Modeling and forecasting the spatial distribution of heavy metals contamination of potatoes and vegetables cultivated in agrosettle territory
Abstract
On the basis of our own experimental studies, a comprehensive assessment of the contamination with heavy metals (Cu, Zn, Mn, Pb, Cd,) of potatoes and vegetables grown within the territory with individual residential buildings in the city of Gorki was carried out. It has been established that the pollution of vegetables and potatoes is of a multi-element nature, and their dominant pollutants are: for potatoes – Cd; for beet and carrot – Zn and Cd; for cabbage and onion – Zn; for beet – Cu. According to their ability to bioaccumulate, heavy metals are arranged in the following descending rows: potatoes: Cu > Cd > Zn > Pb > Mn; beet: Cu > Zn > Cd > Mn > Pb; carrot: Cd > Zn> Cu > Pb > Mn; cabbage and onion: Zn > Cu > Cd > Pb > Mn. The method of radial basis functions, which identified three zones with different levels of complex contamination of potatoes and vegetables with heavy metals, was used to model the spatial distribution of contamination. Models were created to predict the accumulation of heavy metals in potatoes and vegetables by using automated neural networks of multilayer perceptron with a minimum and maximum number of hidden neurons 3 and 10, respectively. The results of the study can be used by both local government bodies and researchers to develop measures to reduce the risk to public health from consuming contaminated food.
About the Authors
O. N. Levshuk
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия»
Belarus
Belarus
T. N. Myslyva
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия»
Belarus
Belarus
References
1. Мыслыва, Т. Н. Тяжелые металлы в агроселитебных ландшафтах г. Горки / Т. Н. Мыслыва, О. Н. Левшук // Вестн. Белорус. гос. с.- х. акад. – 2019. – № 2. – С. 211–216.
2. Социальное положение и уровень жизни населения Республики Беларусь : стат. сб. / Нац. стат. ком. Респ. Беларусь; Гос. ком. по имуществу Респ. Беларусь. – Минск, 2019. – 264 с.
3. Сельское хозяйство Республики Беларусь : стат. сб. / Нац. стат. ком. Респ. Беларусь. – Минск, 2020. – 179 с.
4. Мыслыва, Т. Н. Загрязнение тяжелыми металлами овощных культур, выращиваемых в пределах 15-км пригородной зоны г. Житомир / Т. Н. Мыслыва // Молодежь и инновации – 2013: материалы Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, Горки, 29–31 мая 2013 г. / Белорус. гос. с.-х. акад. – Горки, 2013. – С. 201–204.
5. Öztürk, E. Variation in heavy metal concentrations of potato (Solanum tuberosum L.) cultivars / E. Öztürk, E. Atsan, T. Polat, K. Kara // Journ. of Animal and Plant Sciences. – 2011. – Vol. 21 (2). – Р. 235–239.
6. Водяницкий, Ю. Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) / Ю. Н. Водяницкий // Почвоведение. – 2013. – № 7. – С. 872–881.
7. Станченко, Л. Ю. Распределение тяжелых металлов в почвах и растительности городских экосистем Калининградской области / Л. Ю. Станченко // Вестн. Рос. гос. ун-та имени И. Канта. – 2009. – № 1. – С. 81–85.
8. Дабахов, М. В. Тяжелые металлы: экотоксикология и проблемы нормирования : монография / М. В. Дабахов, Е. В. Дабахова, В. И. Титова. – Н. Новгород : Изд-во ВВАГС, 2005. – 165 с.
9. Боровиков, В. П. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов / В. П. Боровиков. – 2-е изд. – СПб. : Питер, 2003. – 688 с.
10. Kugonic, N. The accumulation of cadmium, lead and zinc by different vegetables from Zasavje (Slovenia) / N. Kugonic, H. Grcman // Plant Physiology. – 1999. – Vol. 39. – P. 161–165.
11. Sady, W. The effect of physical and chemical soil properties on the accumulation of cadmium in carrot / W. Sady, S. Rozek // Acta Horticulturae. – 2002. – Vol. 571. – P. 73–77. https://doi/10.17660/ ActaHortic.2002.571.7.
12. Balafrej, H. Zinc hyperaccumulation in plants: a review / H. Balafrej, D. Bogusz, Z.-E. A. Triqui, A. Guedira, N. Bendaou, A. Smouni, M. Fahr // Plants (Basel). – 2020. – Vol. 9 (5). – Р. 562. https://doi.org/10.3390/plants9050562.
13. Kusznierewicz, B. The dose-dependent influence of zinc and cadmium contamination of soil on their uptake and glucosinolate content in white cabbage (Brassica oleracea var. capitata f. alba) / B. Kusznierewicz, R. Bączek-Kwinta, A. Bartoszek, A Piekarska, A. Huk, A. Manikowska, J. Antonkiewicz, J. Namieśnik, P. Konieczka // Environmental Toxicology and Chemistry. – 2012. – Vol. 31 (11). – P. 2482–2489. Doi: 10.1002/etc.1977.
14. Boamponsem, G. A. Heavy metals accumulation in cabbage, lettuce and carrot irrigated with wastewater from Nagodi mining site in Ghana / G. A. Boamponsem, M. Kumi, I. Debrah // International Journ. of Scientific and Technology Research. – 2012. – Vol. 1, iss. 11. – P. 124–129.
15. Rajan, Sh. Accumulation and health risk of heavy metals in cabbage due to long-term mineral fertilization from vegetable production systems in Kundasang, Sabah / Sh. Rajan, Kh. E. Wakimin, N. S. M. Shahid, A. Azmi // Malaysian Journ. of Medicine and Health Sciences. – 2021. – Vol. 17. – Р. 105–110.
16. Мислива, Т. М. Важкі метали в урбаноземах агроселітебних ландшафтів південно-західної частини м. Житомира / Т. М. Мислива, Л. О. Герасимчук // Наук. вісн. Нац. ун-ту біоресурсів і природокористування України. Сер. Агрономія. – 2011. – Вип. 162. – Ч. 1. – С. 155–165.
17. Renildes, L. F. Fontes Uptake and translocation of Cd and Zn in two lettuce cultivars / L. F. Renildes, R. L. F. Fontes, J. M. N. Pereira, J. C. L. Neves // Anais da Academia Brasileira de Ciências. – 2014. – Vol. 86 (2). – P. 907–922. Doi: 10.1590/0001-37652014117912.
18. Ильин, В. Б. Содержание тяжелых металлов в почвах и растения Новосибирска / В. Б. Ильин, Н. Л. Байдина, Г. А. Конарбаева, Г. А. Черевко // Агрохимия. – 2000. – № 1. – С. 66–73.
19. Agbenin, J. O. Competitive adsorption of copper and zinc by a Bt horizon of a savanna Alfisol as affected by pH and selective removal of hydrous oxides and organic matter / J. O. Agbenin, L. A. Olojo // Geoderma. – 2004. – Vol. 119. – Р. 85–95. Doi: 10.1016/S0016-7061(03)00242-8.
Review
For citations:
Levshuk O.N., Myslyva T.N. Modeling and forecasting the spatial distribution of heavy metals contamination of potatoes and vegetables cultivated in agrosettle territory. Land Reclamation. 2021;(3):85-98. (In Russ.)
Views: 84
Email this article 