文摘
这项工作的目的是描述石灰的主要无机污染物和评估效果,结合土壤稀释与未被污染的土壤,这些污染物的减排战略存在于土壤污染的汽车报废。执行的实验是在一个温室坎皮纳斯(巴西圣保罗州)塑料锅(3 dm−3)。5土壤混合物,得到混合与受污染的土壤被污染的土壤样本(0、25、50、75和100%污染土壤),对土壤肥力进行了评估,可用性的无机污染物和玉米的发展。除了预期的改变土壤化学由于石灰的加入,只有土壤中的铁和锰的混合物的可用性的影响,而可用的内容铜、锌、Cd、铬、镍、铅在一定程度上增加土壤混合物与更高比例的受污染的土壤。李明10公顷−1其次是土壤稀释比例在任何研究并不成功的缓解无机污染物所需的土壤肥力水平,证明了可用的大量提取的二乙三胺五醋酸法(锌、铅、铜、镍、铬、Cd)和热水(B)土壤中仍然存在。这一事实也证明了所造成的危害植物的毒性观察和大量的B和锌积累在植物组织。
1。介绍
在世界的许多地方,土壤仍然被认为是作为废物处置一个选项,同时扮演一个过滤器保护地下水和生物反应器中许多污染物可能退化或存储1]。因此,无机化学元素积累在土壤作为人类活动的结果。
监控和修复被污染的土壤在巴西是相对较新的过程,介绍了不到20年前。圣保罗州的环境机构(CETESB)是一个先锋,已经确定了4131多个受污染地区的状态,其中至少13%是专门的重金属污染土壤(2]。
土壤受重金属污染需要一个有效的和负担得起的解决方案由于其潜在的毒性和持久性(高3]。所谓的重金属元素之间如铜(铜)、Pb(铅)和锌(锌)是重要的污染物,因为大量的这些元素可以降低作物生产,由于食物链的生物放大和生物体内积累的风险(4,5]。不是经常被认为是其他无机污染物,如B(硼)和Ba(钡),只能剧毒有些植物在浓度略高于水平最优为他人(6]。
植物的硼要求小,狭窄的毒性浓度范围从缺。在干旱和半干旱地区,高水平的毒性结果B从B的除了通过土壤和灌溉(7- - - - - -9]。相当多的研究表明Ba在植物的潜在毒性,但这样的研究是短期和中执行营养解决方案(10,11]。
尽管许多技术已经开发去除无机污染物从土壤,许多网站仍未经处理由于经济成本高,必须考虑和缓解。缓解可以用来进一步减少不良影响化学和物理土壤退化,固定污染物,使植物生长在受污染地区保护土壤免受侵蚀(12- - - - - -14]。李明和添加有机材料被认为是最有前途的减排技术来减少土壤中重金属的可用性(15- - - - - -17]。
这项工作的目的是描述石灰的主要污染物和评估效果,结合土壤稀释与未被污染的土壤,作为无机污染物的减排策略存在于土壤污染汽车废弃残渣。
2。材料和方法
2.1。网站描述
研究土壤样本收集从污染区域位于电力,圣保罗,巴西(22°42 30′′′年代;47°38 01′′′W),这是与甘蔗种植前的污染事件,发生在2005年。土壤学是一个eutrofic技术leptosol与一个endodystric leptic始成土。这种土壤是精耕细作与甘蔗或牧场在电力城市地区(超过300000公顷)。气候分为公告(热带潮湿),根据Koppen,夏季多雨,冬季干燥。6月、7月和8月是最干燥的几个月,最热的月平均气温高于22°C,和温度低于16°C在最冷的月份。每年的平均温度是21.5°C,降水量为1270毫米(18]。
废金属残留物被丢弃的耕地和不均匀进入土壤。地方环保机构(CETESB)干预后,10公顷−1白云石灰岩应用(2005年4月)为了增加pH值和沉淀金属。
浪费的总无机污染物含量和土壤样本提取使用硝酸acid-microwave烤箱消化方法epa - 3051,由电感耦合plasma-optical发射光谱法测定(ICP-OES) [19]。
