Effect of Organic Matter and Incubation Time on Pb Chemical Forms in a Calcareous Soil

Document Type : Research Paper

Authors

1 Ph.D. assistant professor, Department of Soil Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran

2 Ph.D. student, Department of Soil Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran

Abstract

This study was conducted to investigate the effect of non-living Spirulina cyanobacterium (Arthrospira platensis) biomass as an organic matter and incubation time on the chemical forms of lead (Pb) in a calcareous soil. The experiment was conducted in a factorial with completely randomized design in three replications. Treatments consisted of two incubation time (one and two months at 25 oC), three Pb levels as Pb(NO3)2 (control (10), 200, and 400 mg kg-1 of soil) and three Spirulina cyanobacterium levels (0, 500 and 1000 mg kg-1 soil). Results showed that with increasing Pb levels, Pb concentration in all chemical forms (Ex, Car, Om, Fe-ox, Mn-ox and Res-Pb) significantly increased. Different levels of Spirulina cyanobacterium had different effects on Pb chemical forms over time but, in general, application of Spirulina increased Ex and Car-Pb fraction by 31% and 43%, respectively as compared to those of control, and increased Pb availability in the soil. Therefore, application of this cyanobacterium as an amendment should be done with caution; and more investigation at different incubation time and different soils are recommended.

