DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34310-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41495156
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Reyhane Farboodi وآخرون
الموضوع الرئيسي: السموم الفطرية في الزراعة والغذاء
نظرة عامة
تبحث الدراسة في التعرض المشترك لنظم الأرز في شمال إيران للمعادن الثقيلة (الرصاص (Pb)، الكادميوم (Cd)، الكروم (Cr)، والنيكل (Ni))، ومبيد الحشرات العضوي ديازينون، والسموم الفطرية. تم إجراء تقييم متكامل لمخاطر صحة الإنسان (HRA) لاشتقاق مؤشرات المخاطر غير المسرطنة، وتحديداً نسبة الخطر المستهدف (THQ) ومؤشر الخطر (HI)، لكل من البالغين والأطفال. تم تحليل عينات مركبة من خمس مقاطعات على مدار موسمي زراعة، باستخدام تقنيات تحليلية متنوعة بما في ذلك مطيافية الامتصاص الذري (AAS) للمعادن، وكروماتوغرافيا الغاز-مطيافية الكتلة (GC-MS) لديازينون، وكروماتوغرافيا السائل عالية الأداء مع الكشف الفلوري (HPLC-FLD) للسموم الفطرية. أظهرت النتائج أن متوسط تركيزات المعادن الثقيلة في الأرز كانت متفاوتة، مع مستويات ملحوظة من Cd (0.04-0.44 جزء في المليون)، Cr (0.08-4.80 جزء في المليون)، Pb (0.33-0.74 جزء في المليون)، وNi (0.38-1.25 جزء في المليون)، بينما تراوحت مستويات ديازينون من 3.3 إلى 6.7 جزء في البليون. أظهرت تحليل السموم الفطرية أن أوكراتوكسين A (OTA) تجاوز 5 جزء في البليون في معظم المناطق، باستثناء كالات.
خلصت الدراسة إلى أن الأرز من شمال إيران ملوث بالمعادن الثقيلة، ديازينون، والسموم الفطرية، مع تباينات مكانية وموسمية كبيرة تأثرت بالظروف البيئية والممارسات الزراعية. اقترب Pb وCr في كثير من الأحيان من القيم الإرشادية أو تجاوزتها، بينما ظل Ni وCd ضمن الحدود المقبولة، مما يبرز الحاجة إلى تحسين إدارة جودة مياه الري واستخدام الأسمدة. من الجدير بالذكر أن بقايا ديازينون كانت أقل من الحدود القصوى الوطنية والدولية لبقايا المبيدات وكان لها تأثير ضئيل على مؤشر الخطر غير المسرطن التراكمي (HI_Total).
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الأرز (Oryza sativa) كغذاء أساسي لأكثر من نصف سكان العالم، وخاصة في آسيا، بما في ذلك إيران. تؤكد على التحديات التي تطرحها الممارسات الزراعية المكثفة في منطقة زراعة الأرز في بحر قزوين، والتي أدت إلى تراكم ملوثات كيميائية وبيولوجية متنوعة في نظم الأرز. من الجدير بالذكر أن المعادن الثقيلة مثل الرصاص (Pb)، الكادميوم (Cd)، النيكل (Ni)، والكروم (Cr) هي ملوثات دائمة تدخل سلسلة الغذاء من خلال مياه الري الملوثة واستخدام الأسمدة الفوسفاتية المفرطة، مما يشكل مخاطر التعرض الغذائي المزمن للسكان المعتمدين على الأرز. تؤكد الورقة على دور الأرز كمسار رئيسي للتعرض لهذه المواد السامة، المرتبطة بتأثيرات صحية خطيرة.
علاوة على ذلك، تناقش المقدمة استخدام مبيدات الحشرات العضوية، مثل ديازينون، في حقول الأرز الإيرانية الشمالية، والتي، بسبب الظروف البيئية الفريدة، يمكن أن تؤدي إلى بقايا مبيدات حشرية كبيرة في المياه والمنتجات الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، تسهل الظروف المناخية في المنطقة تلوث الأرز بالسموم الفطرية، بما في ذلك الأفلاتوكسينات (AFT)، أوكراتوكسين A (OTA)، زيرالينون (ZEN)، وديأوكسي نيفالينول (DON). تشير الدراسة إلى أن الأبحاث السابقة قد ركزت بشكل أساسي على ملوثات فردية، متجاهلة المخاطر الصحية المشتركة للتعرض المتعدد من خلال استهلاك الأرز. تهدف هذه الدراسة إلى إجراء تقييم متكامل لمخاطر صحة الإنسان لمعالجة التواجد المشترك لهذه الملوثات وتأثيراتها المحتملة المضافة أو التآزرية على الصحة.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الطرق الإحصائية، بروتوكولات التجارب، وأي أدوات حسابية مستخدمة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الضوابط والمتغيرات التي تم أخذها في الاعتبار في التجارب، فضلاً عن المعايير لاختيار العينات أو الموضوعات. تعتبر هذه المقاربة الشاملة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان أن تكون النتائج موثوقة وقابلة للتطبيق في سياقات أوسع. بشكل عام، يعد قسم “المواد والطرق” مكونًا أساسيًا من البحث، مما يمكّن الأقران من تقييم صرامة ونزاهة تصميم الدراسة.
المناقشة
قيمت الدراسة التي أجريت في شمال وشمال شرق إيران تلوث الأرز والتربة ومياه الري بالمعادن الثقيلة، السموم الفطرية، وديازينون، مع التركيز على المناطق الرئيسية المنتجة للأرز. تم أخذ عينات من خمس مناطق، مع جمع ما مجموعه 45 عينة خلال موسمي زراعة. أظهرت النتائج تباينات موسمية كبيرة في مستويات التلوث، خاصة بالنسبة للكادميوم (Cd) والكروم (Cr)، والتي كانت أعلى في موسم الزراعة الثاني بسبب عوامل مثل زيادة التبخر والتركيز وتقليل الجريان السطحي. من الجدير بالذكر أن تركيزات Cd في الأرز تجاوزت المعايير الوطنية الإيرانية في بعض المناطق، مما يشير إلى خطر صحي محتمل، خاصة بالنظر إلى الاستهلاك العالي للأرز في السكان.