废物的化学成分(干重),P = 0.6 K = 0.8, = 10.9, Mg = 12.3,和S = 1.5 g公斤−1艾尔= 7449,B = 170,英航= 919,Cd = 7.4, Pb = 775,铜= 2497、铁= 101603,Mn = 1115,倪= 153,Cr = 178,和锌= 8157毫克公斤−1。
由于异质性处理,所有的研究开发在这个区域,该区域被划分为12个分区大约2450米2每个进行化学分析。土壤样品都是从0到20厘米深度层,干在室温和渗到2.0毫米,和总重金属含量分析(表1)。土壤从分区4号被选为实验,因为它的成分接近的平均对大多数元素中发现含有考虑。获得了一个未被污染的土壤样本(SC)附近的污染区域,在同一深度。
2.2。温室试验
执行的实验是在一个温室坎皮纳斯(巴西圣保罗州)塑料锅(3 dm3)。四个土壤混合物,混合得到的未被污染的土壤样本(SC)和土壤污染分区4 (CA4)来创建一个梯度的污染,对土壤肥力进行了评估,化学污染物可用性和玉米的发展。
使用随机实验设计完整块和五个比例(0、25、50、75和100%)被污染的土壤,有五个复制。土壤混合物在室温下均质很仔细,孵化了10天,与土壤水分保持在土壤持水量的70%(通车)。
孵化后,收集土壤样本,空气干燥和筛分2毫米筛,然后提交给化学特征对土壤肥力和可用的金属含量在网站描述(表解释3)。
玉米品种的简历。艾尔Bandeirantes-CATI十种子被播种的速度每锅。苗减少到五罐后出现。在培养期间,土壤水分是维持在70%田间持水量灌溉定期对水的损失。唯一的营养添加到锅是氮、硝铵,在四个应用50、100、250和250毫克−1分别在7、14、21、28天之后出现。
植物收割后45天出现。金属phytoavailability芽被选来评估。
2.3。土壤肥力分析
土壤肥力属性圣保罗州官方测定方法开发研究院Agronomico [20.),包括,简单地说,土壤pH值测量0.01摩尔L−1氯化钙溶液(pHCaCl21)与土壤溶液的比例:2.5;由SMP缓冲H +铝提取;磷(P)、钾(K)、(Ca),钙和镁(Mg)与阳离子混合离子交换树脂提取法测定由AAS和P-determination使用蓝色molibdate方法分光光度法;有机质(OM)和重铬酸钾氧化由光度法;阳离子交换量(CEC)和基本饱和(某人)计算得到的;硫酸(S)提取和磷酸钙的决定比浊法;可用的锌、铜、铁、锰、Cd,铬、镍、和Pb内容提取DTPA-TEA溶液pH值7.3和由icp - aes;和B的内容用热水提取和azomethine-H光度计的决定。
2.4。工厂分析
收获后,植物是用自来水彻底冲洗,其次是1%盐酸溶液和去离子水。多余的水流后,每个样品被放置在一个纸袋和干强迫空气炉在70°C,直至恒重实现;样本然后重和地面威利-磨床类型。每个样本提交烤箱消化(焚烧)根据Bataglia et al。21),分析了提取P,钾、钙、镁、年代,B,铜、锰、锌、铁、Cd、铬、镍、铅通过感应耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)(瓦里安,Vista MPX,澳大利亚)。使用硫氮含量测定消化使用蒸汽蒸馏方法提取(22]。
2.5。数据分析
土壤和植物分析的结果提交给一个方差分析()。重大时,获得的结果也检查使用回归分析(线性和二次模型)。使用的软件是SISVAR 4.0 [237.0)和XLSTAT Pro。
3所示。结果与讨论
3.1。土壤分析
