科学家开发新的地球化学“指纹”来追踪肥料中的污染物

一个国际科学家团队通过使用一种新工具来确定这些污染物对土壤、水资源和粮食供应的扩散和影响，在全球范围内发现了矿物磷肥中的有毒金属。

“当矿物磷酸盐化肥对促进全球可持续农业和粮食安全，我们发现有毒金属杜克大学尼古拉斯环境学院地球和气候科学系主任Avner Vengosh说。

“我们的研究开发了一种新方法来确定这些金属的来源及其对环境的影响。”这些金属包括镉、铀、砷、钒和铬。

使用矿物肥料-合成或天然物质必需营养素需要用于植物生长-有助于提高全球可持续作物产量。但直到最近，它与有毒金属的污染还没有得到系统评估。这项新的研究分析了全球主要磷缺乏国家的磷肥。

该研究的主要作者、杜克大学博士生罗伯特·希尔（Robert Hill）说：“我们测量了磷矿石和磷肥中的锶同位素，以显示肥料的“同位素指纹”如何与其原始来源相匹配。”。

同位素是一种元素的变体，在本例中是锶。每种肥料的化学分析都显示出一种独特的同位素混合物，与来源地的磷矿相匹配。

希尔说：“考虑到全球磷矿石中锶同位素的变化，我们已经建立了一种独特的工具来检测肥料在全球范围内的潜在影响。”。

为了了解锶同位素是否是全球肥料中微量元素的可靠指标，研究人员分析了76块磷矿（磷肥的主要来源）和40块主要磷矿产区的肥料，包括美国西部、中国、印度、北非和中东。研究人员从矿山、商业来源和北卡罗来纳州的一个实验场潮汐水研究站收集了样本。研究团队出版2024年5月9日的调查结果环境科学与技术快报。

在土壤和地下水中发现的金属来自自然和人为来源。

“锶同位素基本上是一种‘指纹’，可以揭示全球地下水和土壤中的污染，”Vengosh说。他的研究团队还使用了锶同位素追踪垃圾填埋场浸出过程中的环境污染，煤矿开采、煤灰、压裂液和地下水，通过石油和天然气开采被拉到地表。

“同位素是识别污染源的一个替代品，”Vengosh说。“没有这个工具，很难识别、控制和修复与化肥有关的污染。”

研究中的肥料显示了不同浓度的微量元素，与中国和印度相比，美国和中东的肥料中的微量元素含量更高。因此，研究人员得出结论，与砷浓度更高的中国和印度肥料相比，美国和中东的磷肥的铀、镉和铬浓度更高，因此对土壤质量的影响更大。