Wpływ niekonwencjonalnego nawożenia na migrację metali ciężkich w układzie gleba-roślina

• Autorzy: Ociepa E. , Pachura P. , Ociepa-Kubicka A.

Warianty tytułu

EN

Effect of fertilization unconventional migration of heavy metals in the soil-plant system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy testowano mieszankę nawozową, składającą się z osadów ściekowych, węgla brunatnego i popiołów z węgla brunatnego, wzbogaconą o mineralny nawóz potasowy pod kątem jej wpływu na właściwości gleby, a szczególnie na mobilność Zn, Cd i Pb w glebie. Skład i dawka nawozu zostały dostosowane do wymagań uprawianej rośliny (spartiny preriowej), jakości nawożonej gleby i obowiązujących przepisów. Efekty nawożenia powyższą mieszaniną substratów porównano z nawożeniem samymi osadami (O), z mieszaniną osadów i nawozów mineralnych (O+NPK), z mieszaniną węgla brunatnego i nawozów mineralnych (W+NPK) oraz z działaniem samych nawozów mineralnych (NPK). Zastosowane rodzaje nawożenia nieznacznie wpłynęły na zmianę pH gleby, ale należy podkreślić, że po ustaleniu równowagi geochemicznej gleby nawożone O+W+P, O i O+NPK uzyskały wartość pH ok. 6,0, którą uważa się za wystarczającą dla gleb lekkich. Gleba nienawożona charakteryzowała się pojemnością sorpcyjną ok. 5,8 cmol(+)/kg, a po zastosowaniu nawożenia O+W+P uzyskała pojemność ok. 8,0 cmol(+)/kg, co kwalifikuje ją do dobrych pod względem zdolności do magazynowania składników pokarmowych. Preparaty nawozowe (O+W+P) i (W+NPK) wpłynęły najkorzystniej spośród zastosowanych rodzajów nawożenia na unieruchomienie Zn, Cd i Pb w glebie, o czym świadczy zmniejszenie rozpuszczalności tych metali w 0,01 M CaCl 2 i 1 M HCl. Wyniki badań nie wskazują na zależność między całkowitą zawartością Zn i Pb w glebie a ich biodostępnością. Pobieranie metali ciężkich przez spartinę preriową było zależne przede wszystkim od zawartości form biodostępnych metali. Stwierdzono wyższą zawartość wszystkich metali w korzeniach roślin w porównaniu do ich części nadziemnej. Zawartość Pb w korzeniach była kilkadziesiąt razy większa, natomiast kadmu i cynku maksymalnie 2-3 razy większa niż w częściach nadziemnych. Zdecydowanie wyższą translokacją z korzeni do części nadziemnych charakteryzował się kadm i cynk niż ołów. Translokacja ołowiu wynosiła maksymalnie 4,0%.

