Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การประเมินหาการสะสมทางชีวภาพของแคดเมียมในผักกวางตุ้งที่ปลูกโดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
Sumeth Wongkiew
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Enviromental Science (ภาควิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Industrial Toxicology and Risk Assessment
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.207
Abstract
Cadmium is one of the most harmful heavy metals reported to contaminate the food chain and pose a high risk for health, including non-carcinogenic and carcinogenic effects. High levels of cadmium contamination due to industrial effluent discharge have been reported to affect plant growth and productivity, which could be used as a bio-indicator for cadmium bioaccumulation in plants. The utilization of cadmium-contaminated water for vegetable production has been known to increase the health risk for human consumption. Moreover, pH level was known as a factor affecting cadmium solubility and cadmium uptake by plants. However, there is still unknown about critical pH level that is associated with high cadmium concentrations in water resources used in agriculture (e.g., river, lake, effluent, etc.) and results in bioaccumulation and health risk of vegetable consumption grown by the cadmium contaminated water. In this study, pak choi as a model plant in a hydroponic setup was used to access cadmium bioaccumulation and the health risk of vegetable consumption. The experiment was conducted using four initial cadmium doses (control: 0 mg/L, 1 mg/L, 2 mg/L, and 3 mg/L) in a four-week operation. Three initial pH levels (7.5, 6.5, and 5.5) were used for experiments I, II, and III, respectively. The study was designed to use nitrogen and phosphorus levels at low concentrations (ammonium = 0.91 ± 0.36 mgN/L, nitrate = 0.50 ± 1.4 mgN/L, phosphate = 0.23 ± 0.10 mgP/L), which were in range of wastewater effluent and natural water for agricultural reuse. Results show that cadmium concentrations of 1-3 mg/L significantly inhibited pak choi growth (p < 0.05) compared with the control. Bioaccumulation in plant roots (0.035–2.963) and leaves (0.434–1.038) occurred with an increase in cadmium concentration (p < 0.05), suggesting that cadmium ions were translocated from water to roots and accumulated in the edible part of pak choi (leaves and stems). The highest cadmium available in water (2.67 ± 0.1 mg/L) was found at the initial pH of 5.5 due to the solubility of cadmium at the acidic pH level. Based on US EPA average daily intake and health risk assessment, it was found that consumption of pak choi grown by the cadmium contaminated water resource in the range of 1 to 3 mg/L will not cause chronic non-carcinogenic (hazard quotient <1) but can cause carcinogenic effect (cancer risk > 10-6) over 30-year consumption. Therefore, it is recommended that the monitoring of cadmium in water for agricultural use must be regulated strictly.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
แคดเมียมเป็นโลหะหนักที่อันตรายที่สุดชนิดหนึ่งที่มีรายงานว่าปนเปื้อนในห่วงโซ่อาหารและความเสี่ยงสูงต่อสุขภาพ รวมทั้งผลกระทบที่ไม่ก่อให้เกิดมะเร็งและสารก่อมะเร็งมีรายงานการปนเปื้อนแคดเมียมในระดับสูงเนื่องจากการปล่อยของเสียจากอุตสาหกรรมที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช ซึ่งสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการสะสมทางชีวภาพของแคดเมียมในพืช ซึ่งการใช้น้ำที่ปนเปื้อนแคดเมียมในการปลูกผัก เป็นที่ทราบกันดีว่าเพิ่มความเสี่ยงต่อสุขภาพสำหรับการะสมสมทางชีวภาพ ของแคดเมียมในพืช อย่างไรก็ตามก็ยังไม่ทราบระดับ พีเอช ที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของแคดเมียมสูงในแหล่งน้ำที่ใช้ในการเกษตร เช่น แม่น้ำ ทะเลสาบ น้ำทิ้ง เป็นต้นและส่งผลให้เกิดการสะสมทางชีวภาพและความเสี่ยงต่อสุขภาพของการบริโภคผักที่ปลูกโดยมีแคดเมียมที่ปนเปื้อนในน้ำในการศึกษานี้ ใช้ผักกวางตุ้งเป็นพืชต้นแบบในการปลูกพืชไร้ดินเพื่อเข้าถึงการสะสมทางชีวภาพของแคดเมียมและความเสี่ยงต่อสุขภาพ การทดลองดำเนินการโดยใช้ปริมาณแคดเมียมเริ่มต้นที่ 4 ขนาด (0,1,2,3 มก/ลิตร) มีระยะเวลาดำเนินการ 4 สัปดาห์ โดยมี pH เริ่มต้น 3 ระดับ (7.5, 6.5, 5.5) ใช้ในการทดลอง ครั้งที่ 1, 2, 3 ตามลำดับ ผลการวัดปริมาณแร่ธาตุที่พบในน้ำที่ใช้เลี้ยงผัก แอมโมเนีย = 0.91 ± 0.36 มก/ลิตร ไนเตรต = 0.50 ± 1.4 มก/ลิตร และ ฟอสเฟต = 0.23 ± 0.10 มก/ลิตร ผลการศึกษาแสดงว่า ความเข้มข้นของแคดเมียม 1 ถึง 3 มก/ลิตร ส่งผลถึงการยับยั้งการเจริญเติบโตของผักกวางตุ้ง อย่างมีนัยสำคัญ ( p<0.05 ) โดยการสะสมทางชีวภาพของใบอยู่ที่ (0.035–2.963) และใบอยู่ที่ (0.434–1.038) ซึ่งบ่งชี้ว่า แคดเมียมไอออนถูกเคลื่อนย้ายจากน้ำสู่รากและสะสมในส่วนที่กินได้ คือ ส่วนใบและลำต้น โดยแคดเมียมสูงสุดที่มีอยู่ในน้ำอยู่ที่ (2.67 ± 0.1 มก/ลิตร) พบได้ที่ ระดับ พีเอช 5.5 เนื่องจากความสามารถ ในการละลายของแคดเมียมที่ระดับ พีเอชที่เป็นกรด จากการบริโภคเฉลี่ยต่อวันของ USEPA และการประเมินความเสี่ยงต่อสุขภาพ พบว่าการบริโภคผักกวางตุ้ง ที่ปลูกโดยแหล่งน้ำที่ปนเปื้อนแคดเมียมในช่วง 1-3 มก/ลิตร จะไม่ก่อให้เกิดมะเร็งเรื้อรัง (hazard quotient < 1) แต่สามารถก่อให้เกิดสารก่อมะเร็งได้ (cancer risk > 10-6) หากบริโภคมากกว่า 30 ปี ดังนั้น จึงขอแนะนำให้มีการควบคุมดูแล ปริมาณแคดเมียมในน้ำเพื่อใช้ในการเกษตรอย่างเคร่งครัด
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Jinsart, Piyachet, "Evaluation of cadmium bioaccumulations in Pak Choi grown by hydroponics system" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4749.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4749