Integrated Assessment of Potentially Toxic Elements Fluxes in Paddy Agroecosystems of Dry Zone: From Fertilizer Inputs to Soil Transformation and Grain-Level Bioaccumulation

في قلب الأراضي الجافة والمشمسة في سريلانكا، استشرت أزمة صحية صامتة. فعلى مدى عقود، تعرضت المجتمعات التي زرعت الأرز لأجيال لمرض كلى غامض لا يبدو أنه ناتج عن الأسباب المعتادة مثل السكري أو ارتفاع ضغط الدم. هذا المرض، المعروف محليًا باسم CKDu، ترك العائلات بلا معيليها الأساسيين وأثقل كاهل المستشفيات المحلية. وبينما ظل السبب الدقيق عصيًا على التحديد، اشتبه العلماء لفترة طويلة في أن التربة نفسها المستخدمة لزراعة الأرز قد تحمل خطرًا خفيًا. ويتركز القلق حول مجموعة من المعادن الثقيلة — وهي مواد مثل الكادميوم والرصاص والزرنيخ — التي يمكن أن تتسرب إلى البيئة من المصادر الصناعية أو المواد الكيميائية الزراعية. وعندما تدخل هذه المعادن إلى التربة، فإن الظروف الفريدة لحقول الأرز، التي تُغمر بالمياه وتُصرف دوريًا، يمكن أن تغير سلوكها الكيميائي، مما يجعلها أكثر عرضة لامتصاص النباتات لها. وإذا أصبح حب الأرز نفسه وسيلة لنقل هذه السموم، فقد يتناول الناس جرعات ضارة منها يوميًا طوال حياتهم، مما يؤدي إلى أمراض مزمنة.

لقد شرع فريق من الباحثين في تتبع الرحلة الكاملة لهذه العناصر السامة، من كيس السماد إلى حبة الأرز، لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم رسم مسار التلوث. وركزوا على أربعة مناطق محددة في المنطقة الجافة في سريلانكا، ثلاث منها تُعرف بأنها بؤر ساخنة لمرض الكلى، وواحدة تعمل كنقطة مرجعية نظيفة حيث يندر فيها المرض. لم يكتفِ العلماء بفحص التربة فحسب؛ بل جمعوا عينات من الأسمدة التي يستخدمها المزارعون، والتربة نفسها في أعماق مختلفة، وجذور نباتات الأرز، والحبوب الناضجة الجاهزة للحصاد. وكان هدفهم هو قياس كمية هذه المعادن السامة بدقة في كل مرحلة، وفهم كيفية نقل النباتات لهذه العناصر من الأرض إلى الغذاء الذي نأكله.

بدأ التحقيق بالسماد، وهو نقطة البداية في دورة المغذيات. حلل الباحثون أكياس "السوبر فوسفات الثلاثي" (Triple Superphosphate)، وهو سماد شائع يُستخدم لتعزيز نمو المحاصيل، ووجدوا أنه مصدر كبير للتلوث. احتوى هذا السماد تحديدًا على مستويات عالية بشكل مفاجئ من الكادميوم والرصاص والكروم، وهي مستويات تتجاوز بكثير الحدود الآمنة للاستخدام الزراعي. وفي الواقع، أظهر التحليل أن هذا النوع الواحد من الأسمدة يحمل من هذه المعادن السامة أكثر مما تحمله الأسمدة الشائعة الأخرى مثل اليوريا أو البوتاس. وكشفت البيانات أن صخر الفوسفات المستخدم لصنع هذا السماد يعمل كنظام توصيل أساسي، حيث يدخل هذه المعادن الثقية إلى الحقول في كل مرة ينثر فيها المزارع السماد.

بمجرد دخول هذه المعادن إلى الحقول، راقب الباحثون كيفية سلوكها في التربة والنباتات. ووجدوا أن التلوث لم يكن منتشرًا بشكل متساوٍ عبر المناظر الطبيعية. فقد برز موقع واحد، وهو "جيراندوروكوت" (Girandurukotte)، كأكثر المواقع تلوثًا، حيث أظهرت عينات التربة أعلى تركيزات من الكادميوم والرصاص والمعادن الأخرى. وباستخدام تقنيات رسم الخرائط المتقدمة، أنشأ الفريق تمثيلات بصرية للحقول، والتي أظهرت بوضضح "بؤرًا ساخنة" حيث تكون مستويات المعادن مرتفعة بشكل خطير. وقد تطابقت هذه المناطق عالية المخاطر في التربة بشكل وثيق مع المناطق التي ينتشر فيها مرض الكلى بكثرة، مما يشير إلى وجود رابط مباشر بين الأرض وصحة الناس الذين يعيشون عليها.

