Kadmium i jordbruket
Allmänt om kadmium »
Kadmium som hälsorisk »
Kadmium i åkermark »
Kadmium i grödor och livsmedel »
Faktorer som påverkar upptaget i grödor »
Hur kan man minska kadmiumhalten i grödorna? »
Referenser »
Introduktion
Kadmium (Cd) är ett spårelement som sedan 1970-talet fått stor uppmärksamhet i jordbrukssammanhang eftersom för höga kadmiumhalter i våra livsmedelsgrödor innebär en hälsorisk. En bidragande orsak till att just kadmium blivit ett problem kan vara att det, i jämförelse med många andra tungmetaller, binds relativt svagt i marken. Kadmium tas därför lätt upp av grödorna och eftersom dessa inte är särskilt känsliga för de halter vi normalt har i åkermarken förs kadmium lätt vidare till oss människor. 75% av det kadmium vi får i oss kommer från vegetabiliska livsmedel och undersökningar har visat att vårt dagliga intag är så stort att marginalen till de nivåer som ger skadliga effekter är ganska liten. Hos människan lagras kadmium framförallt upp i njurarna, och om halterna blir för höga kan deras funktion störas.
Allmänt om kadmium
Kadmium hör till de s.k. tungmetallerna. Många tungmetaller som koppar, zink, mangan och nickel är livsnödvändiga för djur och växter. Detta gäller dock inte, vad man hittills vet, kadmium och inte heller bly och kvicksilver. Gemensamt för alla tungmetaller, oavsett om de är livsnödvändiga eller inte, är att det oftast inte behövs särskilt stor haltförhöjning t.ex. genom föroreningar för att skadliga effekter på mikroorganismer, växter, djur och/eller människor ska uppstå.
Kadmium förekommer framförallt i sulfidhaltiga mineral. Det enda kadmiummineralet av betydelse som innehåler kadmium är greenockit, CdS. Det är dock ganska sällsynt. Zinkmineral, t.ex. sphalerit ZnS, innehåller ofta kadmium. Att kadmium ofta lagras in i zinkmineral beror på att ämnena har liknade kemiska egenskaper. Kadmium kan också förekomma i små mängder i vanliga silikatmineral.
Kadmium för industriella ändamål utvinns ur zinkmalm. Det har använts för ytbehandling av metaller, i legeringar och som pigment i färger. På grund av dess giftighet har man numera dragit ned på användningen. Fortfarande används det i ganska stor utsträckning i kadmium-nickelbatterier. Föroreningar av kadmium i naturen kommer från utsläpp från zinksmältverk och från annan industri där zink och kadmium används. Kadmium i olika produkter tillförs också via sopförbränning och spridning av avloppsslam och andra restprodukter. Vissa fosforgödselmedel innehåller också relativt mycket kadmium som kommer från den fosforhaltiga råvaran.
Kadmium som hälsorisk
Det är sedan länge känt att kadmium lagras i njurarna och att en för stor upplagring kan leda till att njurarnas funktion störs. Senare tids forskning indikerar att känsliga individer kan ha störd njurfunktion redan vid den vardagliga exponering som vi utsätts för genom intag via maten och via eventuell tobaksrökning. Kadmium som en gång bundits i njurarna frigörs väldigt långsamt. Man uttrycker detta som att halveringstiden är 10–30 år, d.v.s. om man skulle kunna nollställa en människas intag av kadmium helt skulle det ta så lång tid att halvera halten i njurarna. Den långa halveringstiden innebär att kadmium lagras upp i njurarna under större delen av vår livstid. Eftersom halveringstiden är så lång är det viktigt att denna haltökning inte är för snabb och att man har god säkerhetsmarginal till de halter som kan ge skadliga effekter.
Man har också visat att det finns en koppling mellan kadmiumhalt och järnhalt i blodet. Låga järndepåer innebär ofta högre kadmiumhalter vilket innebär att kvinnor i barnafödande ålder är känsligare för exponering av kadmium än befolkningen i allmänhet eftersom de förlorar järn i samband med menstruationen. Tidigt uppmärksammades också att stort intag av kadmium leder till benskörhet. Den mest kända incidenten skedde i Japan där ett industriutsläpp i en flod ledde till mycket höga kadmiumhalter i ris som odlades nedströms och som översvämmades med flodvatten. Det stora intaget av kadmium via riset ledde till extrem benskörhet hos de drabbade människorna. På grund av de stora smärtor det förorsakade kallades tillståndet för aj-aj-sjukan. Nyligen utförda studier antyder att det också kan finnas en koppling mellan benskörhet och kadmiumintag även vid den måttliga exponering som de flesta människor utsätts för.
