Ripristino di suoli contaminati da IPA mediante miscela di compositi zeolitici miscelati con sostanza organica esogena e sali minerali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14227 (2023) Citare questo articolo

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La principale causa di degrado del suolo (contaminazione, erosione, compattazione) è strettamente legata all'agricoltura, ovvero a pratiche agricole non sostenibili, che si riflettono nell'esaurimento del pool di carbonio organico del suolo, nella perdita di biodiversità del suolo e nella riduzione della capacità di assorbimento del C in suoli. Pertanto, la pratica agricola di applicare materiali ricchi di carbonio nel suolo è una soluzione interessante per la mitigazione dei cambiamenti climatici e la sostenibilità dell’ecosistema del suolo. Il lavoro si proponeva di valutare l'efficacia dell'aggiunta ai sali minerali (NPK) di miscele organo-minerali, comprendenti la sostanza organica esogena (lignite) in miscela con zeolite-carbonio (NaX-C) o zeolite-vermiculite (NaX-Ver). compositi nel ripristino di suoli contaminati da IPA. L'aggiunta di compositi zeolitici al fertilizzante ha comportato una riduzione significativa dei livelli di IPA nel suolo e una corrispondente riduzione del contenuto di tessuti vegetali, senza compromettere le rese, rispetto al controllo e all'applicazione separata di NPK. Nei suoli è stata riscontrata una correlazione significativa tra gli IPA e l'attività pHH2O, pHKCl, EC e deidrogenasi (DhA). L'aggiunta di compositi zeolitici con lignite ha ridotto significativamente il contenuto di IPA nelle paillette, soprattutto dopo l'applicazione di NaX-C. Tuttavia, nel caso dei cereali, la riduzione percentuale più elevata rispetto a NPK è stata osservata con la dose più alta di NaX-Ver.

Si stima che un terzo del suolo mondiale sia da moderatamente a fortemente degradato1. Tra tutti i tipi di degrado del suolo, il degrado chimico (causato dalla presenza di metalli pesanti, contaminanti organici ecc.) è riconosciuto come uno dei più diffusi a livello mondiale2, e il suo numero crescente è strettamente legato a pratiche agricole non sostenibili che si riflettono nell’impoverimento del pool di carbonio organico del suolo (SOC), perdita di biodiversità del suolo e diminuzione della fertilità del suolo e dello squilibrio elementare3.

Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono un ampio gruppo di composti organici persistenti e idrofobici contenenti due o più anelli aromatici4. Possono essere classificati in base al numero degli anelli del benzene in due gruppi: 2-3 anelli per il basso peso molecolare (LMW) e 4,5 e 6 anelli per l'alto peso molecolare (HMW)5. Il vasto accumulo di IPA nel suolo porta a gravi problemi agricoli e ambientali in tutto il mondo6. Gli IPA presenti nelle colture possono esercitare effetti negativi diretti sulla qualità e sulla sicurezza dei prodotti agricoli e comportare potenziali rischi per la salute umana7. Questi inquinanti sono altamente tossici per i microrganismi del suolo8. I microrganismi e gli enzimi del suolo possono decomporre le catene ad anello del benzene negli IPA9. Ad esempio, l'attività della deidrogenasi (DhA) può essere utilizzata per valutare la prestazione di degradazione10. È stato inoltre dimostrato che i microrganismi possono prendere parte alla regolazione della decomposizione e dello stoccaggio dei SOC, svolgendo così un ruolo importante nel ricambio della materia organica e nel ciclo dei nutrienti11. I terreni altamente contaminati sono generalmente poveri di sostanza organica del suolo (SOM) e di attività microbica. La SOM, spesso stimata ed espressa come SOC12, agisce come un grande serbatoio di carbonio e l’agricoltura del carbonio è una delle pratiche di gestione del territorio che riducono le emissioni di gas serra e aumentano il sequestro e lo stoccaggio del carbonio nel suolo e nella vegetazione13,14. Inoltre, è uno dei componenti più importanti del suolo, essenziale per sostenere elevati livelli di produzione alimentare15. Sfortunatamente, l’attuale tasso di perdita di carbonio è dovuto al. pratiche agricole non sostenibili corrispondono a 1,5 (1,0/1,8) GT di carbonio all’anno16.

Per ripristinare l’adeguata idoneità agricola dei suoli, il suolo degradato deve essere bonificato e conservato utilizzando approcci semplici ed economicamente vantaggiosi17. Questi approcci dovrebbero includere anche l’agricoltura sostenibile, che raccomanda di ridurre la quantità di fertilizzanti chimici utilizzati nel settore senza compromettere i rendimenti e di promuovere tecniche che generino benefici collaterali in termini di adattamento, mitigazione e aumento della produzione alimentare18.

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>