Dissolução aprimorada de arsênico em solos anaeróbicos após aplicação de corretivo orgânico: detergente ácido

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 217 (2023) Citar este artigo

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A aplicação de corretivos orgânicos (OAMs) muitas vezes aumenta a dissolução do arsênico (As) em solos de arroz. Portanto, compreender as propriedades dos OAMs que determinam a extensão da dissolução do As é essencial para o manejo adequado do solo. Uma vez que a dissolução aumenta com a diminuição do potencial redox do solo causado pela respiração microbiana, a decomposição dos OAMs pode ser um fator crítico no controle da dissolução do As em solos alterados. Nossa hipótese é que o conteúdo de matéria orgânica solúvel em detergente ácido (ADSOM, composto principalmente de matéria orgânica não fibrosa e hemicelulose) em OAMs pode ajudar a estimar o potencial dos OAMs na aceleração da dissolução de As em solos com adição de OAMs. Portanto, dois tipos de solo contrastantes, Andosol e Fluvisol, foram misturados com 24 OAMs diferentes e submetidos à incubação anaeróbica durante 14 semanas. Mudanças no Eh do solo e no conteúdo de As dissolvido foram monitoradas durante todo o período de incubação, e as espécies de As em fases sólidas e os conteúdos de ferro ferroso (Fe (II)) nos solos foram medidos após 2 e 6 semanas de incubação. Quanto maior o teor de ADSOM em solos com OAMs, maior será o teor de As dissolvido nos solos e menores serão os valores de Eh. O As dissolvido também se correlacionou positivamente com a proporção de As(III) nas fases sólidas e o teor de Fe(II) após 2 e 6 semanas de incubação, indicando que a decomposição do ADSOM levou à redução das condições do solo, promovendo assim a redução de As(V) e óxidos de Fe contendo As e subsequente dissolução de As. Os resultados foram consistentes entre os dois tipos de solos, apesar do teor de As dissolvido no Andosol ser duas ordens inferior ao do Fluvisol. Este é o primeiro estudo a demonstrar que o ADSOM pode ser um indicador proeminente do potencial dos OAMs, para promover a dissolução do As, quando aplicado em solos arrozais.

O arsênio (As) existe onipresente nos solos como As inorgânicos e espécies orgânicas. Os solos nos arrozais sofrem inundações durante parte do período de cultivo, o que cria condições propícias para as plantas de arroz absorverem As dos solos1. A inundação prolongada do solo causa um aumento nas concentrações de As dissolvido em solos de arroz. A respiração dos microrganismos do solo diminui o potencial redox do solo, resultando na redução de As(V) para As(III) nos solos. Tanto o As(V) quanto o As(III) são absorvidos por uma ampla gama de minerais do solo, como óxidos de Fe, minerais de alumínio (Al) e minerais argilosos2,3,4. No entanto, a sorção de As(III) nestes minerais é muito menor do que a de As(V)2,5,6, embora quantidades comparáveis ou maiores de As(III) do que As(V) sejam sorvidas em óxidos de Fe em pH próximo do neutro7 ,8. Além disso, a coexistência de matéria orgânica dissolvida (DOM) e ânions dissolvidos aumentam à medida que a dissolução dos solos e materiais relacionados compete por locais de sorção com As9,10,11, e isso ocorre mais significativamente para As(III) do que para As(V). em pHs fracamente ácidos a neutros8,10. Assim, a redução de As(V) para As(III) resulta na dissolução de As das fases sólidas do solo. Considera-se também que a liberação de As de solos anaeróbicos surge da dissolução redutiva de óxidos de Fe contendo As, uma vez que As e Fe estão intimamente e positivamente relacionados nas soluções do solo . No entanto, estudos recentes demonstraram que a redução dos óxidos de Fe contendo As nem sempre causa um aumento no conteúdo de As dissolvido porque o As liberado é incorporado nas fases secundárias de Fe recém-formadas ; no entanto, a redução prolongada e a dissolução dos óxidos de Fe eventualmente causam a liberação de As na fase de solução do solo .

O uso suplementar de corretivos orgânicos (OAMs) em solos arrozais foi recentemente reavaliado para melhorar suas propriedades químicas e status de nutrientes para o cultivo de arroz17,18. O uso de OAMs em arrozais é benéfico porque ajudam a reduzir a necessidade ou a substituir fertilizantes químicos; no entanto, a sua capacidade de solubilizar As é motivo de preocupação. Embora os OAMs possam acelerar os processos de redução e aumentar o teor de MOD nos solos, a aplicação de OAMs diminui o conteúdo de As disponível, diminuindo assim as concentrações de As nas plantas de arroz . Isso pode ocorrer porque o As é fixado com substâncias húmicas ou complexado com o DOM21,22, enquanto - e isso provavelmente acontece com mais frequência- a aplicação de OAM dissolve mais As na fase de solução dos solos anaeróbicos e aumenta a absorção de As pelas plantas de arroz23,24. Suda e Makino demonstraram que o aumento na dissolução de As em solos anaeróbicos com a aplicação de OAMs poderia ser explicado pela aceleração da redução do solo intimamente associada à biodecomponibilidade dos OAMs aplicados (ou seja, desprendimento de As induzido pela redução de As(V ) e óxidos de Fe contendo As), e não pelo aumento no conteúdo de substâncias concorrentes para locais de sorção.

90%) dissolved As appeared as As(III) at higher dissolved As concentrations (> 10 μg kg−1), thus supporting previous observation39./p> 0.936, p < 0.001 for both types of soils; Fig. 4). Notably, cumulative dissolved As in A-soil responded to the application of OAMs to a lesser extent compared to that in F-soil. According to the rough estimation from Fig. 4, cumulative dissolved As doubles when 0.5% wt of an OAM containing 100 g kg−1 of ADSOM is added to F-soil, and an OAM containing 250 g kg−1 ADSOM is added to A-soil. However, the ratios of cumulative dissolved As for F-soil and A-soil were highly rank-correlated (rs = 0.977, p < 0.001) despite their contrasting properties and the difference in their sensitivity to OAM applications. These results corroborated that the ADSOM content of OAMs could be used as an indicator to select appropriate OAMs based on their potential to increase the ratio of As dissolution against OAM-free soils irrespective of their properties. Note that total As contents and soil properties such as mineralogy should be considered while evaluating the absolute values of dissolved As./p> 0.905, p < 0.01 for F-soil, rs > 0.857, p < 0.05 for A-soil), as well as a decrease in soil redox potential (Supplementary Table S3). Moreover, there is a strong positive rank correlation between As(III) in solid phases and dissolved As in soils (Figs. 5 and 7; rs > 0.967, p < 0.001 for F-soil, rs > 0.850, p < 0.01 for A-soil), which is consistent with a previous study13 since the affinity of As(III) for soil solid phases is generally lower than that of As(V)39,45. Thus, ADSOM in applied OAMs was demonstrated to enhance As(V) reduction and subsequent As dissolution through its microbial decomposition during anaerobic conditions./p>