أظهر تحليل السموم الفطرية أن الأرز من المناطق الرطبة مثل جيلان كان لديه مستويات تلوث أعلى، خاصة بالنسبة للأفلاتوكسينات وأوكراتوكسين A، مقارنة بمنطقة كالات الأكثر جفافًا. أبرزت الدراسة أن الظروف المناخية والممارسات بعد الحصاد تؤثر بشكل كبير على مستويات السموم الفطرية، مع ملاحظة تركيزات أعلى عادةً في موسم الزراعة الثاني. كانت بقايا ديازينون أعلى بشكل ملحوظ في مياه الري خلال الموسم الثاني، مما أثار مخاوف بشأن تحميل المبيدات في المياه السطحية وآثارها البيئية. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على الحاجة إلى استراتيجيات إدارة متكاملة للتخفيف من مخاطر التلوث وحماية صحة المستهلك، خاصة في المناطق عالية المخاطر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34310-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41495156
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Reyhane Farboodi et al.
Primary Topic: Mycotoxins in Agriculture and Food
Overview
The research investigates the co-exposure of rice ecosystems in northern Iran to heavy metals (lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), and nickel (Ni)), the organophosphate pesticide diazinon, and mycotoxins. An integrated Human Health Risk Assessment (HRA) was conducted to derive non-carcinogenic risk indices, specifically the Target Hazard Quotient (THQ) and Hazard Index (HI), for both adults and children. Composite samples from five counties were analyzed over two cropping seasons, employing various analytical techniques including Atomic Absorption Spectrometry (AAS) for metals, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) for diazinon, and High-Performance Liquid Chromatography with Fluorescence Detection (HPLC-FLD) for mycotoxins. The findings revealed that mean concentrations of heavy metals in rice varied, with notable levels of Cd (0.04-0.44 ppm), Cr (0.08-4.80 ppm), Pb (0.33-0.74 ppm), and Ni (0.38-1.25 ppm), while diazinon levels ranged from 3.3 to 6.7 ppb. Mycotoxin analysis indicated that Ochratoxin A (OTA) exceeded 5 ppb in most regions, except Kalat.
The study concluded that rice from northern Iran is contaminated with heavy metals, diazinon, and mycotoxins, with significant spatial and seasonal variations influenced by environmental conditions and agricultural practices. Pb and Cr frequently approached or exceeded guideline values, while Ni and Cd remained within acceptable limits, highlighting the need for improved management of irrigation water quality and fertilizer use. Notably, diazinon residues were below national and international maximum residue limits and had a minimal impact on the cumulative non-carcinogenic Hazard Index (HI_Total).
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of rice (Oryza sativa) as a staple food for over half of the global population, particularly in Asia, including Iran. It emphasizes the challenges posed by intensive agricultural practices in the Caspian rice-growing region, which have led to the accumulation of various chemical and biological contaminants in paddy ecosystems. Notably, heavy metals such as lead (Pb), cadmium (Cd), nickel (Ni), and chromium (Cr) are persistent pollutants that enter the food chain through contaminated irrigation water and excessive phosphate fertilizer use, posing chronic dietary exposure risks for populations reliant on rice. The paper underscores rice’s role as a primary exposure pathway for these toxicants, which are linked to severe health effects.
Furthermore, the introduction discusses the use of organophosphate insecticides, such as diazinon, in northern Iranian paddy fields, which, due to the unique environmental conditions, can lead to significant pesticide residues in water and agricultural products. Additionally, the climatic conditions in the region facilitate the contamination of rice with mycotoxins, including aflatoxins (AFT), ochratoxin A (OTA), zearalenone (ZEN), and deoxynivalenol (DON). The study notes that previous research has predominantly focused on single contaminants, neglecting the combined health risks of multi-residue exposure through rice consumption. This study aims to conduct an integrated human health risk assessment to address the co-occurrence of these contaminants and their potential additive or synergistic effects on health.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the controls and variables considered in the experiments, as well as the criteria for selecting samples or subjects. This comprehensive approach is critical for validating the findings and ensuring that the results are both reliable and applicable to broader contexts. Overall, the “Materials and Methods” section serves as a foundational component of the research, enabling peers to assess the rigor and integrity of the study’s design.
Discussion
The study conducted in northern and northeastern Iran assessed the contamination of rice, soil, and irrigation water with heavy metals, mycotoxins, and diazinon, focusing on major rice-producing regions. Sampling was performed across five areas, with a total of 45 samples collected during two cropping seasons. The findings revealed significant seasonal variations in contamination levels, particularly for cadmium (Cd) and chromium (Cr), which were higher in the second cropping season due to factors such as increased evapoconcentration and reduced runoff. Notably, Cd concentrations in rice exceeded Iranian national standards in some regions, indicating a potential health risk, especially given the high rice consumption in the population.
Mycotoxin analysis showed that rice from humid regions like Guilan had higher contamination levels, particularly for aflatoxins and ochratoxin A, compared to the drier Kalat region. The study highlighted that climatic conditions and post-harvest practices significantly influence mycotoxin levels, with higher concentrations typically observed in the second cropping season. Diazinon residues were notably higher in irrigation water during the second season, raising concerns about pesticide load in surface waters and its ecological implications. Overall, the research underscores the need for integrated management strategies to mitigate contamination risks and protect consumer health, particularly in high-risk areas.