锰分离土壤中应用城市固体废弃物堆肥后连续两年

文摘

为了研究的影响德黑兰市政固体废物堆肥土壤中锰的积累和确定它的浓度在任何现成的工厂形式(可交换和carbonates-bonded), Mn-oxides保税分数,有机质结合分数,在石灰土和残余部分,基于完全随机区组设计的析因实验(RCBD)在国王大学的研究领域进行了不同级别的城市固体废弃物堆肥(0,15、30和60吨/公顷)作为第一因素和应用时间(一到两年堆肥应用程序)在三个复制第二个因素。结果表明,通过增加堆肥水平、总锰浓度,DTPA-extractable浓度,大量存在于所有5个分数有所增加,所以最低和最高的Mn观察控制和60吨/公顷堆肥应用程序。基于锰分离的结果使用Tessier连续萃取方法,Mn分数在所有样本按照以下顺序:残余> Fe-Mn氧化物> carbonates-bonded >有机matter-bonded≫可交换的分数,剩余分数(重新)在第一和第二年主导而不是其他分数34.28 -43.04和34.28 -49.48%,分别。锰浓度Fe-Mn oxides-bonded分数在两年是相当大的。锰含量在Fe-Mn氧化物-保税、应用时间减少。

1。介绍

微量元素对植物的重要性已经在文献中。锰是一个重要的微量营养素对所有生物,扮演一个重要的角色在组织和骨形成,生殖功能,碳水化合物和脂质代谢和在许多酶是一个重要的代数余子式1上级),但它可以是有毒的。在人、慢性锰中毒影响中枢神经系统,与帕金森病的症状相似。锰中毒是一种严重的约束锰以来作物种植了植物,可以很容易地传递到食物链2,3]。因此,锰在几个样本矩阵的确定是非常重要的一些地区,如环境化学和食品控制(4]。锰含量高阻碍了吸收的钙和镁。反过来,缺乏锰通常是发现在土壤含盐和碱性,钙质或泥炭(5]。

生化的形式的养分在土壤成分确定营养物质流动和转移,因此他们的可用性。通过考虑土壤中重金属的不同形式及其变化,我们可以意识到营养状态,最终我们可以减少他们的计划被植物吸收,从而防止污染物的影响通过减少这些营养物质转移到食物链和水资源6]。根据最近的定义国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC),这种做法被广泛用于识别营养分布在固相被称为分馏的顺序应用连续化学萃取器收集和选择性溶解的化学形式的一个被认为是营养的主要部分感兴趣的营养物质(7]。

为了确定植物的形式的营养物质,可用不同的萃取器。应该注意的是,每个化学提取方法的初始目的是评估可用的数量的营养对植物(8]。连续提取方法被开发作为分离的常见和基本的跟踪和必要的元素,如镉、钴、镍、铅、铜、铁、锰在土壤和沉积物,并把他们分成五个分数包括交换、碳酸盐、铁锰氧化物,有机matter-bonded,剩余分数。尽管使用这种方法耗费时间,它给综合微量元素来源的信息,发生方式,生物利用度,对用户移动性和转移7]。

Nadaska et al。9]研究了锰的环境方面使用连续提取和相信这个方法给准确信息来源、发生方式,生物利用度、潜在的流动性,和金属在自然环境中转移。Mescouto et al。10]表明,铁和锰的最高浓度与剩余分数。同时,这项研究表明,在分数与铁锰氧化物、铁和锰的可用性是在1265.139至1818.12毫克/公斤,48.51至83.0毫克/公斤,分别。

本研究的目的是确定分离土壤中锰的为期两年的应用条件德黑兰市政固体废物堆肥在石灰土。我们的研究有助于更好地理解多向转换的元素和一个评价的生物形式。

2。方法和材料

为了评估不同级别的德黑兰市政固体废物堆肥对锰(Mn)浓度和土壤分布在不同的分数,一个实验是在农业研究站进行的国王学院大学(35°34′N 51°34 E′经度和纬度)。关于缓慢释放的金属从都市固体废物(垃圾)堆肥,除了不同的堆肥应用程序级别,堆肥应用时间测试。因此,实验进行了分裂阴谋(堆肥含量主要情节和次要情节)应用次三个复制在2011 - 2012和2012 - 2013年种植。但是考虑到同质条件实验模块和无意义的错误主要情节,特征进行了分析,阶乘基于完全随机区组设计(RCBD)。实验因素包括四层的垃圾应用程序(0,15、30和60吨/公顷)被认为是第一个因子和堆肥应用程序倍(半年度和年度计划应用程序)是第二个因素。所以,主要情节的特点在第一年和不同处理水平添加到情节在2012年4月。2012年4月,土地被分成两部分,一部分堆肥是添加到土壤中等量的前一年。

