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Title: Implicación de enmiendas orgánicas e inorgánicas en la adsorción y biodisponibilidad de elementos traza en suelos
Issue Date: 24-Apr-2017
Date of creation: 24-Mar-2017
Related subjects: CDU::6 - Ciencias aplicadas::63 - Agricultura. Silvicultura. Zootecnia. Caza. Pesca::631/635 - Gestión de las explotaciones agrícolas
CDU::5 - Ciencias puras y naturales::54 - Química::543 - Química analítica
Keywords: Suelos
Contaminación
Cultivos y suelos
Análisis
Abstract: La contaminación de suelos por elementos traza (ETs) supone un grave problema debido a su naturaleza tóxica y su persistencia en el medio ambiente. La recuperación de estos suelos mediante fitotecnologías, consistentes en la utilización de enmiendas y plantas, favorece la inmovilización de los contaminantes y la estabilización de los suelos, evitando la dispersión de los contaminantes a ecosistemas colindantes. La presente Tesis está centrada en estudiar la acción y el efecto de diferentes enmiendas orgánicas e inorgánicas en la inmovilización de elementos traza en el suelo y sobre la absorción y acumulación de estos elementos en distintas especies vegetales, con el fin de evaluar su utilidad en fitotecnologías de recuperación de suelos. En el presente documento se describen los principales resultados de diversos ensayos realizados en laboratorio y cámara de cultivo utilizando cuatro suelos procedentes de la Sierra Minera de La Unión-Cartagena (Murcia) con diferentes características fisicoquímicas, y un suelo agrícola, procedente de la provincia de Segovia. Como enmiendas orgánicas se utilizaron dos tipos de compost, preparados uno a partir de purín de cerdo y otro a partir de alperujo, y un fertilizante húmico obtenido del compost de purín de cerdo. Las enmiendas inorgánicas utilizadas fueron un fertilizante inorgánico NPK y enmiendas ricas en óxidos de Fe: un óxido comercial, una escoria de la industria de laminación del acero, y un producto comercial a base de óxidos de Fe y Al (derivado del lodo rojo). Las especies vegetales seleccionadas fueron: para los experimentos con suelo minero Dittrichia viscosa (L.) Greuter, Nicotiana glauca R. C. Graham, Silybum marianum (L.) Gaertner, Piptatherum miliaceum (L.) Cosson y Bituminaria bituminosa (L.) C. H. Stirton; y para el experimento con suelo agrícola Lactuca sativa L. En los diferentes experimentos se evaluó el crecimiento vegetal y su concentración de nutrientes y de elementos traza, las propiedades del suelo y la fracción de ETs en formas solubles y ligados al complejo de cambio al final del experimento y además la solubilidad de los ETs durante el desarrollo del experimento mediante extracción de la disolución del suelo mediante el uso de rizo-sondas. En los experimentos de laboratorio se determinó la capacidad de adsorción de As en las enmiendas, en los suelos, y la influencia de la adición de compost al suelo en el proceso de adsorción-desorción de As en los suelos, así como la competencia del fosfato en dichos procesos. Los principales resultados obtenidos en los experimentos llevados a cabo en macetas con un suelo minero demostraron que el uso de compost procedente de purín de cerdo disminuyó la concentración de ETs en las plantas de manera más eficiente que el fertilizante húmico, además de aumentar la biomasa de D. viscosa, N. glauca y S. marianum, siendo S. marianum y D. viscosa las especies con menor transporte de As a la parte aérea. Por otro lado, las diferentes técnicas agronómicas evaluadas en este suelo con P. miliaceum demostraron que su crecimiento se vio favorecido en los tratamientos donde se cultivó conjuntamente con B. bituminosa, y que el uso de compost mejoró la asimilación de N en P. miliaceum y no inhibió la nodulación de B. bituminosa. Los estudios de adsorción de As en suelos y enmiendas demostraron que la adsorción de As fue mayor en los suelos mineros, aunque la adición de compost o de fosfato afectó negativamente reduciendo su capacidad de adsorción. Sin embargo, la aplicación de compost en los suelos agrícolas aumentó su baja capacidad de adsorción. En las enmiendas estudiadas, la mayor capacidad de adsorción de As correspondió al óxido de Fe comercial, seguido del producto comercial a base de óxidos de Fe y Al. El compost de alperujo mostró una baja capacidad de adsorción y su materia orgánica soluble estuvo escasamente implicada en el proceso. En el ensayo de maceta con suelo agrícola, se comprobó que la adición de la escoria o el óxido de Fe comercial (solo o conjuntamente con compost de alperujo o fertilizante NPK) disminuyó la concentración de As disponible en el suelo, aunque no tuvo efecto en la concentración de As en las plantas, observándose un aumento en