Keywords

References

  1. بقائی، ا. م.، خوشگفتار منش ا. م. و افیونی، م. 1391. اثر بخش معدنی و آلی کود گاوی و لجن فاضلاب غنی شده بر توزیع شکل‌های شیمیایی سرب در خاک. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، 60: 95-106.
  2. پرهیزکار، م. و دادلهی سهراب، ع. 1389. بررسی استفاده ازجلبک سبز (Entromorpha intestinalis) به‌عنوان شاخص کنترل زیستی فلزات سنگین (Ni, Pb, Cd &Cu) در آب‌های نواحی ساحلی بوشهر، فصلنامه علمی محیط زیست، 49: 20-30.
  3. چلوئی، م.، چرم، م.، معتمدی، ح. و فرخیان فیروزی، ا. 1391. اثر کاربرد لجن فاضلاب بر جزء بندی شیمیایی فلزات سنگین کادمیم و روی در خاک. اولین همایش بین المللی و ششمین همایش ملی مدیریت پسماند، 2 و 3 اردیبهشت، مشهد.
  4. چمن نژادیان، ع.، معزی، ع.، صیاد، غ. و جهانگیری، ع. 1390. تأثیر ماده آلی بر جذب کادمیم و سرب در گیاه برنج و کاهش بازاریابی. نخستین همایش ملی جهاد اقتصادی در عرصه کشاورزی و منابع طبیعی، سازمان جهاد کشاورزی قم.
  5. حسینیان رستمی، ق.، غلامعلی زاده آهنگر، ا. و لکزیان، ا. 1392. اثر زمان بر توزیع شکل‌های شیمیایی سرب در خاک آلوده. نشریه آب و خاک )علوم و صنایع کشاورزی)، 27(5): 1057-1066.
  6. دولتی، ب. 1394. تاثیر لئوناردیت بر تغییر شکل‌های شیمیایی کادمیم و سرب در خاک‌های حاصله از مواد مادری
    متفاوت، نشریه دانش آب و  خاک، 25 (1): 165-179.
  7. رجائی، م. 1385. تاثیر زمان، سطوح و منابع کادمیم و نیکل بر شکل‌های شیمیایی، رشد و جذب این دو عنصر توسط اسفناج. پایان نامه دکتری تخصصی، بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز.
  8. رجائی، م.، و کریمیان، ن. ع. 1384. تغییرات زمانی شکل‌های شیمیایی کادمیم در خاک‌های تیمار شده با سطوح و منابع متفاوت این عنصر، نهمین کنگره علوم خاک ایران.
  9. صفرزاده شیرازی، ص.، مرادی، م. و کاظمی، م. س. 1394.  مقایسه اثر کاربرد کودهای آلی و شیمیایی بر جذب عناصر کم مصرف و عملکرد اسفناج. مجموعه مقالات چهاردهمین کنگره علوم خاک ایران، کرمان، رفسنجان. ص. ص. 939-941.
  10. کرمی، ش. و یثربی، ج. 1394. اثر باکتری محرک رشد گیاه و تنش خشکی بر شکل‌های شیمیایی کادمیم در خاک پس از برداشت ذرت، مجموعه مقالات چهاردهمین کنگره علوم خاک ایران، کرمان، رفسنجان. ص. ص. 1671-1674.
  11. کوچی، م.، فتوت، الف.، حق نیا، غ. و لکزیان، ا. 1385. بررسی شکل‌های شیمیایی عناصر سنگین سرب، کبالت، کادمیم، نیکل، روی و مس در خاک‌های آبیاری شده با فاضلاب. مجله علوم و صنایع کشاورزی، 20(2): 45-54.
  12. Abbaspour, A., Kalbasi, M. Hajrasuliha Sh. and Golchin. A. 2007. Effects of plant residue and salinity on fractions of cadmium and lead in three soils. Soil and Sediment Contam, 16:539–555.
  13. Almas, A.R., McBride, M.B. and Singh, B.R. 2000. Solubility and lability of cadmium and zinc in two soils treated with organic matter. Soil Sci. 165: 250-259.
  14. Aneja, R.K., Chaudhary, G. Ahluwalia, S.S. and Goyal, D. 2010. Biosorption of Pb2+ and Zn2+ by Non-Living Biomass of Spirulina sp. Indian J Microbiol. 50(4): 438–442.
  15. Aulakh, M.S., Khurana, M.P.S. and Dhanwinder, S. 2009. Water pollution related to agricultural, industrial, and urban activities, and its effects on the food Chain: Case Studies from Punjab J. New Seeds. 10: 112–137.
  16. Basta, N.T., Gradwohl, R., Senethen, K.L. and Schroder, J.L. 2001. Immobilization of lead, zinc and cadmium in semelter contaminated soils using biosolids and rock phosphate. J. Environ. Qual. 30: 1222-1230.
  17. Belay, A. 2007. Spirulina (Arthrospira): production and quality assurance. In: Gershwin ME, Belay, A., editors. Spirulina in human nutrition and health: CRC Press, PP: 2-26.
  18. Chapman, H.D. and Pratt, P.F. 1961. Methods of analysis for soils, plants and water. Univ. California, Berkeley, CA, USA.
  19. Clark, G.J., Dodgshun, N., Sale, P.W.G. and Tang, C. 2007. Changes in chemical and biological properties of a sodic clay subsoil with addition of organic amendments. Soil Biol Biochem, 39: 2806-2817.
  20. Clemente, R. and Bernal, M.P. 2006. Fractionation of heavy metals and distribution of organic carbon in two contaminated soils amended with humic acids. Chemosphere. 64(8):1264-1273.
