Wpływ materii organicznej na zmiany rozpuszczalności metali ciężkich w glebach zanieczyszczonych w świetle literatury

Cuske, M.; Karczewska, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ materii organicznej na zmiany rozpuszczalności metali ciężkich w glebach zanieczyszczonych w świetle literatury

Autorzy

Cuske M. , Karczewska A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

znuz-is 2016_162_cuske_karczewska_wpływ_materii.pdf

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Influence of organic matter on the solubility of heavy metals in contaminated soils – a review of literature

Języki publikacji

Abstrakty

Artykuł przedstawia przegląd literatury poświęconej problematyce wpływu materii organicznej na zmiany rozpuszczalności metali ciężkich w glebach zanieczyszczonych. W procesach remediacji powszechnie stosuje się różne rodzaje materii organicznej w celu zwiększenia zdolności sorpcyjnej gleb i immobilizacji metali, jednak często opisywane są niepożądane efekty polegające na wzroście rozpuszczalności metali w wyniku zastosowania takich dodatków organicznych, jak węgiel brunatny, nawozy organiczne, osady ściekowe, komposty i biowęgiel. Tym doniesieniom poświęcono szczególną uwagę. Omówiono także tematykę zagrożeń związanych z formowaniem się i dekompozycją ściółek na zalesionych obszarach zdegradowanych.

The article presents a critical review of literature focused on the influence of organic matter on the changes in solubility of heavy metals in contaminated soils. Various kinds of organic matter are commonly used in remediation processes in order to increase soil sorption capacity and to immobilize heavy metals. Several papers reported, however, unwished-for effects of those measures, that involved an increase in the solubility of metals caused by application of organic amendments, including brown coal (lignite), organic fertilizers, sewage sludge, composts, and biochar. This review focuses particularly on such effects. Additionally, the hazards associated with formation and decomposition of forest litter in degraded areas after their forestation, have also been discussed.

Słowa kluczowe

miedź mobilizacja immobilizacja węgiel brunatny nawóz organiczny osad ściekowy kompost biowęgiel ściółka rozpuszczalny węgiel organiczny

copper mobilization immobilization brown coal organic fertilizer sewage sludge compost biochar forest litter dissolved organic carbon

Wydawca

Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego

Czasopismo

Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski

Rocznik

2016

Tom

nr 162 (42)

Strony

39--59

Opis fizyczny

Bibliogr. 84 poz.

Twórcy

autor

Cuske M.

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska

autor

Karczewska A.