ثم تتبعت الدراسة انتقال المعادن إلى نباتات الأرز. واكتشف الباحثون أن جذور نباتات الأرز عملت كخط دفاع أول، حيث امتصت المعادن من التربة. ومن بين جميع العناصر السامة التي تم اختبارها، كان الكادميوم هو الأكثر رغبة في دخول النبات؛ فقد انتقل من التربة إلى الجذور بسهولة أكبر من الرصاص أو الزرنيخ أو الكروم. ومع ذلك، لم يسمح النبات بكل ما امتصه بالمرور إلى الجزء الصالح للأكل؛ إذ احتفظت الجذور بجزء كبير من الرصاص والزرنيخ، حيث عملت كمرشح منع هذه المعادن تحديدًا من الوصول إلى الحبوب. أما الكادميوم، فقد كان مختلفًا؛ فقد أثبت أنه شديد الحركة، حيث انتقل من الجذور صعودًا إلى حبة الأرز. وأظهرت البيانات علاقة إيجابية واضحة: فكلما زاد الكادميوم الموجود في التربة، زاد وجوده في حبة الأرز.

إن انتقال الكادميوم إلى الحبوب هو الاكتشاف الحاسم. فبينما كانت مستويات الرصاص والمعادن الأخرى في حبة الأرز النهائية منخفضة نسبيًا لأن النباتات حجبته، وصل الكادميوم في رحلته إلى "الاندوسبيرم" (endosperm)، وهو الجزء الذي يأكله الناس. وحسب الباحثون أنه مقابل كل وحدة من الكادميوم في التربة، تنتهي كمية قابلة للقياس منه في الأرز. وهذا يعني أنه حتى لو بدا تلوث التربة منخفضًا وفقًا لبعض المعايير، فإن الأرز نفسه يمكن أن يراكم كمية كافية من المعدن لتشكل خطرًا صحيًا بمرور الوقت. وقد أكدت الدراسة أن مدخلات الأسمدة هي التي تقود هذه الدورة، حيث يعمل "السوبر فوسفات الثلاثي" كمصدر رئيسي للكادميوم الذي ينتهي به المطاف في الإمدادات الغذائية.

ولفهم الخطر الإجمالي، قيم الفريق المخاطر البيئية للتربة. وحسبوا درجة المخاطر لكل موقع بناءً على أنواع وكميات المعادن الموجودة. وبينما صُنفت المخاطر الإجمالية للبيئة بأنها منخفضة، كان الكادميوم هو العامل المهيمن الذي يقود درجة المخاطر في كل موقع على حدة. وذلك لأن الكادميوم شديد السمية للكائنات الحية، حتى بكميات صغيرة. وأشار الباحثون إلى أنه بينما قد لا تسبب المستويات الحالية انهيارًا بيئيًا فوريًا، فإن الإضافة المستمرة للكادميوم من خلال استخدام الأسمدة تمثل تهديدًا يتراكم ببطء. إن هذا التراكم تصاعدي، مما يعني أنه مع كل موسم زراعي، تصبح التربة محملة بهذه السموم بشكل أكبر قليلاً.

تخلص الدراسة إلى أن الطريق نحو مرض الكلى من المرجح أن يكون ممهدًا بهذه الدورة التي يحركها السماد. وتشير الأدلة إلى سيناريو يسعى فيه المزارعون، رغبةً منهم في تعظيم إنتاج الأرز، إلى استخدام أسمدة تحتوي على شوائب خفية. تستقر هذه الشوائب في التربة، حيث تجعل الظروف الرطبة لحقول الأرز هذه المعادن متاحة لنباتات الأرز. ثم تقوم النباتات بتصفية هذه السموم، مما يسمح للأكثر خطورة منها، وهو الكادميوم، بالمرور إلى الحبوب. ثم يتعرض الناس الذين يأكلون هذا الأرز لجرعة ثابتة ومنخفضة من المعدن، والتي يمكن أن تسبب ضررًا للكلى على مدار سنوات أو عقود. ويؤكد الباحثون أن المشكلة ليست في التربة وحدها، بل في المدخلات الزراعية. ويقترحون أن الطريقة الأكثر فعالية لكسر هذه الدورة هي تنظيم جودة الأسمدة، وتحديدًا من خلال الحد من كمية الكادميوم المسموح بها في المنتجات القائمة على الفوسفات. فمن خلال التحكم فيما يدخل في الأكياس، يمكن تقليل كمية السم في الحبوب، مما يوفر مسارًا ملموسًا نحو حماية صحة هذه المجتمعات الزراعية.