Địa hóa học nhôm trong đất khối và đất rễ của các loài sinh trưởng trên một mỏ đồng bỏ hoang ở Galicia (Tây Bắc Tây Ban Nha)

Springer Science and Business Media LLC - Tập 10 - Trang 1236-1245 - 2010
Esperanza Álvarez1, María Fernández-Sanjurjo1, Xosé Luis Otero1, Felipe Macías2
1Escuela Politécnica Superior, Depto. Edafología y Química Agrícola, Universidad de Santiago de Compostela, Campus Universtario, Lugo, Spain
2Facultad de Biología, Dpto. Edafología y Química Agrícola, Universidad de Santiago de Compostela, Campus sur, Santiago de Compostela, Spain

Tóm tắt

Việc phân bố nhôm trong phần rắn và nhôm hòa tan trong đất khối và đất rễ của các loài thực vật khác nhau định cư trên một sườn mỏ đồng bỏ hoang (Calluna vulgaris, Erica cinerea và Salix atrocinerea) và bãi chứa (C. vulgaris và E. cinerea) đã được nghiên cứu. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định những thay đổi mà các loài này tạo ra trong các dạng nhôm tại vùng rễ nhằm thích nghi với các nền đất không đồng nhất. Nhôm được chiết xuất từ pha rắn bằng nhiều dung dịch khác nhau: oxalat amoni (Alo), pyrophosphate natri (Alp), chloride đồng (Alcu), chloride lanthan (Alla) và chloride amoni (AlNH4). Các phân đoạn nhôm sau đây đã được thu nhận: nhôm vô cơ không tinh thể (Alop = Alo – Alp), phức hợp organoaluminium có độ bền cao (Alpcu = Alp - Alcu), phức hợp organoaluminium có độ bền trung bình (Alcula = Alcu – Alla) và phức hợp organoaluminium không ổn định (Alla). Nồng độ nhôm có trong pha nước cũng đã được xác định. Giá trị pH của đất trên sườn mỏ gần 7, và rễ của họ Ericaceae gây ra sự axit hóa mạnh mẽ khiến giá trị pH của đất rễ thấp (3.6–4.7). Ngược lại, giá trị pH của đất khối và đất rễ của S. atrocinerea duy trì gần 7. Trong bãi đổ (pH 3.7), những thay đổi về pH của vùng rễ Ericaceae so với đất khối không rõ rệt như trên sườn mỏ. Alop chiếm ưu thế trong pha rắn (hơn 70% của Alo), và Alpcu chiếm ưu thế trong các phức hợp organoaluminium (hơn 55%), tiếp theo là Alcula (13% và 47%) và Alla (3% và 21%). Nồng độ Al trong dung dịch có mối quan hệ đáng kể với nồng độ AlNH4 (r = 0.43), Alla (r = 0.50) và Alcula (r = 0.45). Các loài Ericaceae phát triển trong các vật liệu đổ và sườn vì chúng đã thay đổi pH của đất rễ, trong khi S. atrocinerea chỉ phát triển ở những khu vực có điều kiện đất gần trung tính. Nồng độ các phân đoạn nhôm cao hơn trong đất rễ của họ Ericaceae so với đất khối của họ Ericaceae, đất rễ và đất khối của S. atrocinerea. Hơn nữa, các phức hợp organoaluminium ổn định cao chiếm ưu thế, và nồng độ Al hòa tan thấp, mặc dù độ axit mạnh.

Từ khóa

#địa hóa học nhôm #phân bố nhôm #đất khối #đất rễ #thực vật phục hồi #mỏ đồng bỏ hoang