EN

The work aims to evaluate the effects of a fertilizing mixture of sewage sludge, brown coal and brown coal ash (S+BC+BCA) enriched with potassium mineral fertilizer on soil properties with special focus on mobility of Zn, Cd and Pb in soil. The formula of the investigated fertilizing mixture and its dosage was developed and tested by the authors. The composition and the dose of this mixture were adjusted to the requirements of the selected plant (i.e. Spartina pectinata), the quality of the soil and legal requirements. The effects of fertilization with this mixture were compared with (1) sewage sludge (S), (2) mixture of sewage sludge and mineral fertilizers (S+NPK), (3) mixture of brown coal and mineral fertilizers (BC+NPK), and (4) mineral fertilizers (NPK). The soil used in the experiments was sampled from the area in close vicinity to Huta Częstochowa steel works. The sampled soil showed low contamination with zinc and cadmium (II°) and elevated concentration of lead (I°). The effects of fertilization on soil pH and sorption properties, concentration of heavy metals in soil and plants were determined. The investigated types of fertilization had insignificant influence on soil pH but after reaching the geochemical equilibrium the soils fertilized with S+BC+BCA, S and S+NPK showed pH of 6.0 - which is sufficient for light soils. Fertilization of soil with sewage sludge, brown coal and mixture of sewage sludge and brown coal resulted in the increase in sorption properties of the soil. The sorption capacity of the soil without any fertilization was about 5.8 cmol(+)/kg, and after the treatment with S+BC+BCA is was about 8.0 cmol(+)/kg. Significant differences in the total concentration of zinc, cadmium and lead and their forms determined in 1 M HCl and 0.01 M CaCl 2 were observed. The investigated fertilizing mixtures (S+BC+BCA) and (BC+NPK) showed the most beneficial properties for mobilization of Zn, Cd and Pb in soil which was indicated by the decrease in solubility of these metals in 0.01 M CaCl 2 and 1 M HCl. The obtained results do not indicate that there is a relationship between the total concentration of Zn, Cd and Pb in soil and their bioavailability. Heavy metals uptake by Spartina pectinata depended mostly on the concentration of bioavailable forms of these metals. Fertilization with sewage sludge - despite the fact that it resulted in the highest concentration of heavy metals in soil - generally did not lead to higher uptake of these elements by plants. It has been found a higher content of all metals in the roots of the plants in comparison to the above-ground parts. For Pb differences were exceptionally high. The Pb content in the roots was tens of times greater while cadmium and zinc up to 2-3 times higher than in the aerial parts. Significantly higher translocation from the roots to the aerial parts was characterized by cadmium and zinc than lead. Translocation of lead was very low and was up 4.0%.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; metale ciężkie; odpady

EN

sewage sludge; heavy metals; waste

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 17, nr 2
• Strony: 325--338
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz.

Twórcy

autor

Ociepa E.

• Politechnika Częstochowska, Instytut Inżynierii Środowiska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Pachura P.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Zarządzania, al. Armii Krajowej 19B, 42-200 Częstochowa

