Усиленное растворение мышьяка в анаэробных почвах при внесении органической добавки: кислотного моющего средства.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 217 (2023) Цитировать эту статью

597 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Внесение органических добавок (ОАМ) часто усиливает растворение мышьяка (As) в рисовых почвах. Таким образом, понимание свойств ОАМ, которые определяют степень растворения мышьяка, имеет важное значение для надлежащего управления почвой. Поскольку растворение As увеличивается с уменьшением окислительно-восстановительного потенциала почвы, вызванным микробным дыханием, разлагаемость ОАМ может быть критическим фактором, контролирующим растворение As в измененных почвах. Мы предположили, что содержание органического вещества, растворимого в кислых детергентах (ADSOM, в основном состоящего из неволокнистого органического вещества и гемицеллюлозы) в ОАМ, может помочь оценить потенциал ОАМ в ускорении растворения As в почвах с добавленными ОАМ. Поэтому два контрастных типа почвы, Andosol и Fluvisol, были смешаны с 24 различными OAM и подвергнуты анаэробной инкубации в течение 14 недель. За изменением содержания Eh и растворенного As в почве следили на протяжении всего инкубационного периода, а содержание видов As в твердых фазах и содержания двухвалентного железа (Fe(II)) в почвах измеряли через 2 и 6 недель инкубации. Чем выше содержание АДСОМ в почвах с ОУМ, тем выше содержание растворенного мышьяка в почвах и ниже значения Eh. Растворенный As также положительно коррелировал с долей As(III) в твердых фазах и содержанием Fe(II) после 2 и 6 недель инкубации, указывая на то, что разложение ADSOM приводило к улучшению состояния почвы, тем самым способствуя снижению As(V). и As-содержащие оксиды Fe и последующее растворение As. Результаты были одинаковыми для двух типов почв, несмотря на то, что содержание растворенного мышьяка в Andosol было на два порядка ниже, чем в Fluvisol. Это первое исследование, демонстрирующее, что ADSOM может быть ярким индикатором потенциала ОАМ в плане содействия растворению As при их применении на рисовых почвах.

Мышьяк (As) повсеместно присутствует в почвах в виде неорганического мышьяка и органических соединений. Почвы на рисовых полях подвергаются затоплению в течение части периода выращивания, что создает благоприятные условия для поглощения рисом растений As из почвы1. Длительное затопление почвы приводит к увеличению концентрации растворенного мышьяка в рисовых почвах. Дыхание почвенных микроорганизмов снижает окислительно-восстановительный потенциал почвы, что приводит к восстановлению As(V) в почвах до As(III). И As(V), и As(III) сорбируются широким спектром почвенных минералов, таких как оксиды железа, минералы алюминия (Al) и глинистые минералы2,3,4. Однако сорбция As(III) на этих минералах значительно ниже, чем у As(V)2,5,6, хотя As(III) в сопоставимых или больших количествах, чем As(V), сорбируется на оксидах железа при pH, близком к нейтральному7. ,8. Кроме того, сосуществующие растворенные органические вещества (РОВ) и растворенные анионы увеличивают растворение As из почв и родственных материалов, конкурируя за места сорбции с As9,10,11, и это более существенно происходит для As(III), чем для As(V). при pH от слабокислого до нейтрального 8,10. Таким образом, восстановление As(V) до As(III) приводит к растворению As из твердых фаз в почве. Считается, что высвобождение As из анаэробных почв происходит в результате восстановительного растворения оксидов железа, содержащих As, поскольку As и Fe тесно и положительно связаны в почвенных растворах12,13. Однако недавние исследования показали, что восстановление оксидов железа, содержащих мышьяк, не всегда приводит к увеличению содержания растворенного мышьяка, поскольку высвободившийся мышьяк включается во вновь образующиеся вторичные фазы железа14,15; тем не менее, длительное восстановление и растворение оксидов Fe в конечном итоге приводит к высвобождению As в фазу раствора в почве16.

Дополнительное использование органических добавок (ОАМ) в рисовых почвах недавно было пересмотрено с целью улучшения их химических свойств и питательного статуса при выращивании риса17,18. Использование ОАМ на рисовых полях выгодно, поскольку они помогают либо снизить потребность в химических удобрениях, либо заменить их; однако их способность растворять As вызывает беспокойство. Хотя ОАМ могут ускорить процессы восстановления и увеличить содержание РОВ в почве, применение ОАМ снижает содержание доступного мышьяка, тем самым снижая концентрацию мышьяка в растениях риса19,20. Это может произойти из-за того, что As фиксируется гуминовыми веществами или образует комплекс с DOM21,22, тогда как – и это, вероятно, происходит чаще – применение ОАМ растворяет больше As в фазе раствора анаэробных почв и увеличивает поглощение As растениями риса23,24. Суда и Макино25 продемонстрировали, что увеличение растворения As в анаэробных почвах при применении ОУМ можно объяснить ускорением восстановления почвы, тесно связанным с биоразлагаемостью применяемых ОУМ (т.е. отслоением As, вызванным восстановлением As(V ) и As-содержащих оксидов железа), а не увеличением содержания конкурирующих веществ за места сорбции.