Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8197(2023) 이 기사 인용
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토양 내 미량 금속의 생물학적 이용 가능성은 환경에 큰 위협이 되며, 특히 식물 수확량을 늘리기 위해 대량의 광물질 비료를 첨가할 경우 더욱 그렇습니다. 석회질 토양(인위적으로 오염된)에 첨가된 고정화 크롬, 카드뮴 및 납에서 농산업 폐기물로부터 재활용된 퇴비 및 지렁이 퇴비의 유효성 평가를 위한 플롯 실험을 수행했습니다. 더욱이, 고정화 효율은 금속 첨가가 없는 토양(오염되지 않은 토양)에서 이러한 금속의 자연 발생과 비교되었습니다. 두 토양 모두에서 개량제와 광물질 비료를 세 가지 다른 수준으로 단독으로 적용하고 서로 결합했습니다. 실험 설계는 오염, 유기 및 광물질 비료 수준, 이들의 조합을 범주형 요인으로 사용하여 계승 완전 무작위 블록으로 배열되었습니다. 금속 분획의 분포와 토양에서의 생물학적 이용 가능성 및 밀 곡물의 생물학적 축적을 평가했습니다. 토양 알칼리도, 토양 유기 탄소 및 질소 함량, 유효 인 및 토양 미량 영양소는 광물질 비료 및 대조구에 비해 지렁이 퇴비 및 퇴비에서 크게 향상되었습니다. Vermicompost는 고정된 유기 부분을 증가시켜 오염된 토양에서 금속 생체 이용률을 줄이는 데 퇴비보다 더 효과적이었지만 광물질 비료와 결합하면 퇴보했습니다. 오염되지 않은 토양에서 자연적으로 발생하는 금속 수준의 생물학적 이용 가능성은 오염된 토양에 비해 크게 변하지 않았습니다. 마찬가지로, 밀 수확량, 식물 바이오매스, 밀 곡물의 영양분 강화는 토양 영양분 가용성 향상으로 인해 개선되었습니다. 식품 산업의 부산물인 이러한 퇴비화된 농산업 잔류물은 토양 영양분을 풍부하게 하고, 광물질 비료 첨가를 줄이고, 식물 성장을 향상시키고, Cr, Cd 및 Pb를 안정화시키는 큰 잠재력 때문에 환경 친화적인 토양 개량제로 분류될 수 있습니다. 밀 식물 아래 오염된 석회질 토양.
농산업 잔류물은 식품 및 농업 산업에서 발생하는 다양한 폐기물로 정의됩니다1. 최근 환경문제로 인해 그 중요성이 높아지고 다양한 농업산업에서 발생하는 폐기물의 효율적인 활용에 대한 관심이 높아졌습니다.2 부산물로서 영양학적 가치가 간과되어서는 안 되기 때문에 폐기물이 아닌 잔류물로 식별되어야 합니다. 오염 위험. 이들의 관리는 천연자원 보존에 중요한 역할을 하며, 생성되는 엄청난 양과 오염물질 수준으로 인해 환경적, 경제적 우려를 나타냅니다. 따라서 환경으로 배출되는 물질과 관리 비용을 줄이기 위해 더 많은 연구가 필요합니다3. 또한 영양분과 생리 활성 성분이 풍부하여 천연 비료 및 바이오 연료 형성을 위한 원료로 관심을 끌고 있습니다1. 현재는 동물사료나 퇴비로 활용되고 있으며, 대부분 전통적 저성능 난로의 연료로 사용되거나 직접 연소되어 환경오염을 유발하는 경우가 많다. 이에 앞서 분해를 제어하고 환경 위험을 줄이기 위해 보다 친화적인 기술을 실험해야 합니다. 퇴비화 및 해충퇴비화는 비료로 사용되는 유익한 대안으로 입증된 제어된 분해 기술의 예입니다4,5,6. 토양에서의 분해는 보다 안정적인 유기 형태를 형성하는 강력한 중합 입자의 형성을 가능하게 합니다7. 그러나 폐기물 유형이나 혼합물의 특이성은 서로 다른 분해 과정을 거쳐 화학적, 생화학적 특성이 다른 다양한 최종 생성물을 생성할 수 있습니다5.