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska

Bibliografia

1. ARNESEN, AKM.; SINGH, BR.; 1998. Plant uptake and DTPA- extracta-bility of Cd, Cu, Ni and Zn in a Norwegian alum shale soil as affected by previous addition of dairy and pig manures and peat. Canadian Journal of Soil Science, 78(3), 531-539.
2. BARAN, S., WOJCIKOWSKA-KAPUSTA, A., ZUKOWSKA, G.; 2009. Wpływ osadu ściekowego i wełny mineralnej Grodan stosowanych do rekultywacji gleb silnie zakwaszonych na zawartość form ołowiu i niklu. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 535, 23-30.
3. BASSI, R.; PRASHER, SO.; SIMPSON, BK.; 2000. Extraction of metals from a contaminated sandy soil using citric acid. Environmental Progress, 19(4), 275-282.
4. BEESLEY, L.; MARMIROLI, M.; 2011. The immobilisation and retention of soluble arsenic, cadmium and zinc by biochar. Environmental Pollution, 159(2), 474-480.
5. BEESLEY, L.; MORENO-JIMÉNEZ, E.; GOMEZ-EYLES, JL.; 2010. Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environmental Pollution, 158(6), 2282-2287.
6. BERGKVIST, B.; 1986. Leaching of metals from a spruce forest soil as influenced by experimental acidification. In Acidic precipitation (pp. 1955-1970). Springer Netherlands.
7. BERGKVIST, BO.; 1987. Soil solution chemistry and metal budgets of spruce forest ecosystems in S. Sweden. Water, Air, and Soil Pollution, 33(1-2), 131-154.
8. BOLAN, N.; KUNHIKRISHNAN, A.; THANGARAJAN, R.; KUMPIENE, J.; PARK, J.; MAKINO, T.; SCHECKEL, K.; 2014. Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils – To mobilize or to immobilize?. Journal of Hazardous Materials, 266, 141-166.
9. BRADL, H.; (ed.) 2005: Heavy Metals in the Environment: Origin, Interaction and Remediation, Vol. 6. Academic Press.
10. BROWN, R.; 2009. Biochar production technology. Biochar for environmental management: Science and Technology, 127-146.
11. CUSKE, M.; KARCZEWSKA, A.; GAŁKA, B.; 2016a. Solubility of copper and other metals in strongly polluted soils treated with organic wastes – the effects on metal concentrations and speciation in soil solutions. Science of the Total Environment (złożony do druku).
12. CUSKE, M.; KARCZEWSKA, A.; GAŁKA, B.; DRADRACH, A.; 2016b. Some adverse effects of soil amendment with organic materials – the case of soils polluted by copper industry phytostabilized with red fescue. International Journal of Phytoremediation 18(8), 846-853.
13. CZEKAŁA, J., MOCEK, A., OWCZARZAK, W.; 2012. Działanie wieloletniego nawożenia osadami ściekowymi na zawartość form rozpuszczalnych cynku i miedzi w glebie. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Rolnictwo, 103, 43-50.
14. DROZD, J.; 2003. The risk and benefits associated with utilizing composts from municipal solid waste (MSW) in agriculture. W: Innovative soil- plant systems for sustainable agricultural practices. OECD, Paris, 211-226.
15. FARRELL, M.; JONES, D.L.; 2010. Use of composts in the remediation of heavy metal contaminated soil. Journal of Hazardous Materials, 175(1), 575-582.
16. FARRELL, M.; PERKINS, WT.; HOBBS, PJ.; GRIFFITH, GW.; JONES, DL.; 2010. Migration of heavy metals in soil as influenced by compost amendments. Environmental Pollution, 158(1), 55-64.
17. FEIGL, V., UZINGER, N., GRUIZ, K., MEGGYES, T.; 2009. Chemical stabilization of toxic metals in soil microcosms. Land Contamination & Reclamation, 17(3/4), 483-494.
18. FUENTES, A.; LLORÉNS, M.; SAEZ, J.; AGUILAR, MI.; PÉREZ-MARÍN, AB.; ORTUÑO, JF.; MESEGUER, VF.; 2006. Ecotoxicity, phytotoxicity and extractability of heavy metals from different stabilised sewage sludges. Environmental Pollution, 143(2), 355-360.
19. GAWDZIK, J.; GAWDZIK, B.; 2012. Mobility of heavy metals in municipal sewage sludge from different throughput sewage treatment plants. Polish Journal of Environmental Studies, 21(6), 1603-1611.
20. GONDEK, K.; 2006. Zawartość różnych form metali ciężkich w osadach ściekowych i kompostach. Acta Agrophysica, 8(4), 825-838.
21. GREINERT, A., DRAB, M., WECLEWSKI, S.; 2009. Ryzyko chemicznego zanieczyszczenia gleb nawożonych osadami ściekowymi. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 537, 135-144.
