Mutual Cu, Fe and Mn solubility control under differentiated soil moisture status

• Autorzy: Diatta J B

Warianty tytułu

PL

Wzajemna kontrola rozpuszczalnosci Cu, Fe i Mn w warunkach zroznicowanego uwilgotnienia gleby

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of three different moisture statuses, i.e., 150, 200 and 300% FWC (Field Water Capacity) on copper (Cu), iron (Fe) and manganese (Mn) solubility and solution activity was investigated on soil samples characterised by different levels of copper contamination. Soils (200 g) were weighted into polyethylene containers (500 cm3) and amounts of bidistilled water were properly added to reach the targeted moisture status of 150, 200 and 300% of the FWC. The incubation was held under laboratory conditions at the temperature of 19-20oC for a period of 30 days. Supernatants (10 cm3) were collected at given intervals of time, filtered and analysed for pH (potentiometrically) as well as for Cu, Fe, and Mn (spectrophotometrically). It was found that the activity of Cu2+ ions decreased gradually with increasing pH of the solution, irrespective of the moisture status and that this process was more pronounced for 150 and 200% than for 300% FWC. The activity of Fe varied in a narrow range i.e. –5.0 and –6.0 molcdm-3 and was related to pH changes (in the range 4.0-7.5). The impact of increased moisture status on the solubility process was less pronounced. Further studies should be undertaken in order to elucidate such Fe behaviour. Manganese solution activity varied mostly between – 4.0 and –7.0 molcdm-3, and was found to be less sensitive to pH changes. But it must be pointed out that the effect of high pH on the increase of Mn activity was limited, which implied that Mn2+ activity was moisture-dependent, basically. Care should be taken to avoid any submersion of soils subjected to contamination or pollution by trace metals, since any excess of stagnant water (anoxic conditions) leads to increased solubility and simultaneous activity of trace metals in the solution. This process is greatly strengthened by significant amounts of soil-born Fe and organic matter.

PL

W pracy przedstawiono wpływ trzech różnych stanów uwilgotnienia gleby, tzn. 150, 200 i 300% PPW (polowej pojemności wodnej), na dynamikę rozpuszczalności oraz aktywność miedzi (Cu), żelaza (Fe) i manganu (Mn) w glebach o zróżnicowanym stopniu zanieczyszczenia miedzią. Próbki gleb o masie 200 g umieszczono w polietylenowych pojemnikach (500 cm3), do których dodano odpowiednią ilość wody podwójnie destylowanej w celu zapewnienia właściwej wilgotności, tj. 150, 200 i 300% PPW. Zawartość pojemników inkubowano w warunkach laboratoryjnych w temp. 19-20 st.C przez okres 30 dni. W wyznaczonych odstępach czasu pobrano roztwory znad gleby (10 cm3), przesączono i oznaczono w nich pH (potencjometrycznie) oraz Cu, Fe i Mn (spektrofotometrycznie). Wykazano, że aktywność jonów Cu2+ malała stopniowo wraz ze wzrostem pH roztworów, niezależnie od stanu uwilgotnienia, z tym że ten proces zaznaczył się bardziej w przypadku 150 i 200% PPW w porównaniu z 300% PPW. Aktywność Fe wahała się w wąskim przedziale, tzn. —5.0 i —6.0 molcdm-3, i zależała od zmian pH między 4,0 a 7,5. Ponadto, należy zaznaczyć, że wzrost uwilgotnienia na jego rozpuszczalność był słabo zaznaczony. Dalsze badania powinny być przeprowadzone w celu wyjaśnienia takiego zachowania żelaza. Aktywność manganu w roztworze wahała się między — 4,0 a —7,0 molcdm-3 i była mniej wrażliwa na zmiany pH. Należy podkreślić, że wpływ wysokiego pH na wzrost aktywności Mn był ograniczony, co oznacza tym samym zależność aktywności jonów Mn2+ od uwilgotnienia gleby. Należy ostrożnie postępować z glebami zanieczyszczonymi lub skażonymi pierwiastkami śladowymi w celu uniknięcia ich zatapiania, gdyż nadmiar stojącej wody (warunki beztlenowe) prowadzi do wzrostu rozpuszczalności i jednocześnie aktywności tych metali w roztworze. Ten proces jest zdecydowanie silniejszy w warunkach występowania znacznych ilości Fe i materii organicznej.

