Determination of heavy metal pollution levels in agricultural soils: the case of Osmaniye

Abstract

Aims: The aim of this study is to identify and thematically map potentially toxic heavy metal elements in soils in order to ensure sustainable use of intensively cultivated soils and to protect food safety.

Methods and Results: In this study, 165 soil samples (City center, 40; Kadirli, 83; Düziçi, 25; Hasanbeyli, 6; Toprakkale, 10 and Bahçe, 1) were taken from the areas representing the agricultural production lands in the province of Osmaniye and its districts. It was determined that the total Mn, Fe, Ni, Cd and Cr in the toxic element results of these samples were above the specified limit values.

Conclusions: This may be due to the fact that the region is at the foot of the Taurus Mountains, the serpentine in the bedrock and/or some heavy metals such as Cr and Ni are high due to the mineralization of chromium. However, it can be said that Cd accumulation may be caused by phosphate fertilizers, since intensive fertilization is made. In the Fe analysis that can be taken in the soils taken from the study area, 92.7% of the iron content of the soils is less; 3.7% is medium; 3.6 of them were high.

Significance and Impact of the Study: The results obtained by carefully monitoring the passage of these metals to plants, animals and humans through the food chain through researches to be carried out, whether it is important for food safety or not, the data obtained as a result of analyzing suitable extractors and selecting the extractor with correlation calibration studies, whether it will be toxic or not with a different research. Needs to be clarified. This study is a case study and a study that reveals the possible heavy metal potential of the rocks in question. However, whether it will have an antagonistic effect on the transition to the plant by dissolving or the intake of other elements will be possible by investigating the extractable dose with various kileyt solvents.

Keywords

• Potential toxic heavy metals
• food safety
• heavy metal
• pollution

Tarım topraklarındaki ağır metallerin kirlilik düzeylerinin belirlenmesi: Osmaniye örneği

Öz

Amaç: Bu çalışmanın amacı, yoğun tarım yapılan toprakların sürdürülebilir olarak kullanılabilmesi ve gıda güvenliğini korumak için bu topraklarda potansiyel toksik ağır metal elementlerin belirlenmesi ve tematik olarak haritalandırılmasıdır.

Yöntem ve Bulgular: Osmaniye ili ve ilçelerinde tarımsal üretim yapılan toprakları temsil eden alanlardan 0-20 cm derinlikten alınan 165 adet (Merkez, 40; Kadirli, 83; Düziçi, 25; Hasanbeyli, 6; Toprakkale, 10 ve Bahçe, 1 adet) toprak örneği alınmıştır. Bu örneklerin potansiyel toksik element analizdeki sonucu toplam Mn, Fe, Ni, Cd ve Cr konsantrasyon değerleri belirtilen sınır değerlerin üzerinde olduğu belirlenmiştir.

Genel Yorum: Bölge Toros dağlarının eteğinde olması ana kayada serpantin olması ve/veya kromun cevherleşmesinden dolayı Cr ve Ni gibi bazı ağır metallerin yüksek olması bu nedenlerden dolayı olabilir. Ama yoğun gübreleme yapıldığından Cd birikiminin fosfatlı gübreden kaynaklanabileceği de söylenebilir. Bu alanlarda Fe eksikliğinin bitkilerde gözle görülebilir olması ve bu eksikliğin ağır metallerin fazlalığından kaynaklanabileceği gözardı edilmemelidir. Çalışma alanından alınan topraklarda alınabilir Fe analizlerinde toprakların demir içeriklerinin %92,7’si az; %3,7’sı orta; 3,6’sı yüksek bulunmuştur.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Elde edilen sonuçlar bu metallerin yapılacak araştırmalarla bitkilere, hayvanlara ve insanlara gıda zinciriyle geçişi dikkatlice izlenmesi gıda güvenliği açısından önemli olup olmadığı uygun ekstraktörlerle analiz edilip söz konusu ekstraktörün koreleasyon kalibrasyon çalışmaları ile seçilmesi sonucu elde edilen veriler, limit değerlerle karşılaştırılıp toksik olup olmayacağı farklı bir araştırma ile netleştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışma durum çalışması olup, söz konusu kayaçların olası ağır metal potansiyelini ortaya koyan bir araştırmadır. Ancak çözünerek bitkiye geçişi veya diğer elementlerin alımına antagonistik etki yapıp yapmayacağı, çeşitli kileyt çözücülerle ekstrakte edilebilir dozunun belirlenmesinin araştırılması ile mümkün olabilecektir.

