RESPONSE OF SOIL MICROBIAL BIOMASS TO CeO2 NANOPARTICLES
RÉPONDUE DE LA BIOMASSE MICROBIENNE DU SOL  AUX NANOPARTICULES DE CeO2
RISPOSTA DELLA BIOMASSA MICROBICA DEL SUOLO ALLE NANOPARTICELLE DI  CeO2
Creators: name: Carbone, Serena; Department Agroenvironmental Sciences And Technologies, University Of Bologna, Bologna
name: Vittori Antisari, Livia; Department Agroenvironmental Sciences And Technologies, University Of Bologna, Bologna
name: Fabrizi, Alberto; Laboratorio Dei Biomateriali Dipartimento Di Chirurgie Specialistiche. Testa E Collo. Università Di Modena E Reggio Emilia, Modena
name: Gatti, Antonietta; Laboratorio Dei Biomateriali Dipartimento Di Chirurgie Specialistiche. Testa E Collo. Università Di Modena E Reggio Emilia, Modena
name: Vianello, Gilmo; Department Agroenvironmental Sciences And Technologies, University Of Bologna, Bologna
Publisher: name: EQA - International Journal of Environmental QualityEQA - International Journal of Environmental Quality
Year: 2013
Subjects: nanoparticles; cerium oxide; bioindications; soil microbial biomass; electron microscopy
nanoparticules; oxyde de cérium; bioindicateurs; biomasse microbienne du sol; microscopie électronique
nanoparticelle; ossido di cerio; bioindicatori; biomassa microbica del suolo; microscopia elettronica

description: Aim of this work was to assess the impact of the chronic exposure of CeO2 nanoparticles (NPs) (50 to 105 nm nominal size) on soil microbial biomass. To evaluate if the CeO2 NPs can affect the soil quality, they were mixed to an A1 and A2 horizon of Epileptic Cambisols at a concentrations of 100 ppm and incubated in lab for short and medium (7 and 60 days) times, at a constant temperature (25°C) and moisture (60% WHC). The preliminary results of the soil physicochemical analyses have showed an insolubility of the CeO2 NPs at short-term incubation in water, EDTA and aqua regia. The biological assays detect a storing of Ce-CeO2 in the microbial biomass at short time that decreases in the C amount. An increment of the basal respiration and a decrease in the amount of carbon soil microbial biomass determined a higher metabolic quotient (qCO2) than the control test, that identifies a stressful situation, most evident in the short term condition. Physical-chemical characterization of the CeO2 NPs and of the soil before and after the NPs addition, was carried out by means of Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) and an Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). The investigations showed Ce-NPs and Ce-compounds in both- incubation-condition samples. The control soil showed the presence of cerium associated with other elements, like P, Nd, La, Th e Si. From literature, it appears that these elements identify Monazite-Ce/Nd minerals, whose chemical formulas are respectively (Ce, La, Nd, Th) PO4 and (Nd, Ce, La) (P, Si) O4. The presence of CeO2 NPs was clearly detected in soil and recognized by ESEM morphological observations coupled with EDS characterization. The NPs chemical composition appears unaltered, while the size can be modified by NPs aggregation and clustering. The results contribute to setting reference baseline values of cerium in soil and indicate an impact on the amount of carbon soil microbial biomass due to a higher metabolic quotient (qCO2) that can condition the soil fertility.
