EFFECT OF CADMIUM BIOAVAILABILITY ON PHYTOEXTRACTION FEASIBILITY AND ECOLOGICAL RISK IN A COMPOST-BASED SOIL

Abstract

The effect of cadmium (Cd) bioavailability on phytoextraction feasibility and ecological risk was investigated in soil amended with municipal solid waste (MSW) and sewage sludge (SS) compost at the Peterborough Gun Club in Peterborough, Canada. Plant uptake was low due to sorption of Cd to stable soil fractions, and it was therefore determined that phytoextraction was not a feasible method of remediating these MSW/SS compost-based soils. Low plant bioavailability limited exposure of higher order receptors to Cd, and an ecological risk assessment (ERA) indicated no potential for risk to any of the seven ecological receptors evaluated at this site. For comparison, risk was also characterized at a nearby PCB-contaminated site using the same seven receptors. Previous research had shown that phytoextraction would be an effective method of remediating this PCB site due to high plant uptake of the contaminant, and an ERA revealed that five of the seven receptors evaluated were potentially at risk of experiencing adverse health effects from PCBs. As ERAs characterize risk under present environmental conditions, the long-term potential for biochar to sorb Cd and limit its bioavailability was evaluated at the Peterborough site. Trends indicated decreasing Cd bioavailability in biochar-amended soil relative to the un-amended control, and this coincided with a significant decrease in organic matter content in the control soil. The results of this thesis emphasize the influence of contaminant bioavailability on phytoextraction feasibility and ecological risk, and demonstrate the potential for biochar to limit long-term Cd bioavailability and risk in MSW/SS compost-amended soil.

L'effet de la biodisponibilité de cadmium (Cd) sur la faisabilité d’utiliser la phytoextraction ainsi que les risques écologiques associés ont été étudiés dans les sols ou des déchets municipaux solides (DMS) et des boues d'épuration (BE) compostées ont été ajoutés au Club de Tir Peterborough (CTP) à Peterborough, Canada. La phytoextraction de Cd par les plantes était faible grâce à la sorption de Cd sur les fractions de sol stables et la phytoextraction par les plantes n'est donc pas une méthode possible pour rétablir les sols contaminés avec le Cd par l'application de compost produit avec DMS/BE. Cependant, la faible phytoextraction de Cd par les plantes réduit l’exposition du Cd pour les récepteurs écologiques des niveaux trophiques plus élevés sur ce site, et une évaluation des risques écologiques a indiqué qu’il n’y a aucun potentiel de risque. Pour comparaison, les risques écologiques ont aussi été caractérisés sur un site contaminé par des biphényles polychlorés (BPC) en utilisant les mêmes sept récepteurs. Des recherches antérieures avaient montré que la phytoextraction serait une méthode efficace de réhabiliter ce site à cause de la biodisponibilité des BPC élevée, et une évaluation des risques écologiques a indiqué qu'il existe le potentiel de risque à cinq des sept récepteurs évaluées. Étant donné que les évaluations des risques écologiques caractérisent le risque dans les conditions environnementales actuelles, cette étude a permis d’évaluer le potentiel à long terme pour le biocharbon à adsorber le Cd au CTP, et la limitation de sa biodisponibilité a également été évaluée. Les tendances indiquent une diminution de biodisponibilité de Cd dans les sols avec le biocharbon par rapport aux sols de contrôle (sols sans biocharbon) ce qui a coïncidé avec une diminution significative de la teneur en matière organique dans le sol de contrôle et non dans le sol avec biocharbon. Les résultats de cette thèse soulignent l'influence de la biodisponibilité des contaminants sur l'efficacité des plantes à absorber le Cd ainsi que les risques écologiques et démontrent le potentiel pour le biocharbon de limiter la biodisponibilité de Cd à long terme et les risques dans les sols avec DMS/BE compostés.