نوع مقاله: علمی پژوهشی
نویسندگان
1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان، دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آلودگی‌های محیط زیست، همدان، ایران.
2 - استادیار گروه مجیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
3 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان، استادیار گروه محیط زیست، همدان، ایران.
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Heavy metal pollution of agricultural soils is a major environmental problem that can affect plant production, food safety and human health. Soil contamination with heavy metals occurs as a result of human activities. Heavy metals can easily accumulate in edible tissues of leafy vegetables, fruits and seeds. Few studies have been conducted on heavy metals concentration in soil and greenhouse crops. Therefore, this study aimed to determine the concentrations of lead (Pb) and zinc (Zn) in greenhouse cucumbers produced in Hamadan province. The concentrations of heavy metals were measured using atomic emission method. Results showed that the mean concentrations of Pb and Zn in cucumber samples were 0.33 and 3.14 mg/kg, respectively. Also the results of the statistical analysis revealed a negative correlation between the measured concentrations. Moreover, the concentration of Zn in the samples obtained from Hamadan greenhouses and lead concentration in Tuyserkan, Famenin, as well as Malayer samples were above the recommended limits. Daily intake amounts of Pb and Zn from vegetables consumption for three age categories (children, adolescents, and adults) were calculated. In conclusion, daily intake of Pb and Zn were determined below the recommended limits.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
آلودگی زمین‌های کشاورزی توسط فلزات به دلیل فعالیت‌های صنعتی، کاربرد بیش از حد کودهای شیمیایی، آبیاری با فاضلاب و تخلیه نامناسب پسماندها رو به افزایش است. فلزات سنگین از نظر زیستی تجزیه‌پذیر نیستند و تجمع بیش از حد این فلزات در خاک‌های کشاورزی میتواند برای سلامت عمومی مخاطره‌آمیز باشد .(Liua et al., 2012) همراه با افزایش در مصرف آفت‌کش‌ها و کودهای شیمیایی در تولید محصولات کشاورزی، تجمع فلزات سنگین در خاک مزارع در طول زمان افزایش پیدا کرده است. در نتیجهی آن کیفیت خاک تنزل کرده و تهدید ایجاد شده در مورد امنیت غذایی از طریق آلودگی فلزات سنگین هم اکنون توجه زیادی را به خود جلب کرده است (Zhang et al., 2011). رشد گیاه بر روی خاک‌های آلوده میتواند سبب جذب و تجمع این فلزات شده و در نتیجه سبب بروز مشکلات سلامتی در زمان مصرف، توسط انسان و حیوان شود (Liua et al., 2012). سبزیجات آلوده یکی از اجزاء اصلی جیره غذایی انسان است که حاوی عناصر ضروری و مضر در محدوده وسیعی از غلظتها میباشند، به همین دلیل سبزیجات آلوده یک تهدید برای سلامتی انسان به حساب میآیند (فریدونی وهمکاران، 1390). بسیاری از سنگ‌های فسفاته محتوی فلزات سنگینی مانند سرب و کادمیوم هستند و کاربرد وسیع کودهای فسفاته نه تنها منجر به افزایش فسفر خاک شده بلکه منجر به تجمع فلزات سنگین در بیشتر از حدود مجازات شده است .(Ju et al., 2007) فلزات سنگین سبب ایجاد جهش‌های ژنتیکی، آسیب به جنین، آسیب به سیستم عصبی و سرطان‌زایی حتی در غلظتهای بسیار پایین میشود (Al Jassir et al., 2005) .از بین فلزات سنگین سرب عنصری است که هیچ عملکرد فیزیولوژیکی شناخته شده‌ای بر بدن انسان ندارد. اما اثرات زیانباری بر روی فرآیندهای بیوشیمیایی اساسی بدن دارد (Jin et al., 2006). نشانه‌های مسمومیت شدید با سرب عبارتند از سردرد، کج خلقی، دردهای شکمی و همچنین نشانه‌های مختلفی که با سیستم عصبی مرتبط است .