Grundvatten på landsbygden i Bangladesh innehåller arsenik vid 10 till 100 gånger mängden säkra förbrukningsnivåer, men konsumeras som dricksvatten från brunnar och har lett till fall av hjärtsjukdomar och cancer. Spår av arsenik konsumeras också genom ris, en basföda i det tätbefolkade landet.

Professor Charles Harvey och doktorand Brittany Huhmann, både från MIT Department of Civil and Environmental Engineering (CEE), reste till Bangladesh under växtsäsongerna 2015 och 2016 för att se hur förorenat grundvatten, deponeras genom bevattning, påverkar risavkastningen.

Arsenik är ett naturligt förekommande grundämne som finns över hela världen, men vissa platser har förhöjda arsenikkoncentrationer i grundvattnet. Så är fallet i Bangladesh. Även om det är en kritisk fråga att dricka det smutsiga vattnet, det arsenikspetsade vattnet har också en inverkan på skördarna när det används för bevattning i jordbruksmiljöer. Harvey och Huhmann genomförde denna studie för att få en bred förståelse för hur arsenik påverkar risavkastningen i Bangladesh, och den potentiella omfattningen av denna händelse.

"De flesta människor [på landsbygden i Bangladesh] är beroende av orenat grundvatten för sitt dricksvatten. Det finns inte mycket centraliserad vattenrening, särskilt på landsbygden, "säger Huhmann, huvudförfattaren på en ny artikel som beskriver lagets forskning. "Så för det mesta inom de områden vi arbetade, varje familj skulle ha sin egen brunn som de dricker ur, och många av dessa brunnar har arsenik, tyvärr, och folk kanske vet eller inte vet."

Resultaten av studien, utförs i samarbete med forskare från University of Dhaka i Bangladesh, Cornell University, och Columbia University, publicerades nyligen i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

Ris är en stor gröda i Bangladesh, och det är den främsta kalorikällan i landet med cirka 160 miljoner människor. Oberoende bönder odlar i första hand två sorters ris, som skördas i en säsongscykel. Aman ris odlas under monsunsäsongen, Juni till mitten av november, och använder den naturliga nederbörden för att växa i översvämmade fält. Bororis, å andra sidan, odlas under det torra, vinter säsong, och kräver bevattning. Vattnet som används för att bevattna jordbruksmarken kommer från grundvatten genom brunnar, slutligen avsätta olika nivåer av arsenik i jorden.

2015, Harvey, Huhmann och deras medarbetare inledde en tvåårig studie för att dokumentera arsenikens inverkan på grödorna. Till skillnad från tidigare studier i denna fråga, forskarna genomförde sin studie på fältet snarare än i kontrollerade miljöer, som växthus. De stod också för en myriad av andra faktorer genom att undersöka jord från ett antal risodlingar för att få en mer heltäckande förståelse av arsenikens inverkan på risavkastningen i Bangladesh.

"För att göra verkliga framsteg på den här typen av svåra problem, du måste verkligen arbeta i regionen under en längre tid, "Harvey säger." Brittany har genomfört den typ av studier som krävs - noggranna kontrollerade fältförsök som täcker stora områden och flera år. "

För att bestämma inverkan av förorenat vatten på skörden av bororis, Harvey, Huhmann, och deras medarbetare arbetade med 16 lokala risbönder för att utvärdera deras fält. De olika platserna gjorde det möjligt för forskarna att redogöra för en mängd olika fältförhållanden och arseniknivåer. Teamet valde ut risfält som studerades i Faridpur-distriktet i Bangladesh på grund av deras närhet till brunnar som är kända för att ha höga arsenikkoncentrationer.

"Många av bönderna var verkligen intresserade [av projektet]. De hade inte tänkt på det faktum att arsenik kunde påverka deras grödor, " säger Huhmann. "Några av dem hade hört talas om arsenik och dricksvatten och hur det är dåligt för dem, men de flesta av dem hade inte tänkt på arsenik och bevattningsvatten eller vilka problem det kunde orsaka. De var intresserade av att delta eftersom de ville veta vad som pågick, och vi kan ge dem mer information om deras grödor, och vilka typer av saker som påverkade deras skördar."

När man studerar föroreningar i marken, forskargruppen tittade på arsenikoncentrationer med hjälp av en röntgenfluorescensspektrometer vid var och en av fältplatserna. Dessa mätningar gav insikt i nivåerna av arsenik som byggdes upp i varje studerat risfält, och säkerställde att de exakt kunde jämföra mätningar mellan tomter med högre och lägre mängder arsenikuppbyggnad i jorden.

"Vi ville inte bara titta på en åker och en bonde, men vid många åkrar och många bönder. Vi ville ha den här designen där vi hade både kontrollplanen och interventionstomterna, så att vi kan jämföra plotter som är så lika på så många sätt som möjligt, förutom deras arsenikinnehåll, " förklarar Huhmann.

Forskarna vägde och registrerade också risskörd från de olika risfälten och fann att mängden som risproduktionen minskar beror på mängden arsenik i jorden.

Forskarna kunde också fastställa att mellan 7,4 procent och 26 procent av den årliga skörden av boro gick förlorad till följd av arseniken i jorden.

"Det är ett ganska brett utbud, men detta är den första studien som faktiskt har utfört arbete i en skala som kan tillåta oss att göra denna typ av uppskattning, "Huhmann säger." Vår förhoppning är att framtida studier kan bygga på detta och vi kan få en bättre förståelse för vilka typer av effekter arsenik har på risutbytet. "

Sålänge, forskarna fann att utgrävning och ersättning av de översta lagren av jord med oförorenad jord tillfälligt förbättrar skörden, en lovande indikation på potentiella lösningar på jordbruksfrågan.

"Vi fann att arsenik i bevattningsvatten orsakar betydande negativa effekter på risfälten i Bangladesh, " säger Huhmann. "Det här är något som folk borde vara uppmärksamma på och bör tänka på vad de ska göra åt det."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.