Zeitschrift für Agrarwissenschaft und Lebensmittelforschung
Offener Zugang

Abstrakt

Verhalten von Arsen in mit Stallmist angereicherten Böden unterschiedlicher Beschaffenheit

Muhammad Awais Piracha

Die Verringerung der Bioverfügbarkeit von Arsen (As) ist einer der wichtigsten Faktoren für ein besseres Erntewachstum sowie für die Nutzung durch Mensch und Tier in as-verunreinigten Böden. Der Einsatz von Korrekturen auf biologischer Basis kann die Aufnahme von As durch die Pflanze aufgrund ihrer immobilisierenden Wirkung in as-verunreinigten Böden verringern. In der vorliegenden Studie wurden vier Konzentrationen von FYM (0, 5, 10 und 20 %) und drei Konzentrationen von As (0, 60 und 120 mg/kg) auf drei Böden mit unterschiedlicher Textur (Schlamm, Mutterboden und Sand) ausgebracht, um die Wirkung von Stallmist (FYM) als biologischer Modifikator auf die Bioverfügbarkeit, den Erhalt und die Aufnahme von As durch die Pflanze in as-verunreinigten Böden mit unterschiedlicher Textur zu untersuchen und die fördernde Wirkung von FYM auf das Wachstum von Sonnenblumen unter As-Belastung in Böden mit unterschiedlicher Textur zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten eindeutig, dass bei beiden As-Stufen die Erhöhung von FYM um 20 % die wasserlösliche As-Division in jedem der drei Böden mit unterschiedlicher Textur signifikant verringerte, wobei die höchste Konzentration in Lehmböden (31,2 – 36,2 %), gefolgt von Lehmböden (29,98 – 35 %) und Sandböden (22,78 – 26,1 %) bei den beiden As-Stufen im Vergleich zur As-Behandlung ohne FYM zu verzeichnen war. Der As-Erhalt (%) stieg mit der Erhöhung verschiedener FYM-Stufen (am höchsten bei 20 %) bei der höchsten As-Stufe und war in der Erdoberfläche (96,83 %) am höchsten und in sandigem Fertigboden (64,21 %) am geringsten. Die Arsenkonzentration in allen Pflanzenteilen (Wurzel, Spross, Blätter und Korn) sank mit der Erhöhung von FYM um 20 % bei beiden As-Stufen in jedem Fertigboden ebenfalls deutlich ab, im Vergleich zu Pflanzen, bei denen kein FYM angewendet wurde und die in der Reihenfolge Wurzeln > Blätter > Stängel > Körner standen. Aufgrund der immobilisierenden Wirkung von FYM in as-verseuchten Böden verbesserten sich die Wachstumseigenschaften von Sonnenblumen in allen Böden mit der Erhöhung des FYM-Gehalts auf beiden As-Ebenen. Schließlich verringerte die Erhöhung von FYM die Bioakkumulationswerte in allen Böden unter As-Belastung. Unsere Ergebnisse zeigten deutlich, dass durch die Erhöhung von FYM das As in allen Böden erfolgreich aus as-entlasteten Böden immobilisiert wurde.

Arsen (As), ein Schadstoff von größter Bedeutung auf der ganzen Welt, stellt eine ernsthafte Gefahr für Pflanzen, Boden und Umwelt dar. Es muss sicher aus Boden und Umwelt entfernt werden, um seine potenziellen Auswirkungen insbesondere auf Menschen und Pflanzen zu verringern. Daher stehen zur Sanierung von Böden von Arsenschadstoffen zahlreiche chemische, physikalische und biologische Verfahren zur Verfügung. Eine dieser Methoden ist die Phytoextraktion, ein möglicherweise umweltfreundliches und kostengünstiges Mittel zur Entfernung von Giftstoffen durch den Einsatz von Hypersammlerpflanzen. Die Phytoextraktion als wirksame Anwendung auf mit As kontaminierten Böden hängt jedoch von mehreren Faktoren ab, von denen die Bioverfügbarkeit von As im Boden der wichtigste ist. Um die bioverfügbare Menge von As in kontaminierten Böden zu erhöhen, werden daher mehrere Änderungen vorgenommen, um die Aufnahme durch Pflanzen und die Produktion von As zu fördern, darunter der Einsatz von Chelatbildnern, pflanzlichen Quellen und Nährstoffpräparaten, insbesondere von Phosphor. In dieser Untersuchungsgeschichte werden Quellen, Adsorptions-Desorptionsreaktionen im Boden sowie die Phytoverfügbarkeit in verschiedenen bearbeiteten Böden und unter verschiedenen synthetischen Veränderungen (Phosphatgestein und natürliche Emissionen) vorgestellt.

