Efeito da aplicação de condicionadores do solo na biodisponibilidade de metais pesados

Um dos grandes desafios da sociedade atual é encontrar forma adequada de dar destino aos resíduos sólidos urbanos (RSU), pois os novos hábitos de vida implicam uma maior variabilidade e quantidade de resíduos. A fração de RSU com maior representatividade em Portugal é a orgânica, que possui um alto potencial de reaproveitamento, nomeadamente através da compostagem, que pode ser posteriormente usada como fertilizante do solo. Os metais pesados presentes em diversos materiais de uso cotidiano podem reduzir a qualidade final do produto da compostagem, o composto. Apesar dos inúmeros benefícios para o solo, a composição prévia deste tipo de fertilizante deve ser conhecida para que não sejam incorporados no solo compostos nocivos à saúde dos seres vivos e ao meio ambiente. Uma das alternativas para minimizar a presença de metais pesados no solo incorporados com o composto é a utilização de condicionadores do solo que, por meio de suas propriedades relacionadas a elevada carga elétrica, têm características de imobilização destes cátions. O objetivo do presente estudo foi avaliar a contribuição da aplicação de condicionadores no solo (biochar e zeólitos) na diminuição da biodisponibilidade de metais pesados provenientes de RSU compostados e aplicados ao solo, usando como planta indicadora da disponibilidade de metais no solo a alface (Lactuca sativa L.). Para isso, foram instalados dois ensaios. O Ensaio 1, instalado em outubro de 2017, no qual foi usado um RSU compostado na região como fonte de metais. Os tratamentos foram: Solo (S); Solo + Nutrientes (S-N); Solo + Nutrientes + Biochar (S-N-B); Solo + Nutrientes + Zeólitos (S-N-Z); Solo + Nutrientes + Biochar + Zeólitos (S-N-BZ); Solo + Nutrientes + RSU (S-N-RSU); Solo + Nutrientes + RSU + Biochar (S-N-RSU-B); Solo + Nutrientes + RSU + Zeólitos (S-N-RSU-Z); Solo + Nutrientes + RSU + Biochar + Zeólitos (S-N-RSU-BZ). Os produtos foram aplicados no início do ensaio e foram produzidos 2 ciclos de alface (um de outubro a dezembro de 2017, outro de março a maio de 2018). O ensaio 2 foi instalado em março de 2018 tendo sido usada uma solução de metais pesados num experimento com os tratamentos: Solo (S); Solo + Nutrientes (S-N); Solo + Nutrientes + Metais Pesados (S-N-MP); Solo + Nutrientes + Metais Pesados + Biochar (S-N-MP-B); Solo + Nutrientes + Metais Pesados + Zeólitos (S-N-MP-Z); Solo + Nutrientes + Metais Pesados + Biochar + Zeólitos (S-N-MP-BZ). Foi avaliada a produção de biomassa, a composição mineral e a concentração de metais pesados nas alfaces de ambos os ensaios. Nas raízes foram efetuadas as mesmas determinações, mas apenas nas do segundo ciclo do Ensaio 1 e nas do Ensaio 2. O solo foi analisado após a colheita das alfaces para as suas principais características. A aplicação isolada de nutrientes originou a maior produção nos dois ensaios. No que diz respeito à composição mineral das alfaces, no Ensaio 1 os resultados foram dominados pelo efeito da aplicação de RSU. Este composto contribuiu para o aumento da concentração em nitrogênio, potássio, zinco e crômio nos tecidos vegetais. A sua presença não permitiu visualizar com clareza o efeito do biochar e dos zeólitos. No ensaio 2, de um modo geral, a maior concentração de cobre, ferro, manganês, níquel e crômio esteve associada à presença de zeólitos. Os zeólitos disponibilizaram maior quantidade de metais para a solução do solo, ficando disponíveis para absorção pelas plantas. Nas raízes das alfaces do ensaio 2, a aplicação de zeólitos aumentou a concentração de potássio e cádmio. O biochar esteve associado a maiores concentrações de cálcio, níquel, chumbo e crômio. No solo do Ensaio 1 verificaram-se aumentos no teor em matéria orgânica, fósforo, boro, cobre, ferro, zinco e manganês, aumentos estes mais relacionados com o RSU aplicado do que com a aplicação de biochar e zeólitos. A eficiência de cada um na imobilização de metais pesados parece estar dependente do tipo de metal. O biochar apresentou maior capacidade de imobilização de chumbo e crômio, uma vez que os zeólitos contribuíram para o aumento de níquel. No solo do Ensaio 2 foi clara a influência do biochar no aumento do teor de matéria orgânica do solo e o potássio aumentou nos vasos com zeólitos, sendo estes uma fonte suplementar deste elemento. A estrutura do biochar e dos zeólitos contribuiu para um aumento da capacidade de troca catiônica do solo quando aplicados em conjunto. Os condicionadores biochar e zeólitos contribuíram para a diminuição de nutrientes na solução do solo. Na presença de zeólitos os teores de níquel e cádmio foram maiores no solo. Em contrapartida, o biochar potencializou a maior disponibilidade de crômio. Assim, a ação dos condicionadores variou em função do tipo de metal presente.

