Effect of Arak Municipal Sewage Sludge Application on Corn Cd Uptake in a Loamy Soil

Document Type : Research Paper

Authors

Department of Soil Science, Arak branch, Islamic Azad University, Arak, Iran

Abstract

Emission of heavy metals pollutants caused by human activities is one of the most important issues in today’s society. The management and application of organic wastes in agricultural lands decreases environmental risks and increases utilization of these materials. A greenhouse factorial experiment was conducted to investigate the effect of Arak municipal sewage sludge on corn Cd uptake in a loamy soil, using a randomized complete block design. Treatments consisted of applying sewage sludge (0, 15 and 30 t ha-1) polluted with cadmium at the rates of 0, 5, 10 and 15 mg kg-1 and DTPA at the rates of 0 and 1.5 mmol kg-1 soil. Sixty days after corn sowing, soil physico-chemical properties and soil and corn Cd concentrations were measured. Increasing the loading rates of sewage sludge from 0 to 30 t ha-1 caused a significant increase in cation exchange capacity (3.5 units) and a significant decreasing in soil pH (0.3 units), respectively. Applying 1.5 mmol DTPA chelate in a soil treated with 15 and 30 t ha-1 polluted sewage sludge (15 mg Cd) increased the plant Cd availability by 8.2% and 15 percent, respectively, and decreased phosphorous availability by 4% and 14 percent, respectively. Almost 79 % of Cd uptake changes were estimated by shoot Cd concentration. The result of this study showed that applying DTPA chelate can increase corn Cd uptake and its phytoremediation efficiency.

