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Tipo: Dissertação
Título: Plant affected lead speciation and availability in a soil contaminated by lead smelter
Especiação afetada por plantas e disponibilidade de chumbo em um solo contaminado por metalúrgica de chumbo
Autor(es): Amorim, Helen Carla Santana
Abstract: Soil contamination by lead (Pb) represents a relevant problem for public and environmental health worldwide. Pb chemical species determine its mobility in soil, its availability to plants, and therefore, its potential toxicity in the environment. Understanding the factors that affect Pb speciation in soil-plant system is vital to develop effective remediation techniques for contaminated sites. Thus, the main goal of this study was to assess Pb speciation in a soil contaminated by lead smelter particulate material and to relate it to availability to different plant species. Soil samples from a Typic Hapludert (0-5 and 5-15 cm) were collected in Santo Amaro, BA, Brazil, prepared to obtain the fine earth fraction (< 2 mm), had their physical, chemical and mineralogical properties determined. Total Pb concentration and Pb fractions in soil were determined. Due to their different total Pb concentrations, soil samples were named HPb and LPb, respectively. Soil samples were stored in plastic pots and used in a glasshouse experiment. It was arranged a randomized block design in a 2 x factorial scheme (3 + 1), corresponding to the two soil depths (HPb and LPb) and to the three plant species: eucalyptus (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis), brachiaria (Brachiaria brizantha cv. Marandu), mustard (Brassica juncea L.), and one control treatment without plant, with six replicates. After three months, plants were collected, separated in roots and shoots, and had the plant dry mass and the total Pb content in plant tissue determined. Soil samples adhered to the roots of the plant species composed the rhizosphere soil; soil samples of non-planted pots were considered bulk soil. Soil samples had the total Pb concentration and fractions again determined. Pb speciation was assessed by synchrotron-based x-ray absorption spectroscopy (XAS) only in bulk and rhizosphere soil samples from the 0-5 cm depth (HPb). Differences in Pb total concentration in soil, Pb fractions in soil, Pb content in plant material, and dry mass were tested using ANOVA followed by the Tukey test (p<0.05). XANES spectra were normalized, corrected, and the proportions of Pb species in soil samples were obtained through linear combination fitting (LCF). The cultivation of eucalyptus caused an increase in the total Pb concentration in rhizosphere soil from both soil depths investigated. The SEP demonstrated the predominance of Pb bound to Fe- and Mn- (hydr)oxides (Pb-Red) for rhizosphere and bulk soil samples. The cultivation of mustard and eucalyptus caused a decrease in the proportion of Pb-Red for both soil samples (HPb and LPb), respectively, indicating a possible dissolution of these compounds in soil. In terms of chemical speciation, bulk soil demonstrated the predomince of Pb- kaolinite species, followed by Pb-goethite and Pb-ferrihydrite. In rhizosphere soils, it was observed a decrease in the proportion of Pb-kaolinite species, the absence of Pb bound to Fe-(hydr)oxides species, and the presence of Pb acetate. This suggests that, under rhizosphere conditions, a possible dissolution of Pb bound to Fe-(hydr)oxides species, coupled to the complexation of Pb by low molecular weight organic acids may be occurring. The cultivation of mustard favored the lowest proportion of Pb-acetate in rhizosphere soil, and a higher Pb content in roots, indicating its potential as Pb accumulator specie. The cultivation of brachiaria favored the highest proportion of Pb- acetate in rhizosphere soil, and a lower Pb content in roots, indicating that the cultivation of this plant specie favors the accumulation of more soluble Pb species in soil. Eucalyptus accumulated the highest Pb stock in plant tissue, indicating its potential in phytoremediation studies. Our work confirms that the presence of plants and their associated rhizospheres alter Pb chemical speciation in soils. The presence of Pb soluble species in soil depends on the plant specie cultivated, and not necessarily represents a higher Pb uptake by plants.