(Jarup, 2003)منبع سرب در خاک معمولاً از سرب موجود در اتمسفر، آفت‌کش‌های حاوی سرب (به عنوان مثال آرسنات سرب) لجن فاضلاب و همچنین کودهای فسفاته حاوی سرب میباشد .(Al Jassir et al., 2005) روی به عنوان یک عنصر حیاتی برای سلامت انسان است و بویژه اینکه روی به عنوان یک کوفاکتور برای آنزیم سوپراکسید دیسموتاز میباشد، باعث حفاظت در برابر فرآیندهای اکسیداتیو می‌شوند (Alam et al., 2003). مقادیر غیرمجاز روی معمولاً به دلیل آلودگی‌های ناشی از لجن فاضلاب کودهای شیمیایی و آفت‌کش‌ها و کارخانه‌های آب‌کاری نزدیک به شهر میباشد (Al Jassir et al., 2005). میلیون‌ها تن از کودهای شیمیایی حاوی عناصر خاکی کمیاب (فلزات سنگین) به طور گسترده برای افزایش تولیدات کشاورزی استفاده میشود. فلزات سنگینی که از منابع انسانی ناشی می‌شوند به شکل‌های دسترسی زیستی در محیطزیست تبدیل شده و سبب نگرانی‌های بسیاری شده‌اند، از این نظر که سبب برهم خوردن تعادل چرخه زیست شیمیایی این عناصر در محیط زیست می‌شوند (Shan et al., 2002). مسیر اصلی که از طریق آن انسانها در مواجه با فلزات سنگین قرار میگیرند از طریق خاک، گیاه و غذاست (Liua et al., 2012). اگر چه استنشاق در مکانهای بسیار آلوده نقش مهمی را در تهدید سلامتی افراد ایفا می‌کند اما دریافت روزانه یکی از مسیرهای اصلی است که افراد در مواجه با فلزات سنگین قرار میگیرند اما سبزیجات تنها منبع دریافت این فلزات نیستند، بنابراین جمع‌آوری اطلاعات در زمینه غلظت فلزات سنگین در محصولات غذایی برای ارزیابی خطرات تهدیدکننده سلامت انسان لازم و ضروری است (Cao et al., 2010). این پژوهش با هدف تعیین غلظت فلزات سنگین سرب و روی و ارزیابی شاخص سلامت در گیاه خیار گلخانههای استان همدان صورت گرفت.
مواد و روش‌ها
معرفی منطقه مورد مطالعه
استان همدان به وسعت 19493 کیلومترمربع از شمال به استان زنجان و قزوین، از جنوب به استان لرستان، از مشرق به استان مرکزی و از مغرب به استانهای کرمانشاه و کردستان محدود میشود و بین مدارهای 33 درجه و 59 دقیقه تا 35 درجه و 48 دقیقه عرض شمالی از خط استوا و 47 درجه و 34 دقیقه تا 49 درجه و 36 دقیقه طول شرقی از نصفالنهار گرینویچ قرار گرفته است. این استان داراى 9 شهرستان، 19 شهر، 17 بخش و 43 دهستان مىباشد. که ارتفاع آن از سطح دریا 1749 متر است (مدنی و همکاران، 1389).
نمونه‌برداری
در این پژوهش با توجه به اطلاعات آماری بدست آمده از سازمان جهاد کشاورزی استان همدان تعداد 6 شهرستان (همدان، کبودرآهنگ، ملایر، نهاوند، تویسرکان و فامنین) و از هر شهرستان 3 واحد گلخانه و از هر گلخانه 4 مکان نمونه‌برداری شد، که در نتیجه تعداد کل نمونهها به 72 نمونه رسید. هر نمونه‌ی محصول خیار از بوته‌های سالم و عاری از بیماری و آفت به مقدار 500 گرم جمع‌آوری گردید. نمونهها پس از انتقال به آزمایشگاه با آب تصفیه شده و سپس با آب مقطر شستشو و وزن شدند، سپس به قطعات نازک بریده شده و در هوای آزاد خشک شدند سپس نمونهها به مدت 24 ساعت در دمای 70 درجه سلسیوس درون آون قرار داده شدند.
آنالیز نمونهها
مقدار 2 گرم از نمونههای خشک شده پس از آسیاب شدن درون بوته چینی در کوره به مدت 2 ساعت در دمای 550 درجه سلسیوس به منظور خاکستر شدن قرار داده شد. سپس با استفاده از روش هضم تر با نسبت 2:1 اسید نیتریک به اسید پرکلریک و آب اکسیژنه برای قرائت با دستگاه هضم شدند (Li et al., 2009). نمونههای هضم شدهتوسط دستگاهICP-AES (Inductively coupled plasma spectroscopy) مدل Varian-ES 710با حدتشخیص1PPbقرائت گردید. عملیات آماری مربوط به تجزیه و تحلیل داده‌ها توسط نرم افزار آماری SPSS16 انجام شد و رسم نمودارها با استفاده از نرم افزار Excel صورت گرفت.