autor

Ociepa-Kubicka A.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Zarządzania, al. Armii Krajowej 19B, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Gasco G., Martinez-Inigo M., Lobo M., Soil organic matter transformation after a sewage sludge application, EJEAFChe 2004, 3, 716-723.
• [2] McBride M.B., Toxic metals in sewage sludge amended soil: Has promotion of beneficial use discounted the risks? Advances in Enviromental Research 2003, 8, 5-19.
• [3] Chaney R.L., Malik M., Li Y.M., Brown S.L., Brewer E.P., Angle J.S., Phytoremediation of soil metals, Current Opinion in Biotechnology 1998, 8, 279-284.
• [4] Kacprzak M., Wspomaganie procesów remediacji gleb zdegradowanych, seria Monografie nr 128, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2007.
• [5] Kumpiene J., Lagerkvist A., Maurice Ch., Stabilization of Pband Cu-contaminated soil using coal ash and peat, Environmental Pollution 2007, 145, 365-373.
• [6] Ociepa E., The effect of fertilization on yielding and heavy metals uptake by maize and virgina fanpetals (Sida Hermaphrodita), Archives of Environmental Protection 2011, 37, 2, 123-129.
• [7] Paul E.A., Clark F.E., Mikrobiologia i biochemia gleb, Przekład E. Kurek i J. Kobus, Wyd. UMCS, Lublin 2000.
• [8] Kabata-Pendias A., Soil-plant transfer of trace elements - an environmental issue, Geoderma 2004, 122, 143-149.
• [9] Kabata-Pendias A., Mukherjee A.B., Trace Elements from Soil to Human, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg 2007.
• [10] Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z., Badania ekologiczno-gleboznawcze, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2011.
• [11] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych z dnia 13 lipca 2010 r., DzU Nr 137, poz. 924.
• [12] Siebielec G., Smreczek B., Klimkowicz-Pawlas A., Maliszewska-Kordybach B., Terelak H., Koza P., Hryńczuk B., Łysiak M., Miturski T., Gałązka R., Suszek B., Monitoring chemizmu gleb ornych w Polsce w latach 2010-2012. Raport końcowy, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, Puławy 2012.
• [13] Chen M., Li X., Yang Q., Zeng G., Zhang Y., Liao D., Liu J., Hu J., Guo L., Total concentration and speciation of heavy metals in sewage sludge from Changasha, Zhuzhou and Xiangtan in middle-south region of China, Journal of Hazardous Materials 2008, 160, 324-329.
• [14] Mercik S. (red.), Chemia rolna, Wyd. SGGW, Warszawa 2004.
• [15] Kowalik P., Ochrona środowiska glebowego, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2001.
• [16] Stępień W., Mercik S., Pikuła D., Wpływ substancji organicznej na mobilność metali ciężkich w glebie w doświadczeniu mikropoletkowym, Rocznik Gleboznawczy 2004, 55, 4, 149-156.
• [17] Wang X., Chen T., Ge Y., Jia Y., Studies on land application of sewage sludge and its limiting factors, Journal of Hazardous Materials 2008, 160, 554-558.
• [18] Stańczyk-Mazanek E., Piątek M., Kępa U., Wpływ następczy osadów ściekowych stosowanych na glebach piaszczystych na właściwości kompleksu sorpcyjnego, Rocznik Ochrona Środowiska 2013, 15, 3, 2437-2451.
• [19] Bień J.B., Kowalczyk M., Kamizela T., Mrowiec M., The influence of ultrasonic disintegration aided with chemicals on the efficiency of sewage sludge centrifugation, Environment Protection Engineering 2010, 36, 1, 35-43.
• [20] Sobik-Szołtysek J., Jabłońska B., Possibilities of joint management of sewage sludge and dolomite post-flotation waste, Ecological Chemistry and Engineering S 2010, 17, 2, 149-159.
• [21] Kalembasa S., Tengler S., Rola węgla brunatnego w nawożeniu i ochronie środowiska, Wyd. Akademii Podlaskiej, Siedlce 2004.
• [22] Ociepa-Kubicka A., Pachura P., Wykorzystanie osadów ściekowych i kompostu w nawożeniu roślin energetycznych na przykładzie miskanta i ślazowca, Rocznik Ochrona Środowiska 2013, 15, 3, 2267-2278.
• [23] Kabata-Pendias A., Pendias H., Biogeochemia pierwiastków śladowych, Wyd. II, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 1999.
• [24] Van Gestel C.A.M., Physico-chemical and biological parameters determine metal bioavailability in soils, Science of the Total Environment 2008, 406, 385-394.
• [25] Pogrzeba M., Ograniczenie biodostępności arsenu w glebie silnie zanieczyszczonej metalami ciężkimi, Rozprawa doktorska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2009.
• [26] McGowen S.L., Basta N.T., Brown G.O., Use of diammonium phosphate to reduce heavy metal solubility and transport in smelter-contaminated soil, Environmental Quality 2001, 30, 493-500.
• [27] Ruttens A., Mench M., Colpaert J.V., Boisson J., Carleer R., Vangronsveld J., Phytostabilization of a metal contaminated sandy soil, Environmental Pollution 2006, 144, 524-532.
• [28] Mercik S., Stępień W., Gębski M., Pobieranie przez rośliny oraz rozpuszczalność Cu, Zn, Pb i Cd w różnych roztworach ekstrakcyjnych w zależności od zakwaszenia gleby, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 2003,493, 913-921.
• [29] Sawicki B., Kościk K., Trawy i zbiorowiska trawiaste, Rośliny energetyczne, Wyd. AR, Lublin 2003, 111-135.
• [30] Lubin Y.V., Tychinin D.N., Phytoremediation in Russia., Ed. N. Willey. Phytoremediation: Methods and Reviews. Humana Press. 2006, 423-434.
• [31] Wandrasz J., Wandrasz A., Paliwa formowane, Biopaliwa i paliwa z odpadów w procesach termicznych, Wyd. Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2006.
• [32] Brzost K., Pielichowska M., Wierzbicka M., Gromadzenie ołowiu w komórkach Biscutella laevigota - rośliny hałd ołowiowo-cynkowych, Obieg pierwiastków w przyrodzie, Monografia tom III, 2005, 372-377.
• [33] Kubik-Dobosz D., Kłobus G., Burzyński M., Praktikum z fizjologii roślin, Wyd. Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 1994.