Восстановление почв, загрязненных ПАУ, смесью цеолитовых композитов с экзогенной органикой и минеральными солями

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 14227 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Основная причина деградации почв (загрязнение, эрозия, уплотнение) тесно связана с сельским хозяйством, т.е. с неустойчивыми методами ведения сельского хозяйства, которые отражаются в истощении запасов органического углерода в почве, потере биоразнообразия почвы и снижении способности поглощать углерод в почве. почвы. Таким образом, сельскохозяйственная практика внесения в почву материалов, богатых углеродом, является привлекательным решением для смягчения последствий изменения климата и обеспечения устойчивости почвенных экосистем. Целью работы была оценка эффективности добавления к минеральным солям (NPK) органо-минеральных смесей, в том числе экзогенного органического вещества (бурого угля) в смеси с цеолит-углеродом (NaX-C) или цеолит-вермикулитом (NaX-Ver). композиты при восстановлении почв, загрязненных ПАУ. Добавление цеолитовых композитов в удобрение привело к значительному снижению уровня ПАУ в почве и соответствующему снижению содержания растительных тканей без ущерба для урожайности по сравнению с контролем и раздельным внесением NPK. В почвах обнаружена значимая корреляция между ПАУ и pHH2O, pHKCl, EC и дегидрогеназной активностью (DhA). Добавка цеолитовых композитов с бурым углем существенно снижала содержание ПАУ в соломе, особенно после применения NaX-C. Однако в случае зерна самый высокий процент снижения по сравнению с NPK наблюдался при самой высокой дозе NaX-Ver.

По оценкам, треть почвы в мире находится в состоянии умеренной или сильной деградации1. Из всех типов деградации почв химическая деградация почв (вызванная присутствием тяжелых металлов, органических загрязнителей и т. д.) признана одной из наиболее распространенных во всем мире2, а ее растущее число тесно связано с неустойчивыми методами ведения сельского хозяйства, что отражается в истощении почв. пула почвенного органического углерода (SOC), потеря биоразнообразия почвы, снижение плодородия почвы и элементный дисбаланс3.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) представляют собой большую группу стойких гидрофобных органических соединений, содержащих два или более ароматических кольца4. По количеству бензольных колец их можно разделить на две группы: 2–3-кольца для низкой молекулярной массы (НММ) и 4-, 5- и 6-кольца для высокомолекулярной массы (ВММ)5. Обширное накопление ПАУ в почвах приводит к серьезным сельскохозяйственным и экологическим проблемам во всем мире6. ПАУ в сельскохозяйственных культурах могут напрямую оказывать негативное воздействие на качество и безопасность сельскохозяйственной продукции и приводить к потенциальным рискам для здоровья человека7. Эти загрязнители высокотоксичны для почвенных микроорганизмов8. Микроорганизмы и почвенные ферменты могут разлагать бензольные цепи ПАУ9. Например, активность дегидрогеназы (DhA) можно использовать для оценки эффективности деградации10. Также было доказано, что микроорганизмы могут принимать участие в регуляции разложения и хранения ПОУ, играя тем самым важную роль в круговороте органических веществ и круговороте питательных веществ11. Сильно загрязненные почвы обычно бедны почвенным органическим веществом (ПОВ) и микробной активностью. SOM, часто оцениваемый и выражаемый как SOC12, действует как крупный поглотитель углерода, а углеродное земледелие является одним из методов управления земельными ресурсами, которые сокращают выбросы парниковых газов и увеличивают секвестрацию и хранение углерода в почвах и растительности13,14. Кроме того, это один из наиболее важных компонентов почвы, необходимый для поддержания высокого уровня производства продуктов питания15. К сожалению, нынешние темпы потери углерода обусловлены. неустойчивые методы ведения сельского хозяйства соответствуют 1,5 (1,0/1,8) ГТ углерода в год16.

Чтобы восстановить сельскохозяйственную пригодность почв, деградировавшую почву необходимо восстановить и сохранить, используя простые и экономически эффективные подходы17. Эти подходы также должны включать устойчивое сельское хозяйство, которое рекомендует сократить количество химических удобрений, используемых в их секторе без ущерба для урожайности, и продвигать методы, которые приносят сопутствующие выгоды с точки зрения адаптации, смягчения последствий и увеличения производства продуктов питания18.

0.05) were observed between types of fertilization (Table 2). The EC value was the lowest for C9L6 (305.25 ± 60.52 µS cm−3). Generally, in all soils with fertilization, the DhA was lower compared to the control (0.85 μg TPF g−1 h−1), except for C9L6. There were no significant differences in the TOC between control and fertilized objects, except C3L3. Additionally, there was a positive correlation between DhA and TOC (0.60, p < 0.05). The BC varied in soils from 5.49 ± 0.39 for V3L3 to 6.50 ± 0.42 for C3L3. The TN did not vary between variants. The ratio TOC:TN was higher for all variants with fertilization in comparison to the control, with the highest value for V3L3. Pearson’s correlation coefficients of the pH, EC, BC, TOC, DhA and 2, 3, 4, 5, and 6-rings PAHs are summarised in Table 3./p> 0.05) in comparison to the control. (1.45 ± 0.17) and ranged from 0.79 ± 0.05 mg kg−1 for C3L3 to 1.24 ± 0.29 mg kg−1 for V9L6./p> roots > grains. The 4-ringed PAHs were the most predominant group, and their highest content was observed in the straws (from about 72.2% in the C9L6 to 90.0% in the control). The application of both zeolite composites mixed with lignite significantly reduced the Σ16 PAHs in maize roots (from 8.21 to 30.5% and from 17.5 to 37.5% in comparison to control and NPK, respectively) with simultaneously no reduction in mass of roots. The application of both zeolite composites mixed with lignite significantly reduced the content of 6-rings of PAHs in roots by about 78.84% for C3L3 to 87.18% for V9L6 compared to NPK. In straws, the highest reduction of 4-, 5-, and 6-rings PAHs was observed for application of NaX-C, especially when applied at a higher dose (69.26%, 66.13%, 59.44%). For grains, the lowest content of Σ16 PAHs was observed for V9L6 (0.12 ± 0.02 mg kg−1). There was no grain yield in the control variant./p> 99.9% used for chromatographic analyses were purchased from Chemsolute. Standard of 16 PAHs in a 2000 μg ml−1 mixture solution in DCM (CRM47930), deuterated PAHs internal standard solutions (phenanthrene-d10 at concentration 2000 μg ml−1 in DCM) were obtained from Sigma-Aldrich. Standard working solutions of PAHs mixture, internal standard mixture and phenanthrene-d10 were diluted properly with dichloromethane (DCM) and prepared freshly before the analysis./p>

0.99; 0.5–12.5 μg mL−1) in solution, detection limits and procedural blank were carried out. Each calibration standard and sample contained an internal standard (100 μL of phenanthrene-d10 at a concentration of 40 μg mL−1). The recoveries ranged from 76 to 102% for individual PAHs. The reported results have been corrected for losses./p> 0.05) were used to explore differences between the samples. Pearson’s correlation coefficients were also calculated. All of the figures were prepared using OriginPro2022 (OriginLab Corporation)./p>