Słowa kluczowe

EN

copper; iron; manganese; solubility; solution pH; metal activity; soil moisture; moisture status; control; soil contamination

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2008
• Tom: 13
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.473-489,fig.,ref.

Twórcy

autor

Diatta J B

• Poznan University of Life Sciences, Wojska Polskiego 71F, 60-625 Poznan, Poland

Bibliografia

• Abd-Elfattah A., Wada K. 1981. Adsorption of lead, copper, zinc, cobalt and cadmium by soils that differ in cation exchange materials. J. Soil Sci., 32: 271-283.
• Atta K.H.S., Mohammed A.S., Van Cleemput O., Zayed A. 1996. Transformations of iron and manganese under controlled Eh, Eh-pH conditions and addition of organic matter. Soil Technol., 9: 223-237.
• Barrow N.J., Bowden J.W., The Late Posner A.M., Quirk J. P. 1981. Describing the adsorption of copper, zinc and lead on variable charge mineral surface. Aust. J. Soil Res., 19: 309-321.
• Brady C.N. 1984. The nature and properties of soils. 9th Ed. Macmillan Publ. Comp., NY, 125 p.
• Carter D.L., Mortland M.M., Kemper W.D. 1986. Specific surface. In: Methods of soils analysis. Part I. Physical and mineralogical methods. A Klute ed., 2nd ed.; Monogr. 9 ASA and SSSA, Madison, WI, 413-423 p.
• Chuan M.C., Shu G.Y., Liu J.C. 1996. Solubility of heavy metals in a contaminated soil. Effects of redox potential and pH. Wat, Air Soil Pollut., 90: 543.
• Diatta J.B., Grzebisz W., Wiatrowska K. 2004. Competivity, selectivity and heavy metals-induced alkaline cation displacement in soils. Soil Sci. Plant Nutr., 50 (6): 899-908.
• Dimirkou A., Papadopoulos P., Ioannou A., Fuleky G. 2002. Copper adsorption by bentonite and soils high in iron oxides. 17th WCSS Symp. No. 8, paper 1589 pp. 1-14. August 14-22, Thailand.
• Gotoh S., Patrick W.H. JR. 1972. Transformation of manganese in a waterlogged soil as affected by redox potential and pH. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 36: 738-748.
• Gotoh S., Patrick W.H. JR. 1974. Transformation of iron in a waterlogged soil as affected by redox potential and pH. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 38: 66-71.
• Hare L., Tessier A. 1996. Predicting animal cadmium concentrations in lakes. Nature, 360: 430-432.
• Harter R.D. 1983. Effect of soil pH on adsorption of lead, copper, zinc and nickel. Soil Sci. Soc. Am. J., 47: 47-51.
• Hassan M.A.M. 1990. Chemical equilibria and availabilities of iron and manganese in some Egyptian soils. PhD thesis (Summary). Suez Canal University, Ismailia, Egypt.
• Helios-Rybicka E. 1996. Impact of mining and metallurgical industries on the environment in Poland. Appl. Geochem., 11: 3-9.
• Helios-Rybicka E., Adamiec E. 2001. Total and bioavailable fraction of heavy metals in the Odra River solids. In: Biogeochemical processes and cycling of elements in the environment. Eds. Weber J., Drozd J., Karczewska A., 175-176 pp.
• Hendershot W.H., Duquette M. 1986. A simple barium chloride method for determining cation exchange capacity and exchangeable cations. Soil Sci. Soc. Am. J., 50: 605-608.
• Jarvis S.C. 1981. Copper sorption by soils at low concentration and relation to uptake by plants. J. Soil Sci., 32: 257-269.
• Kabata-Pendias A. 1993. Behavioral properties of traces metals in soils. Appl. Geochem. Suppl., 2: 2-9.
