Restauração de solos contaminados com PAHs pela mistura de compósitos de zeólitas misturados com matéria orgânica exógena e sais minerais

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14227 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

A principal causa da degradação do solo (contaminação, erosão, compactação) está intimamente ligada à agricultura, ou seja, às práticas agrícolas insustentáveis, que se reflectem no esgotamento do reservatório de carbono orgânico do solo, na perda da biodiversidade do solo e na redução da capacidade de absorção de C em solos. Portanto, a prática agrícola de aplicação de materiais ricos em carbono no solo é uma solução atractiva para a mitigação das alterações climáticas e a sustentabilidade do ecossistema do solo. O trabalho teve como objetivo avaliar a eficácia da adição de misturas orgânico-minerais aos sais minerais (NPK), incluindo a matéria orgânica exógena (linhita) misturada com zeólita-carbono (NaX-C) ou zeólita-vermiculita (NaX-Ver). compósitos na restauração de solos contaminados com PAHs. A adição de compostos de zeólita ao fertilizante resultou em uma redução significativa nos níveis de PAH no solo e uma redução correspondente no conteúdo de tecido vegetal, sem comprometer os rendimentos, em comparação com o controle e a aplicação separada de NPK. Uma correlação significativa entre PAHs e pHH2O, pHKCl, CE e atividade desidrogenase (DhA) foi encontrada nos solos. A adição de compósitos de zeólita com linhita reduziu significativamente o teor de PAHs nas palhas, principalmente após a aplicação de NaX-C. Porém, no caso dos grãos, a maior redução percentual em comparação ao NPK foi observada para a maior dose de NaX-Ver.

Estima-se que um terço do solo mundial esteja moderadamente a altamente degradado1. De todos os tipos de degradação do solo, a degradação química do solo (causada pela presença de metais pesados, contaminantes orgânicos, etc.) é reconhecida como uma das mais prevalentes a nível mundial2, e o seu número crescente está intimamente ligado a práticas agrícolas insustentáveis que se reflectem no esgotamento. do reservatório de carbono orgânico do solo (SOC), perda da biodiversidade do solo e diminuição da fertilidade do solo e desequilíbrio elementar3.

Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) são um grande grupo de compostos orgânicos hidrofóbicos persistentes contendo dois ou mais anéis aromáticos4. Eles podem ser classificados de acordo com seus números de anéis de benzeno em dois grupos: 2–3 anéis para baixo peso molecular (LMW) e 4, 5 e 6 anéis para alto peso molecular (HMW)5. A acumulação extensiva de PAH nos solos leva a sérios problemas agrícolas e ambientais em todo o mundo6. Os HAP nas culturas podem exercer diretamente impactos adversos na qualidade e segurança dos produtos agrícolas e resultar em riscos potenciais para a saúde humana7. Esses poluentes são altamente tóxicos para os microrganismos do solo8. Microrganismos e enzimas do solo podem decompor cadeias de anéis de benzeno em PAHs9. Por exemplo, a atividade desidrogenase (DhA) pode ser usada para avaliar o desempenho de degradação. Também foi evidenciado que os microrganismos podem participar na regulação da decomposição e armazenamento do SOC, desempenhando assim um papel importante na renovação da matéria orgânica e na ciclagem de nutrientes . Solos altamente contaminados são geralmente pobres em matéria orgânica do solo (MOS) e atividade microbiana. A MOS, muitas vezes estimada e expressa como SOC12, atua como um grande sumidouro de carbono, e o cultivo de carbono como uma das práticas de gestão da terra que reduz as emissões de gases com efeito de estufa e aumenta o sequestro e armazenamento de carbono nos solos e na vegetação13,14. Além disso, é um dos componentes mais importantes do solo, essencial para sustentar elevados níveis de produção de alimentos15. Infelizmente, a taxa atual de perda de carbono devido a. práticas agrícolas insustentáveis correspondem a 1,5 (1,0/1,8) GT de carbono por ano16.

Para restaurar a adequação agrícola adequada dos solos, os solos degradados devem ser remediados e conservados através de abordagens simples e económicas17. Estas abordagens devem também incluir a agricultura sustentável, que recomenda a redução da quantidade de fertilizantes químicos utilizados no seu sector sem comprometer os rendimentos e promover técnicas que gerem co-benefícios em termos de adaptação, mitigação e aumento da produção alimentar18.

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>