This study aimed to develop an efficient recycling process for wastewater generated from soil-washing used to remediate uranium (U(VI))-contaminated soil. Under acidic conditions, U(VI) ions leached from the soil were precipitated and separated through neutralization using hydrazine (N2H4). N2H4, employed as a pH adjuster, was decomposed into nitrogen gas (N2), water (H2O), and hydrogen ions (H+) by hydrogen peroxide (H2O2). The residual N2H4 was precipitated when the pH was adjusted using sulfuric acid (H2SO4) to recycle the wastewater in the soil-washing process. This purified wastewater was reused in the soil-washing process for a total of ten cycles. The results confirmed that the soil-washing performance for U(VI)-contaminated soil was maintained when using recycled wastewater. All in all, this study proposes an efficient recycling process for wastewater generated during the remediation of U(VI)-contaminated soil.
In the traditional slope stability analysis, ignoring the spatial variability of slope soil will lead to inaccurate analysis. In this paper, the K-L series expansion method is adopted to simulate random field of soil strength parameters. Based on Random Limit Equilibrium Method (RLEM), the influence of variation coefficient and fluctuation range on reliability of soil slope supported by micro-pile is investigated. The results show that the fluctuation ranges and the variation coefficients significantly influence the failure probability of soil slope supported by micro-pile. With the increase of fluctuation range of soil strength parameters, the mean safety factor of the slope increases slightly. The failure probability of the soil slope increases with the increase of fluctuation range when the mean safety factor of the slope is greater than 1. The failure probability of the slope increases by nearly 8.5% when the fluctuation range is increased from δv=2 m to δv =8 m. With the increase of the variation coefficient of soil strength parameters, the mean safety factor of the slope decreases slightly, and the probability of failure of soil slope increases accordingly. The failure probability of the slope increases by nearly 31% when the variation coefficient increases from COVc=0.2, COVφ=0.05 to COVc=0.5, COVφ=0.2.
Microbial diversity in the soil is responsive to changes in soil composition. However, the impact of soil amendments on the diversity and structure of rare and abundant sub-communities in agricultural systems is poorly understood. We investigated the effects of different Chinese herb residue (CHR) soil amendments and cropping systems on bacterial rare and abundant sub-communities. Our results showed that the bacterial diversity and structure of these sub-communities in soil had a specific distribution under the application of different soil amendments. The CHR soil amendments with high nitrogen and organic matter additives significantly increased the relative abundance and stability of rare taxa, which increased the structural and functional redundancy of soil bacterial communities. Rare and abundant sub-communities also showed different preferences in terms of bacterial community composition, as the former was enriched with Bacteroidetes while the latter had more Alphaproteobacteria and Betaproteobacteria. All applications of soil amendments significantly improved soil quality of newly created farmlands in whole maize cropping system. Rare sub-communitiy genera Niastella and Ohtaekwangia were enriched during the maize cropping process, and Nitrososphaera was enriched under the application of simple amendment group soil. Thus, Chinese medicine residue soil amendments with appropriate additives could affect soil rare and abundant sub-communities and enhance physicochemical properties. These findings suggest that applying soil composite amendments based on CHR in the field could improve soil microbial diversity, microbial redundancy, and soil fertility for sustainable agriculture on the Loess Plateau.
Ammonia (NH3) that reacts with nitric or sulfuric acid in the air is the major culprit contributing to the formation of fine particulate matter (PM2.5). NH3 volatilization mainly originates from nitrogen fertilizer and livestock manure applied to arable soil. Cation exchange capacity (CEC) of peat moss (PM) and zeolite (ZL) is high enough to adsorb ammonium (NH4+) in soil. Therefore, they might inhibit volatilization of NH3. The objective of this study was to compare the effect of PM and ZL on NH3 volatilization from upland soil. For this, a laboratory experiment was carried out, and NH3 volatilization from the soil was monitored for 12 days. PM and ZL were added at the rate of 0, 1, 2, and 4% (wt wt-1) with 354 N g m-2 of urea. Cumulative NH3-N volatilization decreased with increasing addition rate of both materials. Mean value of cumulative NH3-N volatilization across application rate with PM was lower than that with ZL. CEC increased with increasing addition rate of both materials. While the soil pH increased with ZL, it decreased with PM. Increase in CEC resulted in NH4+ adsorption on the negative charge of the external surface of both materials. In addition, decrease in soil pH hinders the conversion of NH4+ to NH3. Based on the above results, the addition of PM or ZL could be an optimum management to reduce NH3 volatilization from the soil. However, PM was more effective in decreasing NH3 volatilization than ZL due to the combined effect of CEC and pH.