För den del av befolkningen som inte exponeras för kadmium yrkesmässigt är intag via maten den största källan. 75% av det kadmium vi får i oss kommer från vegetabiliska livsmedel. Eftersom tobak är en växt som tar upp relativt mycket kadmium samtidigt som kadmium lätt tas upp i lungorna är rökare speciellt utsatta. Rökare har
4–5 gånger högre kadmiumhalt i blod än icke-rökare och 1,5–3 gånger högre kadmiumhalter i njurbark.
Det finns data som tyder på att vårt dagliga intag är så stort att marginalen till de nivåer som ger skadliga effekter är ganska liten. Sedan 1970-talet är det av WHO och FAO fastställda högsta tolerabla veckointaget av kadmium 7g per kg kroppsvikt, vilket motsvarar 60–70g per för en vuxen person. WHO/FAO:s expertkommitté bedömer att en del av befolkningen kan drabbas av nedsatt njurfunktion vid denna exponeringsnivå. En del svenska forskare anser att gränsen för tolerabelt veckointag bör sänkas. Det råder dock ganska stor osäkerhet om vid vilken nivå njurfunktionen påverkas.
Kadmium i åkermark
Eftersom en stor del av det kadmium vi får i oss härrör från jordbruksprodukter är det viktigt att hålla reda på och om möjligt minimera kadmiumhalterna i mark och gröda.
Kadmiumhalter över genomsnittet i matjorden är vanligast i Skåne, speciellt på Österlen, i lerjordsområdena i Östergötland och Mälardalen samt i Jämtland (figur 1). I skogs -och mellanbygder i inlandet och längs Norrlandskusten är halterna oftast lägre än genomsnittet. Höga halter i matjorden är ofta korrelerade till höga halter i alven (figur 1). Eftersom alven är relativt opåverkad av Cd-tillförsel utifrån speglar dess halter det ursprungliga tillståndet i matjorden. Den tydliga samvariationen mellan matjordens och alvens halter visar att merparten av matjordens kadmiuminnehåll beror på den naturliga halten i modermaterialet. De högsta halterna i matjord och är ofta kopplade till förekomst av alunskiffer i modermaterialet. Exempel på detta är de förhöjda halterna i Jämtland, kring Västgötabergen och på Österlen. Alunskiffer har höga halter av kadmium och andra tungmetaller på grund av att de innehåller sulfider som bundit upp kadmium och andra tungmetaller när de bildades för hundratals miljoner år sedan. Andra markegenskaper som ofta innebär högre halter än genomsnittet av kadmium, är hög ler- och humushalt.
Allmänt om odling
Bondens år
Sädesslagen
Gödsling och bekämpning
Natur och odling
Kretslopp i odlingen
Odling och miljö
Kadmium i jordbruket
Aktuellt om kadmium
Läs mer om kadmium
Figur 1. Kadmiumhalter i matjord och alv. Källa: Eriksson m.fl (1997).
Av figur 1 framgår dock också att kadmiumhalten är påtagligt högre i matjorden än i alven. Jämförelse av medelhalterna — 0,23 respektive 0,14 mg/kg — visar att halterna i matjorden i genomsnitt är ca 60% högre än de i alven. Denna siffra ger ett mått på den totala upplagringen av kadmium i matjorden sedan istiden eller sedan landet höjde sig ur havet. En del av denna upplagring beror på naturliga processer, t.ex. att rötter tar upp kadmium från djupare jordlager och att detta sedan återförs till markytan via växtrester. En stor del av den förhöjda halten in matjorden beror dock på mänsklig påverkan.
Beräkningar utförda vid SLU visar en ökning av matjordens medelhalter med mer än 30% under 1900-talet (Tabell 1). Den största externa kadmiumkällan under denna tid har varit fosforgödselmedlen som står för mer än hälften av den totala nettoackumulationen (total tillförsel minus det som lakats ut eller förts bort i skördeprodukterna). De andra viktiga källorna är nedfall av luftföroreningar samt fodertillsatser och kalk. Fodertillsatser handlar om importerade sojabönor och mineralämnestillsatser som ingår i s.k. kraftfoder. Kadmiumtillskottet från avloppsslam kunde inte beräknas på grund av bristfällig statistik. Sett över åkermarken som helhet, som beräkningen gällde, är slammets bidrag inte så stort. På enskilda åkrar kan tillskottet däremot ha varit betydande.