Nowadays, one of the greatest challenges of our society is to find an adequate way to allocate municipal solid waste (MSW), because current life style generates a greater variability and amount of waste. The most representative MSW fraction in Portugal is organic, which has a high potential for reuse, namely through composting, which can later be used as soil fertilizer. The heavy metals present in various materials of daily use can reduce the final quality of the composted material. Although of the numerous benefits to the soil, the composition of this type of fertilizer must be known in order to prevent the incorporation of compounds harmful to the health of living beings and to the environment. One of the alternatives to minimize the effect in the soil of the heavy metals incorporated with the compost is the use of soil conditioners, which, through their properties related to high electric charge, have the ability to immobilize these cations. The objective of the present study was to evaluate the contribution of the application of soil conditioners (biochar and zeolites) in the reduction of bioavailability of heavy metals in the soil after the incorporation of a composted MSW, by using lettuce (Lactuca sativa L.) as an indicator of soil metals availability. For this, two pot experiments were carried out. Test 1, installed in October 2017, in which the source of heavy metals was a composted MSW of the region. The treatments were: Soil (S); Soil + Nutrients (S-N); Soil + Nutrients + Biochar (S-N-B); Soil + Nutrients + Zeolites (S-N-Z); Soil + Nutrients + Biochar + Zeolites (S-N-BZ); Soil + Nutrients + MSW (S-N-MSW); Soil + Nutrients + MSW + Biochar (S-N-MSW-B); Soil + Nutrients + RSU + Zeolites (S-N-MSW-Z); Soil + Nutrients + MSW + Biochar + Zeolites (S-N-MSW-BZ). The products were applied at the beginning of the trial, which consisted on two lettuce growing cycles (one from October to December 2017, the other from March to May 2018). Test 2 was installed in March 2018 by using a solution of heavy metals instead of MSW. The treatments were: Soil (S); + Soil Nutrient (S-N); Soil + Nutrients + Heavy Metals (S-N-MP); Soil + Nutrients + Heavy Metals + Biochar (S-N-MP-B); Soil + Nutrients + Heavy Metals + Zeolites (S-N-MP-Z); Soil + Nutrients + Heavy Metals + Biochar + Zeolites (S-N-MP-BZ). The biomass production, the mineral composition and the concentration of heavy metals in lettuce tissues were evaluated in both tests. Lettuce roots were also analysed in the second growing cycle of Test 1 and in Test 2. The soil was analyzed for several properties after lettuce harvest. The application of mineral nutrients without soil conditioners resulted in the highest dry matter yield in both trials. Regarding the mineral composition of lettuces, in the Test 1 the results were domonined by the efect of MSW. The composted MSW increased the concentration of nitrogen, potassium, zinc and chromium in plant tissues. MSW obscured the effect of biochar and zeolites. In the test 2, the higher concentrations of copper, iron, manganese, nickel and chromium in soils and plant tissues were associated with the presence of zeolites. Zeolites increased the availability of metals in the soil solution, being available to be taken up by the plants. The application of zeolites increased the concentration of potassium and cadmium in the roots of lettuce of Test 2. Biochar was associated with higher concentrations of calcium, nickel, lead and chromium in lettuce roots. MSW application in Test 1 increased the soil levels of organic matter, phosphorus, boron, copper, iron, zinc and manganese. The efficiency of biochar and zeolites in the immobilization of heavy metals seems to be dependent on the type of metal. The biochar showed greater capacity of immobilization of lead and chromium, once the zeolite contributing to the increase of nickel. In the soil of Test 2, it was clear the influence of biochar on the increase of soil organic matter. Potassium increased in the pots treated with zeolites, since potassium is present in the composition of zeolites in high amounts. The structure of the biochar and zeolites contributed to an increase in the cation exchange capacity of the soil when applied together. The biochar and zeolite contributed to the decrease of nutrients in the soil solution. In the presence of zeolites, the levels of nickel and cadmium were higher in the soil. In contrast, biochar enhanced the availability of chromium. Therefore, the action of the conditioners varied according to the type of metal present.