铜的总内容- 160毫克公斤−1,cr - 103毫克公斤−1Ni-47毫克公斤−1、cd - 8.2毫克公斤−1pb - 268毫克公斤−1和锌- 2454毫克公斤−1以上的最大内容通常存在于土壤圣保罗(表吗2)。建立的土壤中总金属含量参考水平CETESB(毫克公斤−1)Cu-35、60、200;Pb-17、72、180;Zn-60、300、450;Cd - < 0.5、1.3、3.0;Cr-40、75、150;Ni-13, 30岁,70年,ba - 75, 150, 300,分别为质量(质量参考阶段,土壤中物质的浓度,定义了一个地面清洗或自然质量。这个级别应该作为参考在土壤污染的预防和控制污染的地区),预防(预防阶段,一种物质的浓度高于土壤质量可能发生变化。这个级别应该用于调节物质引入到土壤里去的。当超过这个水平,持续活动须进一步评估),和农业干预(干预阶段,土壤中物质的浓度高于潜在风险,直接或间接,可能会对人类健康。对于土壤,这水平计算使用对人类健康的风险评估过程暴露场景的农业,住宅和工业的保护。 The area is classified as an investigational contaminated area when the presence of contaminants is found in the soil at concentrations above the intervention value, indicating the requirement for action to protect the receptors of risk.) [24]。
考虑这样的价值观,大量的铜,铬,镍之间的预防和干预农业的水平。大量的Cd和Pb在农业的水平下降和住宅的干预。最关键的价值获得了锌、工业预防水平高出50%。没有参考价值提供锰或由当地环保机构。然而,考虑到限制奥地利土壤(100毫克公斤−1),在受污染的土壤硼的含量(62毫克公斤−1)可以被认为是高25]。英航的浓度,发现在土壤特性(241毫克公斤−1)接近干预水平(300毫克公斤−1)[24]。
废金属残留物和石灰的土壤(SA-4)也改变了一些土壤属性相比,未被污染的土壤从邻近地区(表获得2)。有一个增加属性相关的石灰和残渣,丰富的元素,如B,铜、锌、镍、铅、Cd, Cr,英航。
二乙三胺五醋酸的方法,最初提出的林赛和协会(26)评价微量元素可用性对农业的目的,还可以帮助监测与重金属土壤污染27]。据阿伯et al。28),可用在巴西的土壤微量元素分为以下范围(mg dm−3):b - 0.01 - 10.6;铜- 0.1 - 56;mn - 1 - 325;pb - 0.00 - 63.9;和锌- 1 - 453,圣保罗州的各自的平均值是b - 0.32;铜- 2.5;Mn-16;pb - 0.85;和锌- 4.8。更高的人为输入值表明,由于过度应用化肥或城市和工业废物产生的工业或采矿活动。 Thus, the available levels of B and heavy metals (Table3)中发现研究区大量关注的应该是由于其高可用性植物和他们可能进入食物链。
锌、B的可用内容、铅、和铜污染土壤(SA-4)是171年,75年,12日和6倍,分别比未被污染的土壤样本中发现的值(0%)(表3)。即使在最低的污染土壤中使用的混合物(25%),未被污染的土壤的稀释效应没有充分降低污染水平达到圣保罗可用性的参考价值。因为微量元素是植物所需的只是微量,植物毒性和其他不利影响发生大量过剩29日,30.]。
考虑土壤混合测试,土壤pH值增加从5.2(不受污染的土壤补充说,利率0%)到7.5(税率100%)增加是由于石灰的纠正措施,释放离子和消费。石灰石的溶解也促进了土壤中钙和镁的增加,间接增加了CEC和某人,同时减少H +酸度(表3)。类似的效果已报告等土壤属性时高pH残留物,如矿渣、用作土壤调节剂(31日,32]。
