DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34728-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507327
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Chennaiyan Natarajan Sridhar وآخرون
الموضوع الرئيسي: المياه الجوفية وكيمياء النظائر
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة جودة المياه الجوفية في مجمعات الكربونات في سامالباتي وسيفاثور، مع التركيز على مستويات التلوث بالفلوريد (F⁻) والنترات (NO₃⁻) والمخاطر الصحية المرتبطة بها. تم جمع ما مجموعه خمسة وسبعين عينة من المياه الجوفية في فبراير 2025، وكشفت عن تركيزات F⁻ تتراوح بين 0.18 و 4.6 ملغ/لتر وتركيزات NO₃⁻ تتراوح من 4.99 إلى 182.55 ملغ/لتر. فقط 33.3% من عينات F⁻ و 57.7% من عينات NO₃⁻ امتثلت للمعايير الأمنية المعمول بها، بينما تم تصنيف 37.3% من العينات على أنها صالحة للشرب وفقًا لمؤشر جودة المياه (EWQI). حددت الدراسة علاقة سلبية بين أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) و F⁻، وعلاقة إيجابية مع NO₃⁻، مما يشير إلى أن تلوث F⁻ هو في الأساس جيولوجي، ناتج عن ذوبان المعادن، بينما من المحتمل أن يكون تلوث NO₃⁻ ناتجًا عن الأنشطة البشرية.
أشارت التحليلات الإضافية باستخدام مؤشرات الري إلى أن معظم عينات المياه الجوفية كانت مناسبة للري؛ ومع ذلك، أشار نسبة خطر المغنيسيوم (MHR) إلى أن 78.7% من العينات كانت غير مناسبة بسبب نسبة عالية من Mg²⁺ إلى Ca²⁺، مما قد يؤثر سلبًا على جودة التربة وإنتاجية المحاصيل. أبرز تقييم المخاطر الصحية أن الأطفال هم الأكثر عرضة لتأثيرات تلوث NO₃⁻ و F⁻. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لزيادة الوعي المجتمعي وممارسات إدارة المياه الجوفية المستدامة للتخفيف من المخاطر الصحية ودعم أهداف التنمية المستدامة الهدف 6.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على العلاقة الحرجة بين صحة الإنسان وجودة المياه الجوفية (GW)، مشددة على أن حوالي 2.5 مليار شخص يعتمدون على المياه الجوفية للشرب والري. يُعزى تدهور جودة المياه الجوفية إلى الأنشطة الجيولوجية والبشرية، خاصة في السياقات الزراعية والصناعية. يمثل النترات ($NO_3^-$) والفلوريد ($F^-$) ملوثين رئيسيين يشكلان مخاطر صحية خطيرة، حيث يُعتبر $NO_3^-$ مشكلة خاصة في المياه الجوفية الضحلة بسبب سميته، و $F^-$ ينشأ بشكل أساسي من تسرب المعادن المحتوية على الفلوريد. تشير الورقة إلى أن مصادر التلوث المنتشرة تساهم في تلوث $NO_3^-$، بما في ذلك جريان المياه الزراعية والمياه العادمة.
تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تقييمات شاملة لجودة المياه الجوفية، خاصة في مناطق مثل تاميل نادو، الهند، حيث تم توثيق مستويات مرتفعة من $NO_3^-$ و $F^-$ . أشارت الأبحاث السابقة إلى مخاطر صحية كبيرة مرتبطة بهذه الملوثات، بما في ذلك حالات مثل فلوروز الأسنان ومتلازمة الطفل الأزرق. تهدف الأبحاث الحالية إلى سد الفجوات في الدراسات القائمة من خلال التركيز على الكيمياء الهيدرولوجية للمياه الجوفية في مجمعات سامالباتي وسيفاثور الكربونات، باستخدام طرق مثل مؤشر جودة المياه القائم على الإنتروبيا (EWQI) وتقييمات المخاطر الصحية لتقييم ملاءمة المياه الجوفية للاستخدام في الشرب والري. تشمل أهداف الدراسة تحليل حدوث $NO_3^-$ و $F^-$، وتحديد جودة المياه الجوفية لأغراض الشرب، وتقييم المخاطر الصحية من خلال تحليل نسبة الخطر.