  21. Ekmekyapar, F., Aslan, A. Bayhan, Y.K. and Cakici, A. 2012. Biosorption of Pb (II) by Nonliving Lichen Biomass of Cladonia rangiformis Hoffm. International Journal of Environmental Research. 6(2): 417-424.
  22. Espinosa, E. and Armienta, M.A. 2007. Mobility and fractionation of Fe, Pb and Zn in river sediments from silver and base-metals mining area: Taxco, México. J Environ Sci Health a Tox Hazard Subst Environ Eng. 42(10):1391-401.
  23. Ghafoor, A., Zia-UR-Rehman, M. Ghafoor, A. Murtaza, G. and Sabir, M. 2008. Fractionation and availability of cadmium to wheet as affected by inorganic amendments. Int. J. Agr. Biol. 10(5): 469-474.
  24. Giannis, a., Pentarit, D. Wang, J.Y. and Gidarakos, E. 2010. Application of sequential extraction analysis to electrokinetic remediation of cadmium, nickel and zinc from contaminated soils. J. Hazardous Material, 184: 547-554.
  25. Han, F.X., Banin, A. and Triplett, G.B. 2001. Redistribution of heavy metals in arid-zone soils under a wetting-drying soil moisture regime. Soil Sci. 166: 18-28.
  26. Indra, V. and Sivaji, S. 2006. Metals and organic components of sewage and sludge. J. Environ. Biol, 27: 723-725.
  27. Khurana, M.P.S. and Kansal, B.D. 2014. Effect of farm yard manure on chemical fractionation of cadmium and its bio-availability to maize crop grown on sewage irrigated coarse textured soil. J. Environ Biol. 35: 431-437.
  28. Kim, D.W., Che, D.K., Wang, J. and Huang, C.P. 2002. Heavy metal removal by activated sludge: influence of Nocardia amarae. Chemosphere, 46:137–142.
  29. Kiran, I., Akar, T. and Tunali, S. 2005. Biosorption of Pb(II) and Cu(II) from aqueous solutions by pretreated biomass of Neurospora crassa. Process Biochemistry. 40(11): 3550-3558.
  30. Lindsay, W.L. and Norvell, W.A. 1978. Development of a DTPA test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
  31. Oconnor, G.A., Oconnor, C. and Cline, G.R. 1984. Sorption of cadmium by calcareous soils: influence of solution composition, Soil Science Society of Americaan Journal, 48:1244-1247.
  32. Oliveira, E.G., Rosa, G.S., Moraes M.A. and Pinto, L.A.A. 2009. Moisture sorption characteristics of microalgae Spirulina platensis. Braz. J. Chem. Eng. 26(1): 189-197.
  33. Ramos, L., Hernandez, M. and Gonzalez, M.J. 1994. Sequentional of copper, lead, cadmium and zinc in soils, from or near Donadona National Park. J. Environ. Qual. 23: 50-57.
  34. Rodríguez-Vila, A., Asensio, V., Forján, R. and Covelo, E.F. 2015. Chemical fractionation of Cu, Ni, Pb and Zn in a mine soil amended with compost and biochar and vegetated with Brassica juncea L. J. Geochem. Explor. 158: 74-81.
  35. Sing, J.P., Karwasra, P.S., and Sing, M. 1988. Distribution and forms of copper, iron, manganese and zinc in calcareous soils of India. Soil Science. 146:359-366.
  36. Sparks, D.L., Page, A.L. Helmke, P.A.,  Loeppert, R.H., Soltanpour, P.N., Tabatabai, M.A., Johnston, C.T. and Sumner, M.E. 1996. Methods of soil analysis, Parts 2 and 3, 3rd ed. Am. Soc. Agron. Inc., Madison, WI. 1390 p.
  37. Tipping, E., Rieuwerts, J. Pan, G. Ashmore, M.R. Lofts, S. Hill, M.T.R., Farago, M.E. and Thornton, I. 2003. The solid-solution partitioning of heavy metals (Cu, Zn, Cd, Pb) in upland soils of England and Wales. Environ. Pollut, 125: 213-225.
  38. Yang, Y., Nan, Z., Zhao, Z., Wang, S., Wang, Z. and Wang, X. 2011. Chemical fractionation and bioavailability of cadmium and zinc to cole (Brassica campestris L.) grown in the multi-metals contaminated Oasis soil, northwest of China. J. Environ. Sci. 23: 275.
  39. Zouboulis, A.I., Loukidou, M.X. and Matis, K.A. 2004. Bio sorption of toxic metals from aqueous solution by bacterial strains isolated from metal-polluted soils. Process Biochem. 39: 909–916.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 32, Issue 1
June 2018
Pages 73-84

Files

Share

How to cite

Statistics