Tabell 2 visar en enkel beräkning av hur balansen mellan tillförsel och bortförsel från marken ser ut idag. Den gäller för en gård med enbart växtodling. I matjorden minskar halterna numera en aning enligt denna beräkning. En del av det som lakas ut från matjorden fångas dock upp längre ner, så inom rotdjupet ökar mängden kadmium en aning. Det fångas dock upp i en stor jordvolym så haltökningen blir minimal. På gårdar med djurproduktion tillförs lite mer kadmium än på växtodlingsgårdar på grund av import av foder och mineraltillsatser. Tillförseln via deposition har minskat med mer än 70% sedan 1970-talet. Tillförseln via fosforgödselmedlen har dock minskat ännu mer, varför depositionen idag normalt är den största källan till externt tillskott av kadmium till åkermarken. Den minskade tillförseln via fosforgödselmedlen beror på minskade gödselgivor i kombination med en medveten strävan hos den dominerande gödselmedeltillverkaren att saluföra gödselmedel tillverkade av fosforråvara med låga kadmiumhalter.
Minskningen av tillförseln har lett till att vi idag, enligt denna typ av beräkningar, mer eller mindre uppnått en balans mellan tillförsel och bortförsel.
Kadmium i grödor och livsmedel
Mellan 10 och 30% av totalmängden kadmium i matjorden är i s.k. utbytbar form vilket gör att den kan överföras till upptagbar form genom enkelt jonbyte. Kadmium tas därför till skillnad från många andra tungmetaller lätt upp av grödorna och eftersom dessa inte är särskilt känsliga för de halter vi normalt har i åkermarken, förs kadmium lätt vidare till oss människor.
Tabell 1. Beräknad ackumulation av kadmium i åkermark 1900–1990. Källa: Andersson (1992).
| ||||||||||||||||||
Tabell 2. Ungefärlig kadmiumbudget för en växtodlingsgård i Uppsalatrakten.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figur 2. Kadmiumhalter i Ultuna Lantvete under perioden 1918-1980.
Källa: Andersson & Bingefors (1985).
I vilken grad haltökningen i marken kan ha påverkat upptaget i grödorna vet vi ganska lite om. En intressant tidsserie framtagen genom analys av arkiverade höstveteprover antyder att halterna i vete kan ha ökat under de 60 år studien gällde (Fig. 2). Diagrammet visar hur halterna varierat i en lantvetesort som under lång tid funnits med i Svalöfs sortförsök på Ultuna. Trots att variationen mellan olika år är avsevärd finns en signifikant trend som pekar mot en fördubbling av halterna under den aktuella perioden. Den stora variationen mellan år beror främst på att kadmiumupptaget varierar med årsmånen. Halterna är vanligen lägst under nederbördsfattiga år.
Det är inte säkert att ökningen av kadmiumhalterna i vetet enbart är en effekt av ökande halter i marken. Under den aktuella tiden har det också skett en radikal förändring av odlingsmetoder i jordbruket. Med avseende på växtnäringstillförsel har man gått ifrån ett stallgödselbaserat till ett handelsgödselbaserat jordbruk. Stallgödsel tillför oganiska ämnen som ofta binder kadmium i marken. Handelsgödselmedel är ofta försurande och består av mer eller mindre lättlösliga salter. Kadmiums löslighet ökar med sjunkande pH. Även saltillförsel kan göra kadmium mer växttillgängligt genom att kadmium som binds på markpartiklarnas ytor förträngs genom jonbyte.
Ökningen av kadmiumhalten i höstvete kan alltså bero såväl på ändrade odlingsmetoder som på ökade halter i marken. Oavsett vad orsaken är tyder dock tidsserien, om den är generellt giltig, på att mängden kadmium vi får i oss via mjölprodukter kan ha ökat under 1900-talet.
Tabell 3 visar exempel på kadmiumhalter i olika grödor från olika undersökningar. Vete är den spannmålsgröda som har högst kadmiumhalter. Vårvete har i genomsnitt något högre halter än höstvete. Även havre kan ha relativt höga halter medan korn och råg oftast har lägre halter. Den svenska kvarnindustrin tillämpar regeln att kadmiumkoncentrationen i spannmålspartier som ska användas för humankonsumtion inte får överstiga 0,08 mg/kg. Enligt data från miljöövervakningen på åkermark har ca 4% av rikets höstveteskörd och 3% av havreskörden halter över detta riktvärde. Potatis har lägre halter än vete och havre, men ger ändå ett påtagligt tillskott till kadmiumintaget eftersom den konsumerade mängden är relativt stor.
