Imobilização de Cr3+, Cd2+ e Pb2+ adicionados a solo calcário corrigido com agro compostado

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8197 (2023) Citar este artigo

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A biodisponibilidade de metais traço em solos representa uma grande ameaça ao meio ambiente, especialmente com fertilizantes minerais maciços adicionados para aumentar o rendimento das plantas. Foi conduzido um experimento de parcela para avaliação da eficácia de composto e vermicomposto, reciclados de resíduos agroindustriais, na imobilização de cromo, cádmio e chumbo adicionados a solo calcário (contaminado artificialmente). Além disso, a eficiência de imobilização foi comparada com a ocorrência natural desses metais no solo sem adição de metais (solo não contaminado). Em ambos os solos, corretivos e fertilizantes minerais foram aplicados em três níveis diferentes sozinhos e combinados entre si. O delineamento experimental foi em blocos casualizados completos fatoriais utilizando contaminação, níveis de adubação orgânica e mineral e sua combinação como fatores categóricos. A distribuição das frações metálicas e sua biodisponibilidade nos solos e bioacumulação em grãos de trigo foram avaliadas. A alcalinidade do solo, os teores de carbono orgânico e nitrogênio do solo, fósforo disponível e micronutrientes do solo melhoraram significativamente sob vermicomposto e composto em comparação com fertilizante mineral e controle. O vermicomposto foi mais eficaz que o composto na redução da biodisponibilidade de metais em solos contaminados por aumentar as frações orgânicas imobilizadas, mas regrediu quando combinado com fertilizantes minerais. A biodisponibilidade dos níveis de metais que ocorrem naturalmente em solo não contaminado não mudou significativamente em comparação com o solo contaminado. Da mesma forma, o rendimento do trigo, a biomassa da planta e o enriquecimento de nutrientes nos grãos de trigo melhoraram devido à maior disponibilidade de nutrientes no solo. Esses resíduos agroindustriais compostados, subprodutos das indústrias alimentícias, podem ser classificados como corretivos ecológicos do solo por seu grande potencial de enriquecer os nutrientes do solo, reduzir a adição de fertilizantes minerais, aumentar o crescimento das plantas e estabilizar Cr, Cd e Pb em solos calcários contaminados sob plantas de trigo.

O resíduo agroindustrial é definido como os diversos resíduos gerados pelas indústrias alimentícia e agrícola1. Nos últimos anos, os problemas ambientais têm fortalecido sua importância e aumentado o interesse pelo uso eficiente de resíduos de diversas agroindústrias2 Como subprodutos, devem ser identificados como resíduos, e não desperdícios, devido ao seu valor nutricional que não deve ser negligenciado sem riscos de contaminação. A sua gestão desempenha um papel crucial na conservação dos recursos naturais e representa uma preocupação ambiental e económica devido às enormes quantidades geradas e aos seus níveis poluentes, pelo que são necessárias mais pesquisas para reduzir a sua descarga para o ambiente e os custos de gestão3. Além disso, são ricos em nutrientes e componentes bioativos e são de interesse como matéria-prima para a formação de fertilizantes naturais e biocombustíveis1. Atualmente, são utilizados como ração animal ou compostagem, sendo a maioria deles comumente utilizados como combustível em fogões tradicionais de baixo rendimento ou queimados diretamente contribuindo para a poluição ambiental. Diante disso, técnicas mais amigáveis ​​devem ser experimentadas para controlar sua decomposição e reduzir os riscos ambientais. A compostagem e a vermicompostagem são exemplos de técnicas de decomposição controlada que têm se mostrado alternativas benéficas para serem utilizadas como fertilizantes4,5,6. Sua decomposição no solo permite a formação de partículas polimerizantes fortes formando formas orgânicas mais estáveis7. No entanto, a singularidade dos tipos de resíduos ou misturas podem passar por diferentes processos de decomposição, produzindo assim diversos produtos finais que diferem em suas propriedades químicas e bioquímicas5.

O teor de metais de transição em resíduos agroindustriais tem sido frequentemente detectado em taxas abaixo dos limites permitidos, embora possam se acumular em culturas e resíduos relacionados. Consequentemente, podem retornar ao solo como fertilizantes reciclados. No entanto, enquanto elementos essenciais como ferro (Fe), manganês (Mn), cobre (Cu), zinco (Zn) e níquel (Ni) são benéficos para as plantas como micronutrientes8, metais não essenciais como cádmio (Cd), chumbo (Pb), arsênico (As), mercúrio (Hg) e cromo (Cr) ocorrem naturalmente no solo e podem ser altamente prejudiciais para as culturas9,10. Este estudo se concentrou em investigar a biodisponibilidade e imobilização de Cr, Cd e Pb como existem naturalmente nas terras agrícolas egípcias sob baixa qualidade da água de irrigação. Essas formas metálicas existem tipicamente como espécies catiônicas (ou seja, Cd e Pb) e aniônicas (Cr), pois se complexam com constituintes inorgânicos do solo (carbonatos, sulfatos, hidróxidos, sulfetos) e oxigênio para formar precipitados ou carregados (positivamente ou negativamente) complexos (CrO42-)11. A toxicidade de metais não essenciais pode aumentar em altas concentrações, colocando assim uma grande preocupação para a qualidade ambiental e saúde humana, devido à sua resistência à degradação microbiana12. A matéria orgânica estabilizada adicionada ao solo após a compostagem desses resíduos pode desempenhar um papel relevante na imobilização de elementos não essenciais formando complexos organometálicos quelatados. Devido à complexação do metal por ligações orgânicas, sua mobilidade e disponibilidade podem ser substancialmente diminuídas13. No entanto, a química dos quelantes e metais é complexa14 e pode ser influenciada por fatores do solo como salinidade, pH, potencial redox e argilominerais13,15, sendo estes últimos importantes na imobilização de metais por mecanismos de adsorção16. Além dos mecanismos de adsorção de metais atribuídos à argila e à matéria orgânica, a precipitação de metais pode ocorrer em solos ricos em carbonatos e óxidos sob condições alcalinas. Frações metálicas podem ser precipitadas em formas de carbonato em solos calcários alcalinos, dependendo da atividade do carbonato de cálcio. No entanto, os sulfatos também podem liberar íons metálicos no solo devido ao efeito de ponte do sulfato com o cálcio, dependendo do pH do solo e das condições redox17,18.