Compost is widely used as an organic additive to improve the bioremediation of diesel-contaminated soil. In this study, the effects of compost amendment on the remediation performance, functional genes, and bacterial community are evaluated during the bioremediation of diesel-contaminated soils with various ratios of compost (0-20%, w/w). The study reveals that the diesel removal efficiency, soil enzyme (dehydrogenase and urease) activity, soil CH4 oxidation potential, and soil N2O reduction potential have a positive correlation with the compost amendment (p < 0.05). The ratios of denitrifying genes (nosZI, cnorB and qnorB) to 16S rRNA genes each show a positive correlation with compost amendment, whereas the ratio of the CH4-oxidizing gene (pmoA) to the 16S rRNA genes shows a negative correlation. Interestingly, the genera Acidibacter, Blastochloris, Erythrobacter, Hyphomicrobium, Marinobacter, Parvibaculum, Pseudoxanthomonas, and Terrimonas are strongly associated with diesel degradation, and have a strong positive correlation with soil CH4 oxidation potential. Meanwhile, the genera Atopostipes, Bacillus, Halomonas, Oblitimonas, Pusillimonas, Truepera, and Wenahouziangella are found to be strongly associated with soil N2O reduction potential. These results provide useful data for developing technologies that improve diesel removal efficiency while minimizing greenhouse gas emissions in the bioremediation process of diesel-contaminated soil.
BACKGROUND: Weathering of bottom ash (BA) might induce change of its surface texture and pH and affect physical and chemical properties of soil associated with greenhouse gas emission, when it is applied to the arable soil. This study was conducted to determine effect of weathering of BA in mitigating emission of greenhouse gases from upland soil. METHODS AND RESULTS: In a field experiment, methane (CH4), carbon dioxide (CO2), and nitrous oxide (N2O) emitted from the soil was periodically monitored using closed chamber. Three month-weathered BA and non-weathered BA were applied to an upland soil at the rates of 0, 200 Mg ha-1. Maize (Zea mays L.) was grown from July 1st to Oct 8th in 2018. Both BAs did not affect cumulative CH4 emission. Cumulative CO2 emission were 23.1, 19.8, and 18.8 Mg/ha/100days and cumulative N2O emission were 35.8, 20.9, and 17.7 kg/ha/100days for the control, non-weathered BA, and weathered BA, respectively. Weathering of BA did not decrease emission of greenhouse gases significantly, compared to the weathered BA in this study. In addition, both BAs did not decrease biomass yields of maize. CONCLUSION: BA might be a good soil amendment to mitigate emissions of CO2 and N2O from arable soil without adverse effect on crop productivity.
Biocatalytic degradation of total petroleum hydrocarbons (TPHs) in contaminated soil by hemoglobin and hydrogen peroxide is an effective soil remediation method. This study used a laboratory soil reactor experiment to evaluate the effectiveness of a nonspecific biocatalytic reaction with hemoglobin and H2O2 for treating TPH-contaminated soil. We also quantified changes in the soil microbial community using real-time PCR analysis during the experimental treatment. The results show that the measured rate constant for the reaction with added hemoglobin was 0.051/day, about 3.5 times higher than the constant for the reaction with only H2O2 (0.014/day). After four weeks of treatment, 76% of the initial soil TPH concentration was removed with hemoglobin and hydrogen peroxide treatment. The removal of initial soil TPH concentration was 26% when only hydrogen peroxide was used. The soil microbial community, based on 16S rRNA gene copy number, was higher (7.1 × 106 copy number/g of bacteria, and 7.4 × 105 copy number/g of Archaea, respectively) in the hemoglobin catalyzed treatment. Our results show that TPH treatment in contaminated soil using hemoglobin catalyzed oxidation led to the enhanced removal effectiveness and was non-toxic to the native soil microbial community in the initial soil.