نمودار1- منحنی کالیبراسیون فلز سرب
نمودار2- منحنی کالیبراسیون فلز روی
دریافت روزانه
مسیر مواجه انسان با فلزات سنگین از طریق هضم محصولات کشاورزی آلوده در تحقیقات بسیاری مطالعه شده است(Cheraghi et al., 2012). مقدار دریافت روزانه فلزات سنگین به غلظت عناصر و مقدار مصرف غذا بستگی دارد (Liu et al., 2010).دریافت روزانه فلزات سنگین از طریق مصرف سبزیجات از فرمول زیر محاسبه میشود.
EDI = C × FIR/ WAB
EDI: دریافت روزانه فلزات سنگین بر حسب میلیگرم بر کیلوگرم وزن بدن (Estimated Daily Intake)
:C غلظت فلزات سنگین بر حسب میلیگرم بر کیلوگرم
FIR: مصرف روزانه سبزیجات (میانگین مصرف روزانه سبزیجات در ایران 100 گرم میباشد) www.mszd.net
:WAB متوسط وزن بدن (افراد بالغ 6/63، کودکان 7/32 و بزرگسالان 9/60) (Bo et al., 2009).
جدول1- حدود مجاز دریافت روزانه براساس استاندارد WHO
|
فلز |
سرب |
روی |
|
استاندارد WHO |
μg kg.day-1 214 (Sharma et al., 2009) |
mg kg.day-160 (Al Jassir et al., 2005) |
شاخص ارزیابی سلامت
این شاخص به عنوان ابزاری برای ارزیابی تهدیدات ناشی از مصرف مواد غذایی آلوده به فلزات سنگین مورد استفاده قرار میگیرد.
HRI = DIM / RfD
HRI : شاخص ارزیابی سلامت (Health Risk Index)
DIM : دریافت روزانه فلزات سنگین بر حسب میلیگرم بر کیلوگرم وزن بدن (Daily Intake of Metals)
RfD: دُز رفرنس (Refrence Oral doses)
شاخص ارزیابی سلامت بزرگتر از یک نشان‌دهنده وجود ریسک ناشی از مصرف مواد غذایی آلوده به فلزات سنگین برای مصرف‌کنندگان است (Cui et al., 2004).
یافتهها
میانگین غلظت سرب و روی در نمونههای خیار به ترتیب 33/0 و 14/3 میلیگرم بر کیلوگرم میباشد که در جدول 2 نشان داده شده است. به طور کلی حد مجاز غلظت سبزیجات برای عنصر سرب 3/0 و در مورد روی 5 میلیگرم بر کیلوگرم است (ناظمی و همکاران، 1389؛ Muchuweti et al., 2006). مقایسه غلظت سرب با حدود استاندارد در نمودار 3 نشان داد که گلخانه فامنین با 58/0 میلیگرم بر کیلوگرم و در مورد عنصر روی در نمودار 4 گلخانه همدان با غلظت 75/13 میلیگرم بر کیلوگرم بالاتر ازحد استاندارد توصیه شده میباشد (05/0 >p). برای بدست آوردن ارتباط عناصر سرب و روی در نمونههای خیار از ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد. نتایج آزمون همبستگی نشان دهنده ارتباط منفی و ضعیف
(15/0- =r) بین عناصر سرب و روی در گونه خیار است. مطابق با نتایج حاصل از جدول 3 دریافت روزانه در مورد دو عنصر سرب و روی پایینتر از حدود مجاز توصیه شده میباشد. مطابق با نتایج حاصل از جدول 4 شاخص ارزیابی سلامت محاسبه شده در مورد دو عنصر سرب و روی پایینتر از مقدار ایمن (HRI<1) میباشد.