Keywords

References

  1. بقائی، ا.م.‌، خوشگفتارمنش، ا.م. وافیونی، م. 1391.  اثر بخش معدنی و آلی کود گاوی و لجن فاضلاب غنی شده بر توزیع شکل‌های شیمیایی سرب در خاک. مجله علوم آب و خاک،جلد‌ 16، شماره۶۰، صفحه: 106-95.
  2. رحیمی، ط. و رونقی، ع. 1391. اثر کاربرد فسفر بر کاهش سمیت کادمیم در گیاه اسفناج در یک خاک آهکی، مجله علوم آب و خاک، جلد16، شماره 59، صفحه:85-75.
  3. رحیمی، ق.، دودانکه، ه.، معروفی،ص. و غلامی،م. 1393. اثرات کودهای شیمیایی و آلی بر تثبیت سرب و کادمیوم در خاک های آلوده، نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد21، شماره5، صفحه:92-71.
  4. شریفی، م.، افیونی، م. و خوشگفتارمنش، ا.م. 1390. اثر کاربرد لجن فاضلاب کارخانه پلی‌اکریل، کمپوست زباله شهری و کودگاوی بر قابلیت جذب آهن و روی در خاک و جذب آنها توسط ذرت، یونجه و گل‌جعفری در شرایط گلخانه. مجله علوم آب و خاک.،جلد ۱۵‌، شماره۵۶، صفحه:154-141.
  5. صفرزاده شیرازی، ص.، عبدالمجید، ر.، کریمیان، ن.، یثربی ج. و امام ی.1391. اثر سمیت کادمیم بر جذب نیتروژن و فسفر و برخی از ویژگی‌های رویشی شاخساره هفت رقم برنج. مجله علوم و فنون کشت های گلخانه­ای.، جلد۳، شماره۹، صفحه:118-107.
  6. عربی، ز، همایی، م. و اسدی، م.ا. مقایسه آثار افزودن اسید سیتریک و کی لیت های مصنوعی بر افزایش پالایش گیاهی کادمیوم از خاک، مجله علوم آب و خاک،‌ جلد۱4، شماره54، صفحه95-85.
  7. محمدی م. حبیبی، د.، اردکانی م. و  اصغرزاده ا.  1389.  ارزیابی قدرت جذب و اندوزش گیاه یونجه یکساله (Medicago scutellata)  در خاک­های آلوده به کادمیوم، فصلنامه علمی پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی, جلد2، صفحه:260-247.
  8. ملایی، ر.، عابدی کوپایی، ج.، اسلامیان س. س. 1395.  اثر زئولیت بر جذب کادمیم در گیاه اسفناج در شرایط آبیاری با پساب. مجله علوم آب و خاک، جلد۲۰، شماره ۷۵، صفحه2۵-1۵.
  9. مولائی، ش.، شیرانی ح.، حمیدپور م.، شکفته ح. و بسالت پور ع. ا. 1394. تأثیر برخی اصلاح‌کننده‌های آلی بر ویژگی‌های رویشی و غلظت کادمیوم، روی و سرب در ذرت در یک خاک آلوده به عناصر سنگین. مجله علوم آب و خاک،‌ جلد۱۹، شماره۷۴، صفحه۱24-۱13.
  10. Awasthi, M. K., Q. Wang, H. Huang, R. Li, F. Shen, A. H. Lahori, P. Wang, D. Guo, Z. Guo, S. Jiang and Z. Zhang. 2016. Effect of biochar amendment on greenhouse gas emission and bio-availability of heavy metals during sewage sludge co-composting. J. Clean. Prod. 135: 829-835.
  11. Baghaie, A., A. H. Khoshgoftarmanesh, M. Afyuni and R. Schulin. 2011. The role of organic and inorganic fractions of cow manure and biosolids on lead sorption. Soil Sci. Plant Nutr. 57: 11-18.
  12. Balkhair, K. S. and M. A. Ashraf. 2016. Field accumulation risks of heavy metals in soil and vegetable crop irrigated with sewage water in western region of Saudi Arabia. Saudi J. Biol. Sci. 23:‌ ‌32-S44.
  13. Banaaraghi, N., M. Hoodaji and M. Afyuni. 2010. Use of EDTA and EDDS for enhanced  ZeaMays’  phytoextraction of heavy metals from a contaminated soil. J. Residuals Sci. Tech.‌ 7: 139-145.
  14. Basta, N. T., J. A. Ryan and R. L. Chaney. 2005. Trace element chemistry in residual treated soil: Key concepts and metal bioavailability. J.  Environ. Qual. 34: 49-63.
  15. eng, S.-F., C.-Y. Huang, Y.-C. Lin, S.-C. Lin and K.-L. Chen. 2015. Phytoremediation of lead using corn in contaminated agricultural land- An in situ study and benefit assessment. Ecotox. Environ. Safe. 111: 72-77.
  16. Dede, G. and S. Ozdemir. 2016. Effects of elemental sulphur on heavy metal uptake by plants growing on municipal sewage sludge. J. Environ. Manage. 166: 103-108.
  17. Environmental Protection Agency. 1993. Clean water act. section 503. Vol.58., No. 32, USEPA. Washington, DC.
  18. He, X., Y. Zhang, M. Shen, G. Zeng, M. Zhou and M. Li. 2016. Effect of vermicomposting on concentration and speciation of heavy metals in sewage sludge with additive materials. Bioresour. Technol. 218: 867-873.
  19. Huang, H.-j. and X.-z. Yuan. 2016. The migration and transformation behaviors of heavy metals during the hydrothermal treatment of sewage sludge. Bioresour. Technol. 200: 991-998.
  20. Karami, M., M. Afyuni, Y. Rezainejad and R. Schulin. 2009. Heavy metal uptake by wheat from a sewage sludge-amended calcareous soil. Nutr .Cycl. Agroecosys. 83: 51-61.
  21. , J. and K. Sung. 2014. Effects of chelates on soil microbial properties, plant growth and heavy metal accumulation in plants. Ecol. Eng. 73: 386-394.
  22. Lee, P.-K., B.-Y. Choi and M.-J. Kang. 2015. Assessment of mobility and bio-availability of heavy metals in dry depositions of Asian dust and implications for environmental risk. Chemosphere, 119: 1411-1421.
  23. McLean E.O. 1982. Soil pH and lime requirement. p.199-224. In A.L. Page, et al. (ed.). Methods of soil analysis,, Part 2. Chemical and microbiological properties, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
  24. Mehmood, F., A. Rashid, T. Mahmood and L. Dawson. 2013. Effect of DTPA on Cd solubility in soil – Accumulation and subsequent toxicity to lettuce. Chemosphere, 90: 1805-1810.
  25. Murphy, J. and J. P. Riley. 1962. A modified single solution method for determination of phosphates in natural waters. Anal. Chim. Acta, 27: 31-36.
  26. elson D.W., and L.E. Sommers‌. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter. p‌. 539-580. In A.L. Page, et al. (ed.). Methods of soil analysis, Part 1. Physical and Mineralogical Methods, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
  27. Nelson R.E. 1982. Carbonate and gypsum. p. 181-197. In A.L. Page, et al. (ed.). Methods of soil analysis, Part 2. Chemical and microbiological properties, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
  28. Rhoades J.D. 1982. Cation exchange capacity. p. 149-157. In A.L. Page, et al. (ed.). Methods of soil analysis, Part 2. Chemical and microbiological properties, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
  29. harifi, M., M. Afyuni and A.H. Khoshgoftarmanesh. 2010. Effects of sewage sludge, animal manure, compost and cadmium chloride on cadmium accumulation in corn and alfalfa. J. Residuals Sci. Tech. 7: 219-225.
  30. Soil Survey Staff. 2006. Keys to Soil Taxonomy‌, U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, , USDA, NRCS, Washington DC.
  31. Solgi, E., A. Esmaili-Sari, A. Riyahi-Bakhtiari and M. Hadipour. 2012. Soil contamination of metals in the three industrial estates, Arak, Iran. B. Environ. Contam. Tox. 88: 634-638.
  32. Wiszniewska, A., E. Hanus-Fajerska, E. MuszyŃSka and K. Ciarkowska. 2016. Natural Organic Amendments for Improved Phytoremediation of Polluted Soils: A Review of Recent Progress. Pedosphere, 26: 1-12.
  33. Yang, Z., Z. Zhang, L. Chai, Y. Wang, Y. Liu and R. Xiao. 2016. Bioleaching remediation of heavy metal-contaminated soils using Burkholderia sp. Z-90. J. Hazard. Mater. 301: 145-152.
  34. in, H. and J. Zhu. 2016. In situ remediation of metal contaminated lake sediment using naturally occurring, calcium-rich clay mineral-based low-cost amendment. Chem. Eng. J. 285: 112-120.
  35. Ylivainio K. 2010. Effects of iron(III)chelates on the solubility of heavy metals in calcareous soils. Environm. Pollut. 158: 3194-3200.
  36. Yuan, H., T. Lu, Y. Wang, Y. Chen and T. Lei. 2016. Sewage sludge biochar: Nutrient composition and its effect on the leaching of soil nutrients. Geoderma, 267: 17-23.
  37. Zhao, X.-l., B.-q. Li, J.-p. Ni and D.-t. Xie. 2016. Effect of four crop straws on transformation of organic matter during sewage sludge composting. J. Integr. Agric. 15: 232-240.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 31, Issue 2
August 2017
Pages 303-314

Files

Share

How to cite

Statistics