Implications of maize fertigation with treated domestic wastewater on soil heavy metal contamination and health risks

In veel delen van de wereld wordt zoet water steeds moeilijker te vinden, terwijl de behoefte aan voedselproductie blijft stijgen. Een praktische oplossing die boeren en stadsplanners verkennen, is het hergebruik van behandeld huishoudelijk afvalwater voor irrigatie. Dit water, dat door zuiveringssystemen is gegaan om schadelijke pathogenen en organisch afval te verwijderen, bevat nog steeds voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor die planten nodig hebben om te groeien. Het hergebruik brengt echter een verborgen zorg met zich mee: huishoudelijk water bevat vaak sporen van zware metalen van alledaagse producten zoals detergenten, cosmetica en loodgieterswerk. Hoewel deze metalen in minuscule hoeveelheden aanwezig zijn, breken ze niet af. In de loop van de tijd kunnen ze zich ophopen in de bodem en naar de gewassen bewegen die wij eten. De centrale vraag voor wetenschappers is of het gebruik van dit behandelde water op basisgewassen zoals maïs een nieuw gevaar creëert, of dat de risico's al aanwezig zijn in het milieu, ongeacht de waterbron.

Een onderzoeker aan de Ardhi University in Dar es Salaam, Tanzania, zette zich af om deze vraag te beantwoorden door maïs onder gecontroleerde omstandigheden te kweken. Ze wilden zien of het irrigeren met behandeld huishoudelijk afvalwater zou leiden tot een grotere accumulatie van zware metalen in de bodem of in de maïskorrels dan het gebruik van schoon kraanwater zou doen. Hiervoor plantten ze maïs in een screenhouse om te voorkomen dat regen de resultaten zou verstoren. Ze verdeelden de percelen in twee groepen: één groep kreeg het behandelde afvalwater, terwijl de andere groep schoon kraanwater kreeg. Beide groepen werden bewaterd met een druppelsysteem om ervoor te zorgen dat de planten een constante hoeveelheid water ontvingen. De onderzoeker mat vervolgens nauwkeurig de niveaus van zes specifieke zware metalen — lood, chroom, cadmium, koper, zink en nikkel — in de bodem op verschillende dieptes en in de geoogste maïsgranen. Ze berekenden ook hoeveel van deze metalen een persoon zou consumeren door maïs te eten en schatten de potentiële gezondheidsrisico's in voor zowel volwassenen als kinderen.

De studie onthulde een complex beeld waarbij de bron van het water niet de primaire drijfveer van contaminatie was. Toen de onderzoeker de bodem analyseerde, bleek dat het behandelde afvalwater de hoeveelheid zware metalen niet significant verhoogde in vergelijking met het schone water. Sterker nog, voor sommige metalen zoals cadmium en nikkel bevatte de bodem die met afvalwater werd geïrrigeerd zelfs lagere concentraties dan de controlepercelen. De bodem vertoonde echter tekenen van matige verrijking met koper, zink en chroom, en er was een verrassende anomalie met lood. Terwijl de loodniveaus laag waren nabij het oppervlak, piekten ze dramatisch in de diepere bodemlagen van de afvalwaterpercelen, wat suggerekt dat het metaal de bodem in manieren naar beneden beweegt die nog niet volledig begrepen worden. Ondanks deze variaties waren de algehele vervuilingsniveaus in de behandelde percelen niet statistisch verschillend van de schone waterpercelen, wat erop wijst dat het afvalwater zelf niet de hoofdschuldige was bij het toevoegen van nieuwe toxines aan de grond.

De situatie was anders toen de onderzoeker naar de maïsgranen zelf keek. Ongeacht of de maïs met behandeld afvalwater of met schoon kraanwater werd bewaterd, bevatten de granen gevaarlijke niveaus van verschillende zware metalen. De loodniveaus in de maïs bedroegen gemiddeld 2,21 milligram per kilogram, wat veel hoger is dan de veilige limiet van 0,2 milligram per kilogram die door internationale gezondheidsorganisaties is vastgesteld. Chroom en zink overschreden ook de veilige drempelwaarden in beide groepen. Deze bevinding suggereert dat de contaminatie al aanwezig was in het milieu of de bodem voordat het experiment begon, in plaats van dat het werd geïntroduceerd door het irrigatiewater. De planten namen deze metalen op uit de bodem, ongeacht de waterbron. Het enige metaal dat de maïs niet in significante hoeveelheden opnam, was cadmium, dat ondetecteerbaar bleef in de granen.

De onderzoeker keek ook naar hoe gemakkelijk de planten deze metalen uit de bodem opnamen, een proces dat bekend staat als bioaccumulatie. Ze ontdekten dat de planten voor de meeste metalen niet veel van de contaminatie overdroegen van de bodem naar het eetbare graan. De uitzondering was zink, dat de maïs gemakkelijk opnam, wat wijst op een hoog potentieel voor accumulatie. Dit betekent dat hoewel de bodem veel van de zware metalen kan vasthouden, zink gemakkelijk overgaat in het voedsel dat wij eten. Wanneer het team de gezondheidsrisico's berekende die gepaard gaan met het eten van deze maïs, wezen de resultaten op een duidelijke kwetsbaarheid: kinderen. Omdat kinderen kleinere lichamen hebben maar vaak een vergelijkbare hoeveelheid voedsel consumeren in verhouding tot hun lichaamsomvang, lopen zij een veel hogere dagelijkse inname van deze metalen op dan volwassenen. De studie vond dat lood en nikkel de grootste bijdragers waren aan de gezondheidsrisico's die niet gerelateerd zijn aan kanker, terwijl nikkel en chroom de grootste dreiging vormden voor langetermijnkankerrisico's.

Misschien wel de meest opvallende conclusie van de studie is dat de maïs die met schoon kraanwater werd gekweekt, gelijke of zelfs hogere gezondheidsrisico's met zich meebracht dan de maïs die met behandeld afvalwater werd gekweekt. De totale risicoscores voor kinderen die maïs aten uit de percelen met schoon water waren hoger dan die van de percelen met afvalwater. Dit geeft aan dat de achtergrondvervuiling in de bodem en het algemene milieu het echte probleem is, en niet het hergebruik van behandeld water. Het behandelde afvalwater maakte de situatie niet erger; in sommige gevallen leek het zelfs iets veiliger dan het alternatief. De studie suggereert dat de zware metalen die in het voedsel worden gevonden, afkomstig zijn van andere bronnen dan het irrigatiewater, mogelijk van de natuurlijke geologie van het gebied of andere vormen van milieuvervuiling.

Uiteindelijk benadrukt dit onderzoek dat hoewel het hergebruik van behandeld afvalwater een levensvatbare strategie is voor waterbesparing, het het bredere probleem van zware metaalcontaminatie in de voedselketen niet oplost. De aanwezigheid van gevaarlijke metalen in basisgewassen zoals maïs is een systemisch probleem dat onafhankelijk bestaat van het water dat wordt gebruikt om ze te verbouwen. De bevindingen pleiten voor een verschuiving van de focus van het beschuldigen van afvalwater naar het aanpakken van de onderliggende bronnen van vervuiling in de bodem- en watersystemen. Het beschermen van de volksgezondheid, vooral voor de meest kwetsbare groep, kinderen, zal geïntegreerde monitoring van water- en bodemkwaliteit vereisen, samen met gerichte inspanningen om het milieu op te schonen. De studie bevestigt dat de waterbron niet de enige determinant van veiligheid is, en dat een integrale aanpak nodig is om te garanderen dat het voedsel dat we eten veilig blijft voor iedereen.