Derivation of critical values of potentially toxics elements in soils and environmental risk assessment and human health

O uso intensivo do solo e descarte incorreto e descontrolado de substâncias tóxicas no solo em decorrência do aumento das atividades agrícolas e industriais pode promover o acúmulo de elementos potencialmente tóxicos (EPTs). Isto ocorre, principalmente, nas camadas superficiais do solo, o que favorece a absorção dos EPTs pelas plantas e pode trazer riscos inaceitáveis à saúde humana, principalmente pela ingestão de alimentos contaminados. No Brasil existem poucos estudos relacionados à acumulação e à forma em que estes elementos estão presentes na solução do solo e podem ser absorvidos por plantas do tipo olerícolas, sendo que várias espécies são consumidas cruas pela população. Dessa forma, há exposição indireta desses elementos via ingestão dos vegetais. Uma das formas de estimar a acumulação do metal nas plantas é por meio do Fator de Bioconcentração (BCF), que é a razão entre a concentração total do EPT no vegetal e no solo. Os objetivos nesse estudo foram: (i) comparar resultados dos teores pseudototais de EPTs de solos e teores totais de plantas encontrados em referências bibliográficas provenientes de regiões tropicais úmidas e de regiões temperadas; (ii) calcular as concentrações críticas de Cu, Ni, Pb e Zn em cenários de exposição urbano e rural, por meio de dois modelos matemáticos para avaliação de risco à saúde humana: Planilha CETESB e CSOIL; (iii) avaliar as frações reativa, disponível e bioacessível de Ba, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn em solos; e (iv) estimar os teores dos elementos presentes nas frações por funções empíricas a partir dos teores pseudototais e das propriedades física e químicas do solo. Foram levadas em consideração frações dos vegetais consumidos das áreas contaminadas: 10% para o cenário urbano e 25% para o cenário rural. O BCF foi o principal parâmetro avaliado no cálculo da concentração crítica dos EPTs, sendo que o ideal seria a obtenção de um BCF para cada situação/região, considerando principalmente os atributos físicos e químicos do solo, e tipo e espécie de vegetais cultivados para calcular as concentrações críticas baseada no risco à saúde humana. Os modelos empíricos foram capazes de predizer a relação entre as frações reativa e pseudototal desses elementos em função das propriedades dos solos e do seu teor pseudototal. Na fração disponível, 3% e 1% do teor de Ba e Zn, respectivamente, estavam disponíveis na solução do solo em relação aos teores pseudototais, o que sugere baixo potencial de mobilidade destes elementos no solo. O Ba apresentou grande solubilidade em ambientes ácidos, como o baixo pH encontrado no estômago de seres humanos.The intensive land use and uncontrolled disposal of toxic substances in the soil due to the increase of agricultural and industrial activities can promote the accumulation of potentially toxic elements (PTEs) mainly in the upper soil layers, which favors the uptake by plants and can pose unacceptable risks to humans health, mainly by intake of contaminated food. In Brazil, there are few studies regarding the accumulation and the species in which these elements are present in the soil solution and can be absorbed by several vegetable crops eaten raw by the population, i.e., there is an indirect exposure by ingestion of vegetables. The Bioconcentration Factor (BCF) is the ratio of the total concentration of PTE in plant and soil. BCF is used to estimate the metal accumulation in plants. This study was carried out taking the following objectives into account: (i) the comparison of results obtained in bibliographic references from humid tropics and temperate regions; (ii) to calculate the critical concentrations of Cu, Ni, Pb and Zn for both urban and rural scenarios of exposure, using both mathematical models for assessment risk to human health: CETESB and CSOIL spreadsheets; (iii) to evaluate the reactive, available and bioaccessible fractions of Ba, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in soils cultivated with vegetable crops in Sao Paulo states, Brazil; and (iv) to estimate the PTEs contents in the fractions by empiric functions from pseudototals concentrations and soil physical and chemical properties. The following fractions of vegetables consumed in contaminated areas have taken into account: 10% for the urban scenario and 25% for the rural scenario. The BCF was the main parameter evaluated in the calculation of the critical concentration of EPTs. For calculating the critical concentrations based on risk to human health, it is suggested that the BCF should be determined for each state/region, mainly considering the physical and chemical soil properties, and the type and species of plants. The empirical models were able to predict the relationship between the reactive and the pseudototal fractions of the PTEs, and this fraction depended on the soil properties and on their pseudototal contents. In the available fraction, 3% and 1 % of Ba and Zn contents, respectively, were available in the soil solution in relation to pseudototal levels, suggesting the poor potential for the mobility of these elements in the soil. Moreover, Ba (bioaccessible fraction) had great solubility in acidic environments, such as the low pH found in the stomach