Forskere udvikler nyt geokemisk fingeraftryk for at spore forurenende stoffer i gødning

Et internationalt hold af videnskabsmænd har afdækket giftige metaller i mineralsk fosfatgødning på verdensplan ved at bruge et nyt værktøj til at identificere spredningen og indvirkningen af ​​sådanne forurenende stoffer på jord, vandressourcer og fødevareforsyning.

"Mens mineralske fosfatgødninger er afgørende for at øge globalt bæredygtigt landbrug og fødevaresikkerhed, fandt vi høje niveauer af giftige metaller i mange gødninger verden over," siger Avner Vengosh, formand for afdelingen Earth and Climate Sciences ved Duke Universitys Nicholas School of the Environment.

"Vores undersøgelse udviklede en ny metode til at identificere kilder og påvirkninger af disse metaller på miljøet." Disse metaller omfattede cadmium, uran, arsen, vanadium og chrom.

Brug af mineralsk gødning - syntetiske eller naturligt forekommende stoffer med essentielle næringsstoffer, der er nødvendige for plantevækst - har hjulpet med at øge bæredygtige afgrødeudbytter på verdensplan. Men indtil for nylig er dets forurening med giftige metaller ikke blevet systematisk evalueret. Denne nye undersøgelse analyserer globale fosfatgødninger fra store fosfatminelande.

"Vi målte strontiumisotoper i både fosfatsten og gødning genereret fra disse sten for at vise, hvordan gødningens isotop-"fingeraftryk" matcher deres oprindelige kilde," siger Robert Hill, studiets hovedforfatter og ph.d. studerende ved Duke University.

Isotoper er variationer af et grundstof, i dette tilfælde strontium. Kemisk analyse af hver gødning viser en unik isotopblanding, der matcher fosfatsten fra hvor den blev hentet.

"I betragtning af variationer af strontiumisotoper i globale fosfatbjergarter har vi etableret et unikt værktøj til at opdage gødnings potentielle påvirkning på verdensplan," sagde Hill.

For at finde ud af, om strontiumisotoper er en pålidelig indikator for sporstoffer i gødning over hele verden, analyserede forskere 76 fosfatsten, hovedkilden til fosfatgødning, og 40 gødninger fra store fosfatstensproducerende regioner, herunder det vestlige USA, Kina, Indien, Norden. Afrika og Mellemøsten. Forskere indsamlede prøver fra miner, kommercielle kilder og Tidewater Research Station, et forsøgsfelt i North Carolina. Forskerholdet offentliggjorde sine resultater den 9. maj 2024 i Environmental Science &Technology Letters .

Metaller fundet i jord og grundvand kommer fra både naturligt forekommende og menneskeskabte kilder.

"Strontiumisotoper er i bund og grund et 'fingeraftryk', der kan afsløre forurening i grundvand og jord på verdensplan," sagde Vengosh. Hans forskerhold har også brugt strontiumisotoper til at spore miljøforurening i udvaskning af lossepladser, kulminedrift, kulaske, fracking-væsker og grundvand, der trækkes til overfladen med olie- og naturgasudvinding.

"Isotopen er en proxy til at identificere kilden til forurening," sagde Vengosh. "Uden dette værktøj er det svært at identificere, indeholde og afhjælpe forurening forbundet med gødning."

Gødninger i undersøgelsen viste forskellige koncentrationer af sporstoffer, med højere niveauer observeret i gødninger fra USA og Mellemøsten sammenlignet med dem fra Kina og Indien. Som et resultat konkluderer forskerne, at fosfatgødning fra USA og Mellemøsten vil have en større indvirkning på jordkvaliteten på grund af deres højere koncentrationer af uran, cadmium, krom sammenlignet med gødning fra Kina og Indien, som har højere koncentrationer af arsen.

Flere oplysninger: Robert C. Hill et al., Tracing the Environmental Effects of Mineral Fertilizer Application with Trace Elements and Strontium Isotop Variations, Environmental Science &Technology Letters (2024). DOI:10.1021/acs.estlett.4c00170

Journaloplysninger: Environmental Science &Technology Letters

Leveret af Duke University