Tài liệu tham khảo

Álvarez E, Martínez A, Calvo R (1992) Geochemical aspects of aluminum in forest soils in Galicia (NW Spain). Biogeochemistry 16:167–180 Álvarez E, Pérez A, Calvo R (1993) Aluminum speciation in surface waters and soil solutions in areas of sulphide mineralization in Galicia (NW Spain). Sci Total Environ 133:17–37 Álvarez E, Monterroso C, Fernández Marcos ML (2002) Aluminum fractionation in Galician (NW Spain) forest soils as related to vegetatian and parent material. Forest Ecol Manag 166:193–206 Álvarez E, Fernández Marcos ML, Monterroso C, Fernández Sanjurjo MJ (2005) Application of aluminum toxicity indices to soils under various forest species. Forest Ecol Manag 211:227–239 Alvarez-Valero AM, saez R, Pérez-López R, Delgado J (2009) Evaluation of heavy metals bio-availabitily from Almagrera pyrite-rich tailings dam (Iberian pyrite belt, SW Spain) based on a sequential extraction procedure. J Geochem Explor 102:87–94 Arthur MA, Fahey TJ (1993) Control on soil solution chemistry in a sulbalpine forets in north–central Colorado. Soil Sci Soc Am J 57:1123–1130 Barceló J, Poschenrieder C (2002) Fast root growth responses, root exudates, and internal detoxification as clues to the mechanisms of aluminium toxicity and resistance: a review. Environ Exp Bot 48:75–92 Bascomb CL (1968) Distribution of pyrophosphate extractable iron and organic carbon in soils of various groups. J Soil Sci 19:251–256 Blakemore LD (1978) Exchange complex dominated by amorphous material (ECDAM). In: Smith GD (ed) The Andisol proposal. Soil Bureau, DSIR, New Zealand Brady NC, Weil RR (2002) Soil organic matter. In: Brady NC, Weil RR (eds) The nature and properties of soils. Prentice Hall, New Jersey Calvo de Anta R, Pérez A, Álvarez E (1991) Efectos de las minas de Arinteiro (A Coruña) sobre la calidad de aguas super y subsuperficiales. Ecol 5:87–100 Calvo R, Pérez A (1993) Evolución mineralógica en medios afectados por contaminación ácida. Cuad Lab Xeol Laxe 18:337–343 Camps M, Barreal ME, Mourenza C, Álvarez E, Kidd P, Macías F (2003) Rhizosphere chemistry in acid forest soils that differ in their degree of Al-saturation of organic matter. Soil Sci 168:267–279 Chung JB, Zazoski RJ (1994) Ammonium-potassium and ammonium-calcium exchange equilibrium in bulk and rhizosphere soil. Soil Sci Soc Am J 58:1368–1375 Conesa HM, Faz A, Arnaldos R (2006) Heavy metal accumulation and tolerance in plants from mine taillings of the semiarid Cartagena-La Union mining district (SE Spain). Sci Total Environ 366:1–11 Corti B, Agnelli A, Cuniglio R, Fernández Sanjurjo M, Cocco S (2005) Characterization of rhizosphere soil from natural and agricultural environments. In: Huang PM, Gobran GR (eds) Biogoechemistry of trace elements in the rhizosphere. Elsevier, Amsterdam, pp 57–128 Díaz González TE, Fernández Prieto JA (1987) Asturias y Cantabria. In: Peinado L, Rivas M (eds) La vegetación en España. Colección aula abierta. Servicio de publicaciones. Universidad de Alcalá, Madrid Dougan WK, Wilson AL (1974) The absorptiometric determination of aluminium in water: a comparison of some chromomeric reagents and development of an improved method. Analyst 99:413–430 Fernández-Sanjurjo MJ, Corti G, Ugolini F (2000) Cambios químicos y mineralógicos en la fracción gruesa y fina del suelo volcánico en función de la distancia a la raíz. Agrochímica 44:69–78 Foy CD (1984) Physiological effects of hydrogen, aluminium, and manganese toxicities in acid soil. In: Adams F (ed) Soil acidity and liming. ASA, Madison Gadner WK, Barber DA, Parbery DG (1983) The acquisition of phosphorus by Lupinus albus L. Plant Soil 70:107–124 Galán E, Gómez-Ariza JL, González I, Fernández-Caliani JC, Morales E, Giráldez I (2003) Heavy metals