Immobilization of heavy metals in soils by the application of bauxite residues: pot experiments under field conditions

In previous greenhouse experiments red mud, a residue of the alumina industry, was identified as effective amendment for in situ fixation of heavy metals. In the present study, we further evaluated the efficiency and potential drawbacks of red mud in an outdoor pot experiment. Application of 5 % (w/w) red mud (RM) should reveal possible drawbacks of red mud due to indigenous pollutants such as As, Cr, and V. Three soils from arable land in Lower Austria named Untertiefenbach (U) (Eutric Cambisol), Weyersdorf (W) (Dystric Cambisol), and Reisenberg (R) (Calcic Chernozem) were spiked with Cd, Zn, Cu, Ni, and V at two concentration levels in 1987, two soils originate from long-term industrially polluted sites, located in Carinthia (Arnoldstein – Rendzic Leptosol; Zn, Cd, and Pb) and Tyrol (Brixlegg – Dystric Fluvisol; Cu, Zn). Zea mays was cultivated in pots for three months in outdoor conditions. Extraction with 1 M NH4NO3 was used to assess the influence of RM on the labile metals. Lability of Cd, Zn, Ni, and Pb was reduced upon RM treatment on a sandy soil up to 91 %, 94 %, 71 %, and 83 % of the control, respectively. Metal accumulation in shoots was reduced for Cd and Zn up to 54 % and for Ni up to 75 % (soil W), but not for Pb (soil A). Addition of RM (5 % w/w) increased the total As, Cr, and V concentrations in soils by 5, 20, and 50 mg kg–1, respectively. Whereas the lability of Cr was not affected, 1 M NH4NO3-extractable As and V exceeded the trigger value for water quality according to Prues (1994). Lability of Cu increased upon RM application, especially on the Cu polluted industrial soil (B), while Cu toxicity appeared to be reduced as indicated by the higher corn biomass production. Red mud holds promise as soil amendment in terms of reduction Cd, Zn, and Ni bioavailability. However, at additions as high as 5 % (w/w) large As, Cr, and V concentrations of this material may limit its application. Immobilisierung von Schwermetallen in Boden durch Einbringung von Bauxitruckstanden: Gefasversuch unter Freilandbedingungen In vorausgehenden Glashausversuchen wurde Rotschlamm (RM), ein Nebenprodukt der Aluminiumindustrie, als effektives Bodenadditiv zur in-situ. Fixierung von Schwermetallen identifiziert. In dieser Studie wurden weiterfuhrend die Effektivitat und die potenziellen Nachteile von RM in einem Freilandversuch untersucht. Eine Applikationsrate von 5 % (m/m) RM sollte mogliche Nachteile aufgrund der Eigenkontamination von z. B. As, Cr und V zeigen. Drei landwirtschaftlich genutzte Boden aus Niederosterreich, Untertiefenbach (U) (Carbonathaltige Braunerde), Weyersdorf (W) (Carbonatfreie Braunerde) und Reisenberg (R) (Tschernosem), wurden mit Cd, Zn, Cu, Ni und V in jeweils zwei Kontaminationsniveaus versetzt. Zwei weitere Boden stammen von den kontaminierten Industriestandorten Arnoldstein (A) (Rendzina) und Brixlegg (B) (Auenboden). Mais wurde in Grosgefasen im Freiland wahrend einer Zeit von drei Monaten kultiviert. Ammoniumnitratextraktion wurde zur Bewertung des Einflusses von RM auf die labilen Metalle herangezogen. Die Labilitat von Cd, Zn, Ni und Pb wurde durch die Rotschlammbehandlung auf einem sandigen Boden bis zu 91 %, 94 %, 71 % bzw. 83 % der Kontrolle reduziert. Die Metallaufnahme in die oberirdische Biomasse wurde fur Cd und Zn bis zu 54 % und fur Ni bis zu 75 % reduziert (Boden W), nicht jedoch fur Pb (Boden A). Die Zugabe von 5 % Rotschlamm erhohte den As-, Cr- und V-Gehalt im Boden um 5, 20 bzw. 50 mg kg–1. Die Labilitat von Cr blieb unbeeinflusst, wohingegen extrahierbares As und V die Prufwerte zum Schutz von Wasser gemas Prues (1994) uberschritten hat. Die Cu-Labilitat stieg durch die Rotschlammbehandlung an, besonders auf dem kupferbelasteten Industrieboden (B), wahrend aufgrund der hoheren Biomassebildung die Pflanzentoxizitat reduziert erschien. Fur die Reduktion der Cd-, Zn- und Ni-Bioverfugbarkeit ist die Rotschlammbehandlung weiterhin vielversprechend, jedoch Zugabemengen bis zu 5 % (m/m) konnen durch die hohen As-, Cr- und V-Gehalte des Materials die Anwendung einschranken.