22. GUL, S.; NAZ, A.; FAREED, I.; IRSHAD, M.; 2015. Reducing heavy metals extraction from contaminated soils using organic and inorganic amendments-a review. Polish Journal of Environmental Studies, 24(3), 1423-1426.
23. HE, M.M.; TIAN, G.M.; LIANG, X.Q. 2009. Phytotoxicity and speciation of copper, zinc and lead during the aerobic composting of sewage sludge. Journal of Hazardous Materials, 163(2), 671-677.
24. HONGVE, D.; VAN HEES, PAW.; LUNDSTRÖM, US.; 2000. Dissolved components in precipitation water percolated through forest litter. European Journal of Soil Science, 51(4), 667-677.
25. ISKANDAR, IK.; 2000: Environmental Restoration of Metals-Contaminated Soils - CRC Press.
26. JAKUBUS, M.; 2010. Zmiany specjacji i bioprzyswajalności mikroelementów podczas kompostowania osadów ściekowych z różnymi bioodpadami. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
27. PATORCZYK-PYTLIK B.; 2006. Przydatność metody BCR do oceny mobilności cynku w osadzie ściekowym kompostowanym różnymi metodami. Cz. I Wpływ metody kompostowania oraz czasu na zmiany formy chemicznej cynku w kompostowanej masie. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 512:449- 455.
28. JANOŠ, P., VÁVROVÁ, J., HERZOGOVÁ, L., & PILAŘOVÁ, V.; 2010. Effects of inorganic and organic amendments on the mobility (leachability) of heavy metals in contaminated soil: a sequential extraction study. Geoderma, 159(3), 335-341.
29. JAPENGA, J.; DALENBERG, JW.; WIERSMA, D.; SCHELTENS, SD.; HESTERBERG, D.; SALOMONS, W.; 1992. Effect of liquid animal manure application on the solubilization of heavy metals from soil. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 46(1-3), 25-39.
30. JIANG, J.; XU, RK.; JIANG, TY.; LI, Z.; 2012. Immobilization of Cu (II), Pb (II) and Cd (II) by the addition of rice straw derived biochar to a simulated polluted Ultisol. Journal of Hazardous Materials, 229, 145-150.
31. KABAŁA, C.; KARCZEWSKA, A.; MEDYŃSKA‐JURASZEK, A.; 2014. Variability and relationships between Pb, Cu, and Zn concentrations in soil solutions and forest floor leachates at heavily polluted sites. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 177(4), 573-584.
32. KABATA-PENDIAS, A.; 2010. Trace elements in soils and plants. CRC Press.
33. KALEMBASA, D., MALINOWSKA, E.; 2007. Zmiany zawartości metali ciężkich w Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack pod wpływem nawożenia osadem ściekowym. Łąkarstwo w Polsce, 10, 99-110.
34. KALEMBASA, D., PAKUŁA, K.; 2009. Heavy metal fractions in soils fertilized with sewage sludge. Environment Protection Engineering, 35(2), 157-164.
35. KALEMBASA, S.; FENGLER, S.; 2004. Rola węgla brunatnego w nawożeniu i ochronie środowiska, Wydawnictwo Akademii Podlaskiej, Siedlce.
36. KARAMI, N.; CLEMENTE, R.; MORENO-JIMÉNEZ, E.; LEPP, NW.; BEESLEY, L.; 2011. Efficiency of green waste compost and biochar soil amendments for reducing lead and copper mobility and uptake to ryegrass. Journal of Hazardous Materials, 191(1), 41-48.
37. KARCZEWSKA A.; SPIAK Z.; KABAŁA C.; GAŁKA B.; SZOPKA K.; JEZIERSKI P.; KOCAN K.; 2008. Ocena możliwości zastosowania metody wspomaganej fitoekstrakcji do rekultywacji gleb zanieczyszczonych emisjami hutniczymi. Wydawnictwo Zante Wrocław.
38. KARCZEWSKA, A.; 2002. Metale ciężkie w glebach zanieczyszczonych emisjami hut miedzi-formy i rozpuszczalność. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Rozprawy, (184), 1-159.
39. KARCZEWSKA, A.; 2014. Historically contaminated sites and their remediation in the light of Act on environmental protection amended in 2014-selected cases from South-Western Poland. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu-Rolnictwo, 111(607), 51-61.
40. KARCZEWSKA, A.; GERSZTYN, L.; GAŁKA, B.; 2012. Wpływ dodatku osadów ściekowych o różnych właściwościach na udział rozpuszczalnych form miedzi w glebach zanieczyszczonych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 51, 53-61.
41. KHAN, MJ.; JONES, DL.; 2009. Effect of composts, lime and diammonium phosphate on the phytoavailability of heavy metals in a copper mine tailing soil. Pedosphere, 19(5), 631-641.
42. KÖNIG, N.; BACCINI, P.; ULRICH, B.; 1986. The influence of organic-matter in the translocation of metals between soil and soil solution of an acid forest soil. Zeitschrift fur Pflanzenernahrung Und Bodenkunde, 149(1), 68-82.