partitioning in river sediments severely polluted by acid mine drainage in the Iberian pyrite belt. Appl Geochem 18:409–421 Gallon C, Munger C, Prémont S, Campbell PGC (2004) Hydroponic study of aluminum accumulation by aquatic plants: effects of fluoride and pH. Water Air Soil Pollut 153:135–155 García-Rodeja E, Macías F (1987) Andosols developed form non-volcanic materials in Galicia (NW Spain). J Soil Sci 38:573–591 García-Rodeja E, Novoa JC, Pontevedra X, Martinez-Cortizas A, Buurman P (2004) Aluminium fractionation of European volcanic soils by selective dissolution techniques. Catena 56:155–183 Gobran GR, Clegg S, Courchesne F (1998) Rhizospheric processes influencing the biogeochemistry of forest ecosystems. Biogeochemistry 42:107–120 Göttlein A, Heim A, Matzner E (1999) Mobilization of aluminium in the rhizosphere soil solution of growing tree in an acidic soil. Plant Soil 211:41–49 Guitián F, Carballas T (1976) Técnicas de análisis de suelos. Pico Sacro, Santiago de Compostela Guo J, Vogt RD, Zhang X, Zhang Y, Seip HM, Xiao J, Tang H (2006) Aluminium mobilization from acidic forest soils in Leigongshan area, south-western China: laboratory and field study. Arch Environ Contam Toxicol 51:321–328 Hargrove WL, Thomas GW (1981) Extraction of aluminium from aluminium-organic matter complexes. Soil Sci Soc Am J 48:1458–1460 Haynes RJ (1990) Active ion uptake and maintenance of cation-anion balance: a critical examination of their role in regulating rhizosphere pH. Plant Soil 126:247–264 Jones DL (1998) Organic acids in the rizosphere, a critical review. Plant Soil 205:25–44 Jorge M (2007) Cambios químicos inducidos polas raíces de plantas establecidas en diferentes medios degradados. Universidad de Santiago de Compostela, España, Trabajo Fin de Carrera Juo AS, Kamprath EJ (1979) Copper chloride as an extractant for estimating the potentially reactive aluminum pool in acid soils. Soil Sci Soc Am J 43:35–38 Kamprath EJ (1970) Exchangeable aluminium as a criterion for liming leached mineral soils. Soil Sci Soc Am Proc 34:252–254 Kinraide TB (1997) Reconsidering the rhizotoxicity of hydroxyl, sulphate, and fluride complexes of aluminium. J Exp Bot 48:1115–1124 Kinraide TB, Parker DR, Zobel RW (2005) Organic acid secretion as a mechanism of aluminium resistence: a model incorporating the root cortex, epidermis, and the external unstirred layer. J Exp Bot 56:1853–1865 Lin C, Coleman MT (1960) The measurement of exchangeable aluminium in soils. Soil Sci Soc Am Proc 24:444–446 Lizarraga-Mendiola L, Gonzalez-Sandoval MR, Duran-Dominguez MC, Marquez-Herrera C (2009) Geochemical behavior of heavy metals in a Zn-Pb-Cu mining area in the State of Mexico (central Mexico). Environ Monit Assess 155:55–372 López-Bucio J, Nieto-Jacobo MF, Ramírez-Rodríguez V, Herrera-Estrella L (2000) Organic acid metabolism in plants: from adaptive physiology to transgenic varieties for cultivation in extreme soils. Plant Sci 160:1–13 Ma JF (2000) Role of organic acids in detoxification of aluminium in higher plants. Plant Cell Physiol 41:383–390 Ma JF, Furukawa J (2003) Recent progress in the research of external Al detoxification in higher plants: a minereview. J Inorg Biochem 97:46–51 Marschner H (1991) Mechanisms of adaptation of plants to acid soils. Plant Soil 134:1–20 Marschner H, Romheld V (1983) In vivo measurement of root-induced pH changes at the soil-root interface: effects of plant species and nitrogen source. Z Pflanzenphysiol 111:441–451 Mehlich A (1984) Mehlich 3 soil test extractant: a modification of Mehlich 2 extractant. Commun Soil Sci Plant 15:1409–1416 Merino A, Monterroso C, García-Rodeja E (1989) Contenido de S total en muestras superficiales de suelos de la provincia de A Coruña. Anal Edaf Agrobiol 