A contaminação dos solos por chumbo (Pb) representa um problema relevante para a saúde pública e ambiental mundialmente. As espécies químicas de Pb determinam sua mobilidade no solo, sua disponibilidade para as plantas, e portanto, sua toxicidade potencial no ambiente. Compreender os fatores que afetam a especiação de Pb no sistema solo-planta é fundamental para o desenvolvimento de técnicas de remediação efetivas para sítios contaminados. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a especiação química de Pb em um solo contaminado por material particulado de metalurgia e relacioná-la a sua biodisponibilidade para diferentes espécies de plantas. Amostras de um Vertissolo (0-5 e 5-15 cm) foram coletadas em Santo Amaro, BA, Brasil, preparadas para a obtenção da fração < 2 mm, e caracterizadas física, química e mineralogicamente. Foram determinados os teores totais e as frações de Pb no solo. Em função dos diferentes teores de Pb no solo, as amostras de 0-5 e 5-15 cm foram nomeadas HPb e LPb, respectivamente. As amostras de solo foram acondicionadas em vasos para a condução do experimento em casa de vegetação. O experimento foi disposto em um delineamento em blocos casualizados, em um esquema fatorial 2 x (3+1), correspondente às duas profundidades (HPb e LPb) e às três espécies de plantas: eucalipto (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis), braquiária (Brachiaria brizantha cv. Marandu), mostarda (Brassica juncea L.), e um controle sem planta, com seis repetições. Após três meses de cultivo, as plantas foram coletadas, separadas em raiz e parte aérea, e tiveram a massa de matéria seca e os teores totais de Pb no material vegetal determinados. Amostras de solo aderidas às raízes das plantas constituíram o solo rizosférico; considerou-se como solo não rizosférico o solo dos vasos sem planta. Novamente, determinou-se os teores totais e as frações de Pb no solo. A especiação de Pb foi determinada através de espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) baseada em luz síncrotron apenas nas amostras de solo rizosférico e não rizosférico da profundidade 0-5 cm (HPb). Os dados de massa de matéria seca, os teores totais de Pb nas amostras de solo, nas frações, e no material vegetal foram submetidos a ANOVA e comparados pelo teste de Tukey (p <0.05). Os espectros obtidos através da XAS foram normalizados, corrigidos, e as proporções entre as espécies químicas de Pb nas amostras de solo foram obtidas através de linear combination fitting (LCF). O cultivo de eucalipto proporcionou um aumento nos teores totais de Pb no solo rizosférico nas duas profundidades de solo avaliadas. A extração sequencial mostrou o predomínio de formas de Pb ligadas a (hidr)óxidos de Fe e Mn (Pb-Red) nos solos cultivados e não cultivado. O cultivo de mostarda e eucalipto promoveu uma redução na proporção de Pb-Red em ambas as camadas de solo (HPb e LPb), respectivamente, indicando uma possível dissolução destes compostos no solo. Em termos de especiação química, o solo não cultivado apresentou o predomínio de formas de Pb-caulinita, seguido por Pb- goethita e Pb-ferridrita. Nos solos cultivados, observou-se diminuição da proporção de formas de Pb-caulinita, a ausência de formas de Pb associadas a (hidr)óxidos de Fe e a presença de Pb-acetato. Isto sugere que, em condições de rizosfera, uma possível dissolução de compostos de Pb ligados a (hidr)óxidos de Fe, seguida pela complexação de Pb por ácidos orgânicos de baixo peso molecular possa estar ocorrendo. O cultivo de mostarda proporcionou a menor proporção de acetato de Pb no solo e uma maior concentração de Pb nas raízes, indicando o potencial dessa espécie como acumuladora de Pb. O cultivo de braquiária proporcionou a maior proporção de acetato de Pb no solo e uma menor concentração de Pb nas raízes, indicando que o cultivo dessa espécie favorece a acumulação de formas mais solúveis de Pb no solo. O eucalipto acumulou o maior estoque de Pb em material vegetal, indicando o potencial dessa espécie para estudos de fitorremediação. Nosso trabalho confirma que a presença das plantas e suas rizosferas associadas alteram a especiação de Pb no solo. A presença de formas solúveis de Pb no solo é dependente da espécie de planta cultivada, e não necessariamente implica em uma maior absorção pelas plantas.
Palavras-chave: Solos - Poluição
Metais pesados
Óxido de ferro
Chumbo
CNPq: Ciência do Solo
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Mestre em Solos e Nutrição de Plantas
Citação: AMORIM, Helen Carla Santana. Plant affected lead speciation and availability in a soil contaminated by lead smelter. 2018. 75 f. Dissertação (Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2018.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/29339
Data do documento: 22-Fev-2018
Aparece nas coleções:Solos e Nutrição de Plantas

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