几个月和土壤中达到平衡后,24日收集土壤样本从土壤表面的情节和用电吹风和从2毫米筛筛分后,土壤理化性质测定,包括饱和百分数、饱和提取准备、EC和pH值(11),土壤质地用比重计法(12),由湿法氧化有机物(13),CEC鲍尔et al。14],CaCO₃通过压力calcimetric方法(13]。总数的测定和可用的铁和锰、二乙三胺五醋酸(分别15]HNO₃H₂O₂和盐酸16)方法。Mn分馏是在五个分数:进行兑换时,carbonates-bonded,铁和锰氧化物,有机matter-bonded,剩余使用连续萃取法(17]。最后,元素原子吸收测定浓度,分析Jena反AA300。统计分析是由SAS统计软件和图形是通过Excel软件。

3所示。结果与讨论

土壤理化性质测定结果展示在表申请前治疗1。应用堆肥处理后发现,堆肥引起pH值的减少和增加在所有级别相比,控制有机碳。研究堆肥和25%的有机碳的pH值2.7是分类标准范围定义为土壤和水研究机构。同时,根据回收组织(2004)堆肥的定义分类在伊朗,这堆肥由于高EC落入第二学位类型。总锰提到堆肥被确定为426.64毫克/公斤。

3.1。垃圾堆肥对土壤中锰的浓度和分布

表2方差分析显示了结果(方差分析)的影响总垃圾堆肥和DTPA-extractable土壤中锰的浓度。同时,这个表显示了结果的方差分析元素的分布在五个不同的分数,包括:可交换(EX) carbonate-bonded (CA)或酸溶性,还原铁和锰oxides-bonded (FM)、有机matter-bonded (OM)和剩余部分(RE)。

表3显示平均总额的比较和DTPA-extractable浓度和现有数量在五个不同的土壤分数Mn在不同级别的城市固体废弃物堆肥。结果表明,通过增加堆肥应用百分比,道达尔和DTPA-extractable浓度和现有数量在五个不同的土壤分数最低和最高浓度的锰增加各种形式研究中观察到的控制和治疗,60吨/公顷堆肥。Osakwe [18)表示,Mn强烈土壤基质。所以,这不是现成的出现在食物链中。应该注意的是,由于土壤中总铁和锰浓度测定分离样品的消化相关的酸,总测量形式本质上并不等于总铁和锰。Reyhani塔巴et al。19]在研究也发现了类似结果的分布不同形式的石灰质土壤中锌的德黑兰。默罕默德和一夜间20.]报道DTPA-extractable铁和锰浓度的增加,由于增加污水污泥相比,控制。他们还指出,铁和锰浓度从3.82和7.19毫克/公斤增加控制在13.83和31.63毫克/公斤的最高水平的污水污泥处理(160吨/公顷),分别。

形成稳定的金属配合物能降低土壤中金属离子的溶解度(21]。大量的有机物,它的氧化和破坏,和中性pH值在堆肥结果增加微量元素可用性,如铁、锰、锌和铜。最高的金属浓度最大的堆肥中可观察到治疗(22]。carbonates-bonded Mn的最高浓度观察情节中60吨/公顷堆肥应用。这可能是由于反应的微量营养物质有限公司₂造成增加微生物活动由于大量的堆肥应用程序(21]。

表4显示的结果意味着比较城市固体废弃物堆肥的影响应用程序次锰浓度。基于这些结果,认识到增加2倍市政固体废物堆肥2年以上土壤整体和DTPA-extractable浓度显著增加分数除了carbonates-bonded分数相比,一次性的应用程序。DTPA-extractable,兑换时,还原、氧化和剩余锰浓度在第二年比第一年的2.13,18.99,6.78,2.73,27.36和25.4%,分别。应该注意,carbonates-bonded分数集中在Mn两年堆肥应用程序减少了约3.21%,而一年期的应用程序。Sorrenti et al。23]研究比较铁的土壤应用螯合和市政固体废物堆肥营养状态管理梨树生长在石灰土表明年度城市固体废弃物堆肥的应用是有效改善铁营养状况的梨和负面影响可用性的阳离子如锰、K,铜对植物吸收。所以,堆肥可以作为一种廉价的和有价值的策略提高生产力的果树或果园环境和种植的优势。

