GoodFood – Рис и шпинат являются основными продуктами питания младенцев и маленьких детей, но токсичные металлы и металлоиды, содержащиеся в этих продуктах, могут оказывать серьезное воздействие на здоровье.
В частности, тяжелые металлы, такие как кадмий, свинец, ртуть и металлоид мышьяк, могут задерживать развитие мозга у младенцев и маленьких детей.
В новом исследовании, опубликованном в академическом журнале Environmental Geochemistry and Health, ученые из Университета Делавэра обнаружили, что затопленные рисовые поля, как правило, содержат большее количество мышьяка и меньшее количество кадмия. Чем суше эти рисовые поля, тем меньше количество мышьяка и большее количество кадмия. Однако чем больше кадмий, тем ниже существующий порог неблагоприятных последствий для здоровья.
Результаты могут помочь установить курс действий по снижению уровней этих загрязняющих веществ в продуктах, которые обычно едят младенцы и дети. Ранее в этом году Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США выпустило проект руководства по количеству свинца, разрешенного в детском питании. Оно находится на грани установления новых правил для порогового значения мышьяка, кадмия и ртути, которые могут быть разрешены в детском питании в рамках своего Плана действий «Ближе к нулю».
Затопление рисовых полей
Такие культуры, как кукуруза, соя и пшеница, выращиваются на почвах, которые не очень влажные. Поэтому фермеры поливают их, чтобы растения получали необходимые им для роста питательные вещества, но никогда не достаточно, чтобы полностью затопить их.
Напротив, рис часто выращивают на очень влажных, затопленных почвах. Кислород, который обычно находится в крошечных порах в почве, очень быстро теряется и заменяется водой. Ограниченный кислород перемещает микроорганизмы в почве, и эти микроорганизмы начинают дышать минералами оксида железа, которые придают почве ржаво-оранжевый цвет.
«Мышьяк любит очень плотно прилипать к этим оксидам железа», - сказала почвенный биогеохимик и профессор кафедры наук о растениях и почве, а также соавтор исследования Анджелия Сейфферт. «Когда оксиды железа используются этими организмами для дыхания, они переходят из твердого минерала в фазу раствора. По сути, вы их растворяете, и когда вы их растворяете, мышьяк, который на них прилип, попадает в воду».
Сейфферт сказала, что как только мышьяк попадает в воду, он может легко впитаться корнями риса и перенестись в зерно.
Сейфферт и научный сотрудник Мэтт Лиммер выращивали рис на 18 небольших полях на ферме, подвергая рисовые поля различным затопленным и влажным условиям.
«Мы надеялись найти оптимальное управление орошением, которое одновременно минимизировало бы как мышьяк, так и кадмий», — сказал Лиммер, — «но мы не нашли его в этой почве».
После того, как они собрали зерно и проанализировали количество мышьяка и кадмия в нем, исследователи обнаружили, что чем больше затапливалось поле, тем больше мышьяка и меньше кадмия накапливалось в рисе. Напротив, чем суше поле, тем больше накапливалось кадмия и меньше мышьяка.
«Но даже в этих более сухих условиях, когда кадмия было больше, его концентрация в зерне не представляла опасности для здоровья человека», - сказала Сейфферт.
Когда рисовые поля были затоплены и мышьяк был поглощен, исследователи заметили, что происходит метаногенез, когда организмы в почве производят мощный парниковый газ метан и выбрасывают его в атмосферу. Тем временем избыток воды восстанавливал сульфат в почве до сульфида, в результате чего кадмий выпадал в осадок вместе с сульфидом.
Когда они высушили почву, исследователи снизили уровень мышьяка и метана. Сульфид в почве окислился и стал сульфатом, который больше не является твердой фазой, что позволило кадмию легко просачиваться и легко проникать в растение.
«Высушивая почву, мы как бы тормозим микроорганизмы, которые дышат оксидами железа и мышьяком», — сказала Сейфферт. «Затем мы фактически увеличиваем количество кадмия, потому что окисляем сульфид до сульфата. Когда он становится сульфатом, он больше не находится в твердой фазе с кадмием, и кадмий может быть свободным».
По словам Сейфферта, высушивание почвы привело к попаданию кислорода в поры почвы, что замедлило работу микроорганизмов, растворяющих оксиды железа и создающих метан, и изменило химию.
«Как только вы ввели кислород, растворенные оксиды железа снова стали твердыми», — сказал Сейфферт. «Они своего рода фильтр Brita. Мышьяк прилипает к оксидам железа, и его нет в воде, поэтому корни растений не могут его получить».
То, что они обнаружили — один металл или металлоид увеличивается, а другой уменьшается в зависимости от уровня влажности в почве — представляет собой небольшую загадку.
«Это проблема», — сказал Сейфферт. «По сути, все заключается в том, что это за магическое число или магический статус воды в почве, чтобы попытаться минимизировать их оба. На самом деле нет такого, который был бы универсальным для всех почв».
Благодаря исследовательскому гранту Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США исследователи изучают мышьяк в рисе, проводя полевые работы в Арканзасе. Они будут работать напрямую с фермерами, чтобы разработать инструменты, которые помогут им справиться с водой, затапливающей их рисовые поля.
Исследователи изучили взаимодействие растений с металлами и металлоидами, сравнивая и противопоставляя, как кадмий и свинец перемещаются по почве и влияют на листовую зелень. Они также предлагают фермерам решения по снижению количества металлов и металлоидов в выращиваемых ими продуктах.
«Фермеры часто работают с очень тонкими границами для чего-то вроде шпината», — сказал Сейфферт. «Если бы регулирующие органы действительно усложнили достижение определенного уровня кадмия или свинца, они могли бы просто переключиться и выращивать что-то другое».
Усложняя ситуацию, одна из проблем с кадмием в шпинате заключается в том, что вода хлорируется для дезинфекции шпината. Но добавление хлорида на самом деле облегчает кадмию проникновение в корни растения, что перемещает его в ткани листовой зелени.
«Мы можем усугубить проблему кадмия, используя хлорированную воду для полива листовой зелени», — сказал Сейфферт. «Возможно, нам стоит подумать об альтернативных способах дезинфекции воды для полива, которые не содержат хлорид».
Сейфферт сказал, что одним из решений, помогающих снизить уровень токсичных металлов и металлоидов в продуктах питания, является предоставление субсидий фермерам для самостоятельного снижения этих уровней. Кадмий, который может накапливаться в листьях шпината, можно сократить, сделав почвы менее кислыми и промывая листья шпината после сбора урожая. Свинец удалить сложнее, но промывание листьев шпината экстрактом лимонного сока может удалить до 26 процентов свинца из листьев, говорят исследователи.
«Эти решения не являются всеобъемлющими», — сказал Сейфферт. «Они не подходят для всех почв. Они должны быть действительно специфичными для участка».
Лиммер и Сейфферт заявили, что необходимы дополнительные исследования, чтобы найти оптимальную стратегию орошения, которая снизит уровень мышьяка и кадмия в рисе.
«Подобные эксперименты необходимо проводить на разных почвах», — сказал Лиммер, — «в идеале в разных полевых условиях».
Пока США ждут проекта правил FDA о допустимом пороге мышьяка, кадмия и ртути в детском питании, Сейфферт сказала, что хотела бы, чтобы федеральное правительство повторило исследование, которое последний раз проводилось в 1980-х годах. FDA, Министерство сельского хозяйства США и Агентство по охране окружающей среды США проанализировали парные почвы и растения на сельскохозяйственных полях по всей территории США, чтобы получить представление о концентрации металлов и металлоидов в этих растениях и почвах.
