"Hoewel minerale fosfaatmeststoffen van cruciaal belang zijn voor het stimuleren van de mondiale duurzame landbouw en voedselzekerheid, hebben we in veel meststoffen over de hele wereld hoge niveaus van giftige metalen aangetroffen", zegt Avner Vengosh, voorzitter van de afdeling Earth and Climate Sciences van de Nicholas School of the Environment van Duke University.

"Ons onderzoek heeft een nieuwe methode ontwikkeld om bronnen en effecten van deze metalen op het milieu te identificeren." Deze metalen omvatten cadmium, uranium, arseen, vanadium en chroom.

Het gebruik van minerale meststoffen – synthetische of natuurlijk voorkomende stoffen met essentiële voedingsstoffen die nodig zijn voor de plantengroei – heeft bijgedragen aan het vergroten van de duurzame gewasopbrengsten wereldwijd. Maar tot voor kort werd de verontreiniging ervan met giftige metalen niet systematisch geëvalueerd. Deze nieuwe studie analyseert de mondiale fosfaatmeststoffen uit grote fosfaatmijnlanden.

"We hebben strontiumisotopen gemeten in zowel fosfaatgesteenten als meststoffen die uit die gesteenten zijn gegenereerd om te laten zien hoe de isotoop 'vingerafdruk' van meststoffen overeenkomt met hun oorspronkelijke bron", zegt Robert Hill, hoofdauteur van het onderzoek en een Ph.D. student aan Duke University.

Isotopen zijn variaties van een element, in dit geval strontium. Chemische analyse van elke meststof laat een unieke isotopenmix zien die overeenkomt met de fosfaatgesteenten waar deze vandaan komt.

"Gezien de variaties van strontiumisotopen in mondiale fosfaatgesteenten, hebben we een uniek instrument ontwikkeld om de potentiële impact van meststoffen wereldwijd te detecteren", aldus Hill.

Om erachter te komen of strontiumisotopen wereldwijd een betrouwbare indicator zijn voor sporenelementen in kunstmest, analyseerden onderzoekers 76 fosfaatgesteenten, de belangrijkste bron van fosfaatmeststoffen, en 40 meststoffen uit belangrijke fosfaatgesteenteproducerende regio’s, waaronder het westen van de Verenigde Staten, China, India, Noord-Amerika en Noord-Amerika. Afrika en het Midden-Oosten. Onderzoekers verzamelden monsters uit mijnen, commerciële bronnen en Tidewater Research Station, een experimenteel veld in North Carolina. Het onderzoeksteam publiceerde zijn bevindingen op 9 mei 2024 in Environmental Science &Technology Letters .

Metalen die in de bodem en het grondwater worden aangetroffen, zijn afkomstig van zowel natuurlijke als door de mens gemaakte bronnen.

"Strontium-isotopen zijn in wezen een 'vingerafdruk' die verontreiniging in grondwater en bodem wereldwijd kan onthullen", zegt Vengosh. Zijn onderzoeksteam heeft ook strontiumisotopen gebruikt om milieuverontreiniging op te sporen bij het uitlogen van stortplaatsen, steenkoolwinning, steenkoolas, frackvloeistoffen en grondwater dat naar de oppervlakte wordt getrokken bij olie- en aardgaswinning.

"De isotoop is een proxy om de bron van besmetting te identificeren," zei Vengosh. "Zonder dit instrument is het moeilijk om vervuiling die verband houdt met kunstmest te identificeren, in te dammen en te herstellen."

Meststoffen in het onderzoek vertoonden verschillende concentraties sporenelementen, waarbij hogere niveaus werden waargenomen in meststoffen uit de VS en het Midden-Oosten vergeleken met die uit China en India. Als gevolg hiervan concluderen de onderzoekers dat fosfaatmeststoffen uit de VS en het Midden-Oosten een grotere impact zullen hebben op de bodemkwaliteit vanwege hun hogere concentraties uranium, cadmium en chroom, vergeleken met meststoffen uit China en India, die hogere concentraties aan fosfaat bevatten. arseen.

Meer informatie: Robert C. Hill et al., De milieueffecten van de toepassing van minerale meststoffen traceren met sporenelementen en variaties in strontiumisotopen, Environmental Science &Technology Letters (2024). DOI:10.1021/acs.estlett.4c00170

Journaalinformatie: Brieven over milieuwetenschappen en technologie

Aangeboden door Duke University