磷可用性,以离子交换方法,显然增加了土壤污染和减少的50%比例混合物丰富,所反映的二阶多项式用于描述磷可用性行为(表3)。低P在土壤混合物可用性超过50%受污染的土壤也可能被解释成高钙和镁含量和李明pH值的影响,形成的不溶性磷酸氢钙(33]。
回归模型是为了更好地理解石灰添加的效果(增加土壤pH值);的增加受重金属污染的土壤混合物;土壤植物微量元素可用性和流动性的稀释效应;和植物吸收(表3和图1、表4和图2)。自线性行为可以直接相关的土壤稀释效应,偏离线性可识别和归因于土壤中元素迁移和可用性植物的变化促进了李明。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(一)
(b)
(c)
(d)
土壤pH值是引用作为参数单因素的控制金属溶解度和设备利用率36- - - - - -38]。一般来说,重金属阳离子和微量元素,如铜、锌、移动在酸性条件下,pH值增加石灰降低土壤的生物利用度和机动性。垃圾含有高水平的Mn(1115毫克公斤−1)和铁(101603毫克公斤−1)和Mn的可用性植物减少,土壤pH值增加,甚至减少土壤中元素迁移在土壤混合物与更高比例的受污染的土壤(表3)。这样的减少也与相关土壤pH值(图1),但没有观察到显著相关的铁。大多数金属是高度的可用性降低pH值高于6.0,由于氢氧化物的形成或降水碳酸盐和磷酸盐。
尽管李明,可用内容的铜、锌、Cd、铬、镍、铅在一定程度上增加土壤混合物与更高比例的受污染的土壤(表3)。然而,大多数元素可用的内容也与相关的增加土壤的pH值(图1)。因此,可以得出这样的结论:李明是不足以固定所有这类金属。
土壤中镉通常是移动,虽然可以在pH值高于7.0碳酸盐沉淀或磷酸化合物(39]。相比之下,铜通常与有机和无机化合物,显示土壤中有限的流动性,这是进一步降低pH值高于7.0 [25]。李明已经测试没有成功作为一种替代方法来减少土壤中Cd流动(40]。中提供的数据表3符合两个表述,如Cd很差的可用内容的影响土壤pH值,增加低铜二乙三胺五醋酸观察高于50%的速度受污染的土壤。
减少锌流动通常是与它的吸附,铁,锰氧化物在pH值高于5.5 [41]。减少锌可用性观察由于稀释的受污染的土壤,但相比,pH值对铜的影响可用性(图1),锌似乎更受石灰。这一发现可能是由于土壤中锌含量较高,混合物由于锌的总含量大约是15倍的铜。
通常是发现在土壤硼阴离子形式,高度可用的pH值5.0到7.0 (42),对应于盆栽试验中观察到的范围。根据文献,B可用性可以通过土壤有机质含量和结构的影响(43,44]。在目前的研究中,因为一个小增加了土壤有机质含量的混合物和更大的观察增加B浓度相同的情况下,没有证据的有机物对B的影响可用性(表3)。
OM和B的浓度似乎没有受到李明(表的影响3)。显著线性回归得到了OM和可用B与越来越多的污染土壤的土壤混合物(表3)。然而,在这两种情况下,一个可以得出结论,这完全是因为土壤污染的贡献内容。观察一个很小的偏差时进行质量平衡这样的属性考虑等混合物的比例受污染的土壤。
据van Raij et al。34),B的浓度高于0.6毫克dm−3和的年代超过10毫克dm−3土壤被认为是高对当地土壤。价值超过这些限制观察所有比例的测试。此外,年代的线性增加土壤中的浓度与受污染的土壤混合物表明,pH值的变化并不影响的美国类似的效应已经在文献中报道(45]。
3.2。玉米干物质产量和元素内容
尽管植物的毒性症状观察,这并不影响干物质产量。视觉评估植物40天后出现证明紫色和棕色的斑点,说明缺P治疗没有受污染的土壤(0%)。可用P的土壤分析显示低浓度的污染土壤的比例增加土壤混合物(表3)。