3.2。土壤锰分离

在目前的研究中,连续提取方法,如被Tessier et al。17),用于Mn分馏。如前所述,在Tessier方法总金属浓度可分为五个分数包括交换(EX) carbonate-bonded (CA),铁和锰oxides-bonded (FM)、有机物保税(OM),剩余分数(RE)。连续萃取法用于间接评估潜在的灵活性和可用性的植物在土壤金属。假设可用性与溶解度,可以得出的结论是,金属在以下顺序:可用性降低溶解碳酸+交换> >铁-锰-氧化物>残留。上述订单只提供了定性信息对植物营养的可用性(24]。

表2显示了不同肥料水平的显著的影响及其应用次总和DTPA-extractable锰浓度()。尽管显著差异的交互堆肥和应用次总锰的浓度(),这个因素对DTPA-extractable锰浓度的影响不显著。所有分数(堆肥的影响水平)和应用程序时间的影响在所有分数除了carbonates-bonded分数()和堆肥水平和应用程序的交互次交换和有机质结合分数()在carbonates-bonded, Fe - Mn-oxides,剩余分数()是重要的(表2)。意味着总锰的比较,可交换的锰、carbonate-bonded,铁和锰氧化物和有机质结合所有治疗方法(表中是重要的3)。各土壤锰浓度分数在所有样本也有类似的趋势,可以给出如下:>调频> CA≫OM >的前女友

第一和第二年剩余部分(重新)是主导而不是其他分数在34.28 - -43.04和34.28 - -49.48%,分别。

铁和锰氧化物分数(FM)这两年是相当大的,所以一年后堆肥应用程序从控制治疗的42.07%改为33.46%,60吨/公顷堆肥。这些金额堆肥应用程序的第二年达到29.98%在60吨/公顷的治疗。在还原分数,意识到,Mn含量增加堆肥堆肥应用倍水平,是降低了。可交换的分数在第一年的(特异)比例控制、15、30、60吨/公顷为0.37,0.38,0.45,0.46%的总分数,第二年在所有治疗非常低,因为更高的其他分数的比例增加。

carbonates-bonded分数比例为Mn (CA)是相当大的。从总比例由0 Mn堆肥治疗,15日,30日,在第一年和60吨/公顷22.74,24.53,24.99,22.74和22.47%,在第二年,20.21,21.40和19.52%。Mn有机质保税比例分数(OM)在为期一年的应用程序是0.49到0.55,在两年的堆肥应用程序是0.52到0.69%。

和Karimian Ghaffari内贾德25)测定的化学形式的锰及其与植物响应钙质土壤法尔斯省,伊朗,说最大的植物可用Mn下列顺序:carbonate-bonded有机matter-bonded,溶解+交换形式。王旭和刘刚(26)报道,铁和锰氧化物中锰浓度分数超过carbonate-bonded然后可交换的一部分。石灰土,金属的浓度carbonate-bonded分数遵循以下顺序:≪镉铜铅合金< <锌锰(27]。所以,对锰的亲和力与碳酸盐绑定,更高浓度的锰相比,铁在相同的分数也比锰在有机质结合分数是意料中的。同时,铁和锰oxides-bonded锰的浓度比其他分数除了剩余分数较高的符合Ajayi et al。(27)结果显示研究了金属铁和锰氧化物的兼容性分数与以下订单:Cd≪铜< Pb <锰。因此,这个分数的稳定和强大的行为解释为最有效的阶段绑定重金属在土壤和重要的吸收剂。基于阿德里亚诺报告(28]关于重金属的态度的形成不溶性有机复合物在锌的顺序^{2 +}< Mn^{2 +}<有限公司^{2 +}<倪^{2 +}<铅^{2 +}<菲^{2 +}< Cd^{2 +}<铜^{2 +},我们可以解释相当低浓度的有机matter-bonded Mn比起其他分数。

结果相互作用的不同级别的城市固体废弃物堆肥和应用次锰浓度在不同的分数在图所示1。

锰浓度可交换的阶段(不稳定的位置)从3.156毫克/公斤增加土壤在为期两年的控制治疗5.563毫克/公斤60吨/公顷堆肥中的应用。氧化和还原土壤锰可能同时发生(但独立)在关闭位置29日)可决定增加或减少的Mn的可用性。Oxidative-reductive铁而非锰的状态通常是可逆的。所以,Mn oxidative-reductive变化的不同反应慢(30.]。此外,结果表明,可交换的锰含量显著增加后的堆肥以及两年的应用程序()。

