Mobility of heavy metals in soil and their uptake by sunflowers grown at different contamination levels

A pot trial was carried out to study the effect of heavy metals on sunflowers (Helianthus annuus L.) grown on three different soils at different levels of heavy metal loading (added in 1987 as salts). Heavy metal availability in soil was investigated using ammonium acetate and chelating resin (Chelex 100) as extractants. Total heavy metal contents in the soils of the pot experiment did not show changes in the considered period of time whereas the availability of the metals was sensibly reduced. Therefore, it seems that heavy metals revert with time to forms more strongly bonded in soil. The pH decreased with increasing additions of heavy metals. This may be the result of changes in exudate or proton release by the roots. Cd, V and Zn were generally more concentrated in the leaves than in the seeds; the opposite behaviour was observed for Cu and Ni. V was never measured above the detection limit in the seeds. Toxicity effects were clearly related to the mobility of heavy metals in the soil. The methods used to assess the availability of heavy metals were highly correlated. The correlation between heavy metals extracted with ammonium acetate and Chelex and the concentration in sunflower shoot tissue showed that the latter method was slightly better than the former. (© Inra/Elsevier, Paris.)La mobilité des métaux lourds dans le sol et leur absorption par des tournesols cultivés en présence de différents niveaux de contamination. Un essai en pots a été réalisé pour étudier l'action des métaux lourds sur des tournesols (Helianthus annuus L.) cultivés sur trois sols présentant différents niveaux de contamination en métaux lourds. Ceux-ci ont été ajoutés au sols sous forme de sels en 1987. L'acétate d'ammonium et une résine chélatée (Chelex) ont été utilisés pour étudier extraire les métaux lourds et étudier leur disponibilité dans le sol. La teneur totale des sols en métaux lourds n'a pas varié sur la période considérée, alors que la disponibilité des métaux s'est sensiblement réduite. Il semble donc que les métaux lourds retournent avec le temps sous des formes moins disponibles pour la plante dans le sol des complexes fortement liés. Le pH a diminué lorsque les ajouts de métaux lourds ont augmenté. Ceci peut être dû à des changements dans les exudats ou à la libération de protons par les racines. Le Cd, le V et le Zn sont en général plus concentrés dans les feuilles que dans les graines et c'est l'inverse pour le Cu et le Ni. Dans les graines le V est toujours resté sous la limite de détection. Les effets toxiques sont nettement liés à la mobilité des métaux lourds dans le sol. Les méthodes pour évaluer la disponibilité des métaux lourds présentent une forte corrélation. La corrélation entre les métaux lourds extraits par l'acétate d'ammonium ou par le Chelex d'une part et la concentration dans les tissus des pousses de tournesol d'autre part montre que la méthode au Chelex est légèrement meilleure que celle à l'acétate d'ammonium. (© Inra/Elsevier, Paris

On the Nature of Hydrophobic Organic Compound Adsorption to Smectite Minerals Using the Example of Hexachlorobenzene-Montmorillonite Interactions

The fate of chemical pollutants in the environment is determined by various factors including the type and strength of their interactions with reactive surfaces in soils and sediments. In the present work the interactions of hexachlorobenzene (HCB) with the surface of a common clay mineral belonging to the smectite group montmorillonite (MNT) is studied by means of the density functional theory method. The MNT net surface charge, induced by isomorphic substitutions, is systematically varied and compensated by Ca2+ cations. Based on the calculated electron densities, conclusions are drawn revealing the nature of their mutual interactions, the related stability of such surface complexes as well as possible molecular arrangements. It becomes apparent that the dominant contribution to the stability of HCB-MNT complexes arises from the cation-π interactions between the HCB molecule and the nearest compensating Ca2+ cation and thus besides the MNT net surface charge the type and size of the compensating cations are expected to play a crucial role in understanding the HCB adsorption on MNT. This systematic study aims to contribute to a better mechanistic understanding of the interactions between hydrophobic organic compounds and reactive mineral surfaces

The response of soil nitrogen and 15N natural abundance to different amendments in a long-term experiment at Ultuna, Sweden

In a long-term field experiment on a clay loam soil at Uppsala, Sweden, changes in nitrogen contents, natural abundance of 15N in the topsoils receiving various organic amendments at the rate of 2 000 kg C ha-1year -1 and different rates of nitrogen mineralisation were studied. Cropping resulted in clearly lower N losses from the topsoil (0-20 cm) compared to the bare fallow plots. Green manure, animal manure and sewage sludge increased the Nt inventory significantly; for the latter two treatments an equilibrium of N input and N output was not reached within 35 years of application. The highest N efficiency with respect to plant uptake and the highest N losses were recorded for the mineral N-treated plots. 15N abundances were clearly affected by N input, differing in isotopic signature introduced through the amendments. This effect was used to derive the relative input of 'stable' N from green manure and peat in comparison with the difference method. (© Inra/Elsevier, Paris.)Réponse de l'azote du sol et de l'abondance naturelle de 15N à différents amendements organiques dans une expérience à long terme à Ultuna, Suède. Une expérience à long terme a été conduite sur un sol limonoargileux à Uppsala, Suède. Les modifications de la teneur en azote et de l'abondance naturelle de 15N dans la couche superficielle ont été étudiées en fonction des apports de différents amendements organiques correspondant à 2 000 kg C ha-1·an -1 avec différents taux de minéralisation de l'azote. Sous culture il apparaît clairement une plus faible perte en azote de la couche superficielle comparativement à un sol nu non cultivé. Les apports d'engrais vert, de fumier et de boues de station d'épuration ont accru significativement la teneur totale en azote Nt et pour les deux premiers traitements l'équilibre entre les apports et les pertes d'azote n'a pas été atteint au cours de 35 ans d'application. La meilleure efficience de l'azote en ce qui concerne l'extraction par la plante et la perte la plus élevée furent enregistrées pour les parcelles qui recevaient un apport d'azote minéral. L'abondance de 15N a été clairement affectée par les types d'apport d'amendements dont les signatures isotopiques étaient différentes. Cette particularité a été utilisée pour déduire l'apport relatif d'azote «stable» à partir d'un engrais vert et de la tourbe comparativement à la méthode différentielle. (© Inra/Elsevier, Paris.