43. KRZYWY-GAWROŃSKA, E., KRZYWY, E., WOLOSZYK, C., KRZYWY, I.; 2009. Zmiany zawartości form całkowitych i rozpuszczalnych w 0, 5 M HCl miedzi, manganu i cynku w kompostach z komunalnego osadu ściekowego w okresie ich rozkładu. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 542(2), 753-759.
44. KRZYŻAK, J., LANE, T., CZERWIŃSKA, A.; 2006. The potential use of Festuca cultivars and lignite for phytostabilization of heavy metal polluted soils. In Chemicals as Intentional and Accidental Global Environmental Threats (pp. 367-374). Springer Netherlands.
45. KWIATKOWSKA, J.; 2007. Ocena możliwości wykorzystania węgla brunatnego jako efektywnego źródła materii organicznej w gruntach przekształconych antropogenicznie. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 10(1), 71-85
46. LI, Z.; SHUMAN, LM.;(1997. Mobility of Zn, Cd and Pb in soils as affected by poultry litter extract. I. Leaching in soil columns. Environmental Pollution, 95(2), 219-226.
47. Lu, H., Zhang, W., Yang, Y., Huang, X., Wang, S., & Qiu, R. (2012). Relative distribution of Pb2+ sorption mechanisms by sludge-derived biochar. Water research, 46(3), 854-862.
48. LUO, C.; SHEN, Z.; LI, X.; 2005. Enhanced phytoextraction of Cu, Pb, Zn and Cd with EDTA and EDDS. Chemosphere, 59(1), 1-11.
49. MCBRIDE, MB.; 1989. Reactions controlling heavy metal solubility in soils. In Advances in soil science (pp. 1-56). Springer New York.
50. MCBRIDE, MB.; 1994. Environmental chemistry of soils. Oxford University Press.
51. MCBRIDE, MB.; 2003. Toxic metals in sewage sludge-amended soils: has promotion of beneficial use discounted the risks?. Advances in Environmental Research, 8(1), 5-19.
52. MCBRIDE, MB.; MARTINEZ, CE.; TOPP, E.; EVANS, L.; 2000. Trace metal solubility and speciation in a calcareous soil 18 years after no-till sludge application. Soil Science, 165(8), 646-656.
53. MAĆKOWIAK, C., IGRAS, J.; 2005. Skład chemiczny osadów ściekowych i odpadów przemysłu spożywczego o znaczeniu nawozowym. Inżynieria Ekologiczna, 10, 70-77.
54. MEDYŃSKA, A.; KABAŁA, C.; 2010. Heavy metals concentration and extractability in forest litters in the area impacted by copper smelter near Legnica. Ecological Chemistry and Engineering. A, 17(8), 981-989.
55. MOTOWICKA-TERELAK, T.; TERELAK, H.; MACIEJEWSKA, A.; 1998. Przydatność 'Rekultera'w detoksykacji chemicznego skażenia gleb. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 455, 123-131.
56. NAVARRO, A.; 2012. Effect of sludge amendment on remediation of metal contaminated soils. Minerals, 2(4), 473-492.
57. PARK, JH.; LAMB, D.; PANEERSELVAM, P.; CHOPPALA, G.; BOLAN, N.; CHUNG, JW.; 2011. Role of organic amendments on enhanced bioremediation of heavy metal(loid) contaminated soils. Journal of Hazardous Materials 185(2):549-574.
58. PATORCZYK-PYTLIK, B.; 2001. Agrochemiczna ocena różnych sposobów przygotowania kompostów z osadu ściekowego. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Rozprawy, 175.
59. PLANQUART, P.; BONIN, G.; PRONE, A.; MASSIANI, C.; 1999. DISTRIBUTION, MOVEMENT AND PLANT availability of trace metals in soils amended with sewage sludge composts: application to low metal loadings. Science of the Total Environment, 241(1), 161-179.
60. RICHARDS, BK.; STEENHUIS, TS.; PEVERLY, JH.; MCBRIDE, MB.; 2000. Effect of sludge-processing mode, soil texture and soil pH on metal mobility in undisturbed soil columns under accelerated loading. Environmental Pollution, 109(2), 327-346.
61. SENESI, N.; 1992. Metal-Humic Substances Complexes in the Environment. Biogeochemistry of Trace Metals, Lewis Publ., Boca RATON, USA, 429.
62. SHAO, ZH.; HE, PJ.; ZHANG, DQ.; SHAO, LM.; 2009. Characterization of water-extractable organic matter during the biostabilization of municipal solid waste. Journal of Hazardous Materials, 164(2), 1191-1197.
63. SINGH, RP.; AGRAWAL, M.; 2007. Effects of sewage sludge amendment on heavy metal accumulation and consequent responses of Beta vulgaris plants. Chemosphere, 67(11), 2229-2240.
64. SINGH, RP.; AGRAWAL, M.; 2010a. Effect of different sewage sludge applications on growth and yield of Vigna radiata L. field crop: Metal uptake by plant. Ecological Engineering, 36(7), 969-972.
