Ett internationellt team av forskare har avslöjat giftiga metaller i mineralfosfatgödselmedel över hela världen genom att använda ett nytt verktyg för att identifiera spridningen och påverkan av sådana föroreningar på mark, vattenresurser och livsmedelsförsörjning.
"Medan mineralfosfatgödselmedel är avgörande för att stärka globalt hållbart jordbruk och livsmedelssäkerhet, fann vi höga halter av giftiga metaller i många gödselmedel över hela världen", säger Avner Vengosh, ordförande för divisionen Earth and Climate Sciences vid Duke Universitys Nicholas School of the Environment.
"Vår studie utvecklade en ny metod för att identifiera källor och påverkan av dessa metaller på miljön." Dessa metaller inkluderade kadmium, uran, arsenik, vanadin och krom.
Användning av mineralgödsel - syntetiska eller naturligt förekommande ämnen med viktiga näringsämnen som behövs för växttillväxt - har hjälpt till att öka hållbara skördar över hela världen. Men tills nyligen har dess förorening med giftiga metaller inte utvärderats systematiskt. Denna nya studie analyserar globala fosfatgödselmedel från stora fosfatbrytande länder.
"Vi mätte strontiumisotoper i både fosfatstenar och gödningsmedel som genererats från dessa bergarter för att visa hur gödselmedels isotop "fingeravtryck" matchar deras ursprungliga källa", säger Robert Hill, studiens huvudförfattare och doktorsexamen. student vid Duke University.
Isotoper är variationer av ett grundämne, i detta fall strontium. Kemisk analys av varje gödselmedel visar en unik isotopblandning som matchar fosfatbergarter från där det hämtades.
"Med tanke på variationer av strontiumisotoper i globala fosfatbergarter har vi etablerat ett unikt verktyg för att upptäcka gödningsmedels potentiella påverkan över hela världen," sa Hill.
För att ta reda på om strontiumisotoper är en tillförlitlig indikator på spårämnen i gödselmedel över hela världen, analyserade forskare 76 fosfatstenar, den huvudsakliga källan till fosfatgödselmedel, och 40 gödselmedel från stora fosfatproducerande regioner inklusive västra USA, Kina, Indien, norra Afrika och Mellanöstern. Forskare samlade in prover från gruvor, kommersiella källor och Tidewater Research Station, ett experimentfält i North Carolina. Forskargruppen publicerade sina resultat den 9 maj 2024 i Environmental Science &Technology Letters .
Metaller som finns i mark och grundvatten kommer från både naturligt förekommande och mänskligt skapade källor.
"Strontiumisotoper är i huvudsak ett "fingeravtryck" som kan avslöja föroreningar i grundvatten och jord över hela världen, säger Vengosh. Hans forskargrupp har också använt strontiumisotoper för att spåra miljöföroreningar i urlakning av deponier, kolbrytning, kolaska, frackningsvätskor och grundvatten som dras till ytan med olje- och naturgasutvinning.
"Isotopen är en proxy för att identifiera källan till kontaminering," sa Vengosh. "Utan detta verktyg är det svårt att identifiera, innehålla och åtgärda kontaminering kopplad till gödningsmedel."
Gödselmedel i studien visade olika koncentrationer av spårämnen, med högre nivåer observerade i gödselmedel från USA och Mellanöstern jämfört med de från Kina och Indien. Som ett resultat drar forskarna slutsatsen att fosfatgödselmedel från USA och Mellanöstern kommer att ha en större inverkan på markkvaliteten på grund av deras högre koncentrationer av uran, kadmium, krom jämfört med gödselmedel från Kina och Indien, som har högre koncentrationer av arsenik.
Mer information: Robert C. Hill et al, Tracing the Environmental Effects of Mineral Fertilizer Application with Trace Elements and Strontium Isotope Variations, Environmental Science &Technology Letters (2024). DOI:10.1021/acs.estlett.4c00170
Journalinformation: Environmental Science &Technology Letters
Tillhandahålls av Duke University
