Restauration des sols contaminés en HAP par le mélange de composites zéolithiques mélangés à de la matière organique exogène et des sels minéraux

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14227 (2023) Citer cet article

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La principale cause de dégradation des sols (contamination, érosion, compactage) est étroitement liée à l'agriculture, c'est-à-dire aux pratiques agricoles non durables, qui se traduisent par l'épuisement du réservoir de carbone organique du sol, la perte de biodiversité des sols et la réduction de la capacité de puits de C dans les sols. sols. Par conséquent, la pratique agricole consistant à appliquer des matériaux riches en carbone dans le sol constitue une solution intéressante pour l’atténuation du changement climatique et la durabilité des écosystèmes des sols. L'article visait à évaluer l'efficacité de l'ajout de mélanges organiques-minéraux aux sels minéraux (NPK), y compris la matière organique exogène (lignite) mélangée à de la zéolite-carbone (NaX-C) ou de la zéolite-vermiculite (NaX-Ver). composites dans la restauration des sols contaminés par les HAP. L'ajout de composites de zéolite aux engrais a entraîné une réduction significative des niveaux de HAP dans le sol et une réduction correspondante de la teneur en tissus végétaux, sans compromettre les rendements, par rapport au contrôle et à l'application séparée de NPK. Une corrélation significative entre les HAP et pHH2O, pHKCl, EC et l'activité déshydrogénase (DhA) a été trouvée dans les sols. L’ajout de composites zéolitiques au lignite a réduit significativement la teneur en HAP des pailles, notamment suite à l’application de NaX-C. Cependant, dans le cas des céréales, le pourcentage de réduction le plus élevé par rapport au NPK a été observé pour la dose la plus élevée de NaX-Ver.

On estime qu'un tiers des sols de la planète sont modérément à fortement dégradés1. Parmi tous les types de dégradation des sols, la dégradation chimique des sols (causée par la présence de métaux lourds, de contaminants organiques, etc.) est reconnue comme l'une des plus répandues dans le monde2, et son nombre croissant est étroitement lié aux pratiques agricoles non durables qui se traduisent par l'épuisement des sols. du réservoir de carbone organique du sol (COS), perte de biodiversité du sol, diminution de la fertilité du sol et déséquilibre élémentaire3.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) constituent un vaste groupe de composés organiques hydrophobes persistants contenant au moins deux cycles aromatiques4. Ils peuvent être classés en fonction de leur nombre de cycles benzéniques en deux groupes : 2 à 3 cycles pour les faibles poids moléculaires (LMW) et 4, 5 et 6 cycles pour les poids moléculaires élevés (HMW)5. L’accumulation massive de HAP dans les sols entraîne de graves problèmes agricoles et environnementaux dans le monde entier6. Les HAP présents dans les cultures peuvent avoir des effets néfastes directs sur la qualité et la sécurité des produits agricoles et entraîner des risques potentiels pour la santé humaine7. Ces polluants sont hautement toxiques pour les micro-organismes du sol8. Les micro-organismes et les enzymes du sol peuvent décomposer les chaînes cycliques benzéniques des HAP9. Par exemple, l’activité déshydrogénase (DhA) peut être utilisée pour évaluer les performances de dégradation10. Il a également été démontré que les micro-organismes peuvent participer à la régulation de la décomposition et du stockage du COS, jouant ainsi un rôle important dans le renouvellement de la matière organique et le cycle des nutriments11. Les sols fortement contaminés sont généralement pauvres en matière organique (MOS) et en activité microbienne. La MOS, souvent estimée et exprimée en tant que SOC12, agit comme un important puits de carbone, et l'agriculture carbonée est l'une des pratiques de gestion des terres qui réduisent les émissions de gaz à effet de serre et augmentent la séquestration et le stockage du carbone dans les sols et la végétation13,14. De plus, c’est l’un des composants les plus importants du sol, essentiel au maintien de niveaux élevés de production alimentaire15. Malheureusement, le taux actuel de perte de carbone est dû. les pratiques agricoles non durables correspondent à 1,5 (1,0/1,8) GT de carbone par an16.

Pour restaurer l’aptitude agricole appropriée des sols, les sols dégradés doivent être réhabilités et conservés à l’aide d’approches simples et rentables17. Ces approches devraient également inclure l'agriculture durable, qui recommande de réduire la quantité d'engrais chimiques utilisés dans leur secteur sans compromettre les rendements et de promouvoir des techniques qui génèrent des co-bénéfices en termes d'adaptation, d'atténuation et d'augmentation de la production alimentaire18.

0.05) were observed between types of fertilization (Table 2). The EC value was the lowest for C9L6 (305.25 ± 60.52 µS cm−3). Generally, in all soils with fertilization, the DhA was lower compared to the control (0.85 μg TPF g−1 h−1), except for C9L6. There were no significant differences in the TOC between control and fertilized objects, except C3L3. Additionally, there was a positive correlation between DhA and TOC (0.60, p < 0.05). The BC varied in soils from 5.49 ± 0.39 for V3L3 to 6.50 ± 0.42 for C3L3. The TN did not vary between variants. The ratio TOC:TN was higher for all variants with fertilization in comparison to the control, with the highest value for V3L3. Pearson’s correlation coefficients of the pH, EC, BC, TOC, DhA and 2, 3, 4, 5, and 6-rings PAHs are summarised in Table 3./p> 0.05) in comparison to the control. (1.45 ± 0.17) and ranged from 0.79 ± 0.05 mg kg−1 for C3L3 to 1.24 ± 0.29 mg kg−1 for V9L6./p> roots > grains. The 4-ringed PAHs were the most predominant group, and their highest content was observed in the straws (from about 72.2% in the C9L6 to 90.0% in the control). The application of both zeolite composites mixed with lignite significantly reduced the Σ16 PAHs in maize roots (from 8.21 to 30.5% and from 17.5 to 37.5% in comparison to control and NPK, respectively) with simultaneously no reduction in mass of roots. The application of both zeolite composites mixed with lignite significantly reduced the content of 6-rings of PAHs in roots by about 78.84% for C3L3 to 87.18% for V9L6 compared to NPK. In straws, the highest reduction of 4-, 5-, and 6-rings PAHs was observed for application of NaX-C, especially when applied at a higher dose (69.26%, 66.13%, 59.44%). For grains, the lowest content of Σ16 PAHs was observed for V9L6 (0.12 ± 0.02 mg kg−1). There was no grain yield in the control variant./p> 99.9% used for chromatographic analyses were purchased from Chemsolute. Standard of 16 PAHs in a 2000 μg ml−1 mixture solution in DCM (CRM47930), deuterated PAHs internal standard solutions (phenanthrene-d10 at concentration 2000 μg ml−1 in DCM) were obtained from Sigma-Aldrich. Standard working solutions of PAHs mixture, internal standard mixture and phenanthrene-d10 were diluted properly with dichloromethane (DCM) and prepared freshly before the analysis./p>

0.99; 0.5–12.5 μg mL−1) in solution, detection limits and procedural blank were carried out. Each calibration standard and sample contained an internal standard (100 μL of phenanthrene-d10 at a concentration of 40 μg mL−1). The recoveries ranged from 76 to 102% for individual PAHs. The reported results have been corrected for losses./p> 0.05) were used to explore differences between the samples. Pearson’s correlation coefficients were also calculated. All of the figures were prepared using OriginPro2022 (OriginLab Corporation)./p>