Exposure and risk assessment for arsenic in Simav plain by ingestion of edible crops

Abstract

Ingestion is the main route of exposure to arsenic. The pathways of concern are ingestion of drinking water and arsenic-accumulating plants. Simav plain has been shown to have the natural arsenic conamination of waters and soil. However, foodstuff was not made a subject of investigation. In this study, arsenic exposure via ingestion of edible plants cultivated in Simav plain was investigated based on the modeling of the measured soil concentrations and data collected from the literature, which were for bioconcentration factors, plant consumption rates, background arsenic concentrations in plants, plant root depths, and body weights. Eighteen plant species, which are bean, broccoli, cabbage, carrot, cauliflower, corn, cucumber, eggplant, garlic, lettuce, okra, onion, potato, radish, spinach, sunflower seed, tomato, and wheat were studied. Chronic-toxic and carcinogenic risks associated with the consumption contaminated foodstuff were assessed with two approaches: scenario based point estimates (deterministic approach) and population based estimates (probabilistic approach). Monte Carlo simulation was used to determine chronic-toxic and carcinogenic risks via ingestion of edible plants probabilistically. Wheat was found as the plant variety with the highest non-carcinogenic and carcinogenic risks which was followed by potato, tomato, cucumber, corn, cabbage, eggplant, and onion. Non-carcinogenic risk levels for broccoli, cauliflower, garlic, and radish were below the threshold level. However, their carcinogenic risk levels were considerable. The risk levels estimated in this study are exceptionally high, indicating consumption of the plants cultivated in Simav may pose significant chronic-toxic and carcinogenic health risks.

Sindirim ile maruziyet, arseniğe maruz kalmanın temel yoludur. Arsenik ile kontamine olmuş bitkiler ve içme suları, sindirim yoluyla arsenik maruziyetinin temel taşlarıdır. Simav ovasında, topraktaki ve sudaki yüksek arsenik konsantrasyonlarını gösteren çalışmalar bulunmaktadır. Ancak, Simav ovasında yetişen bitkilerdeki arsenik konsantrasyonları hakkında yapılmış bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışmada, Simav ovasında yetişen yenilebilen bitkiler için sindirim yoluyla maruziyet araştırılmıştır. Bu kapsamda, literatürden toplanan biyokonsantrasyon faktörleri, bitki tüketim oranları, bitkilerdeki doğal arsenik konsantrasyonları, Simav ovası toprağındaki arsenik konsantrasyonları, bitki kök derinlikleri ve Türk halkı için kilo verileri ile modelleme yapılmıştır. On sekiz yenilebilen bitki türü (fasulye, brokoli, lahana, havuç, karnabahar, mısır, hıyar, patlıcan, sarımsak, marul, bamya, soğan, patates, turp, ıspanak, ayçekirdeği, domates ve buğday) çalışma kapsamındadır. Arsenik ile kontamine olmuş yiyecek maddeleri için kronik-toksik ve kanserojenik riskler senaryo bazlı noktasal tahminler (deterministik yaklaşım) ve popülasyon bazlı tahminler (olasılıksal yaklaşım) olmak üzere iki farklı yöntemle değerlendirilmiştir. Olasılıksal yaklaşımda, kanserojenik ve kronik-toksik risklerin hesaplanması için Monte-Carlo simülasyonu kullanılmıştır. Olasılıksal yaklaşım sonunda, buğday hem kronik-toksik hem de kanserojenik risk ile en ilintili tür olarak bulunmuştur. Buğdayı patates, domates, soğan, hıyar, lahana, mısır ve patlıcan takip etmektedir. Brokoli, sarımsak, turp ve bamyanın kronik-toksik risk değerleri limit değerin altında kalmıştır ancak kanserojenik riskleri önemli ölçüdedir. Bu çalışmada bulunan olağandışı risk değerleri Simav ovasında yetişen bitkilerin insan sağlığına kronik-toksik ve kanserojenik etkileri olabileceğini göstermiştir.