Иммобилизация Cr3+, Cd2+ и Pb2+, добавленных в известковую почву с добавлением компостированной агропродукции.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8197 (2023) Цитировать эту статью

282 доступа

Подробности о метриках

Биодоступность микроэлементов в почвах представляет серьезную угрозу для окружающей среды, особенно при внесении большого количества минеральных удобрений для повышения урожайности растений. Проведен участковый эксперимент по оценке эффективности компоста и биогумуса, полученных из отходов агропромышленного комплекса, в иммобилизации хрома, кадмия и свинца, добавленных в известковую почву (искусственно загрязненную). При этом эффективность иммобилизации сравнивали с естественным нахождением этих металлов в почве без добавления металлов (незагрязненная почва). В обеих почвах удобрения и минеральные удобрения вносились на трех разных уровнях по отдельности и в сочетании друг с другом. Экспериментальный план был организован в факторных полных рандомизированных блоках с использованием загрязнения, уровней органических и минеральных удобрений и их комбинации в качестве категориальных факторов. Оценено распределение фракций металлов, их биодоступность в почвах и биоаккумуляция в зернах пшеницы. Щелочность почвы, содержание органического углерода и азота в почве, доступного фосфора и микроэлементов почвы значительно улучшились под биогумусом и компостом по сравнению с минеральными удобрениями и контролем. Вермикомпост был более эффективен, чем компост, в снижении биодоступности металлов в загрязненных почвах за счет увеличения иммобилизованных органических фракций, но он регрессировал при сочетании с минеральными удобрениями. Биодоступность природных уровней металлов в незагрязненной почве существенно не изменилась по сравнению с загрязненной почвой. Аналогичным образом, урожайность пшеницы, биомасса растений и обогащение зерна пшеницы питательными веществами улучшились благодаря увеличению доступности питательных веществ в почве. Эти компостированные агропромышленные отходы, побочные продукты пищевой промышленности, можно классифицировать как экологически чистые удобрения для почвы из-за их большого потенциала в обогащении почвы питательными веществами, уменьшении внесения минеральных удобрений, усилении роста растений и стабилизации Cr, Cd и Pb в почве. загрязненные известковые почвы под растениями пшеницы.

Агропромышленные отходы определяются как множество различных отходов, образующихся в пищевой и сельскохозяйственной промышленности1. В последние годы экологические проблемы усилили свою значимость и повысили интерес к эффективному использованию отходов различных сельскохозяйственных отраслей2. Будучи побочными продуктами, их следует идентифицировать как остатки, а не отходы, из-за их пищевой ценности, которую нельзя упускать из виду. риски загрязнения. Управление ими играет решающую роль в сохранении природных ресурсов и представляет собой экологическую и экономическую проблему из-за огромных объемов образования и уровня загрязнения, поэтому необходимы дополнительные исследования для сокращения их выбросов в окружающую среду и затрат на управление3. Более того, они богаты питательными веществами и биоактивными компонентами и представляют интерес как сырье для формирования природных удобрений и биотоплива1. В настоящее время они используются в качестве корма для животных или компостирования, и большинство из них обычно используются в качестве топлива в традиционных маломощных печах или непосредственно сжигаются, что приводит к загрязнению окружающей среды. Для этого следует экспериментировать с более щадящими методами, чтобы контролировать их разложение и снижать экологические риски. Компостирование и вермикомпостирование являются примерами методов контролируемого разложения, которые оказались полезными альтернативами использованию в качестве удобрений4,5,6. Их разложение в почве позволяет образовывать прочные полимеризующиеся частицы, образующие более устойчивые органические формы7. Однако отдельные типы отходов или смеси могут подвергаться различным процессам разложения, в результате чего образуются разнообразные конечные продукты, различающиеся по своим химическим и биохимическим свойствам5.

Содержание переходных металлов в агропромышленных остатках часто обнаруживается ниже допустимых пределов, хотя они могут накапливаться в сельскохозяйственных культурах и связанных с ними остатках. Следовательно, они могут вернуться в почву в виде переработанных удобрений. Однако в то время как незаменимые элементы, такие как железо (Fe), марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn) и никель (Ni), полезны для растений в качестве микроэлементов8, несущественные металлы, такие как кадмий (Cd), свинец (Pb), мышьяк (As), ртуть (Hg) и хром (Cr), которые естественным образом присутствуют в почве, могут быть очень вредными для сельскохозяйственных культур9,10. Это исследование было направлено на изучение биодоступности и иммобилизации Cr, Cd и Pb, которые естественным образом существуют на египетских сельскохозяйственных угодьях при низком качестве оросительной воды. Эти формы металлов обычно существуют в виде катионных (т. е. Cd и Pb) и анионных (Cr) видов, поскольку они образуют комплексы с неорганическими компонентами почвы (карбонатами, сульфатами, гидроксидами, сульфидами) и кислородом, образуя либо осажденные, либо заряженные (положительно или отрицательно) комплексы (CrO42−)11. Токсичность несущественных металлов может увеличиваться при высоких концентрациях, что создает серьезную проблему для качества окружающей среды и здоровья человека из-за их устойчивости к микробному разложению12. Стабилизированное органическое вещество, внесенное в почву после компостирования этих остатков, может играть важную роль в иммобилизации несущественных элементов, образующих хелатные металлоорганические комплексы. Из-за комплексообразования металлов с органическими связями их подвижность и доступность могут существенно снижаться13. Однако химия хелатирующих агентов и металлов сложна14 и может зависеть от почвенных факторов, таких как соленость, pH, окислительно-восстановительный потенциал и глинистые минералы13,15, причем последние играют важную роль в иммобилизации металлов посредством механизмов адсорбции16. Помимо механизмов адсорбции металлов, приписываемых глине и органическому веществу, осаждение металлов может происходить в почвах, богатых карбонатами и оксидами, в щелочных условиях. В щелочных известковых почвах в зависимости от активности карбоната кальция фракции металлов могли осаждаться в карбонатных формах. Однако сульфаты также могут выделять ионы металлов в почву из-за связующего эффекта сульфата с кальцием в зависимости от pH почвы и окислительно-восстановительных условий17,18.