Die Entwicklung der Bodentextur könnte für die Kontrolle der Arsen-(As-)Verteilung im Boden und des Pflanzenwachstums von entscheidender Bedeutung sein. Zwei freie, gleich große Versuche mit fünf As-Konzentrationen (0, 50, 100, 150 und 200 mg As pro kg Boden) und drei Bodentexturtypen (sandig, lehmig und tonhaltig) wurden zur Bestimmung der As-Fraktionierung im Boden und ihrer wichtigen Auswirkungen auf Wachstum, Ertrag und physiologische Eigenschaften der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) durchgeführt. Sechs As-Fraktionen, nämlich NH4Cl-extrahierbar, NH4F-extrahierbar, NaOH-extrahierbar, H2SO4-extrahierbar, H2O2-extrahierbar und HNO3-extrahierbar, wurden ermittelt. Im Durchschnitt betrug das mit NH4Cl extrahierbare As (das am höchsten phytoverfügbare unter den entnommenen Abteilungen) 48,9, 19,8 und 6,6 % des gesamten As, während der Bioakkumulationsfaktor für Wurzeln zwischen 1,9 und 9,5, 1,8 und 4,4 und 0,8 und 2,1 für sandige, lehmige und tonhaltige Böden lag. Es gab eine Erhöhung des Malondialdehyds um das 8,3-, 5,6- und 6,0-fache mit einer daraus resultierenden Verringerung der Photosyntheserate um 53,3, 42,7 und 38,0 % und der Achänenausbeute 90,0, 87,1 und 85,5 % in sandigen, lehmigen und tonhaltigen Böden, jeweils bei 200 mg As pro kg⁻¹ im Vergleich zur Kontrolle. Die Antioxidantien-Proteinaktivitäten nahmen mit zunehmender As-Zunahme zu, und die höchsten Aktivitäten wurden bei 150 mg As pro kg⁻¹ festgestellt, wobei die Katalaseaktivitäten 377,7, 341,6 und 292,0 % betrugen; die Peroxidaseaktivitäten 788,5, 758,6 und 737,0 %; und die Superoxiddismutaseaktivitäten 235,7, 191,8 und 177,2 % höher waren in sandigen, lehmigen und tonhaltigen Böden, jeweils im Vergleich zur Kontrollgruppe.

Die Fähigkeit von Güllephosphaten, Arsenate aus Böden zu desorbieren, ist insbesondere bei stark mit Arsen (As) kontaminierten Bergbaugebieten noch nicht ausreichend ausgeprägt. In dieser Studie wurden zwei Böden mit unterschiedlichen physikochemischen Eigenschaften und starker As-Entgiftung mit Lösungen ausgeglichen, die unterschiedliche Phosphatmengen enthielten, entweder als Triple-Superphosphat-Gülle (TSP) oder als NH4H2PO4 unter Verwendung von NaNO3 als Basiselektrolyt. Eine Behandlung mit TSP in Wasser wurde ebenfalls durchgeführt, um landwirtschaftliche Praktiken zu simulieren. Im Allgemeinen führten erhöhte P-Mengen zu einer höheren As-Freisetzung und einer geringeren P-Sorption. Abhängig von der P-Menge betrug die desorbierte As-Menge zwischen 8 und 64,4 mg/kg für Boden 1 und zwischen 16,5 und 35,3 mg/kg für Boden 2, was mehr als der Hälfte des möglicherweise verfügbaren As entspricht, wie durch die Summe der beiden ersten Teile des Wenzel-Extraktionskomplotts definiert. Die Arsen-Desorptionsmuster unterscheiden sich zwischen den beiden Böden erheblich, was hauptsächlich auf dynamische Karbonate, organische Stoffe und den Gehalt an Fe- und Al-Oxiden zurückzuführen ist. Obwohl die Unterschiede zwischen den P-Medikamenten nicht besonders signifikant waren, erhöhte die Anwesenheit von NaNO3 die Desorptionsqualität der Lösungen. Die Phosphor-Sorptionsgrenze war bei beiden Böden hoch, aber ein übermäßiger P-Anstieg führte zu hohen P-Konzentrationen in den Gleichgewichtslösungen, was ein Filtrationsrisiko bedeutete.