Long term effects of heavy metal enriched sewage sludge disposal in agriculture on soil biota

Stöven, Kirsten GND; Schnug, Ewald GND

Die biotischen Auswirkungen einer durch zehnjährige Klärschlammentsorgung (12 t ha-1 a-1) verursachten Schwermetall-Belastung eines Bodens in Norddeutschland wurden 16 Jahre nach der letzten Schlammbehandlung untersucht. Bewertet wurden die Gehalte an Schwermetallen in Boden und Regenwürmern sowie die Enzymaktivitäten von Mikroorganismen im Boden. Die Ausbringung von mit Schwermetallen angereichertem Klärschlamm verursachte im Vergleich zur mineralischen Düngung erhöhte Schwermetallgehalte im Boden, welche auf Bodenorganismen übertragen wurden. Regenwürmer von Böden mit Klärschlammapplikation zeigten ebenfalls erhöhte Schwermetallkonzentrationen. Cadmium wies den höchsten Transferfaktor vom Boden zum Regenwurm auf. Die Höhe des Transferfaktors war elementspezifisch und abhängig von der Schwermetallkonzentration im Boden. Trotz der höheren Schwermetallkonzentration in der Biomasse der Regenwürmer war deren Anzahl im Boden der mit Klärschlamm behandelten Fläche erhöht, was auf den gleichfalls gesteigerten Gehalt an organischer Substanz (SOM) zurückgeführt wird. Die Aktivitäten von Dehydrogenase und alkalischer Phosphatase waren in Klärschlamm-behandelten Böden vermindert. Cellulase und Protease-Aktivitäten wurden hingegen durch die Applikation von mit Schwermetallen angereichertem Klärschlamm erhöht. Klärschlamm-Befrachtung erhöhte somit zwar der Gehalt an organischer Substanz im Boden, die toxische Wirkung der Schwermetalle verzögerte jedoch den biologischen Abbau des Klärschlamms.

Long term effects of heavy metal pollution caused by decennial sewage sludge disposal (12 t ha-1 yr-1) from 980 to 1990 on soil biota of an experimental field in Northern Germany were investigated 16 years after the last sludge application. The plots still exist to date as permanent pasture. The consequences of the soil treatment were shown by means of heavy metal concentrations of soil and earthworms. Additional effects on soil micro-organisms by enzyme activities were investigated. The disposal of heavy metal enriched sewage sludge caused increased soil heavy metal concentrations compared to mineral fertilised control plots. The increased soil heavy metal concentration was transferred to soil organisms. The earthworm biomass from the sewage sludge treated plots bore increased heavy metal concentrations. Cadmium showed the highest transfer factor from soil to earthworms. The amount of transfer into biomass is specific for each element and depends on heavy metal soil concentration. Despite the higher heavy metal concentration of earthworm biomass, the number of earthworms was increased in soil of the sewage sludge treated plots which is attributed to the enhanced soil organic matter (SOM) concentration. The number of earthworms did not correlate significantly with SOM but the weight of earthworms did. The microbial activities of dehydrogenase and alkaline phosphatase enzymes were reduced in soil of the sewage sludge treated plots compared to the control plots. The enzyme activities of cellulase and protease however were enhanced by the application of heavy metal enriched sewage sludge compared to the control plots. One the one hand sewage sludge addition enhanced soil organic matter concentration; on the other hand its microbial decomposition was retarded by toxic effects of heavy metals due to reduced enzyme activities.

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Stöven, Kirsten / Schnug, Ewald: Long term effects of heavy metal enriched sewage sludge disposal in agriculture on soil biota. 2009.

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