Maggiore dissoluzione dell'arsenico nei terreni anaerobici dopo l'applicazione di ammendanti organici: detergente acido

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 217 (2023) Citare questo articolo

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L'applicazione di ammendanti organici (OAM) spesso aumenta la dissoluzione dell'arsenico (As) nelle risaie. Pertanto, comprendere le proprietà degli OAM che determinano l’entità della dissoluzione dell’As è essenziale per un’adeguata gestione del suolo. Poiché la dissoluzione dell'As aumenta con la diminuzione del potenziale redox del suolo causato dalla respirazione microbica, la decomponibilità degli OAM potrebbe essere un fattore critico che controlla la dissoluzione dell'As nei suoli modificati. Abbiamo ipotizzato che il contenuto di materia organica solubile in detergente acido (ADSOM, composto principalmente da materia organica non fibrosa ed emicellulosa) negli OAM possa aiutare a stimare il potenziale degli OAM nell'accelerare la dissoluzione dell'As nei terreni con OAM aggiunti. Pertanto, due tipi di terreno contrastanti, Andosol e Fluvisol, sono stati miscelati con 24 diversi OAM e sottoposti a incubazione anaerobica per 14 settimane. I cambiamenti nell'Eh del suolo e nel contenuto di As disciolto sono stati monitorati durante tutto il periodo di incubazione, e le specie di As nelle fasi solide e il contenuto di ferro ferroso (Fe(II)) nei suoli sono stati misurati dopo 2 e 6 settimane di incubazione. Maggiore è il contenuto di ADSOM nei terreni con OAM, maggiore è il contenuto di As disciolto nei suoli e minori sono i valori Eh. L'As disciolto era anche correlato positivamente con la proporzione di As(III) nelle fasi solide e con il contenuto di Fe(II) dopo 2 e 6 settimane di incubazione, indicando che la decomposizione di ADSOM ha portato alla riduzione delle condizioni del suolo, promuovendo così la riduzione di As(V) e ossidi di Fe contenenti As e successiva dissoluzione dell'As. I risultati erano coerenti tra i due tipi di terreno, nonostante il contenuto di As disciolto nell'Andosol fosse due ordini inferiore a quello del Fluvisol. Questo è il primo studio a dimostrare che ADSOM può essere un indicatore importante del potenziale degli OAM, nel promuovere la dissoluzione dell'As, quando applicato alle risaie.

L'arsenico (As) esiste ubiquitariamente nei suoli come As inorganico e specie organiche. I terreni nelle risaie subiscono inondazioni durante parte del periodo di coltivazione, il che crea condizioni favorevoli affinché le piante di riso assorbano As dal suolo1. L'allagamento prolungato del suolo provoca un aumento delle concentrazioni di As disciolto nelle risaie. La respirazione dei microrganismi del suolo diminuisce il potenziale redox del suolo, con conseguente riduzione dell'As(V) ad As(III) nel suolo. Sia l'As(V) che l'As(III) vengono assorbiti da un'ampia gamma di minerali del suolo, come ossidi di Fe, minerali di alluminio (Al) e minerali argillosi2,3,4. Tuttavia, l'assorbimento di As(III) su questi minerali è molto inferiore a quello di As(V)2,5,6, sebbene quantità comparabili o maggiori di As(III) rispetto ad As(V) siano assorbite sugli ossidi di Fe a pH quasi neutro7 ,8. Inoltre, la materia organica disciolta (DOM) coesistente e gli anioni disciolti aumentano la dissoluzione dell'As dal suolo e dai materiali correlati competendo per i siti di assorbimento con As9,10,11, e questo avviene in modo più significativo per As(III) che per As(V) in pH da debolmente acidi a neutri8,10. Pertanto la riduzione dell'As(V) ad As(III) determina la dissoluzione dell'As dalle fasi solide nel suolo. Si ritiene inoltre che il rilascio di As da terreni anaerobici derivi dalla dissoluzione riduttiva degli ossidi di Fe contenenti As, poiché As e Fe sono strettamente e positivamente correlati nelle soluzioni del suolo12,13. Tuttavia, studi recenti hanno dimostrato che la riduzione degli ossidi di Fe contenenti As non sempre provoca un aumento del contenuto di As disciolto perché l'As rilasciato viene incorporato nelle fasi Fe secondarie appena formate14,15; tuttavia, la riduzione prolungata e la dissoluzione degli ossidi di Fe alla fine causano il rilascio di As nella fase di soluzione nel suolo16.

L'uso supplementare di ammendanti organici (OAM) nelle risaie è stato recentemente rivalutato per migliorarne le proprietà chimiche e lo stato dei nutrienti per la coltivazione del riso17,18. L'uso degli OAM nelle risaie è vantaggioso in quanto aiutano a ridurre la necessità o a sostituire i fertilizzanti chimici; tuttavia, la loro capacità di solubilizzare l'As è motivo di preoccupazione. Sebbene gli OAM possano accelerare i processi di riduzione e aumentare il contenuto di DOM nei suoli, l'applicazione degli OAM diminuisce il contenuto di As disponibile, abbassando così le concentrazioni di As nelle piante di riso19,20. Ciò può verificarsi perché l’As è fissato con sostanze umiche o complessato con DOM21,22, mentre – e questo probabilmente accade più frequentemente – l’applicazione di OAM dissolve più As nella fase di soluzione dei terreni anaerobici e migliora l’assorbimento di As da parte delle piante di riso23,24. Suda e Makino25 hanno dimostrato che l'aumento della dissoluzione dell'As nei terreni anaerobici con l'applicazione degli OAM potrebbe essere spiegato dall'accelerazione della riduzione del suolo strettamente associata alla biodecomponibilità degli OAM applicati (ovvero, il distacco dell'As indotto dalla riduzione dell'As(V ) e ossidi di Fe contenenti As), piuttosto che dall'aumento del contenuto di sostanze concorrenti per i siti di assorbimento.