la acumulación de As en las plantas cuando el óxido de Fe fue aplicado conjuntamente con el fertilizante NPK. SUMMARY Soil contamination by trace elements (TEs) is of great concern due to their toxic character and their persistence in the environment. The remediation of these soils through phytotechnologies, consisting in the use of soil amendments and plants, favours the immobilisation of the pollutants and the stabilisation of the soils, limiting the dispersion of the contaminants to the surrounding ecosystems. The aim of this Thesis is to study the action and the effect of different organic and inorganic amendments on the immobilisation of trace elements in the soil and on the absorption and accumulation of TEs by different plant species in order to evaluate their potential use in phytotechnologies for soil remediation. This document describes the main results of the experiments carried out in the laboratory and in a culture chamber, using four soils from the Sierra Minera of La Unión-Cartagena (Murcia, Spain) with different physico-chemical properties, and one agricultural soil from Segovia province. Two types of compost (one prepared from pig slurry and the other one obtained from “alperujo”) and a humic fertiliser obtained from the pig slurry compost were tested as organic amendments. The inorganic amendments used were a NPK inorganic fertiliser and several amendments rich in Fe-oxides: a commercial oxide, a lamination slag (iron oxide-rich rolling mill scale obtained from the hot rolling of steel) and a commercial product composed by Fe and Al oxides (derived from red mud). The plant species selected for each experiment were: for the mining soil Dittrichia viscosa (L.) Greuter, Nicotiana glauca R. C. Graham, Silybum marianum (L.) Gaertner, Piptatherum miliaceum (L.) Cosson and Bituminaria bituminosa (L.) C. H. Stirton; and for agricultural soil Lactuca sativa L.. In the different experiments, plant biomass production and both nutrient and trace element concentration in plants were analysed. Soil properties and both soluble and extractable TEs concentration were also evaluated at the end of the experiments; TEs solubility was evaluated throughout the experiments through the extraction of the soil solution using rhizon-samplers. In the laboratory experiments, As adsorption capacity of the amendments and of the soils was determined, as well as the influence of compost addition on As adsorption-desorption capacity of the soil, and the phosphate competition in such processes. The main results obtained in the experiments carried out in pots with a mine soil showed that the compost from the pig slurry decreased the concentration of TEs in plants more efficiently than the humic fertilizer, and increased the plant biomass of D. viscosa, N. glauca and S. marianum; S. marianum and D. viscosa being the species with the lowest transport of As to the aerial part. Also, the different agricultural management practices evaluated on this soil with P. miliaceum showed that the plant growth was enhanced by the treatments where this plant species was cultivated with B. bituminosa, and that the use of compost improved the assimilation of N by P. miliaceum without inhibiting the nodulation of B. bituminosa. The experiment of As adsorption in soils and amendments demonstrated that As adsorption was higher in the mining soils than in the agricultural soil, although the addition of compost or phosphate reduced their As adsorption capacity. However, the application of compost to agricultural soils increased their low As adsorption capacity. In the amendments studied, the highest As adsorption capacity was found in the commercial Fe oxide, followed by the commercial product from red mud (made of Fe and Al oxides). Compost from alperujo showed a low As adsorption capacity and its soluble organic matter was scarcely involved in this process. In the pot experiment with an agricultural soil, the addition of lamination slag or commercial iron oxide (alone or together with compost of “alperujo” or NPK fertiliser) reduced the concentration of available As in the soil, without having any effect on As concentration in the plants. Furthermore, the accumulation of As in the plants was increased when iron oxide was applied with the NPK fertiliser to the soil.
Primary author: Arco Lázaro, Elena
Director: Bernal Calderón, Mª Pilar
Clemente Carrillo, Rafael
Faculty / Departments / Services: Facultad de Biología
Published in: Proyecto de investigación:
URI: http://hdl.handle.net/10201/52799
Document type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Number of pages / Extensions: 227
Rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
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