농산업 잔류물에 있는 전이 금속 함량은 작물 및 관련 잔류물에 축적될 수 있지만 허용 한도 미만의 비율로 종종 검출됩니다. 결과적으로, 그들은 재활용된 비료로 토양으로 돌아갈 수 있습니다. 그러나 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni)과 같은 필수 원소는 미량 영양소로서 식물에 유익한 반면8, 카드뮴(Cd)과 같은 비필수 금속은 토양에서 자연적으로 발생하는 납(Pb), 비소(As), 수은(Hg) 및 크롬(Cr)은 작물에 매우 해로울 수 있습니다9,10. 본 연구는 관개 수질이 낮은 이집트 농경지에 자연적으로 존재하는 Cr, Cd 및 Pb의 생체 이용률 및 고정화를 조사하는 데 중점을 두었습니다. 이러한 금속 형태는 일반적으로 무기 토양 성분(탄산염, 황산염, 수산화물, 황화물) 및 산소와 결합하여 침전되거나 하전된(양성 또는 음성) 형태를 형성하기 때문에 양이온(즉, Cd 및 Pb) 및 음이온(Cr) 종으로 존재합니다. 복합체(CrO42−)11. 비필수 금속의 독성은 고농도에서 증가할 수 있으며 미생물 분해에 대한 저항성으로 인해 환경 품질과 인간 건강에 큰 우려를 제기할 수 있습니다12. 이들 잔류물을 퇴비화한 후 토양에 개량된 안정화된 유기물은 킬레이트화된 유기금속 복합체를 형성하는 비필수 요소의 고정화에 관련 역할을 할 수 있습니다. 유기 결합에 의한 금속 복합화로 인해 이동성과 가용성이 크게 저하될 수 있습니다13. 그러나 킬레이트제와 금속의 화학적 성질은 복잡하며14 염도, pH, 산화환원 전위 및 점토 광물과 같은 토양 요인의 영향을 받을 수 있으며, 후자는 흡착 메커니즘16에 의한 금속 고정화에 중요합니다. 점토와 유기물로 인한 금속 흡착 메커니즘 외에도 알칼리성 조건에서 탄산염과 산화물이 풍부한 토양에서 금속 침전이 발생할 수 있습니다. 금속 분획은 탄산칼슘의 활성에 따라 알칼리성 석회질 토양에서 탄산염 형태로 침전될 수 있습니다. 그러나 황산염은 토양 pH 및 산화환원 조건에 따라 황산염과 칼슘의 가교 효과로 인해 금속 이온을 토양으로 방출할 수도 있습니다.
0.50 from soluble sodium, SAR, PbCAR, CrCAR, CrRES, mobility of Cr, Cd, and Pb, Pb uptake in grains, and bioaccumulation factor of Cd and Pb. The positive factor scores contributed to these parameters were from the control (1.64), NPK50 (0.90), Cp+NPK0 (0.98), and Cp+NPK50 (0.20) treatments emphasizing the negative influences of mineral fertilizers to increase metals bioavailability and mobility and consequently their uptake by plant grains. Negative loadings > −0.50 were from EC, SOC, TN, PAV, K, CrORG, PbORG, plant height, wheat straw, grain yield, biological yield, and NPK in grains. The negative factor scores contributed to these parameters were from Vp+NPK100 (−1.43), Vp+NPK50 (−1.02), Cp+NPK100 (−0.58), Vp (−0.49), and NPK100 (−0.10) treatments indicating the contribution of vermicompost in increasing soil organic reserve, the immobilization of Cr and Pb, and consequently increase crop yield and quality (NPK contents in grains) compared to compost5,6./p> −0.50 were from SOC and organic fractions of Cr, Cd, and Pb with the highest negative factor scores from Vp (−1.33), Cp (−0.89) emphasizing the immobilized fraction formation under compost and vermicompost. Intermediate negative factor scores were from Vp+NPK50 (−0.50) and Cp+NPK50 (−0.18) and positive scores from Cp+NPK100 (0.46) and Vp+NPK100 (0.02) corroborating the negative impacts of NPK, combined with Cp and Vp, on the immobilization of trace metals to increase their uptake by plants./p> 0.50 from soil pH with the highest factor scores from control, NPK50, and NPK100. The high negative loadings > −0.50 were from SOC and organic fractions of Cr, Cd, and Pb, the residual fraction of Pb, the total content of Cr and Pb in soil, and harvest index with the highest factor scores from Cp, Cp+NPK50, and Cp+NPK100./p> 0.50 from soluble sodium, calcium, magnesium, available and residual fractions of Cr, Cd, and Pb, Fe–Mn oxide fraction of Cr and Pb, mobility and total content of Cr, Cd, and Pb in soil, uptake of Cr, Cd, and Pb by plant grains and their bioaccumulation factor. The