Tabell 4 visar halter i några livsmedel enligt uppgifter från Livsmedelsverket. Vetemjöl har lägre halter än kärna på grund av en hel del av kadmiuminnehållet sitter i skalet. Mjölkprodukter har låga halter liksom kött. Lever och njure har mycket höga halter eftersom det är i dessa organ som en stor del av det kadmium som djuren tar upp ansamlas. För dessa produkter ger Livsmedelsverket råd om hur ofta de maximalt bör konsumeras. Detsamma gäller för övrigt också vildväxande snöbolls- och kungschampinjoner som också kan ha mycket höga halter. När man jämför halter i livsmedel bör man alltid ha i minnet att intaget av kadmium via födan är en kombination av halt och mängd. För sådant som man äter mycket är det viktigt att halterna är låga medan ganska höga halter inte är något stort problem i sådant som man äter sällan.
Faktorer som påverkar upptaget i grödor
Höga kadmiumhalter i höstvete är vanligast i de områden som har höga halter i marken (jämför figur 3 och figur 1). Detta visar att det finns det ett samband mellan kadmiumhalten i gröda och i halten i marken. Det är dock inte så att en hög halt i marken alltid ger en hög halt i grödan eller tvärtom. Ibland kan exempelvis innehållet i marken vara högt, men växterna tar ändå inte upp särskilt mycket kadmium. Detta innebär att man tyvärr inte kan förutsäga halten i grödan genom en jordanalys med någon större precision. Generellt innebär dock hög halt i marken en större risk att halterna i grödan blir höga.
Figur 3. Kadmiumhalter i höstvete.
Att det är mycket svårt att förutsäga kadmiumhalten i en gröda på en viss plats beror på att det är många andra faktorer än mängden kadmium i marken som påverkar växternas upptag. För det första är det inte totalhalten kadmium i marken i sig som styr grödornas upptag utan snarare hur stor den växttillgängliga fraktionen är. Detta beror på jordart och i vilka mineral jorden innehåller. Humus- och lerpartiklar binder kadmium och ökande halter av dessa innebär ofta lägre halter i grödan. En annan viktig faktor som påverkar kadmiums löslighet i marken och därmed dess växttillgänglighet är pH. Kadmiums löslighet och därmed i de flesta fall också grödornas upptag ökar med sjunkande pH. Detta är tydligt för havre, morot och potatis. Vete avviker dock. I denna gröda har halterna i kärna i våra undersökningar ofta visat sig vara starkare korrelerade till markens totalhalt än till pH. Varför vet vi inte riktigt. En annan markfak-tor som påverkar lösligheten hos kadmium är markens humusinnehåll.
Växten själv styr också sitt upptag av kadmium och andra ämnen. Genom utsöndringar från rötterna kan växten påverka kadmiums och andra ämnens löslighet i marken. Olika växtarter och även olika sorter av samma växtart har också olika förmåga att ta upp kadmium från marken. Inne i växten finns också olika barriärer och andra mekanismer som kan göra att det mesta av det kadmium som tas upp stannar i roten eller att det som transporteras upp i de ovanjordiska delarna inte hamnar i fröna. Beroende på vilken del av växten som används kan detta ha stor betydelse för hur mycket kadmium som hamnar i de delar som används som livsmedel. Även här finns skillnader mellan växtarter och sorter.
Även väderleksförhållanden och olika brukningsåtgärder kan förklara skillnader grödornas upptag mellan marker som har ungefär samma kadmiumhalt.
Hur kan man minska kadmiumhalten i grödorna?
Vilka är då möjligheterna att generellt påverka kadmiumhalten i grödorna?
I det långsiktiga perspektivet är det viktigt att fortsätta arbetet med att minska tillförseln av kadmium till åkermarken. Även om vi troligen i stort sett uppnått en balans mellan tillförsel och bortförsel så att halterna inte längre ökar, har den tidigare obalansen medfört att halterna i matjorden är högre än för hundra år sedan. Eftersom marginalen till de nivåer som ger skadliga effekter är ganska liten när det gäller vårt intag av kadmium vore det bra om man vända trenden så att halterna i matjorden gradvis minskar. På tillförselsidan är det framförallt en ytterligare minskning av tillskottet via depositionen som skulle kunna få en påtaglig effekt. När det gäller fosforgödselmedlen går det inte att komma så mycket längre än vi redan gjort. En långsiktigt hållbar lösning kräver dock att fosforgödselmedlen renas från kadmium. Genom att i Sverige använda fosforgödselmedel framställda av kadmiumfattig råvara har vi egentligen bara flyttat problemet någon annanstans, eftersom tillgången på kadmiumfattig fosfat är begränsad. Tekniken för rening av fosfor från kadmium finns och det gäller bara att börja använda den i kommersiell verksamhet.
