Capacity of soil amendments in lowering the phytoavailability of sludge-borne zinc

Michel J. Mench; Alain Manceau; Jaco Vangronsveld; Herman Clijsters; Bernard Mocquot

doi:doi:10.1051/agro:2000135

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Volume 20 / No 4 (May-June 2000)

Agronomie, 20 4 (2000) 383-397

Abstract

Issue		Agronomie Volume 20, Number 4, May-June 2000


Page(s)		383 - 397
DOI		https://doi.org/10.1051/agro:2000135

DOI: 10.1051/agro:2000135

Agronomie 20 (2000) 383-397

Capacity of soil amendments in lowering the phytoavailability of sludge-borne zinc

Michel J. Mench^a - Alain Manceau^b - Jaco Vangronsveld^c - Herman Clijsters^c - Bernard Mocquot^a

^aINRA Agronomy Unit, Bordeaux-Aquitaine Research Centre, BP 81, 33883 Villenave d'Ornon Cedex, France
^bEnvironmental Geochemistry Group, LGIT-IRIGM,University of Grenoble and CNRS, BP 53X, 38041 Grenoble Cedex 9, France
^cLimburgs Universitair Centrum, Department SBG, Universitaire Campus, Building D, 3590 Diepenbeek, Belgium

(Received 25 January 1999; revised 12 April 2000; accepted 20 April 2000)

Abstract:

One way to reduce the phytoavailability of an excess of metals such as zinc in soil is through the addition of amendments. The effectiveness of inorganic materials such as basic slags, magnetite, maghemite, hematite, birnessite, hydrous manganese oxide, steel shots, and beringite, was evaluated in a pot experiment with a coarse sandy soil contaminated by sludge-borne zinc. Zinc extractability and phytoavailability were investigated using single soil extraction by 0.1 M calcium nitrate and vegetation experiments with dwarf bean (Phaseolus vulgaris L.) and ryegrass (Lolium multiflorum). A phytotoxicity test based on the activities of enzymes involved in the stress metabolism caused by toxic Zn concentrations in the primary leaves of dwarf beans was also performed. Based on the addition rate, birnessite (10 g $\cdot$ kg^-1 soil, dry weight DW) resulted in the maximum decrease in extractable Zn from the contaminated soil. Beringite gave similar results but at 50 g $\cdot$ kg^-1 soil DW. Birnessite and beringite treatments were the most effective to reduce Zn assimilation by dwarf bean, and in consequence phytotoxicity. Subsequent harvests of ryegrass confirmed the beringite effect on Zn uptake 5 months following the soil treatment. For birnessite, Zn availability to ryegrass shoots increased however at the third harvest and reached the level of the untreated Zn-contaminated soil.

Keywords: beringite / iron oxide / manganese oxide / soil remediation / zinc

Résumé:

Capacité d'amendements à diminuer la phytodisponibilité du zinc issu de boues urbaines dans un sol. Amender le sol est une des voies possibles pour diminuer l'exposition excessive des racines des végétaux aux métaux comme le zinc. L'efficacité de matériaux minéraux, e.g. scories phosphatées, magnétite, maghémite, hématite, birnessite, oxyde de manganèse hydraté, grenaille d'acier et béringite, pour diminuer la phytodisponibilité de Zn a été étudiée en vase de végétation avec un sol sableux contaminé par des apports de boues urbaines. L'extractabilité et la phytodisponibilité de Zn ont été déterminées à l'aide d'une extraction sélective au nitrate de calcium 0,1 M et de cultures de végétaux, haricot nain (Phaseolus vulgaris L.) et raygrass (Lolium multiflorum). Un test de phytotoxicité, basé sur les activités d'enzymes permettant à la plante de compenser des effets négatifs du zinc, a été réalisé avec les feuilles primaires du haricot. D'après le taux d'apport, la birnessite (10 g $\cdot$ kg^-1 sol sec) a diminué le plus la quantité de Zn extractible du sol. La béringite produit un effet similaire, mais avec un taux de 50 g $\cdot$ kg^-1 sol sec. Birnessite et béringite sont les traitements les plus efficaces pour diminuer le prélèvement du zinc par le haricot et la phytotoxicité. Trois coupes successives du raygrass ont montré que la diminution du prélèvement de Zn par la plante après traitement du sol par la béringite persiste sur 5 mois. Avec la birnessite, l'accumulation de Zn dans les parties aériennes du raygrass augmente à la troisième coupe, redevenant similaire à celle des plantes cultivées sur le sol non traité.

Mots clé : beringite / oxyde de fer / oxyde de manganèse / remédiation du sol / zinc

Correspondence and reprints: Michel J. Mench
e-mail: Mench@bordeaux.inra.fr

Communicated by Marco Trevisan (Perugia, Italy)