جدول2- آمار توصیفی غلظت عناصر سرب و روی در خیار موجود در گلخانههای استان همدان
|
فلز |
کمینه |
بیشینه |
میانگین |
انحراف استاندارد |
|
سرب |
02/0 |
87/0 |
33/0 |
26/0 |
|
روی |
0 |
08/18 |
14/3 |
17/5 |
جدول3- دریافت روزانه فلزات سنگین (mg kg.day-1)
|
فلز |
دریافت روزانه فلز درافراد کودکان |
دریافت روزانه فلز در افراد بالغ |
دریافت روزانه در بزرگسالان |
|
سرب |
0010/0 |
005/0 |
0005/0 |
|
روی |
0096/0 |
0049/0 |
0051/0 |
جدول4- شاخص ارزیابی سلامت
|
فلز |
دریافت روزانه فلز درافراد کودکان |
دریافت روزانه فلز در افراد بالغ |
دریافت روزانه در بزرگسالان |
|
سرب |
28/0 |
14/0 |
14/0 |
|
روی |
03/0 |
01/0 |
01/0 |
نمودار 3- مقایسه میانگین غلظت فلز سرب خیار با حدود مجاز سبزیجات
نمودار4- مقایسه میانگین غلظت فلز روی خیار با حدود مجاز سبزیجات
بحث و نتیجهگیری
جذب فلزات سنگین توسط گیاهان اغلب از گونه گیاهی، مرحله رشد، نوع خاک، نوع فلز و فاکتورهای زیست محیطی تأثیر می‌پذیرد. غلظت فلزات سنگین در محلول‌های خاک نقش حیاتی را در کنترل دسترسی فلزات سنگین برای گیاه بازی می‌کند. افزایش مقادیر فلزات سنگین در خاک منجر به افزایش جذب آن توسط گیاه میشود (Orisakwe et al., 2012).
بر پایه نتایج حاصل از آزمون آماری تیتست تک نمونهای غلظت عنصر روی در گلخانه همدان و غلظت عنصر سرب در گلخانههای تویسرکان، فامنین و ملایر بالاتر از حدود مجاز توصیه شده میباشد و از نظر آماری در سطح 5 درصد معنی‌دار است (05/0 >p).
در تحقیقی با عنوان بررسی وضعیت فلزات سنگین در خاک، آب و گیاه اراضی سبزیکاری شهنما شاهرود میزان غلظت فلزات سنگین اندازهگیری شد. میزان غلظت سرب، کروم، کادمیوم و آرسنیک در انواع سبزیجات با مقادیر استاندارد اختلاف معنی‌داری را نشان میدهد. نتایج به طور کلی بیانگر آلودگی آب، خاک و گیاه به فلزات سنگین در اثر مصرف کودهای شیمیایی، دفع غیر بهداشتی فاضلاب و احتراق سوخت‌های فسیلی میباشد (ناظمی و همکاران، 1389).
در مطالعه دیگری که تحت عنوان وضعیت فلزات سنگین سرب و کادمیوم در گلخانههای استان اصفهان با هدف تعیین غلظت سرب و کادمیوم در بخش خوراکی خیار (Cucumis sativa L.) گوجهفرنگی (Lycopersicum esculentu L.) و فلفل دلمهای (Capsicumannuum L.)به عنوان سه محصول گلخانهای مهم در کشور و مقایسه آن با حدود استاندارد جهانی انجام شد. نتایج نشان داد که مصرف بسیار زیاد کودهای دامی و به ویژه کودهای شیمیایی (با ناخالصی کادمیوم و سرب) در گلخانههای استان اصفهان سبب افزایش غلظت سرب و کادمیوم خاک و گیاه شده است (عقیلی و همکاران، 1387).
در تحقیقی با عنوان بررسی میزان فلزات سنگین موجود در سبزیجات پرورشی با آبهای آلوده به این فلزات در حومه شهر همدان انجام گرفت، نتایج نشان داد که مقدار سرب موجود در سبزیجات بیش از آستانه مجاز در مواد غذایی میباشد، اما در مورد سایر فلزات مقادیر به دست آمده کمتر از حد مجاز در مواد غذایی معرفی شد (سمرقندی و همکاران، 1379).
در پژوهشی دیگر تحت عنوان اثر فلزات سنگین از طریق آلودگی سبزیجات در معدن سرب اینجیبای نیجریه، غلظت فلزات سنگین آرسنیک، کروم، سرب، کادمیوم و روی در خاک و سبزیجات مجاور معدن سرب اینجیبای اندازهگیری شد. بر طبق نتایج این تحقیق غلظت فلزات سنگین آزمایش شده در تمام نمونههای سبزیجات بالاتر از حدود مجاز بودند (Wilberforce et al., 2012).
در تحقیقی با عنوان بررسی تجمع فلزات سنگین در تعدادی از سبزیجات آبیاری شده با فاضلاب در شهر ری ایران و بررسی اثرات سمی آن، برای آنالیز مقدار فلزات سنگین تعدادی از سبزیجات در شهر ری با تاکید بر اثرات سمی آنها انجام شد. نتایج نشان داد که تفاوت جذب فلزات سنگین در سبزیجات به تفاوت گونههای گیاهی و مقاومت آنها بستگی دارد غلظت سرب در تمام نمونهها بیشتر از حداکثر غلظت مجاز بود. همچنین غلظت روی در نعنا، فلفل سبز، کرفس، شوید و اسفناج بیشتر از مقدار استاندارد بود و هیچ شاهدی مبنی بر آلودگی سبزیجات به مس یافت نشد (.(Bigdeli and Seilsepour, 2008
بالا بودن غلظت عناصر سرب و روی در برخی از گلخانههای مطالعه شده میتواند به مواد شیمیایی کشاورزی که حاوی آنها هستند مانند کودهای فسفاته، کودهای آلی، کودهای شیمیایی نیتروژنه و برخی آفت‌کش‌ها و میکروب‌کش‌ها نسبت داده شود (Ping et al., 2011).
