外因性有機物および無機塩と混合したゼオライト複合材料の混合物によるPAHsで汚染された土壌の修復

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14227 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

土壌劣化（汚染、侵食、圧縮）の主な原因は農業、すなわち持続不可能な農業慣行と密接に関連しており、これは土壌有機炭素プールの枯渇、土壌生物多様性の損失、土壌のC吸収量の減少に反映されています。土壌。したがって、炭素豊富な物質を土壌に適用する農業実践は、気候変動の緩和と土壌生態系の持続可能性にとって魅力的な解決策となります。この論文は、ゼオライト - 炭素 (NaX-C) またはゼオライト - バーミキュライト (NaX-Ver) と混合した外因性有機物 (褐炭) を含む、無機塩 (NPK) への有機鉱物混合物の添加の有効性を評価することを目的としていました。 PAHs で汚染された土壌の修復における複合材料。ゼオライト複合材料を肥料に添加すると、対照および個別の NPK 施用と比較して、収量を損なうことなく土壌 PAH レベルが大幅に低下し、それに対応して植物組織含有量も減少しました。 PAH と pHH2O、pHKCl、EC およびデヒドロゲナーゼ活性 (DhA) との間に有意な相関関係が土壌で見つかりました。褐炭を含むゼオライト複合材料を添加すると、特に NaX-C の適用後、ストロー中の PAH 含有量が大幅に減少しました。しかし、穀物の場合、NPK と比較して最も高い減少率が観察されたのは、最高用量の NaX-Ver. でした。

世界の土壌の 3 分の 1 は中程度から高度に劣化していると推定されています1。あらゆるタイプの土壌劣化の中で、化学的土壌劣化（重金属、有機汚染物質などの存在によって引き起こされる）は、世界で最も蔓延しているものの 1 つとして認識されており 2、その数の増加は、枯渇に反映されている持続不可能な農業慣行と密接に関連しています。土壌有機炭素（SOC）プールの減少、土壌生物多様性の損失、土壌肥沃度と元素の不均衡の減少3。

多環芳香族炭化水素 (PAH) は、2 つ以上の芳香環を含む、難分解性の疎水性有機化合物の大きなグループです4。これらは、ベンゼン環の数に応じて、低分子量 (LMW) の場合は 2 ～ 3 環、高分子量 (HMW) の場合は 4、5、および 6 環の 2 つのグループに分類できます5。土壌中の PAH の広範な蓄積は、世界中で深刻な農業問題と環境問題を引き起こしています6。作物中の PAH は、農産物の品質と安全性に直接悪影響を及ぼし、人間の健康に潜在的なリスクをもたらす可能性があります7。これらの汚染物質は土壌微生物に対して非常に有毒です8。微生物と土壌酵素は PAH のベンゼン環鎖を分解することができます9。たとえば、デヒドロゲナーゼ活性 (DhA) を使用して分解性能を評価できます10。また、微生物が SOC の分解と貯蔵の調節に関与し、有機物の代謝回転と栄養循環に重要な役割を果たしていることが証明されました 11。高度に汚染された土壌は通常、土壌有機物 (SOM) と微生物の活動が乏しいです。 SOM は SOC12 として推定され表現されることが多く、大きな炭素吸収源として機能し、炭素農法は温室効果ガスの排出を削減し、土壌や植生における炭素の隔離と貯蔵を増加させる土地管理手法の 1 つとして機能します。さらに、土壌の最も重要な成分の 1 つであり、高レベルの食糧生産を維持するために不可欠です 15。残念ながら、現在の炭素損失率は次のようなものです。持続不可能な農業慣行は、年間 1.5 (1.0/1.8) GT 炭素に相当します16。

土壌の適切な農業適性を回復するには、シンプルで費用対効果の高いアプローチを使用して、劣化した土壌を修復し、保存する必要があります17。これらのアプローチには、持続可能な農業も含まれるべきであり、収量を損なうことなくその分野で使用される化学肥料の量を削減し、適応、緩和、食糧生産の増加という点で共同利益を生み出す技術を促進することを推奨しています18。

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>