48:615–626 Mombiela FA, Mateo ME (1984) Necesidades de cal para praderas en terrenos “a monte”. I. Su relación con el aluminio cambiable en suelos sobre granitos y pizarras de Galicia. Anal INIA 25:129–143 Monterroso C, Álvarez E, Macías F (1994) Speciation and solubility control of Al and Fe in mine soils solutions. Sci Total Environ 158:31–43 Monterroso C, Álvarez E, Fernández Marcos ML, Macías F (1998) Aluminium speciation and phytotoxicity in mine soils of a lignite mine in NW Spain. Fresenius' Environ Bull 7:65–73 Morrillo J, Usero J, Gracia I (2002) Partitioning of metals in sediments from the Odiel river (Spain). Environ Int 28:263–271 Nieto JM, Sarmiento AM, Olías M, Canovas CR, Riba I, Kalman J, Devalls TA (2007) Acid drainage pollution in the Tinto and Odiel rivers (iberin pyrite belt, SW Spain) and bioavailability of the transported metals to the Huelva estuary. Environ Int 33:445–455 Olsen SR, Sommers LE (1982) Phosphorus. In: Page AL, Miller RH, Keeney DR (eds) Methods of soil analysis, chemical and microbiological properties. EEUU, Madison, pp 403–430 Otero XL, Vidal P, Calvo RM, Macías F (2005) Trace metals in biodeposits and sediments from mussel culture in the Ría de Arousa (Galicia, NW Spain). Environ Pollut 136:119–134 Peech L, Alexander LT, Dean LA (1947) Methods of soil analysis for soil fertility investigations. UDA Cir. No. 757. US Govt. Print. Office, Washington Pérez-López R, Nieto JM, Ruiz de Almodóvar G (2007) Immobilization of toxic elements in mine residues derived from mining activities in the Iberian pyrite belt (SW Spain): laboratory experiments. Appl Geochem 22:1919–1935 Remon E, Bouchardon JL, Cornier B, Guy B, Leclerc JC, Faure O (2005) Soil characteristics, heavy metal availability and vegetation recovery at a former metallurgical landfill: implications in risk assessment and site restoration. Environ Pollut 137:316–323 Rodwell JS (1991) British plant communities 2. Mires and heaths. Cambridge University Press, Cambridge Rotkittikhun P, Kruattrachue M, Chaiyarat R, Ngernsansaruary C, Pojethitiyook P, Pajitprapaporn A, Baker AJM (2006) Uptake and accumulation of lead by plants from Bo Nagam lead mine area in Thailand. Environ Pollut 144:681–688 Ruiz de la Torre J (1979) Árboles y arbustos de la España Peninsular. Escuela Técnica Superior de Ingenieros des Montes. Madrid Sánchez-España J, López E, Santofimia E, Aduvire O, Reyes J, Barettino D (2005) Acid mine drainage in the Iberian pyrite belt (Odiel river watershed, Huelva, SW Spain): geochemistry, mineralogy and environmental implications. Appl Geochem 20:1320–1356 Silva Pando J, Rigueiro A (1992) Guía das árbores e bosques de Galicia. Galaxia, Vigo Theng BKG, Russell M, Churchman GJ, Parfitt RL (1982) Surface properties of allophane, imogolite and halloysite. Clay Clay Min 30:143–149 Urrutia M, Macías F, García-Rodeja E (1995) Evaluación del CuCl2 y del LaCl3 como extractantes de aluminio en suelos ácidos de Galicia. Nova Acta Cient Compost 5:173–172 Urrutia M, García-Rodeja E, Macías F (1988) Aplicación de disoluciones no tamponadas para la extracción de Al ‘activo’ ligado a la materia orgánica en suelos de Galicia. Anal Edaf Agrobiol 47:1289–1301 Wada K (1977) Allophane and imogolite. In: Dixon JB, Weed SB (eds) Minerals in soil environments. SSSA, Madison Wang P, Bi S, Ma L, Han W (2006) Aluminium tolerance or two wheat cultivars (Brevor and Atlas66) in relation to their rhizosphere pH and organic acids exuded from roots. J Agric Food Chem 54:10033–10039 Woolhouse HW (1981) Soil acidity, aluminium toxicity and related problems in the nutrient environment of heath lands. In: Specht RL (ed) Heath lands and related shrublands. Analytical studies. Ecosystems of the World 9B, Elsevier, Amsterdam