Source apportionment and health risk assessment of heavy metals in farmland soils based on the APCS-MLR receptor model and Monte Carlo simulation

تخيل التربة تحت أقدامنا ليس مجرد تراب، بل كإسفنجة عملاقة وصامتة تمتص كل شيء من العالم فوقها. في بعض الأحيان، تمتص هذه الإسفنجة مغذيات مفيدة، ولكن في أحيان أخرى، تحبس "أشباحاً" غير مرئة وسامة تسمى المعادن الثقيلة. هذه ليست النوع المخيف الذي يظهر في الليل؛ بل هي عناصر كيميائية مثل الرصاص والزرنيخ والزئبق التي يمكن أن تبقى عالقة لقرون. إذا وصلت هذه الأشباح إلى الطعام الذي نأكله أو الغبار الذي نستنشقه، فيمكن أن تمرضنا. لقد حاول العلماء حل لغز محير: من أين أتت هذه الأشباح؟ هل سقطت من السماء مع المطر، أم جرفت من الجبال، أم تركها البشر هناك؟ والأهم من ذلك، ما مدى الخطورة التي تشكلها علينا، خاصة بالنسبة للأطفال الذين هم أصغر حجماً وأكثر حساسية؟ للإجابة على هذا، يستخدم الباحثون أدوات خاصة. أحد هذه الأدوات يشبه عدسة المحقق المكبرة التي تفصل الأدلة المختلطة لتعرف من فعل ماذا (ما يسمى بتحديد مصادر التلوث). وأداة أخرى هي كرة بلورية لا تتنبأ بالمستقبل، ولكنها تحاكي ملايين سيناريوهات "ماذا لو" لتخمين مدى احتمالية حدوث مشكلة صحية (ما يسمى بمحاكاة مونت كارلو). فهم هذا يساعدنا في تحديد ما إذا كنا بحاجة للذعر، أو إذا كنا فقط بحاجة للحذر.

في هذه الدراسة، قرر فريق من العلماء لعب دور المحقق في بقعة محددة من الأراضي الزراعية في منطقة "هيتاو" بمنغوليا الداخلية في الصين، وهي منطقة معروفة باسم سهل "هيتاو". لقد جمعوا 741 عينة من التربة السطحية — أي أنهم أخذوا غرافة ضخمة من التراب من 741 نقطة مختلفة — ليروا نوع أشباح المعادن الثقيلة المختبئة هناك. كانوا يبحثون عن ثمانية مشتبه بهم محددين: الزرنيخ (As)، والكادميوم (Cd)، والكروم (Cr)، والنحاس (Cu)، والزئبق (Hg)، والنيكل (Ni)، والرصاص (Pb)، والزنك (Zn).

أولاً، فحصوا "مسرح الجريمة" ليروا أين تختبئ المعادن. وجدوا أنه بينما لم يكن متوسط كمية هذه المعادن مرتفعاً بما يكفي لكسر قواعد السلامة الوطنية، إلا أن التربة لم تكن متساوية في كل مكان. كان الأمر أشبه بلعبة الغميضة حيث تمتلك بعض البقع الكثير من "الأشباح" أكثر من غيرها. لاحظوا أن المناطق القريبة من بحيرة كبيرة تسمى بحيرة "ووليانسو" كانت محملة بشكل خاص بمعادن مثل الزرنيخ والرصاص والكادميوم. يبدو أن البحيرة تعمل كحوض ضخم في قاع حوض الاستحمام، حيث تلتقط جميع المعادن التي تجرفها الجبال والمزارع، وتسمح لها بالاستقرار في التربة المجاورة. كما وجدوا بعض "البؤر الساخنة" بالقرب من البلدات والطرق المزدحمة، مما يشير إلى أن الأنشطة البشرية مثل القيادة والصناعة تترك آثار أقدامها الفوضوية الخاصة.