Salix´ stora kapacitet att ta upp kadmium har öppnat möjligheten att även påverka bortförselsidan i balansen. Salix har kadmiumhalter i stammen som är i storleksordningen 20 ggr större än de i halm och kärna av vete. Uttaget via en Salix-gröda är så stort att man inom något decennium bör kunna få mätbara effekter på markens växttillgängliga kadmium. En sådan markrening med hjälp av Salix förutsätter dock att kadmium i askan kan tas om hand på ett miljöriktigt sätt, t ex genom rening eller genom att kadmium koncentreras i flygaska som deponeras.
Om man har akuta problem med för höga kadmiumhalter i matgrödor, måste man försöka påverka kadmiums växttillgänglighet eller välja sorter som inte tar upp så mycket kadmium. En möjlighet att minska kadmiumupptaget i grödorna kan vara att höja pH genom kalkning. Svenska kalkningsförsök har dock visat att kalkning ibland kan leda till ökat kadmiumupptag, så åtgärden kan bara rekommenderas om jorden har dåligt kalktillstånd. För övriga jordar är det mer fråga om att undvika ökat upptag av kadmium genom att med konventionell underhållskalkning vidmakthålla ett pH på 6,0–6,5.
Generellt är bedömningen att det är svårt att på kort sikt genom odlingsåtgärder och sortval påverka kadmiumhalterna i grödorna särskilt mycket. För marker som innehåller för höga halter av växttillgängligt kadmium får man överväga alternativa grödor som fodergrödor och energigrödor. Att använda exempelvis spannmålsgrödor med förhöjda halter i djurproduktionen är inget större problem eftersom överföringen till kött och mjölk inte är stor. Lever och njure från sådana djur bör dock kanske inte användas. Den viktiga fodergrödan korn har visat sig ta upp relativt lite kadmium även från marker där andra grödor tar upp ganska mycket.
Andersson A, 1992. Trace elements in agricultural soils — fluxes, balances and background values. Swedish Environmental Protection Agency, report 4077.
Eriksson J, Andersson A & Andersson R, 1997. Tillståndet i svensk åkermark. Naturvårdsverket, rapport 4778
Eriksson, J., Stenberg, B., Andersson, A. & Andersson, R. 2000. Tillståndet i svensk åkermark och spannmålsgröda — jordartens betydelse för markegenskaperna, samband markfaktorer och elementhalter i kärna. Naturvårdsverket, rapport 5062.
Eriksson J, Öborn I, Jansson G & Andersson A, 1996. Factors influencing Cd content in crops. Results from Swedish field investigations. Swedish Journal of Agricultural Research 26, 125—133.
Jansson G &, Öborn I, 1995. Kadmium i mark och morötter — resultat från provtag-ningar 1993 och 1994. Livsmedelsverket, rapport 18/95.
Jorhem L & Sundström B, 1993. Levels of lead, cadmium, zinc, copper, nickel, chromium, manganese, and cobolt in foods on the Swedish market. Journal of Food Composition and Analysis 6, 223—241.
Olsson I-M, Eriksson J, Öborn I, Skerfving S, and Oskarsson A, 2005. Cadmium in food production systems — A health risk for sensitive population groups. Ambio 34, 344—351.
Öborn, I., Jansson, G. & Johnsson, L. 1995. A field study on the influence of soil pH on trace element levels in spring wheat (Triticum aestivum), potatoes (Solanum tuberosum) and carrots (Daucus carota). Water Air and Soil Pollution 85, 835—840 .
Livsmedelsverket: www.slv.se/templates/SLV_Page.aspx?id=11524&epslanguage=SV
Karolinska institutet www.imm.ki.se/riskweb/bedomningar/kadmium.html
Text: Jan Eriksson, SLU
Tabell 3. Kadmiumhalter i olika grödor (µg/kg torrsubstans för spannmålsgrödor, µg/kg friskvikt för potatis och morötter). Källor: Miljöövervakningen på åkermark, (Andersson (1992), Jorhem & Sundström (1993), Jansson & Öborn (1995), Livsmedelsverkets hemsida.
|
Tabell 4. Kadmiumhalter (µg/kg) i några livsmedel som analyserats vid Livsmedelsverket. Källor: Livsmedelsverkets hemsida, Jorhem och Sundström, 1993.
|
info@livsmedelssverige.org