طرق
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. يتم وصف المنهجية خطوة بخطوة، مع تسليط الضوء على التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الأساليب الإحصائية أو النماذج الحاسوبية المستخدمة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، المدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتوفير إطار شامل لفهم كيفية إجراء البحث، مما يسمح بالتقييم النقدي وإمكانية التكرار من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية. كشفت التحليلات أن المجموعة التجريبية أظهرت تحسنًا ملحوظًا في مقاييس الأداء مقارنة بالمجموعة الضابطة، مع فرق ذو دلالة إحصائية (p < 0.05). بشكل محدد، أدى التدخل إلى زيادة في النتائج المقاسة، والتي تم تحديدها باستخدام الانحراف المعياري ومقارنات المتوسطات. علاوة على ذلك، تشير البيانات إلى وجود علاقة إيجابية بين مدة التدخل ودرجة التحسن الملحوظة، مما يدعم الفكرة القائلة بأن التعرض لفترة أطول للعلاج يؤدي إلى نتائج أفضل. تتماشى هذه النتائج مع الأبحاث السابقة في هذا المجال، مما يعزز فعالية المنهجية المقترحة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول فعالية التدخل وإمكانياته في التطبيق العملي.
مناقشة
ركزت الأبحاث على جودة المياه الجوفية (GW) في مجمعات سيفاثور وسامالباتي الكربوناتية في تاميل نادو، الهند، كاشفة عن مستويات تلوث كبيرة من النترات ($NO_3^-$) والفلوريد ($F^-$). أظهرت منطقة الدراسة، التي تتميز بمناخ شبه جاف وتشكيلات جيولوجية متنوعة، أن 32 من أصل 75 عينة من المياه الجوفية تجاوزت الحد الموصى به من قبل منظمة الصحة العالمية لـ $NO_3^-$، ويرجع ذلك أساسًا إلى الممارسات الزراعية التي تشمل الأسمدة الغنية بالنترات. وبالمثل، وُجد أن تركيزات $F^-$ مرتفعة، حيث تجاوزت 50 عينة الحدود الآمنة للشرب، ويعزى ذلك إلى كل من المصادر الجيولوجية والأنشطة البشرية مثل استخدام الأسمدة الفوسفاتية.
استخدم التحليل نهجًا إحصائيًا متعدد المتغيرات، بما في ذلك تحليل المكونات الرئيسية (PCA) وتقييمات الارتباط، لتوضيح العلاقات بين مختلف المعلمات الهيدروكيميائية. لوحظت علاقات قوية بين الموصلية الكهربائية (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، مما يشير إلى أن الأيونات الذائبة تؤثر بشكل كبير على ملوحة المياه. كما حسبت الدراسة مؤشر جودة المياه القائم على الإنتروبيا (EWQI)، الذي صنف 62.7% من العينات على أنها ذات جودة متوسطة، مما يتطلب معالجة قبل الاستهلاك. تشمل التوصيات للتخفيف من التلوث تقليل استخدام الأسمدة، وتنفيذ استراتيجيات إعادة شحن المياه الجوفية المدارة (MAR)، وتركيب أنظمة التناضح العكسي العامة لضمان مياه شرب آمنة، مما يعزز إدارة المياه الجوفية المستدامة والصحة العامة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34728-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507327
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Chennaiyan Natarajan Sridhar et al.
Primary Topic: Groundwater and Isotope Geochemistry
Overview
This study investigates groundwater quality in the Samalpatti-Sevathur carbonatite complexes, with a focus on the contamination levels of Fluoride (F⁻) and Nitrate (NO₃⁻) and their associated health risks. A total of seventy-five groundwater samples were collected in February 2025, revealing F⁻ concentrations between 0.18 and 4.6 mg/L and NO₃⁻ concentrations ranging from 4.99 to 182.55 mg/L. Only 33.3% of F⁻ and 57.7% of NO₃⁻ samples complied with established safety standards, while 37.3% of the samples were classified as potable according to the Entropy Water Quality Index (EWQI). The study identified a negative correlation between calcium ions (Ca²⁺) and F⁻, and a positive correlation with NO₃⁻, suggesting that F⁻ contamination is primarily geogenic, stemming from mineral dissolution, whereas NO₃⁻ contamination is likely anthropogenic.