بعد ذلك، استخدم العلماء أداهم التحري، وهو نموذج (APCS-MLR)، ليعرفوا من المسؤول عن هذه الفوضى. تخيل أن لديك عصير سموذي مصنوع من ثلاثة أنواع مختلفة من الفاكهة، وتريد أن تعرف كم كمية كل فاكهة في الكوب. هذا النموذج يقوم بالحسابات لفصل المكونات. وجدوا ثلاثة "جناة" رئيسيين:

1. الطبيعة والزراعة: كان هذا المصدر الأكبر، حيث شكل حوالي 39% من الخليط. كان مزيجاً من الصخور الطبيعية التي تتكون منها التربة وبين الأسمدة أو مبيدات الفطريات التي استخدمها المزارعون لفترة طويلة. كانت هذه المجموعة مسؤولة بشكل أساسي عن الكروم والنيكل والزنك والنحاس.
2. الصناعة وحركة المرور: كانت هذه المجموعة مسؤولة عن حوالي 34% من الخليط، وتحديداً في رفع مستويات الزرنيخ والكادميوم والرصاص. وهذا يشير إلى المصانع، وحرق الفحم، وتاريخ السيارات التي تعمل بالبنزين المحتوي على الرصاص.
3. المواقع المحلية: مجموعة أصغر، بنسبة 17% تقريباً، كانت مسؤولة بشكل أساسي عن الزئبق. بدا أن هذا يأتي من أماكن محلية محددة جداً، مثل مصنع واحد أو كومة من النفايات، بدلاً من المنطقة بأكملها.

لكن معرفة من فعل ذلك لا تكفي؛ فقد احتاج الفريق لمعرفة ما إذا كان الأمر خطيراً. أجروا محاكاة ضخمة، مثل لعبة فيديو يلعبون فيها 10,000 سيناريو مختلف لرؤية ما يمكن أن يحدث للناس. نظروا إلى ثلاث مجموعات: الرجال البالغين، والنساء البالغات، والأطفال.

كانت النتائج مزيجاً من الأخبار الجيدة والتحذير الجدي. "الأخبار الجيدة" هي أنه بالنسبة لمعظم الناس، كان خطر الإصابة بأمراض غير سرطانية (مثل الشعور بالغثيان أو ظهور طفح جلدي) منخفضاً وضمن الحدود الآمنة. ومع ذلك، كان "التحذير" يتعلق بمخاطر السرطان، وتحديداً من الزرنيخ. أظهرت المحاكاة أن الأطفال هم المجموعة الأكثر عرضة للخطر. في الواقع، كان حوالي 64.86% من الأطفال في منطقة الدراسة لديهم خطر الإصابة بالسرطان أعلى من الحد "الآمن". كان البالغون أكثر أماناً، ولكن حتى هم لم يكونوا بمنأى تماماً؛ حيث كان حوالي 47% من الرجال و38% من النساء لديهم خطر مرتفع للغاية.

كما حدد العلماء كيف تصل هذه المعادن إلى الناس. وجدوا أن استنشاق الغبار أو لمس التربة بالجلد لم يكن المشكلة الكبيرة. بدلاً من ذلك، كان الأمر يتعلق بالكامل بالأكل أو ابتلاع التربة عن طريق الخطأ. بالنسبة للأطفال، الذين لديهم عادة وضع أيديهم في أفواههم، كان مسار "الابتلاع الفموي" هذا مسؤولاً عن أكثر من 94% من إجمالي المخاطر. إنه يشبه إذا كنت تحاول تجنب سم ما، لكنك قلق فقط بشأن الهواء الذي تتنفسه، بينما الخطر الحقيقي يكمكم في الطعام الذي تأكله.

أخيراً، استخدموا أداة فائقة الحساسية تسمى تحليل "سوبول" ليروا أي عامل هو الأكثر أهمية. وجدوا أن كمية الزرنيخ في التربة كانت المحرك الأكبر للمخاطر. إذا ارتفع الزرنيخ، يرتفع الخطر بشكل كبير. كما لاحظوا أنه بالنسبة للأطفال، لعب وزن جسمهم دوراً كبيراً لأن الجسم الصغير يتأثر بالسم بنفس القدر الذي يتأثر به الجسم الكبير.

إذاً، ما هي الخلاصة؟ التربة في هذه المنطقة الزراعية ليست منطقة كوارث، لكنها ليست نظيفة تماماً أيضاً. الخطر الرئيسي يأتي من الزرنيخ، والذي ينتج أساساً عن التلوث الصناعي وحركة المرور، وهو يشكل تهديداً حقيقياً للأطفال الذين قد يبتلعون القليل من التراب أثناء اللعب. يقترح العلماء أنه لإصلاح ذلك، نحتاج لمعالجة الزرنيخ من مصدره، وبشكل أكثر إلحاحاً، تعليم الأطفال والآباء ضرورة توخي الحذر فيما يتعلق بغسل اليدين وعدم أكل التراب، لأن ذلك هو حيث يكمن الخطر الحقيقي.