大量的锰在其他相关土壤分数(稳定的职位)剩余部分和最低金额与有机matter-bonded分数。Mn存在于还原、氧化和剩余分数显著增加增加堆肥应用程序在一年期以及增加应用程序时间从一年到两年。锰含量增加可能是由于土壤锰的时间转换的影响更稳定的形式。此外,结果表明,几乎所有的研究样本,carbonate-bonded分数后残油、铁和锰氧化物Mn含量最高。锰量在这个分数增加堆肥的水平,分别在每年显著增加(),而锰量在所有治疗从一次性应用到两届显著下降()。所以carbonates-bonded Mn在15、30和60吨/公顷在第二年比第一年显著下降了10.33,2.85和0.55%,分别。

有机matter-bonded分数之后,残余,Fe -, Mn-oxides carbonates-bonded分数。这个分数的变化在4.46毫克/公斤之间的范围内控制和7.74毫克/公斤两年60吨/公顷堆肥应用低于carbonate-bonded,铁和锰氧化物,剩余分数但高于可交换的一部分。Mn的形式有机质保税形式增加了堆肥从0到15、30、60吨/公顷在第一和第二年4.7,23.76,44.17,61.65,67.26,73.54%(图2)。Mescouto et al。10]研究了养分的分布和可用性就像铜、铁、锰、锌根据Tessier连续提取方法,发现最高浓度的营养与剩余分数相关联。Zheljazkov和Warman31日]研究了分离铜、锰、锌在土壤中应用两种堆肥后,一个城市固体垃圾产生的甜菜和罗勒和另一个包含大量的铜的肥料肥料对番茄和薄荷,发现使用市政固体废物堆肥增加铜和锌浓度在所有分数和锰浓度碳酸盐,Fe-Mn氧化物,和有机matter-bonded分数,而导致的减少可交换的一部分。Achiba et al。32]研究了重金属的分布在不同的分数处理和未经处理的土壤和表明,剩余分数后,Fe-Mn氧化物分数占主导地位。有机物保税铜的部分增加了增加堆肥的应用程序可能由于有机复合体的形成。基于结果Osakwe [18)化学和移动的铁、Co、Ni,锰使用Tessier连续萃取法(17)在汽车废物填埋土壤在尼日利亚,这是确定的部分铁和锰与剩余分数相关联。

3.3。不同形式的锰之间的相关性和土壤物理和化学性质

结果从土壤理化性质之间的相关性和总和可用的形式以及交换,carbonates-bonded, Fe-Mn oxides-bonded,有机质保税,剩余分数Mn如表所示5。碳酸钙平等之间有显著负相关(CCE)内容和carbonate-bonded Mn分数(−0.50)。有重要的土壤有机质和强烈的相关性和有机质结合的Mn (0.92)。土壤pH值具有显著的负相关,各种形式的锰。在这些土壤,在中性和碱性pH值范围导致锰的吸收,减少这些营养物质的溶解度;因此,在这些土壤交换性锰很低。线性相关系数的结果表明,通过提高土壤阳离子交换量和有机质、各种分数的锰的浓度会增加和减少土壤pH值和碳酸盐,由不同的土壤锰吸收阶段是其溶解度低,将会增加。

和Karimian Ghaffari内贾德25]研究了土壤理化性质和化学之间的关系形式的Mn和发现土壤CCE和carbonate-bonded锰之间的相关性。Moharrami和Jalali6)研究的竞争吸收重金属和显示,土壤pH值、粘土和淤泥内容是有效的在CEC和CCE有效的Cd和Mn,只有CCE Mn的影响。

4所示。结论

结果表明,通过增加堆肥水平、总锰的浓度和DTPA-extractable浓度在所有分数增加,所以,最低和最高的Mn在控制和60吨/公顷堆肥应用程序。

Mn分馏表明,最高金额与剩余分数和有机物的最低数量是保税分数。Mn存在于Fe-Mn氧化物和有机matter-bonded和剩余分数增加了增加堆肥应用数量在第一年和两年的堆肥应用进一步提高锰含量在所有分数。这代表了时间的影响转换更大量的土壤锰的更稳定的形式。结果表明,几乎所有的研究样本,carbonates-bonded分数后残余和Fe-Mn氧化物分数Mn含量最高。可交换的分数(特异)贡献在第一年为0,15日,30日,堆肥和60吨/公顷为0.37,0.38,0.45,和0.46%提取分数的总和在第二年得到了非常少量,但交换Mn在堆肥和增加应用程序时间两年显著增加。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认伊朗国家科学基金会的支持(INSF)进行本研究。

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