Phytoextraction and fractionation of heavy metals in soil after multiple applications of natural chelants

• Published in: Scientia agricola Vol. 65; no. 1; pp. 61 - 68
• Main Authors: Melo, Évio Eduardo Chaves de, Nascimento, Clístenes Williams Araújo do, Accioly, Adriana Maria de Aguiar, Santos, Ana Cristiane Queiroz
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: São Paulo - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" 01-02-2008
• Subjects: AGRICULTURE, MULTIDISCIPLINARY; fitorremediação; ácidos orgânicos; poluição do solo; soil remediation; soil pollution; phytoremediation; organic acids; remediação do solo
• ISSN: 0103-9016; 1678-992X; 0103-9016
• DOI: 10.1590/S0103-90162008000100009

Chelate-assisted phytoextraction of heavy metals is a promising approach to clean up polluted soils. However, the most successful chelants tested so far are synthetic agents that barely degrade in soil, increasing the metal leaching risks. Natural organic acids have been proposed to enhance phytoextraction due to their higher biodegradability, but they can also be a drawback for efficient phytoextraction. This work was carried out to compare the effectiveness of multiple applications of citric and gallic acids on the availability in soil and accumulation of Cd, Pb, Cu, and Zn by velvet bean (Stizolobium aterrimum) plants. The organic acids were added as follows: 5 mmol kg-1 in the 28th cultivation day; two doses of 5 mmol kg-1 at the 28th and 31st day; and three applications at the same rate at the 28th, 31st, and 34th day of velvet bean cultivation. Soil samples were sequentially extracted and soil solution metal concentrations assessed. Neither citric acid nor gallic acid was efficient for metals phytoextraction. In general, low molecular weight organic acids (LMWOA) application increased the metal concentrations in the water soluble and exchangeable fractions. Zinc and Cu were retained mostly in the organic matter fraction. Zn was remobilized from the organic matter fraction through LMWOA application into the water soluble and exchangeable fractions. LMWOA mobilized Pb and Cu from iron oxides, but such an increase in solubility was not high enough to affect phytoextraction.
Fitoextração de metais induzida por quelantes é uma técnica promissora para despoluição de solos. Entretanto, os quelantes mais eficientes são sintéticos e apresentam baixa taxa de biodegradação, o que aumenta o risco de lixiviação de metais. Ácidos orgânicos têm sido propostos para auxiliar na fitoextração, mas a sua rápida degradação pode ser limitante para a eficiência desta técnica. O objetivo do trabalho foi comparar a eficiência de aplicações sucessivas dos ácidos cítrico e gálico, na disponibilidade, absorção e acumulação de Cd, Pb, Cu e Zn pela mucuna preta (Stizolobium aterrimum). O solo foi contaminado com Cd, Pb, Cu e Zn nas doses 20, 150, 100 e 150 mg kg-1, respectivamente, e cultivados por 35 dias. Os ácidos foram aplicados de três formas: uma aplicação de 5 mmol kg-1 no 28° dia de cultivo da mucuna; duas aplicações de 5 mmol kg-1 no 28° e 31° dia; e três aplicações de 5 mmol kg-1 no 28°, 31° e 34° dia de cultivo. As amostras de solo foram submetidas à extração e fracionamento químicos. Os ácidos orgânicos testados não foram eficientes na indução da fitoextração. Em geral, a aplicação dos ácidos aumentou as concentrações de metais tanto nas frações solúveis como em água e também na trocável. Zinco e cobre ficaram retidos principalmente na fração matéria orgânica. O Zn, após aplicação dos ácidos, foi remobilizado da fração matéria orgânica para as frações solúvel em água e trocável. Os ácidos orgânicos mobilizaram Pb e Cu dos óxidos de ferro, mas este aumento na solubilidade não foi suficiente para favorecer a fitoextração.