65. SINGH, RP.; AGRAWAL, M.; 2010b. Variations in heavy metal accumulation, growth and yield of rice plants grown at different sewage sludge amendment rates. Ecotoxicology and Environmental Safety, 73(4), 632-641.
66. SKŁODOWSKI, P.; MACIEJEWSKA, A.; KWIATKOWSKA, J.; 2006. The effect of organic matter from brown coal on bioavailability of heavy metals in contaminated soils. In: Soil and water pollution. Monitoring, protection and remediation (pp. 299-307). Springer Netherlands.
67. SMAL, H.; MISZTAL, M.; 1996. Soil solution chemistry in the profiles of forest and arable light textured soils, SE Poland. Applied Geochemistry, 11(1), 81-85.
68. SPOSITO, G.; LUND, LJ.; CHANG, AC.; 1982. Trace metal chemistry in arid-zone field soils amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb in solid phases. Soil Science Society of America Journal, 46(2), 260-264.
69. SPYCHALSKI, W.; DRZYMAŁA, S.; 2010. Impact of the ‘Ekolator’preparation on the some soil properties and chemical composition of soil solutions in the emission zone of the Głogów copper foundry. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(4),113-116.
70. SU, D. C.; WONG, JWC.; 2004. Chemical speciation and phytoavailability of Zn, Cu, Ni and Cd in soil amended with fly ash-stabilized sewage sludge. Environment International, 29(7), 895-900.
71. THEODORATOS, P.; MOIROU, A.; XENIDIS, A.; PASPALIARIS, I.; 2000. The use of municipal sewage sludge for the stabilization of soil contaminated by mining activities. Journal of Hazardous Materials, 77(1), 177-191.
72. TSANG, DC., OLDS, WE., WEBER, PA., YIP, AC.; 2013. Soil stabilisation using AMD sludge, compost and lignite: TCLP leachability and continuous acid leaching. Chemosphere, 93(11), 2839-2847.
73. USTAWA 2014. Ustawa z dnia 11 lipca 2014 r. o zmianie ustawy – Prawo ochrony środowiska oraz niektórych innych ustaw. Dz. U. 2014.0.1101.
74. WALKER, DJ.; CLEMENTE, R.; BERNAL, MP.; 2004. Contrasting effects of manure and compost on soil pH, heavy metal availability and growth of Chenopodium album L. in a soil contaminated by pyritic mine waste. Chemosphere, 57(3), 215-224.
75. WALTER, I.; CUEVAS, G.; 1999. Chemical fractionation of heavy metals in a soil amended with repeated sewage sludge application. Science of the Total Environment, 226(2), 113-119.
76. WALTER, I.; MARTINEZ, F.; CALA, V.; 2006. Heavy metal speciation and phytotoxic effects of three representative sewage sludges for agricultural uses. Environmental Pollution, 139(3), 507-514.
77. WANG, X.; CHEN, T., GE, Y.; JIA, Y.; 2008. Studies on land application of sewage sludge and its limiting factors. Journal of Hazardous Materials, 160(2), 554-558.
78. WASAY, SA.; BARRINGTON, S.; TOKUNAGA, S.; 2001. Organic acids for the in situ remediation of soils polluted by heavy metals: soil flushing in columns. Water, Air, and Soil Pollution, 127(1-4), 301-314.
79. WEBER J., KARCZEWSKA A., DROZD J., LICZNAR M., LICZNAR S., JAMROZ E., KOCOWICZ A.; 2007: Agricultural and ecological aspects of sandy soil fertility as affected by the application of composts produced from municipal solid wastes. Soil Biology and Biochemistry, 39, 6, 1294-1302
80. WU, LH.; LUO, YM.; CHRISTIE, P.; WONG, MH.; 2003. Effects of EDTA and low molecular weight organic acids on soil solution properties of a heavy metal polluted soil. Chemosphere 50(6), 819-822.
81. XUE, H.; SIGG, L.; 1999. Comparison of the complexation of Cu and Cd by humic or fulvic acids and by ligands observed in lake waters. Aquatic Geochemistry, 5(4), 313-335.
82. YIN CHAN, K.; XU, Z.; 2009. Biochar: nutrient properties and their enhancement. In: Lehmann, J., Joseph, S. (Eds.), Biochar for Environmental Management. Earthscan, U.S.A., 13-29.
83. ZMORA-NAHUM, S., MARKOVITCH, O., TARCHITZKY, J., CHEN, Y.; 2005. Dissolved organic carbon (DOC) as a parameter of compost maturity. Soil Biology and Biochemistry, 37(11), 2109-2116.
84. ZOU, Z.; QIU, R.; ZHANG, W.; DONG, H.; ZHAO, Z.; ZHANG, T.; WEI, X., CAI, X.; 2009. The study of operating variables in soil washing with EDTA. Environmental Pollution, 157(1), 229-236.

Uwagi

Opracowane ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-72d2c632-3f58-4aa6-a603-dd32baf1680e