The Zimapán mining district in the state of Hidalgo (Mexico) generates residues with high content of Cu, Pb and Zn which have been disposed for decades on sites that could cause toxicity to the surrounding area. Simultaneously, district's water dams have been affected by an invasive plant called water hyacinth (Eichhornia crassipes), both of problems require attention and remediation treatments. The objectives of this research were: a) to evaluate biochar derived from water hyacinth (H) in mining acid residues; and b) to compare its performance vs monopotassium phosphate (F), lime (L) and the phosphates mixtures with biochar (FH) or with lime (FL) by a bioassay of barley root growth, soluble metal and pH. In this investigation four substrates was used to emulate pollution gradients: 100 %-neutral pristine soil (M1); 100 %-acid mine residues (M4); and two mixtures soil: residues (w/w) of 65:35 (M2) and 35:65 (M3). The substrates were treated with the amendment (dose w/w): H (10 %-substrate), L (3.4 %-residues), F (0.06 %-soil + 0.6 %-residues), FH (0.06 %-soil + 0.6 %-residues + 10 %-substrate) y FL (0.06 %-soil + 0.6 %-residues + 3.4 %-residues) (22 totaltreatments, blanks-included). This study shows that water hyacinth could be utilized as an acid mine residues treatment by converting it to biochar. It caused the increase of root length, pH and reduce the soluble Cu and Zn as with the others amendments when the residues were present. Although the reduction of soluble Pb with biochar was considerably lower than with lime in the residues-substrates. Palabras clave: fitotoxidad metálica, longitud de raíz, sustratos, Hordeum vulgare L. RESUMEN El distrito minero de Zimapán en el estado de Hidalgo (México) ha generado residuos con alto contenido de Cu, Pb y Zn por décadas, que han sido dispuestos en presas de jales con efectos potencialmente tóxicos. Al mismo tiempo el lirio acuático (Eichhornia crassipes) una maleza acuática, ha afectado presas del mismo estado, ambos requieren de atención y soluciones. Los objetivos de este trabajo fueron: a) evaluar biocarbón derivado de lirio acuático (H) en residuos mineros ácidos; y simultáneamente b) comparar su desempeño con fosfato monopotásico (F), cal (L) y las mezclas fosfatos con biocarbón (FH) o cal (FL) mediante un bioensayo de crecimiento de raíz de cebada, metal soluble y pH. Se preparon cuatro sustratos para emular un gradiente de contaminación: 100 %-suelo prístino neutro (M1); 100 %-residuos ácidos mineros (M4); y dos mezclas suelo:residuos (w/w) de 65:35 (M2) y 35:65 (M3). A los sustratos se les aplicaron las enmiendas (dosis p/p): H (10 %-sustrato), L (3.4 %-residuos), F (0.06 %-suelo + 0.6 %-residuos), FH (0.06 %-suelo + 0.6 %-residuos + 10 %-sustrato) y FL (0.06 %-suelo + 0.6 %-residuos + 3.4 %-residuo) (22 tratamientos, blancos incluidos). En este estudio se demostró que el biocarbón de lirio acuático puede ser una enmienda en residuos ácidos mineros. Este incrementó la longitud de raíz y redujo el Cu y Zn soluble al mismo nivel que las otras enmiendas en los...