Since the amount of red mud, generated from aluminum smelting process as a by-product, has increased worldwide, the recycle and metal resource recovery from the red mud is becoming more important. In this study, in order to recycle the red mud as a soil stabilizer to remediate arsenic contaminated soils, neutralization of red mud was investigated. Red mud was neutralized by washing with distilled water and NaCl, CaCl2, FeCl3, and HCl solutions and heating at 200-800℃, and arsenic stabilization characteristics in soils were evaluated with the neutralized red mud. Although washing with distilled water was not effective in neutralizing red mud, the application of the washed red mud to soils lowered the soil pH compared to the application of untreated red mud. Among NaCl, CaCl2, FeCl3, and HCl solutions, washing with FeCl3 showed the most effective in lowering pH of the red mud from pH 10.73 to pH 4.26. Application of the neutralized red mud in soils resulted in quite different arsenic stabilization efficiency depending on soil samples. In M1 soil, which showed relatively high arsenic stabilization efficiency by untreated red mud, the neutralization of red mud resulted in little effect on arsenic stabilization in soil. On the other hand, in M2 soil, which showed low arsenic stabilization efficiency by untreated red mud, the neutralization of red mud increased arsenic stabilization significantly. Soil characteristics such as clay minerals and pH buffering capacity seemed to affect reactions between red mud and soils, which resulted in different effects of the red mud application on soil pH and arsenic stabilization efficiencies.
A large amount of the mineral nitrogen is necessary for crop growth. With the use of nitrogen fertilizers, agricultural yield has increased during the last few decades. However, at the same time, nitrate from the cultivated land can be a source of environmental pollution, especially in water systems. For nitrogen management, it is necessary to analyze the pattern of nitrogen movement in soil. In this study, nitrogen leaching in upland soils was evaluated using undisturbed lysimeters with different soil textures during sesame cultivation. The soil texture of the lysimeters was clay loam (Songjung series) and sandy loam (Sangju series) soils. Sesame was cultivated from May 25 to August 24 in 2020. The standard amount of NPK fertilizer (N-P2O5-K2O = 2.9-3.1-3.2 kg·10 a-1) was applied before sowing. The amount of nitrogen leaching was calculated by multiplying the nitrogen (NO3-N + NH4-N) concentration and the amount of water drained below 1.5 m soil depth. The water was drained through percolation into macropores in the clay loam lysimeter. In contrast, in the sandy loam lysimeter, water drained more slowly than in the clay loam lysimeter. There was a slight difference in the total amount of leachate during the cultivation period, but the amount of nitrogen leaching was high in sandy loam soil. During the sesame cultivation period, the amount of nitrogen leaching from clay soil was 5.64 kg·10 a-1, and 10.70 kg·10 a-1 for sandy soil. We found that there was a difference in leaching depending on the soil physical characteristics. Therefore, it is necessary to consider the characteristics of soil to evaluate the leaching of nitrogen.
비소 및 중금속으로 오염된 토양 내 함량과 농작물로 전이되는 함량 간의 관련성을 도출하기 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있으나 두 함량 간의 낮은 상관성으로 인하여 명확한 결과가 도출되지 못하고 있다. 이 연구에서는 토양 내 비소 전함량과 단일용출 가용성 함량뿐만 아니라 토양의 물리·화학적 특성을 함께 고려하여 백미로 전이되는 비소 함량을 예측하는 통계학적 모델을 만들고자 하였다. 토양 특성 중 pH, 단일용출 가용성 함량, 유기물 함량에 따라 순차적으로 토양을 분류하며 회귀분석을 통한 예측 모델을 도출하였다. 80개의 백미 내 비소 함량과 토양 내 비소 전함량 및 Mehlich 가용성 함량 간의 상관계수는 각각 0.533과 0.493으로 낮았다. 그러나 토양을 pH, Mehlich 가용성 함량에 대한 전함량, 유기물 함량으로 순차적으로 분류하여 모델을 도출한 결과, ① pH가 6.5보다 높은 13개의 토양은 0.963, ② pH가 6.5 이하이고 AsTot/AsMehlich 비가 높은 15개의 토양은 0.849, ③ pH가 6.5 이하이고 AsTot/AsMehlich 비가 낮으며 8.5% 이하의 유기물을 함유한 30개의 토양은 0.935로 예측력이 크게 증가하였다. 이 연구에서 도출된 토양 분류에 따른 백미 전이 함량 예측 모델은 비소 오염 토양에 대해 신뢰성 있는 백미 재배 기준을 설정하는데 의미있는 방법론을 제안할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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