DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91453-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40032931
تاريخ النشر: 2025-03-04
المؤلف: Saeed Sharafi وآخرون
الموضوع الرئيسي: المعادن الثقيلة في البيئة
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تقييمًا شاملاً لتلوث المعادن الثقيلة (HM) ومخاطرها الصحية في التربة الزراعية والمياه الجوفية بالقرب من ثلاثة منشآت صناعية: مصفاة بنزين، مصنع بترول، ومحطة طاقة زيت الوقود. أظهر تحليل عينات التربة مستويات pH محايدة إلى قلوية قليلاً، مما يساعد على نمو المحاصيل، على الرغم من أن الموصلية الكهربائية (EC) الأعلى في التربة المروية تشير إلى مشاكل محتملة في الملوحة التي قد تؤثر سلبًا على الغلات. ومن الجدير بالذكر أن تلوث الزئبق (Hg) كان مرتفعًا جدًا في كل من التربة المروية وتلك المعتمدة على الأمطار، مع مستويات متغيرة من المعادن الأخرى. أشار مؤشر المخاطر البيئية المحتملة إلى تهديدات بيئية كبيرة بشكل أساسي من Hg، بينما أكد مؤشر تحميل التلوث على انتشار تلوث المعادن الثقيلة، خاصة في الأنظمة المروية.
سلطت تقييمات مخاطر الصحة البشرية الضوء على الابتلاع كطريق رئيسي للتعرض للمعادن، مع كون الأطفال أكثر عرضة للخطر. على الرغم من أن معامل الخطر (HQ) ومؤشر الخطر (HI) اقترحا عدم وجود مخاطر غير سرطانية كبيرة، إلا أن تقييمات مخاطر السرطان مدى الحياة حددت Hg، والكادميوم (Cd)، والكروم (Cr) كتهديدات كبيرة، خاصة في أنظمة الزراعة المروية. أظهر تحليل المياه الجوفية تركيزات مرتفعة من المعادن، وخاصة الزنك (Zn) وCr، مع تأثيرات إضافية تزيد من مخاطر السرطان. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لسياسات الصحة العامة للتخفيف من مخاطر التعرض للمعادن الثقيلة، خاصة بالنسبة للسكان المعرضين للخطر، وتدعو إلى ممارسات زراعية مستدامة، ورصد بيئي صارم، واستراتيجيات فعالة لإدارة المياه لحماية الصحة العامة واستدامة الزراعة في المناطق الصناعية.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، أو برامج ضرورية للتجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يتم وصف المنهجية بطريقة منظمة، مما يضمن إمكانية تكرار النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول تصميم التجربة، اختيار العينات، والتحليلات الإحصائية المطبقة لتفسير البيانات. تعتبر هذه المقاربة الشاملة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان أن تكون النتائج قوية وموثوقة. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة جزءًا لا يتجزأ من استنتاجات الدراسة وتساهم في تقدم المعرفة في هذا المجال.
المناقشة
تسلط الدراسة التي أجريت في سهل شاهزاند في إيران الضوء على التحديات البيئية الكبيرة بسبب تلوث المعادن الثقيلة (HM) الناتج عن الممارسات الزراعية والأنشطة الصناعية. تم جمع عينات من التربة والمحاصيل من 102 موقع زراعي لتقييم مستويات التلوث، مما يكشف أنه بينما ظلت متوسطات تركيزات المعادن الثقيلة مثل الزنك (Zn) والنحاس (Cu) ضمن الحدود المسموح بها، أظهرت المعادن مثل الزئبق (Hg) والكروم (Cr) عوامل تلوث عالية، خاصة في أنظمة الزراعة المروية. تشير النتائج إلى أن ممارسات الري قد تفاقم تراكم المعادن الثقيلة، مما يتطلب إدارة دقيقة للتخفيف من المخاطر المحتملة على صحة التربة وغلات المحاصيل.
