no ambiente marinho tem origem na utilização de plásticos no interior11. Consequentemente, estima-se que a contaminação por microplásticos em terra seja 32 vezes superior à dos oceanos12. As fontes de contaminação plástica no ambiente do solo incluem lodo de esgoto que contém microplásticos primários (microesferas), fertilizantes e produtos de higiene pessoal12,13. Outras fontes incluem aterros sanitários e irrigação de águas residuais14,15. Além disso, uma grande quantidade de polietileno de baixa densidade (PEBD) é utilizada na agricultura e na aplicação de cobertura morta16. É importante ressaltar que esses MPs entram em contato com as superfícies do solo provenientes dessas fontes e depois infiltram-se no subsolo, entrando assim no ambiente do solo6. Com o tempo, degradam-se em pedaços mais pequenos e vazam para as águas subterrâneas que são utilizadas para beber17. Os aditivos presentes nos plásticos podem lixiviar, o que pode ser prejudicial à biota do solo7. Além disso, devido à superfície hidrofóbica dos plásticos, estes absorvem outros tóxicos, tais como pesticidas organoclorados, metais e bifenilos policlorados (PCB)3. Por último, além da absorção de tóxicos, as superfícies dos MPs do solo podem abrigar patógenos microbianos contendo genes de resistência a antibióticos, o que pode aumentar a propagação de doenças microbianas resistentes a antibióticos .

Apesar da maioria dos MPs serem potencialmente encontrados nos solos, ainda há uma clara falta de investigação sobre os MPs do solo em comparação com os MPs marinhos18. Há ainda menos investigação sobre a monitorização dos PM do solo19. A necessidade de desenvolver métodos padronizados de quantificação de PMs no solo é bem reconhecida19,20,21. A grande maioria dos estudos utilizou espectroscopia Raman, infravermelho transformado de Fourier (FTIR) e cromatografia gasosa de pirólise - espectrometria de massa (Pyr-GC-MS) para quantificar MPs . Todos esses métodos são demorados, pois as amostras devem passar pela separação por densidade para separar os MPs23.