Anahtar Kelimeler

• Potansiyel toksik ağır metaller
• gıda güvenliği
• ağır metal
• kirlilik

References

1. Bolat İ, Kara Ö (2017) Bitki besin elementleri: Kaynakları, işlevleri, eksik ve fazlalıkları. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 19(1), 218-228.
2. Buczyńska A, Tarkowski S (2005) Environmental exposure and birth outcomes. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health, 18(3), 225–232.
3. Gönül İ, Delikanlı A, Serin S (2019) Yüksek pH Dayanımlı Yeni Tip Demir Şelat Formülünün Hazırlanması ve Yerfıstığı Üzerine Etkilerinin İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(3), 261-270.
4. Jackson M L (1958) Soil chemical analysis prentice Hall. Inc., Englewood Cliffs, NJ, 498, 183-204.
5. Khan NI, Owens G, Bruce D, Naidu R (2009). Human arsenic exposure and risk assessment at the landscape level: a review. Environmental Geochemistry and Health 31: 143–166. doi: 10.1007/s10653- 008-9240-3 PMID: 19172401
6. Khan MR, Khan MM 2010 Effect of varying concentration of nickel and cobalt on the plant growth and yield of chickpea. Aust J Basic Appl Sci. 4(6): 1036–1046.
7. Kırpık M, Büyük G, İnan M, Çelik A (2017) The heavy metal content of some herbal plants on the roadside of Adana-Gaziantep highway. Gaziosmanpașa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 34(1), 129-136.
8. Kullu B, Patra D K, Acharya S, Pradhan C, Patra HK (2020) AM fungi mediated bioaccumulation of hexavalent chromium in Brachiaria mutica-a mycorrhizal phytoremediation approach. Chemosphere, 258, 127337.

9. Lavkor I, Çelik İ (2006) Osmaniye İli ve çevresinde bulunan farklı ana materyaller üzerinde oluşan topraklarda, toprak verimliliği-bitki besleme ilişkilerinin belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi. Adana, 44-51.
10. Lu Y, Yin W, Huang LB, Zhang GL, Zhao YG (2011) Assessment of bioaccessibility and exposure risk of arsenic and lead in urban soils of Guangzhou City, China. Environmental Geochemistry and Health 33: 93–102. doi: 10.1007/s10653-010-9324-8 PMID: 20524051
11. Nakonieczny M 2007 Structural and functional adaptations of Chrysolina pardalina (Chrysomelidae; Coleoptera) to development on nickel hyperaccumulator Berkheya coddii (Asteraceae) – a comparative study with Chrysolinaher bacea . Silesia: University of Silesia Press.
12. Naser HM, Sultana S, Mahmud NU, Gomes R, Noor S (2012) Heavy metal levels in vegetables with growth stage and plant species variations. Bangladesh J. Agric. Res. 36(4):563-574.
13. Oze C, Skinner C, Schroth A, Coleman RG (2008) Growing up green on serpentine soils: biogeochemistry of serpentine vegetation in the Central Coast Range of California. Appl. Geochem., 23, 3391–3403.
14. Pandey J, Pandey U (2009) Accumulation of heavy metals in dietary vegetables and cultivated soil horizon in organic farming system in relation to atmospheric deposition in a seasonally dry tropical region of India. Environmental monitoring and assessment, 148(1-4), 61-74.
15. Salmanzadeh M, Balks MR, Hartland A, Schipper LA (2016) Cadmium accumulation in three contrasting New Zealand soils with the same phosphate fertilizer history. Geoderma Regional, 7(3), 271-278.
16. Seven T, Can B, Darende BN, Ocak S (2018) Hava ve toprakta ağır metal kirliliği. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 1(2), 91-103.
17. Tang L, Yasir H, Afsheen Z, Zulfiqar AS, He ZL, Bilal H, Hanumanth KG, Yang XE (2019) Characterization of fava bean (Vicia faba L.) genotypes for phytoremediation of cadmium and lead cocontaminated soils coupled with agro-production. Ecotoxicol Environ Saf 171:190–198
18. Tót, G, Hermann T, Da Silva MR, Montanarella L.(2016) Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety. Environment international, 88, 299-309.
19. Xu Y, Dai S, Meng K, Wang Y, Ren W, Zhao L, Teng Y (2018). Occurrence and risk assessment of potentially toxic elements and typical organic pollutants in contaminated rural soils. Science of the Total Environment, 630, 618-629.
20. Zhang XY, Lin FF, Wong MT, Feng XL, Wang K (2009) Identification of soil heavy metal sources from anthropogenic activities and pollution assessment of Fuyang County, China. Environ Monit Assess 154: 439–449. doi: 10.1007/s10661-008-0410-7 PMID: 18597177
21. Zhu YG, Sun GX, Lei M, Teng M, Liu YX, Chen NC, Wang LH, Carey AM, Deacon C, Raab A, Meharg A, Wiiliams PN (2008) High percentage inorganic arsenic content of mining impacted and nonimpacted Chinese rice. Environmental Science & Technology 42: 5008–5013. 13.