استخدمت الدراسة مؤشرات تلوث متنوعة، بما في ذلك عامل التلوث (Cf)، درجة التلوث (Cdeg)، ومؤشر تحميل التلوث (PLI)، لتقييم مدى تلوث المعادن الثقيلة. أظهرت النتائج درجة تلوث عالية جدًا لعدة معادن، خاصة Hg وCr، في التربة المروية، بينما أظهرت التربة المعتمدة على الأمطار مستويات أقل من التلوث. تؤكد الدراسة على أهمية المراقبة المنتظمة للتربة، وممارسات الري المناسبة، واستخدام مصادر المياه النظيفة لإدارة مستويات المعادن الثقيلة بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليل الارتباط عن تفاعلات معقدة بين خصائص التربة وتركيزات المعادن الثقيلة، مما يشير إلى أن تعزيز المادة العضوية في التربة وإدارة الملوحة قد يساعدان في تقليل توافر المعادن الثقيلة وتحسين الاستدامة الزراعية في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91453-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40032931
Publication Date: 2025-03-04
Author(s): Saeed Sharafi et al.
Primary Topic: Heavy metals in environment
Overview
This study provides a thorough evaluation of heavy metal (HM) contamination and its health risks in agricultural soils and groundwater near three industrial facilities: a gasoline refinery, a petroleum plant, and a fuel oil power plant. The analysis of soil samples revealed neutral to slightly alkaline pH levels, conducive to crop growth, though higher electrical conductivity (EC) in irrigated soils suggests potential salinity issues that could adversely affect yields. Notably, mercury (Hg) contamination was found to be very high across both irrigated and rainfed soils, with varying levels of other metals. The Potential Ecological Risk Index indicated significant ecological threats primarily from Hg, while the Pollution Load Index confirmed widespread heavy metal contamination, particularly in irrigated systems.
Human health risk assessments highlighted ingestion as the primary route of metal exposure, with children being particularly vulnerable. Although the Hazard Quotient (HQ) and Hazard Index (HI) suggested no major non-carcinogenic risks, lifetime carcinogenic risk assessments identified Hg, cadmium (Cd), and chromium (Cr) as significant threats, especially in irrigated farming systems. Groundwater analysis showed elevated concentrations of metals, particularly zinc (Zn) and Cr, with additive effects increasing carcinogenic risks. The findings emphasize the urgent need for public health policies to mitigate heavy metal exposure risks, particularly for vulnerable populations, and advocate for sustainable agricultural practices, stringent environmental monitoring, and effective water management strategies to safeguard public health and agricultural sustainability in industrial areas.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures employed in the research. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, or software necessary for the experiments or analyses conducted. The methodology is described in a systematic manner, ensuring reproducibility of the results.
Additionally, the section may include information on experimental design, sample selection, and statistical analyses applied to interpret the data. This comprehensive approach is crucial for validating the findings and ensuring that the results are robust and reliable. Overall, the methods employed are integral to the study’s conclusions and contribute to the advancement of knowledge in the field.
Discussion
The study conducted in the Shahzand Plain of Iran highlights significant environmental challenges due to heavy metal (HM) pollution stemming from agricultural practices and industrial activities. Soil and crop samples were collected from 102 agricultural sites to assess contamination levels, revealing that while the average concentrations of HMs like zinc (Zn) and copper (Cu) remained within permissible limits, metals such as mercury (Hg) and chromium (Cr) exhibited high contamination factors, particularly in irrigated farming systems. The findings indicate that irrigation practices may exacerbate HM accumulation, necessitating careful management to mitigate potential risks to soil health and crop yields.
The research employed various pollution indicators, including the contamination factor (Cf), degree of contamination (Cdeg), and pollution load index (PLI), to evaluate the extent of HM pollution. Results indicated a very high degree of contamination for several metals, particularly Hg and Cr, in irrigated soils, while rainfed soils showed lower levels of pollution. The study underscores the importance of regular soil monitoring, appropriate irrigation practices, and the use of clean water sources to manage HM levels effectively. Additionally, the correlation analysis revealed complex interactions between soil properties and HM concentrations, suggesting that enhancing soil organic matter and managing salinity could help reduce HM bioavailability and improve agricultural sustainability in the region.