Detecting cadmium bioaccumulation in soil and its translocation into agricultural produce

Abstract

This paper quantifies transition factors (TFs) of Cd from soil to feed for dairy cattle (pasture grass, hay, straw) and to cow's milk. The study area is a transit area for the movement of military air objects and is likely to be contaminated with heavy metals. Analysis of soil and agricultural produce could make it possible to establish the level of their safety. Field studies were conducted in July and October 2025 in the village of Sulske (Ukraine), located within 50 km of the combat zone. The concentration of Cd, TFs, and the trophic factor of its transfer from feed to milk (TTF) were determined using generally accepted methods. The concentration of Cd in the soil ranged from 16.49 to 16.82 mg/kg, with the highest value in the soil of agricultural land. Bioaccumulation of Cd in straw (0.036 mg/kg) dominated in October, in grass (0.06 mg/kg) and hay (0.09 mg/kg) in July. Cd levels in grass ranged from 0.034 to 0.06 mg/kg, exceeding the permissible concentration recommended by the World Health Organization (WHO) by three times. Despite this, the TF value in all samples does not exceed 1, which indicates a slight diffusion of heavy metals from chernozems. The Cd concentration in milk was practically the same, exceeding the norm established in Ukraine (0.01 mg/kg) and was 3.8–4.6 times higher than the WHO recommended value. The highest trophic factor of Cd transfer from feed to milk (0.6) is possible when cows are fed straw in July. In October, this indicator is the same for all types of feed (0.3). The study showed that Cd bioaccumulation occurs in soils, plants, and milk in the territories within a 50-kilometer zone of military operations. The results could be used for subsequent analysis while further monitoring the safety of agricultural produce in this area У цій статті кількісно визначено коефіцієнти переходу (КП) Cd з ґрунту до корму для молочної худоби (пасовищна трава, сіно, солома) та до коров'ячого молока. Досліджувана територія є транзитною зоною для переміщення військових повітряних об'єктів і ймовірно забруднена важкими металами. Аналіз ґрунту та сільськогосподарської продукції може дозволити встановити рівень їхньої безпеки. Польові дослідження проводилися в липні та жовтні 2025 року в селі Сульське (Україна), розташованому за 50 км від зони бойових дій. Концентрацію Cd, TF та трофічний коефіцієнт його переходу з корму в молоко (TTF) визначали за загальноприйнятими методами. Концентрація Cd у ґрунті коливалася від 16,49 до 16,82 мг/кг, з найвищим значенням у ґрунті сільськогосподарських угідь. Біоакумуляція Cd у соломі (0,036 мг/кг) переважала в жовтні, у траві (0,06 мг/кг) та сіні (0,09 мг/кг) – у липні. Рівень Cd у траві коливався від 0,034 до 0,06 мг/кг, перевищуючи допустиму концентрацію, рекомендовану Всесвітньою організацією охорони здоров'я (ВООЗ), утричі. Незважаючи на це, значення TF у всіх зразках не перевищує 1, що свідчить про незначну дифузію важких металів з чорноземів. Концентрація Cd у молоці була практично однаковою, перевищуючи норму, встановлену в Україні (0,01 мг/кг), та у 3,8–4,6 раза перевищувала рекомендоване значення ВООЗ. Найвищий трофічний коефіцієнт переходу Cd з корму в молоко (0,6) можливий за умови годівлі корів соломою в липні. У жовтні цей показник однаковий для всіх видів кормів (0,3). Дослідження показало, що біоакумуляція Cd відбувається в ґрунтах, рослинах та молоці на територіях у межах 50-кілометрової зони військових дій. Результати можуть бути використані для подальшого аналізу під час подальшого моніторингу безпеки сільськогосподарської продукції в цій зоні.