Frå jord til bord : følgjer tungmetallet med i kornet? : om type jord, pH, organisk materiale og bindingsstyrke i jorda påverkar opptaket av As, Cd, Ni, Pb og U i korn

Abstract

Somme jordbruksområde inneheld mykje alunskifer, ein bergart som gjev opphav til fruktbart jordsmonn, men det har høgare tungmetallkonsentrasjonar enn andre jordsmonn. Tungmetall kan vere skadelege for menneske, til dømes kan kadmium gje nyreskadar og arsen kan føre til hudkreft. Denne studien skulle vurdere om alunskiferjord i større grad enn andre jordsmonn overførte tungmetalla arsen (As), kadmium (Cd), nikkel (Ni), bly (Pb) og uran (U) til kornet. Det var òg av interesse å sjå om pH, bindingsstyrke og mengda organisk materiale i jorda påverka kornet sitt tungmetallopptak.

Prøvene vart samla inn i Stange kommune, Hedmark; eit område med mange jordsmonn, mellom anna alunskiferjord. I tillegg vart det henta nokre prøver frå Ås, der overflatejorda var utan alunskifer. Prøvene vart dekomponert med mikrobølgjeteknikk (Milestone UltraClave) og analysert med induktivt kopla plasma – massespektrometri (ICP-MS, Agilent 8800 QQQ) før totalkonsentrasjonen til tungmetalla vart rekna ut i mg/kg tørrvekt. Overføring frå jord til planter vart rekna ut som tungmetallkonsentrasjonen i kornet (mg/kg) delt på tungmetallkonsentrasjonen i tilhøyrande jordprøve (mg/kg). Nokre jordprøver vart vege opp i våtvekt og nytta til sekvensiell ekstraksjon. Denne metoden indikerer tungmetallet si bindingsstyrke i jorda, og dermed kor stor del av totalkonsentrasjonen til tungmetallet som er potensielt mobilt og biotilgjengeleg. Desse fraksjonane vart òg målt på ICP-MS før konsentrasjonen vart rekna ut i mg/kg. Det vart òg målt pH og mengd organisk materiale for jordprøvene, sistnemnde vart gjort ved glødetap (550 ºC).

Arsen, Cd, Ni, Pb og U var alle kvantifiserbare i jordprøvene (N = 24). Arsen, Cd og Ni var òg kvantifiserbart i plantene (N = 24). Det var kvantifiserbare mengder U i seks kornprøver og Pb var ikkje kvantifiserbart i nokon planteprøver. Nøyaktigheita var god for ICP-MS, då grunnstoffa som vart analysert, anten trefte innanfor eller rett ved grenseverdiane for referansemateriala. Einaste unntaket var As-konsentrasjonen i eitt av jordreferansemateriala, som var for langt under sertifisert referanseintervall til at resultatet vitna om god nøyaktigheit for jordprøvene. Sidan det dermed er usikkert om nokre av jordsmonna underrapporterer As, må resultata verte kritisk vurdert. Metodepresisjonen var god for sekvensiell ekstraksjon. Presisjonen for jord- og kornprøvene som vart dekomponert før ICP-MS-analyse vart ikkje vurdert på ein tilfredsstillande måte. I staden for fleire parallellar av same prøve, vart ulike prøver frå same jorde brukt som parallellar. Dette gav dårleg grunnlag for å vurdere metodepresisjonen. Basert på dette vart presisjonen vurdert som dårleg.

Av jordsmonna hadde alunskiferjord høgast konsentrasjonar av As, Cd, Ni, Pb og U. Men alunskiferjorda hadde ikkje ein signifikant høgare overføringsfaktor av As, Cd, Ni, Pb eller U til korn enn andre jordsmonn. Kalkjord hadde derimot signifikant høgare overføringsfaktor av Ni til 6-radsbygg enn alunskiferjord. pH hadde tilsynelatande ingen samanheng med As- og U-konsentrasjonen i korn, men var negativt korrelert med Cd- og Ni-konsentrasjonen i korn. Ei auke i pH såg dermed ut til å redusere overføringsfaktoren for Cd og Ni. Tidlegare forsking har dokumentert at skilnaden berre er signifikant i pH-sjiktet 5.5 – 6.5, dette vart ikkje stadfesta i dette forsøket. Det låge talet på prøver kan vere årsaka til at det ikkje var mogleg å påvise signifikante skilnadar i pH-sjiktet 5.5 – 6.5. Tungmetallet si bindingsstyrke i jorda, og dermed biotilgjengelegheit, påverka overføringsfaktoren. Resultata frå sekvensiell ekstraksjon synte at Cd var det mest biotilgjengelege tungmetallet, og overføringsfaktoren frå jord til korn var størst for Cd. Over halvparten av prøvene hadde ein større overføringsfaktor for Cd enn 0.10, berre éi prøve hadde ein overføringsfaktor over 0.10 for eit anna tungmetall (Ni frå alunskiferjord til havre). Organisk materiale hadde ein signifikant verknad på Cd- og Ni-opptaket til 6-radsbygg dyrka på kalkjord. Auka mengd organisk materiale reduserte opptaket. Korn dyrka på myrjord (40.8 – 47.8 % organisk materiale) hadde lågare Ni-konsentrasjonar enn korn dyrka på jord med mindre organisk materiale (4.2 – 15.0 %). Denne tendensen var òg synleg for Cd-opptaket, men ikkje like tydeleg som hjå Ni-opptaket. Hjå andre tungmetall var denne tendensen ikkje synleg. Bly var ikkje kvantifiserbart i forsøket, det er difor uvisst om pH og mengd organisk materiale i jorda påverkar overføringsfaktoren til Pb.

Grunna for få prøver var det sjeldan grunnlag til å oppdage statistisk signifikans. Det er dermed tilrådeleg å gjennomføre same forsøk med fleire parallellar, slik at eventuelle funn i dette forsøket kan verte etterprøvd.

Uavhengig av jordsmonn, inneheldt kornet sjeldan skadelege mengder As, Cd, Ni, Pb eller U, so det er lite sannsynleg at forbrukarane får i seg for store mengder av desse over tid. Det var likevel nokre få kornprøver som inneheldt so høge Cd- og/eller Ni-konsentrasjonar at det er tilrådeleg med vidare forsking på desse kornslaga. Dette for å avdekke om prøvene var kontaminerte eller om kornet faktisk inneheld so høge konsentrasjonar av Cd og/eller Ni.

Some agricultural areas are rich in alum shale, a rock that yields fertile soil. However, this soil also contains higher concentrations of heavy metals than other soils. Heavy metals can be harmful to humans, e.g., cadmium could lead to kidney failure and arsenic may cause skin cancer. This thesis assessed whether alum shale transferred more of the heavy metals arsenic (As), cadmium (Cd), nickel (Ni), lead (Pb) and uranium (U) to food crops than other soils. It was also of interest to see if the grain absorbed more heavy metals from the soil due to factors such as pH, bond strength and the amount of organic matter in the soil.