Las técnicas para analizar los elementos esenciales o tóxicos para las plantas y los seres humanos, ha experimentado un acelerado desarrollo en los últimos tiempos, tanto en las convencionales o clásicas, que requieren la solubilización de la muestra, como en otras emergentes que no la requieren. Las técnicas convencionales avanzadas y las no destructivas se usan poco por los investigadores en genética, agronomía, nutrición, fisiología, biología, para evaluar la composición y calidad nutrimental de alimentos, cuantificar elementos metálicos esenciales y tóxicos, diagnosticar el estado nutrimental de los cultivos y estudiar alimentos funcionales. Estas técnicas analíticas se pueden aplicar, además, a suelos, abonos y fertilizantes. El objetivo de este ensayo es difundir las posibilidades de aplicación y los principios básicos de estas técnicas analíticas emergentes. La espectrometría de emisión por atomización con plasma inductivamente acoplado (ICP, Inductively coupled plasma) y la de ICP masas (ICP-MS, Mass spectrometry with inductive coupling plasma) tienen mayor interés que las técnicas clásicas usadas en los laboratorios de los países de escaso desarrollo, como las espectrometrías de emisión (AES, Atomic emission spectrometry) y absorción atómica (AAS, Atomic absorption spectrometry), que requieren solubilización de la matriz. La ICP-MS y la ICP tienen ventajas para el análisis simultáneo de contenidos totales de la mayoría de los elementos esenciales para el crecimiento de los vegetales. Entre las técnicas no destructivas de la matriz, la mayoría de las consideradas en este ensayo se basan en la interacción de los rayos X con la materia, como fotoemisión de rayos X (XPS, X-ray photoelectron spectrometry), emisión de rayos X inducida por partículas (PIXE, Particle induced X-ray emission), fluorescencia de rayos X (XRF, X-ray fluorescence) y espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS, Energy-dispersive X-ray spectroscopy), similares en sus fundamentos. Estas técnicas, a diferencias de las anteriores, no requieren solubilizar la muestra o su preparación es mínima. Otras ventajas son su rapidez, la realización de análisis multielemental simultáneo, tamaño pequeño de muestra, adquisición de la distribución de elementos químicos en la muestra y generar mapas en dos dimensiones. Las cuatro técnicas descritas más arriba analizan contenidos totales. PIXE y XRF presentan mayor sensibilidad que las otras dos para cuantificar elementos traza en concentraciones de partes por millón, y estas dos más EDS se pueden acoplar a microscopios ad hoc para obtener la distribución de elementos químicos y hacer mapeos. La técnica XPS permite analizar fracciones iónicas en estudios de estados de oxidación de los elementos, pero las concentraciones en las muestras deben ser superiores a 0.1% en peso. Las aplicaciones de las técnicas no destructivas generan información complementaria a las clásicas y aportan conocimiento básico. Otras ventajas es que la preparación de las muestras requiere menos tiempo, excepto cuando se requieren mapeos. Su capacidad para ejecutar multianálisis permite reducir costos. En México y otros países hay grupos de investigación especializados en estas técnicas, pero es necesario desarrollar e implementar aplicaciones para realizar análisis de matrices biológicas como vegetales (semillas, hojas, etc.), alimentos, abonos y matriz orgánica de los suelos. Un conocimiento más profundo de estas técnicas permitirá la interacción de grupos de investigación y generar información para estudios de ciencia básica en agronomía y alimentos.

The chapter is meant to expose how a sound methodology can be instrumented to both, remediate acidic metal polluted mine wastes, taking advantage of the neutralizing power and high metal sorption affinity of biochar, and to utilize pyrolyzed material derived from high-rate growth plants (water hyacinth, Eichhornia crassipes Mart, and Eucalyptus, Eucalyptus globulus Labill), which have become of ecological relevance due to their unwanted proliferation over specific terrestrial, lacustrine or riverine environments. In addition, the proposal considers not only neutralizing the mine tailings and abating the toxic levels of specific heavy metals like Pb, Cd, Cu, Zn, etc., to fulfill the international and national standards and norms, but to conveniently combine biochar with widely used soil amendments to pass widely recognized biological tests of growth using heavy metal-sensitive plants. The approach addresses firstly: a) characterizing physiochemically mine tailings and biochar, in terms of their properties (metal speciation and contents, potential acidity and neutralization potential, chemical oxygen demand, heavy metal-biochar sorption-complexing affinities, among others), and secondly; b) creating a” fertile environment” by reconditioning, agriculturally, the heavy metal-polluted acidic mine waste to allow native vegetation, or other reforesting species, to regrow on the reclaimed site, based on the bioassay tests performances.

No abstract

Green manures are an adequate alternative for improving the availability of nitrogen and phosphorus for crop nutrition, within a global context of decreasing soil fertility and the urgent need to care for the environment. Mixteca region, covers a wide area of central Mexico, characterized by a semi-arid climate, eroded calcareous soil, and rural poverty. With the aim of proposing technologies for improving soil quality and increasing the availability of nitrogen and phosphorus, an experiment was conducted using green manures: Canavalia ensiformis, Dolichos lablab, Leucaena leucocephala and Avena strigosa and Phaseolus vulgaris, that would ensure a balance between N and P release and the requirements of maize cultivation. The rate of enriched soil mineralization with green manures was determined through incubation, controlled for 15 days with CO2 emissions using an OxiTop OC110® kit as an indicator of decomposition. CO2 emissions were greatest in the soil established with Leucaena leucocephala and least in the soil with no fertilizer, with emissions descending in the following order: Leucaena leucocephala > Canavalia ensiformis > Avena strigosa +Phaseolus vulgaris > Dolichos lablab > soil without green manure. It is assumed that a greater flow of CO2 is accompanied by greater mineralization and release of nutrients. The Ntotal in the soil treated with green manures was similar and greater than that of the soil without fertilizer. Soil treated with Avena strigosa+Phaseolus vulgaris contained the highest values of Nmineral (N-ammonium + N-nitrate). POlsen content in soils with green manures was double that of the soil without fertilizer. Incubation provided the opportunity of identifying those green manures with higher agronomic potential in the area under study. The biomass comprising Leucaena leucocephala leaves and tender stems constitute an alternative for improving soil by providing OM. However, when considering the availability of N and P, the Avena strigosa+Phaseolus vulgaris combination is a superior alternative for meeting the needs of maize cultivation.