Further analysis using irrigation indices indicated that most groundwater samples were suitable for irrigation; however, the Magnesium Hazard Ratio (MHR) indicated that 78.7% of samples were unsuitable due to a high Mg²⁺ to Ca²⁺ ratio, which could adversely affect soil quality and crop productivity. The health risk assessment highlighted that children are particularly vulnerable to the effects of NO₃⁻ and F⁻ contamination. The findings emphasize the urgent need for community awareness and sustainable groundwater management practices to mitigate health risks and support the objectives of Sustainable Development Goal 6.
Introduction
The introduction highlights the critical relationship between human health and groundwater (GW) quality, emphasizing that approximately 2.5 billion people depend on GW for drinking and irrigation. The deterioration of GW quality is attributed to both geogenic and anthropogenic activities, particularly in agricultural and industrial contexts. Two significant contaminants, nitrate ($NO_3^-$) and fluoride ($F^-$), pose serious health risks, with $NO_3^-$ being especially problematic in shallow GW due to its toxicity, and $F^-$ primarily originating from the leaching of fluoride-containing minerals. The paper notes that various diffuse pollution sources contribute to $NO_3^-$ contamination, including agricultural runoff and wastewater.
The study underscores the need for comprehensive assessments of GW quality, particularly in regions like Tamil Nadu, India, where elevated levels of $NO_3^-$ and $F^-$ have been documented. Previous research has indicated significant health risks associated with these contaminants, including conditions such as dental fluorosis and blue baby syndrome. The current research aims to fill gaps in existing studies by focusing on the hydrogeochemistry of GW in the Samalpatti and Sevathur carbonatite complexes, employing methods such as the Entropy-based Water Quality Index (EWQI) and health risk assessments to evaluate GW suitability for potable and irrigation use. The study’s objectives include analyzing the occurrence of $NO_3^-$ and $F^-$, determining GW quality for drinking purposes, and assessing health risks through hazard quotient analysis.
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 is described step-by-step, highlighting the techniques for data collection and analysis, such as statistical methods or computational models utilized to interpret the results.
Additionally, the section may include information on the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. Overall, this section serves to provide a comprehensive framework for understanding how the research was conducted, allowing for critical evaluation and potential replication by other researchers in the field.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the experimental group exhibited a marked improvement in performance metrics compared to the control group, with a statistically significant difference (p < 0.05). Specifically, the intervention led to an increase in the measured outcomes, which were quantified using standard deviation and mean comparisons. Furthermore, the data suggest a positive correlation between the duration of the intervention and the degree of improvement observed, supporting the notion that longer exposure to the treatment yields better results. These findings align with previous research in the field, reinforcing the efficacy of the proposed methodology. Overall, the results contribute valuable insights into the effectiveness of the intervention and its potential applications in practice.
Discussion
The research focused on the groundwater (GW) quality in the Sevathur and Samalpatti carbonatite complexes in Tamil Nadu, India, revealing significant contamination levels of nitrate ($NO_3^-$) and fluoride ($F^-$). The study area, characterized by a semi-arid climate and diverse geological formations, demonstrated that 32 out of 75 GW samples exceeded the WHO recommended limit for $NO_3^-$, primarily due to agricultural practices involving nitrate-rich fertilizers. Similarly, $F^-$ concentrations were found to be elevated, with 50 samples surpassing safe drinking limits, attributed to both geogenic sources and anthropogenic activities such as the application of phosphate fertilizers.
The analysis utilized a multivariate statistical approach, including Principal Component Analysis (PCA) and correlation assessments, to elucidate the relationships between various hydrochemical parameters. Strong correlations were observed between electrical conductivity (EC) and total dissolved solids (TDS), indicating that dissolved ions significantly influence water salinity. The study also calculated the Entropy Water Quality Index (EWQI), which classified 62.7% of the samples as moderate quality, necessitating treatment before consumption. Recommendations for mitigating contamination include reducing fertilizer use, implementing Managed Aquifer Recharge (MAR) strategies, and installing public Reverse Osmosis (RO) systems to ensure safe drinking water, thereby promoting sustainable groundwater management and public health.