玉米芽中的锌浓度变化从46.1到454毫克公斤−1,超过100毫克公斤的水平−1被认为是足够的(35)所有比例的研究,除了0比例(未被污染的土壤)。锌在植物的毒性范围报告为100 - 400毫克公斤−1(25,46]。
其他症状的毒性和缺乏观察芽从25%的比例,如萎黄病,坏死,褐变,发现,死老叶子。进化的老叶片的缺坏死与硼有关毒性(42]。相似的毒性症状玉米由于B过剩也被报道,大多数植物的毒性作用在50 - 200毫克公斤−1(25,44,46]。在目前的工作,可用土壤B浓度的增加受污染的土壤混合物测试。这一发现表明,B可用性不受土壤博士植物分析支持这种说法,发现B浓度远高于营养充足的玉米芽(表范围和积累4,图2)。
嘉博et al。47),在一个实验中使用相同的受污染的土壤在这项研究中,使用测试有机质修正案的污染物减排和用向日葵作为实验植物;他们也观察到高水平的B,铜和锌的芽不管治疗(385 - 374毫克公斤−1B;305 - 289毫克公斤−1铜,338 - 473毫克公斤−1锌)。然而,B的植物表现出任何症状,铜、锌的毒性。据van Raij et al。34),100年的水平,100年,80毫克公斤−1分别对B、铜和锌被认为是足够的向日葵。
植物的毒性已经在文献中报道发生铜从20 - 100毫克公斤−1,Mn 300 - 500毫克公斤−1Pb,从30 - 300毫克公斤−1(25,46]。上面没有积累效应的充分的观察范围中铜含量的玉米芽土壤混合物(表4),尽管一个增加的趋势与土壤中可用的内容(图2)。虽然李明对锰的影响可用性土壤中很清楚,李明的营养对玉米的影响没有限制植物开发或导致缺乏(表4)。铅积累在玉米芽似乎密切相关的可用内容土壤中的铅(表3和4),但没有达到有毒的水平。
铬,镍,镉浓度的玉米芽变化从0.3到1.22,0.1,2.6,0.22和0.42毫克公斤−1分别超过0.2毫克公斤的水平−1认为是足够的(35]。根据Macnicol和贝克特(48),高于8毫克公斤−1倪,4毫克公斤−1Cd, 2毫克公斤−1Cr, 15 - 30毫克公斤−1Pb (25,49)可能会导致许多植物的毒性,减少他们的生产。尽管Cd的可用内容、Cr和倪在土壤混合物含有更高更高比例的受污染的土壤,这种金属没有显著玉米芽(表中找到4)。
氮和铁吸收的植物不会受到污染的土壤在土壤混合物或土壤pH值。
的相关系数的比例受污染的土壤和Ca、Mg,拍摄的年代,和K浓度玉米显著(表4),钙、镁、和S发现在或接近足够的营养。钙和镁浓度玉米芽的不同从7.3到9.1,3.6到5.8 g公斤−1几乎没有分别超过8.0和5.0 g的水平公斤−1认为是足够的(35比例)对所有研究除了0利率(未被污染的土壤)。拍摄的年代和铁浓度的玉米被认为是适当的比例对所有测试(35]。K浓度玉米芽的变化从39.3到49.9 g公斤−1,超过35克公斤的水平−1认为是足够的(35所有测试比例(表)4)。
4所示。结论
主要污染物出现在废金属残留英航,铜、铬、镍、铅、锌、B,增加土壤中这些元素的总含量高于最大内容通常存在于圣保罗的土壤。此外,大量的锌,Cd, Pb高于干预水平表明土壤修复的策略应该在这个区域。
李明10公顷−1其次是土壤稀释比例在任何研究并不成功的缓解无机污染物所需的土壤肥力水平,证明了可用的大量提取的二乙三胺五醋酸法(锌、铅、铜、镍、铬、Cd)和热水(B)土壤中仍然存在。这一事实也证明了所造成的危害植物的毒性观察和大量的B和锌积累在植物组织。
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