همبستگی منفی بین سرب و روی در نمونههای خیار میتواند نشان دهنده وجود جذب رقابتی بین این عناصر باشد. یعنی افزایش جذب یکی کاهش جذب دیگری را بدنبال دارد. این نتایج با یافتههای سانچز-کامازانو و همکاران، 1998 مطابقت دارد (Sanchez-Camazano et al., 1998).
به طور کلی دریافت روزانه عناصر مورد مطالعه پایینتر از حدود مجاز توصیه شده میباشد.
در مطالعه‌ایی تحت عنوان بررسی فلزات سنگین در سبزیجات سبز خوراکی کشت شده در طول رودخانه‌های سینازا و سیمبازی در دارسلام تانزانیا، چهار فلز سنگین کادمیوم، مس، سرب و روی در برخی از سبزیجات کشت شده اندازهگیری شد. نتایج مقدار دریافت روزانه برای کادمیوم، مس، سرب و روی به ترتیب 60/21، 60/858، 60/426 میکروگرم و 65/3 میلیگرم بدست آمد (Bahemuka and Mubofu, 1999).
در مطالعه مشابه دیگری که تحت عنوان دریافت روزانه فلزات سنگین در شهر بمبی هند انجام شد. نتایج نشان داد که دریافت روزانه فلزات اندازهگیری شده (مس، سرب و روی) برای افراد ساکن در بمبی کمتر از مقادیر توصیه شده و مجاز است. اگر چه بیشترین دریافت روزانه این فلزات از طریق مواد غذایی در نتیجع عمل بلع صورت میگیرد اما گزارش گردیده که 41 درصد از سرب و 16 درصد از کادمیوم از طریق استنشاق به بدن وارد میشود (Tripathi and Raghunath, 1997).
نتایج حاصل از محاسبه شاخص ارزیابی سلامت نشان میدهد غلظت عناصر روی و سرب در نمونههای خیار جمع‌آوری شده تهدیدی برای سلامتی افراد مصرف‌کننده ایجاد نمی‌کند.
در مطالعه انجام شده با عنوان بررسی ریسک سلامت فلزات سنگین در سبزیجات به جمعیت کل در بیجینگ چین غلظتهای آرسنیک، کروم، کادمیوم، مس، سرب، نیکل و روی در سبزیجات رشد یافته در گلخانهها و یا مزارع باز در نواحی مختلف جغرافیایی اندازهگیری شد. سطوح مس و روی در تمام نمونهها در حدود استانداردهای ملی چین بودند .(Bo et al., 2009)
در مطالعات بسیاری ثابت شده است که کودهای فسفاته منبع اصلی آلودگی خاک‌ها به فلزات سنگین هستند. به دلیل استفاده گسترده از این کودها، آلودگی فلزات سنگین در خاک‌ها دور از انتظار نیست. فلزات سنگین نه تنها ارزش غذایی سبزیجات را تحت تأثیر قرار می‌دهند بلکه سلامتی انسان نیز از آن متأثر شده است (khan et al., 2004).
به طور کلی میتوانبالا بودن غلظت عناصر سرب و روی در برخی از گلخانههای مطالعه شده را به مواد شیمیایی کشاورزی مانند کودهای فسفاته، کودهای آلی، کودهای شیمیایی نیتروژنه و برخی آفت‌کش‌ها و میکروب‌کش‌ها نسبت داد. تعیین عناصر غذایی خاک و اجتناب از کاربرد کودهای اضافی حاوی میکروالمنت‌ها (عناصر غذایی کم مصرف) میتواند تا حد زیادی از ورود عناصر سنگین به خاک جلوگیری کند. استفاده از روش‌های دیگر آنالیز گیاه و خاک مانند XRF و PIXE به منظور تعیین دقیقتر غلظت فلزات در واحدهای کنترل کیفیت به منظور ارزیابی محصولات کشاورزی امری ضروری به نظر میرسد.
)