description: But de ce travail a été d'évaluer l'impact d'une exposition chronique de nanoparticules de CeO2 (NP diamètre compris entre 50 et 150 nm), sur la biomasse microbienne du sol. L'évaluation de l'effet qui peuvent avoir sur la qualité du sol a été expérimentée sur horizons A1 et A2 d'Epileptic Cambisols en utilisant concentrations de 100 ppm avec des incubations en laboratoire pour un bref et une période moyenne de temps, 7 et 60 jours, respectivement, en maintenant température constante, 25°C et humidité, 60% WHC. Les résultats préliminaires des analyses physique et chimiques du sol effectués avec l'eau, EDTA et aqua regia ont souligné une insolubilité des NP - CeO2 après incubation pour une brève période. L'essai biologique a souligné dans la brève période une accumulation de Ce-CeO2 en la biomasse microbienne et un décrément du contenu en C organique soluble. L'accroissement de la respiration basale et le décrément du contenu en carbone de la biomasse microbienne ont induit un quotient métabolique élevé (qCO2) respect au test de contrôle, tel à souligner une situation de stress très évident dans les conditions de brève période.  La caractérisation chimique-physique des nanoparticules de CeO2 et du sol avant et après l'addition des mêmes NP, elle a été effectuée en microscopie électronique (ESEM Scanning Electron Microscope), jumelée à spectroscopie aux rayons X (EDS Energy Dispersives Spectroscopy).  L'enquête a souligné la présence de nanoparticules de Ce et de mélanges de Ce en les deux les incubations des champions. Le sol de contrôle a montré présence de Ce associé aux autres éléments quel P, Nd, Vous, Th et La;  de la littérature on déduit que tels éléments identifient minéraux de monazite-Ce/Nd à la formule chimique, (Ce,La,Nd,Th)PO4 et (Nd,Ce,La)(P,Si)O4. La présence de nanoparticules de Ce a été déterminée et reconnue par les observations morphologiques dans le champion de sol avec de l'ESEM complété par la caractérisation avec de l'EDS;  on est pu, donc, souligner comme la composition chimique des nanoparticules soit resté inaltéré, pendant qu'elle se soit modifiée la dimension en fonction de leur agrégation. Les résultats ont contribué à mettre au point les valeurs de fond de Ce dans le sol et la présence de nanoparticules il a souligné un impact sur la quantité de C de la biomasse microbienne dûe à un quotient métabolique élevé à conditionner la fertilité naturelle du sol.
description: Scopo di questo lavoro è stato quello di valutare l’impatto di una esposizione cronica di nanoparticelle di CeO2 (NP, diametro compreso tra 50 e 150 nm) sulla biomassa microbica del suolo. La valutazione dell’effetto che NP di CeO2 possono avere sulla qualità del suolo è stata sperimentata su orizzonti A1 e A2 di Epileptic Cambisols utilizzando concentrazioni di 100 ppm con incubazioni in laboratorio per un breve e un medio periodo di tempo (7 e 60 giorni, rispettivamente) mantenendo costanti temperatura (25°C) ed umidità (60% WHC). I risultati preliminari delle analisi fisico-chimiche del suolo effettuate in acqua, EDTA ed aqua regia hanno evidenziato una insolubilità delle NP- CeO2 dopo incubazione per un breve periodo. Il saggio biologico ha evidenziato nel breve periodo un accumulo di Ce-CeO2 nella biomassa microbica ed un decremento del contenuto in C organico solubile. L’incremento della respirazione basale ed un decremento del contenuto in carbonio della biomassa microbica hanno indotto un elevato quoziente metabolico (qCO2) rispetto al test di controllo, tale da evidenziare una situazione di stress molto evidente nelle condizioni di breve periodo.  La caratterizzazione chimico-fisica delle nanoparticelle di CeO2 e del suolo prima e dopo l’aggiunta delle NP stesse, è stata effettuata in microscopia elettronica ambientale (ESEM Scanning Electron Microscope) accoppiata a spettroscopia a raggi X (EDS Energy Dispersive Spectroscopy). L’indagine ha evidenziato la presenza di nanoparticelle di Ce e di composti di Ce in entrambe le incubazioni dei campioni. Il suolo di controllo ha mostrato presenza di Ce associato ad altri elementi quali  P, Nd, La, Th e Si;  dalla letteratura si evince che tali elementi identificano minerali di monazite-Ce/Nd a formula chimica (Ce,La,Nd,Th)PO4 e/o (Nd,Ce,La)(P,Si)O4. La presenza di nanoparticelle di Ce è stata determinata e riconosciuta dalle osservazioni morfologiche nel campione di suolo con ESEM integrate dalla caratterizzazione con EDS; si è potuto, quindi, evidenziare come la  composizione chimica delle nanoparticelle sia rimasta  inalterata, mentre si sia modificata la dimensione in funzione della loro aggregazione. I risultati hanno contribuito a mettere a punto i valori di fondo di Ce nel suolo e la presenza di nanoparticelle ha evidenziato un impatto sul quantitativo di C della biomassa microbica dovuto ad un più elevato quoziente metabolico tale da condizionare la fertilità naturale del suolo.
description: EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 7 (2011); 1-16