Xenobiotische chemische stoffen

de aanwezigheid van stoffen in de bodem die niet van nature door biologische soorten worden geproduceerd, is van groot belang voor het publiek. Veel van deze zogenaamde xenobiotische (van het Griekse xenos, “stranger” en bios, “life”) chemische stoffen zijn kankerverwekkend of kunnen zich in het milieu ophopen met toxische effecten op ecosystemen (zie de tabel met belangrijke bodemverontreinigende stoffen). Hoewel de blootstelling van de mens aan deze stoffen voornamelijk via inhalatie of drinkwater plaatsvindt, spelen de bodems een belangrijke rol omdat zij de mobiliteit en de biologische impact van deze toxines beïnvloeden.

The abundance of xenobiotic compounds in soil has been increased dramatically by the accelerated rate of extraction of minerals and fossil fuels and by highly technological industrial processes. De meeste metalen werden meestal gevonden bij zeer lage totale concentraties in ongerepte wateren – om deze reden worden ze vaak aangeduid als sporenmetalen. De snelle toename van de concentratie van sporenmetaal in het milieu gaat vaak gepaard met de ontwikkeling van uitbuitingstechnologieën. Dit soort plotselinge veranderingen stelt de biosfeer bloot aan een risico van destabilisatie, aangezien organismen die zich onder omstandigheden met lage concentraties van een metaal hebben ontwikkeld, geen biochemische routes hebben ontwikkeld die in staat zijn om dat metaal te ontgiften wanneer het in hoge concentraties aanwezig is. Dezelfde redenering geldt voor de organische toxische verbindingen.

de mechanismen die ten grondslag liggen aan de toxiciteit van xenobiotische verbindingen zijn niet volledig begrepen, maar er bestaat consensus over het belang van de volgende processen voor de interacties van toxische metalen met biologische moleculen: (1) verplaatsing door een toxisch metaal van een nutriëntmineraal (bijvoorbeeld calcium) gebonden aan een biomolecuul, (2) complexatie van een toxisch metaal met een biomolecuul dat effectief blokkeert dat het biomolecuul deelneemt aan de biochemie van een organisme, en (3) modificatie van de bouw van een biomolecuul dat cruciaal is voor zijn biochemische functie. Al deze mechanismen zijn gerelateerd aan complexe vorming tussen een toxisch metaal en een biomolecule. Zij stellen voor dat sterke complex-vormers waarschijnlijker toxiciteit veroorzaken door zich in de normale chemie van biomoleculen te mengen.

niet alle bodemverontreinigende stoffen zijn xenobiotische verbindingen. In de landbouw worden problemen met de plantaardige produktie ondervonden wanneer een overmatig zoutgehalte (zoutaccumulatie) optreedt in bodems in droge klimaten waar de verdampingssnelheid hoger is dan de neerslagsnelheid. Als de bodem droogt, hebben ionen die vrijkomen door minerale verwering of geïntroduceerd door zout grondwater de neiging zich op te hopen in de vorm van carbonaat, sulfaat, chloride en kleimineralen. Omdat alle Na+ (natrium) en K+ (kalium) en veel Ca2+ (calcium) en Mg2+ (magnesium) zouten van chloride, sulfide en carbonaat gemakkelijk oplosbaar zijn, is het deze set metaalionen die het meest bijdraagt aan het zoutgehalte van de bodem. Bij voldoende hoge concentraties vormen de zouten een gevaar voor de toxiciteit van Na+, HCO3 – (bicarbonaat) en Cl− (chloride) en interfereren ze met de opname van water door planten uit de bodem. Toxiciteit van B (borium) komt ook vaak voor vanwege de accumulatie van boriumhoudende mineralen in droge bodemmilieus.

Het duurzame gebruik van een waterbron voor de irrigatie van landbouwgrond in een droge regio vereist dat het toegepaste water het bodemmilieu niet beschadigt. Irrigatiewater is ook zoutoplossingen; afhankelijk van hun specifieke bron en postwithdrawal behandeling, de specifieke zouten aanwezig in irrigatiewater kan niet verenigbaar zijn met de suite van mineralen aanwezig in de bodem. Het gebruik van water en meststoffen door gewassen heeft tot gevolg dat zouten in de bodem worden geconcentreerd; bijgevolg kunnen bevloeide bodems zonder zorgvuldig beheer zout worden of toxiciteit ontwikkelen. Een wijdverbreid voorbeeld van door irrigatie veroorzaakte giftigheid is no3-(nitraat) accumulatie in grondwater veroorzaakt door de overmatige uitspoeling van stikstofmeststof door de landbouwgrond. Menselijke zuigelingen die grondwater met een hoog nitraatgehalte als drinkwater krijgen, kunnen methemoglobinemie (“blue baby syndrome”) oplopen als gevolg van de transformatie van NO3− naar giftig NO2− (nitriet) in het spijsverteringskanaal. Kostbare grondwaterzuivering is momenteel de enige oplossing die mogelijk is wanneer dit probleem zich voordoet.