Wpływ mieszanek nawozowych na zawartość metali ciężkich w glebie i biomasie ślazowca pensylwańskiego

• Autorzy: Ociepa E. , Deska I. , Mrowiec M.

Warianty tytułu

EN

Effect of compound fertilizers on the concentration of heavy metals in soil and biomass of Virginia Mallow

• 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 metali ciężkich. Preparat nawozowy oraz wskazana jego dawka jest opracowaniem własnym autorów pracy. Skład i dawka nawozu zostały dostosowane do wymagań uprawianej rośliny (ślazowca pensylwańskiego), jakości nawożonej gleby i obowiązujących przepisów. Efekty nawożenia powyższą mieszaniną substratów porównano z nawożeniem samymi osadami, z mieszaniną osadów i nawozów mineralnych, z mieszaniną węgla brunatnego i nawozów mineralnych oraz z działaniem samych nawozów mineralnych. Pod uprawę roślin przeznaczono glebę ze strefy oddziaływania Huty Częstochowa, słabo zanieczyszczoną cynkiem i kadmem (skala IUNG IIo) oraz o podwyższonej zawartości ołowiu (skala IUNG Io). Określono wpływ nawożenia na pH gleby, właściwości sorpcyjne, zawartość metali ciężkich w glebie i roślinach. 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. Nawożenie gleby osadami ściekowymi, węglem brunatnym i mieszaniną osadów z węglem brunatnym spowodowało poprawę właściwości sorpcyjnych gleby. 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. Zastosowane substancje nawozowe w niewielkim stopniu zmieniły zawartość całkowitą Zn, Cd i Pb w glebie, co nie zmieniło klasy zanieczyszczenia gleby tymi metalami. Stwierdzono wysokie różnice pomiędzy całkowitą zawartością cynku, kadmu i ołowiu a ich formami oznaczonymi w 1 M HCl i 0,01 M CaCl2. Preparat nawozowy (O+W+P) wpłynął najkorzystniej spośród zastosowanych rodzajów nawożenia na unieruchomienie Zn, Cd i Pb w glebie, o czym świadczy zmniejszenie rozpuszczalności tych metali w 0,01 M CaCl2 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 ślazowca było zależne przede wszystkim od stężenia form biodostępnych metali. Nawożenie osadami, mimo że spowodowało najwyższe stężenie metali ciężkich w glebie, na ogół nie wywoływało najwyższego pobierania tych pierwiastków przez rośliny. Najwięcej metali stwierdzano w roślinach uprawianych na obiektach kontrolnych i nawożonych NPK, co nie miało związku z najwyższą zawartością metali w glebie przy tych rodzajach nawożenia.

EN

The work aimed 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 heavy metals. 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. Virginia Mallow), 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 (IIo) and elevated concentration of lead (Io). 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. This means that such soil shows good properties for storage of nutrients. The applied fertilizers did not significantly change the total concentration of Zn, Cd and Pb in soil, and thus the classification of soil did not change in terms of contamination with these metals. Significant differences in the total concentration of zinc, cadmium and lead and their forms determined in 1 M HCl and 0.01 M CaCl2 were observed. The investigated fertilizing mixture (S+BC+BCA) 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 CaCl2 and 1M HCl. The obtained results do not indicate that there is a relationship between the total concentration of Zn and Pb in soil and their bioavailability. Only in case of Cd there was a positive correlation between the total concentration of this metal in soil and in plants. Heavy metals uptake by Virginia Mallow depended mostly on the concentration of bioavailable forms of these metals. Fertilization with sewage sludge - despite the fact that resulted in the highest concentration of heavy metals in soil - generally did not lead to higher uptake of these elements by plants. The highest concentration of heavy metals was observed in plants grown on the control soil and the soil fertilized with NPK, and this was not related to the highest concentration of metals in soils for these types of fertilization.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; metale ciężkie; odpady; ślazowiec pensylwański

EN

sewage sludge; heavy metals; waste; Virginia mallow

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 17, nr 4
• Strony: 647--660
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Ociepa E.

