Feltstudier viser, at arsen i grundvand reducerer risudbyttet i Bangladesh

Grundvand i landdistrikterne i Bangladesh indeholder arsen ved 10 til 100 gange mængden af ​​sikre forbrugsniveauer, men indtages som drikkevand fra brønde og har ført til tilfælde af hjertesygdomme og kræft. Spor af arsen forbruges også gennem ris, en basisfødevare i det tætbefolkede land.

Professor Charles Harvey og kandidatstuderende Brittany Huhmann, både fra MIT Department of Civil and Environmental Engineering (CEE), rejste til Bangladesh i vækstsæsonerne 2015 og 2016 for at se, hvordan forurenet grundvand, deponeret gennem kunstvanding, påvirker risudbyttet.

Arsen er et naturligt forekommende grundstof, der findes over hele verden, men visse steder har forhøjede arsenkoncentrationer i grundvand. Sådan er det i Bangladesh. Mens at drikke det plettede vand forbliver et kritisk problem, det arsenholdige vand har også indflydelse på afgrødeudbyttet, når det bruges til kunstvanding i landbrugsmiljøer. Harvey og Huhmann forfulgte denne undersøgelse for at få en bred forståelse af, hvordan arsen påvirker risudbyttet i Bangladesh, og den potentielle størrelse af denne hændelse.

"De fleste mennesker [i landdistrikterne i Bangladesh] er afhængige af ubehandlet grundvand til deres drikkevand. Der er ikke meget centraliseret vandbehandling, især i landdistrikterne, " siger Huhmann, hovedforfatteren på et nyligt papir, der beskriver holdets forskning. "Så det meste af tiden i de områder, vi arbejdede, hver familie ville have deres egen brønd, de drikker af, og mange af de brønde har arsen, desværre, og folk ved eller måske ikke ved det. "

Resultaterne af undersøgelsen, udført i samarbejde med forskere fra University of Dhaka i Bangladesh, Cornell University, og Columbia University, blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi .

Ris er en stor afgrøde i Bangladesh, og det er den primære kilde til kalorier i landet med omkring 160 millioner mennesker. Uafhængige landmænd dyrker primært to typer ris, som høstes på en sæsonbestemt cyklus. Aman ris dyrkes i monsunsæsonen, juni til midten af ​​november, og bruger den naturlige nedbør til at vokse i oversvømmede marker. Boro ris, på den anden side, dyrkes i tørtiden, vinter sæson, og kræver kunstvanding. Vandet, der bruges til at vande landbrugsjorden, kommer fra grundvandet gennem brønde, i sidste ende aflejrer forskellige niveauer af arsen i jorden.

I 2015 Harvey, Huhmann og deres samarbejdspartnere gik i gang med en toårig undersøgelse for at dokumentere arsenens indvirkning på afgrødeudbyttet. I modsætning til tidligere undersøgelser af dette problem, forskerne gennemførte deres undersøgelse på området frem for i kontrollerede omgivelser, såsom drivhuse. De stod også for et utal af andre faktorer ved at undersøge jord fra en række risfarme for at få en mere omfattende forståelse af arsenens indvirkning på risudbyttet i Bangladesh.

"For at gøre reelle fremskridt med denne slags vanskelige problemer, du skal virkelig arbejde i regionen i længere tid, " siger Harvey. "Brittany har udført den form for undersøgelse, der kræves - omhyggeligt kontrollerede felteksperimenter, der dækker store områder og flere år."

For at bestemme virkningen af ​​forurenet vand på udbyttet af bororisafgrøder, Harvey, Huhmann, og deres samarbejdspartnere arbejdede sammen med 16 lokale risbønder for at evaluere deres marker. De forskellige placeringer gjorde det muligt for forskerne at redegøre for en række feltforhold og arsenniveauer. Holdet udvalgte rismarker undersøgt i Faridpur-distriktet i Bangladesh på grund af deres nærhed til brønde, der vides at have høje arsenkoncentrationer.

"Mange af landmændene var virkelig interesserede [i projektet]. De havde ikke tænkt over, at arsen kunne påvirke deres afgrøder, " siger Huhmann. "Nogle af dem havde hørt om arsenik og drikkevand, og hvordan det er dårligt for dem, men de fleste af dem havde ikke tænkt på arsen og kunstvandingsvand eller hvilke problemer det kunne forårsage. De var interesserede i at deltage, fordi de ville vide, hvad der foregik, og vi kunne give dem mere information om deres afgrøder, og hvilke typer ting, der påvirkede deres afgrøder."

Ved undersøgelse af forurening i jorden, forskergruppen så på arsenkoncentrationer ved hjælp af et røntgenfluorescensspektrometer på hvert af feltstederne. Disse målinger gav indsigt i niveauerne af arsen opbygget i hver rismark, der blev undersøgt, og sikrede, at de nøjagtigt kunne sammenligne målinger mellem parceller med større og lavere mængder arsenopbygning i jorden.

"Vi ville ikke kun se på en mark og en landmand, men ved mange marker og mange bønder. Vi ønskede at have dette design, hvor vi havde både kontrolgrunde og interventionsparceller, så vi kunne sammenligne plots, der er så ens på så mange måder som muligt, bortset fra deres arsenindhold, " forklarer Huhmann.

Forskerne vejede og registrerede også rishøsten fra de forskellige rismarker og fandt ud af, at mængden af ​​risproduktionen reduceres afhænger af mængden af ​​arsen i jorden.

Forskerne var også i stand til at fastslå, at mellem 7,4 procent og 26 procent af det årlige borohøstudbytte gik tabt som følge af arsen i jorden.

"Det er et ret bredt område, men dette er den første undersøgelse, der faktisk har udført arbejde i en skala, der kan give os mulighed for at foretage denne type skøn, "Huhmann siger." Vores håb er, at fremtidige undersøgelser kan bygge på dette, og vi kan få en bedre forståelse af, hvilke typer indvirkninger arsen har på risudbyttet. "

I mellemtiden, forskerne fandt ud af, at udgravning og udskiftning af de øverste lag af jord med uforurenet jord midlertidigt forbedrer afgrødeudbyttet, en lovende indikation for potentielle løsninger på landbrugsspørgsmålet.

"Vi fandt ud af, at arsen i kunstvandingsvand forårsager betydelige negative virkninger på rismarker i Bangladesh, "Siger Huhmann." Det er noget, som folk bør være opmærksomme på og bør tænke over, hvad de skal gøre ved det. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.