highest factor scores for this factor were from NPK50 (1.5), NPK100 (0.73), Cp+NPK50 (0.39), and Cp+NPK100 (0.95) emphasizing the negative effects of mineral fertilizers to increase the availability of these metals and thus reducing their immobilization even when combined with compost. Along with the organic treatments, inhibition of Cd availability occurred which reduces the harmful effects of cadmium on growth. The highest positive factor scores from Cp+NPK50 (0.39) and Cp+NPK100 (0.95) with low pH values due to the organic additives, increasing metals solubility to become more available to plants36. The high negative loading was only from TN with the highest contribution from Vp (−1.68), Vp+NPK50 (−0.95), Vp+NPK100 (−0.03), and Cp (−0.53) with high available N forms./p> 0.50 from soluble sodium, SAR, available and Fe–Mn oxide fractions of Pb, mobility factor of Cr and Pb, and harvest index. The relevant factor scores were from the control (1.26), NPK50 (0.79), and NPK100 (0.30). The high negative loadings were from EC, TN, PAV, K+, organic fraction of Cr, Cd, and Pb, Fe–Mn oxide fraction of Cd, plant height, wheat straw, grain yield, biological yield, and NPK uptake in grains. The highest factor scores were from Cp+NPK100 (−0.73), Cp+NPK50 (−0.06), Vp+NPK100 (−1.73), and Vp+NPK50 (−1.06). It can seem that plant height, wheat straw, grain yield, biological yield, and NPK uptake in grains variables moved to the second factor under contaminated treatments, in the second run, indicating that the increased sensitivity of plant yield to the addition of Pb, Cd, and Cr ions in soils as these parameters in parallel moved to the organic bound fractions of these metals and sodium adsorption capacity. The third factor explained 8% of the total variance with high positive loadings > 0.50 from soil pH, carbonates, and Fe–Mn oxide bound fractions of Cr and Pb and their mobility factor. Factor scores related to these parameters were from control (1.28), NPK50 (0.78), NPK100 (0.57), Vp+NPK50 (0.66), and Vp+NPK100 (0.37). The high negative loadings were from SOC and PbORG with the highest contribution from Cp (−1.72), Cp+NPK50 (−1.08), Cp+NPK100 (−0.84), and vermicompost (−0.02)./p>OXD>CAR>RES>EX for chromium, ORG>RES>OXD>CAR>EX for cadmium, and ORG>OXD>CAR>RES>EX for lead, giving the massive amount for the organically bounded fractions. Due to complexation and adsorption or precipitation, the metal bonds with organic and oxides or in the residual fractions became not readily available for plants. Accordingly, these recycled amendments can mitigate the risk of contamination in the food chain by decreasing metal availability in soil and their uptake by the plant. Further research is needed to account for the importance of amendments in decreasing metal entry into the food chain and to assess their risks to human health. It is planning to produce a datasheet for the recycled agro-industrial residues to approve their efficiency as recommended soil amendments./p>200 g kg−1 with a reading accuracy of 1 g kg−1)./p>
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