• Kabata-Pendias A., Motowicka-Terelak T., Piotrowska M., Terelak., Witek T. 1993. Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metalami ciężkimi i siarką. (Evaluation of the degree of soils and plants contamination by heavy metals and sulphur). Ramowe wytyczne dla rolnictwa (Guidelines for agriculture, 20 p.). IUNG — Puławy, str. 20.
• Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. (Biogeochemistry of trace elements, pp. 111 and 320). Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, str. 111 i 320.
• Kelly R.W., Wehrmann A.H., Holm R.T., Talbott L.J., Skowron M.L. 2003. Subsurface movement of zinc from contaminated dredge spoils at a periodically flooded site. Environ. Geol., 45: 23-34.
• King L.D. 1988. Retention of metals by several soils of the Southeastern United States. J. Environ. Qual., 17: 239.
• Lityński T., Jurkowska H., Gorlach E. 1962. Analiza chemiczno-rolnicza. Gleby i Nawozy. (Agricultural and chemical analysis. Soils and fertilizers, 162 pp.). Wyd. Nauk. PWN, str. 162.
• Ma L.q. Dong Y. 2004. Effects of incubation on solubility and mobility of trace metals in two contaminated soils. Environ. Pollut., 130: 301-307.
• Mcbride M.B., Sauve S., Hendershot W. 1997. Solubility control of Cu, Zn, Cd and Pb in contaminated soils. Eur. J. Soil Sci., 48: 337-346.
• Meianer S., Rennert T., Rinklebe J., Totsche K.U. 2008. Dissolved metals in a floodplain soil: comparison of soil solution, extract and soil column experiment data. Geophysical Research Abstracts. Vol. 10, EGU2008-A-07588, SRef-ID:1607-7962/gra, 2 p.
• Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 2000. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. (Genesis, Analysis and Soils Classification, 91-129 pp.). Wyd. AR Poznań (in Polish).
• Polish Standard 1994. Polish Standardisation Committee, ref. PrPN-ISO 10390 (E). Soil quality and pH determination. First edition.
• Ponnamperuma F.N. 1986. Behavior of trace elements as affected by redox processes. 8th Congr. Int. Soc. Soil Sci., 715-728 pp.
• Renner R. 1997. Rethinking water quality standards for metals toxicity. Environ. Sci. Tech., 31: 464-468.
• Ritchie G.S.P., Jarvis S.C. 1986. Effects of inorganic speciation on the interpret-tation of copper adsorption by soils. J. Soil Sci., 37: 205-210.
• Romkens P.F.A.M., Bril J., Salomons W. 1996. Interaction between Ca2+ and dissolved organic carbon: implications for metal mobilization. Appl. Geochem., 11: 109-115.
• Romkens P.F.A.M., Dolfing J. 1998. Effect of Ca on the solubility and molecular size distribution of DOC and Cu binding in soil solution samples. Environ. Sci. Technol., 32: 363-369.
• Saha J.K., Mandal B. 2000. Redistribution of copper in Alfisols under submergence. I. Native copper. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 31: 1111-1119.
• Schwab A.P., Lindsay W.L. 1983. The effect of redox on the solubility and availability of iron. Soil Sci. Soc. Am. J., 47: 201-205.
• Smith R.M., Martell A.E. 1976. Critical stability constants. Vol. 4. Inorganic complexes. Plenum Press, NY, 108 p.
• Spurgeon D.J., Hopkin S.P. 1996. Effects of variations of the organic matter content and pH of soils on the availability and toxicity of zinc to the earthworm Eisenia fetida. Pedobiologia, 40: 80-96.
• Thomas G.W. 1982. Exchangeable cations: Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbial properties (No. 9), ASA-SSSA. Second Ed. Edited by Page A.L., Miller R.H. and Keeney D.R., Madison, Wisconsin, USA, 159-165 pp.
• Wang G., Staunton S. 2005. Evolution of water-soluble copper in soil with time as a unction of organic matter amendments and aeration. Eur. J. Soil Sci., 10: 1-9.