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

autor

Deska I.

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

autor

Mrowiec M.

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

Bibliografia

• [1] Gębski M., Czynniki glebowe oraz nawozowe wpływające na przyswajanie metali ciężkich przez rośliny, Post. Nauk Roln. 1998, 5, 3-16.
• [2] Kabata-Pendias A., Pendias H., Biogeochemia pierwiastków śladowych, Wyd. II, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 1999.
• [3] Sady W., Smoleń S., Wpływ czynników glebowo-nawozowych na akumulację metali ciężkich w roślinach, X Ogólnopolskie Sympozjum Naukowe Efektywność stosowania nawozów w uprawach ogrodniczych, Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu, Poznań 2004, 269-277.
• [4] 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.
• [5] Kościk B., Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego, Wyd. Nauk. Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Jarosławiu, Jarosław 2007.
• [6] 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.
• [7] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych z dnia 13 lipca 2010 r., DzU Nr 137, poz. 813.
• [8] Karczewska A., Kabała C., Metodyka analiz laboratoryjnych gleb i roślin, Wyd. Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wrocław 2008.
• [9] Kabata-Pendias A., Soil-plant transfer of trace elementsan environmental issue, Geoderma 2004, 122, 143-149.
• [10] Majewska M., Kurek E., Mikroorganizmy - czynnikiem modyfikującym stężenie kadmu w roztworze glebowym, Post. Nauk Roln. 2002, 1, 3-13.
• [11] Wysokiński A., Kalembasa S., Wpływ kompostów z osadów ściekowych z tlenkiem wapnia i popiołem z węgla brunatnego na zawartość wapnia i magnezu w roślinach, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Roln. 2006, 512, 669-677.
• [12] Mercik S. (red.), Chemia rolna, Wyd. SGGW, Warszawa 2004.
• [13] Kowalik P., Ochrona środowiska glebowego, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2001.
• [14] Gasco G., Martinez-Inigo M., Lobo M., Soil organic matter transformation after a sewage sludge application, EJEAFChe 2004, 3, 716-723.
• [15] 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.
• [16] Marcinkowski T., Przetwarzanie osadów ściekowych w procesie wapnowania, Zakład Poligraficzny Moś-Łuszak, Poznań, 2010.
• [17] 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.
• [18] 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.
• [19] Zabochnicka-Świątek M., Stępniak L., Stańczyk-Mazanek E., Hazard evaluation of the inorganic contaminants (B, Ba, Sr, Cu, Zn) expansion under various pH values in the Quaternary Aquifer, XVI Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Gospodarka odpadami w gminach - technologie, problemy i wyzwania pod patronatem Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Ustroń 2010, Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 2, Series of Monographs, HARD, 255-260.
• [20] 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 Postępu Nauk Roln. 2003, 493, 913-921.
• [21] Kalembasa S., Tengler S., Rola węgla brunatnego w nawożeniu i ochronie środowiska, Wyd. Akademii Podlaskiej, Siedlce 2004.
• [22] 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.
• [23] 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.
• [24] Adriano D.C., Wenzel W.W., Vangronsveld J., Bolan N.S., Role of assisted natural remediation in environmental cleanup, Geoderma 2004, 122,121-142.
• [25] Blake L., Goulding K.W.T., Effects of atmospheric deposition, soil pH and acidification on heavy metal contents in soils and egetation of semi-natural ecosystems at Rothamsted Experimental Station, UK, Plant and Soil 2002, 240, 235-251.
• [26] Van Gestel C.A.M., Physico-chemical and biological parameters determine metal bioavailability in soils, Science of the Total Environment 2008, 406, 385-394.
• [27] Clemente R., Walker D.J., Roig A., Bernal M.P., Heavy metal bioavailability in a soil affected by mineral sulphides contamination following the mine spillage at Aznalcóllar, Biodegradation 2003, 14, 1999-2004.
• [28] McGrath S.P., Zhao F.J., Lombi E., Phytoremediation of metals, metalloids, and radionuclides. Advances in Agronomy 2002, 75, 1-56.