Fate of post-blast residue in soils from an armed conflict zone determined by magnetic, microbiological, and ecotoxicological assessments.

چکیده اصلی

Weapon detonations generate substantial quantities of post-blast residue (PBR), which contributes iron-rich particles to soils. After deposition, these residues undergo redox transformations that produce bioavailable iron compounds, potentially increasing phytotoxic risks to agricultural crops. In the present study, soil contamination by detonation of military weapons was simulated by adding 1% of < 1 mm PBR to soil, and iron mobilization under waterlogged conditions was subsequently monitored. Scanning electron microscopy revealed two components in PBR: iron-bearing spherules and metallic fragments composed of an iron core with an oxidized surface layer. Magnetic analyses confirmed that waterlogging had a limited impact on PBR, with no significant changes in explosion-derived iron spherules; however, a decrease was observed in hematite-like phases associated with surface-corroded iron fragments. This decrease was linked to the interaction of these phases with metabolically active soil microorganisms. Following the addition of a carbon and energy source (potato) to PBR-contaminated soil, the abiotic reaction of Fe0 oxidation to Fe2+ significantly accelerated due to microbial synthesis of organic acids and protons (H+) and iron mobilization by microbial activity. This markedly affected the soft magnetic material (fine pedogenic magnetite and iron core of PBR fragments) as well as highly coercive phases (oxidized coating of iron fragments and lithogenic hematite). Phytotoxic effects were evaluated by assessing seed germination, seedling, and root growth in representative species planted during the period of elevated soluble iron concentrations. Increased iron accumulation in stressed seedlings was a key indicator of PBR toxicity. These laboratory-simulation results improve our understanding of the potential environmental transformation of war-related iron residues and their implications for soil sustainability, which require validation under field conditions.

ترجمه فارسی چکیده

انفجار سلاح‌ها مقدار زیادی باقی‌مانده پس از انفجار (PBR) تولید می‌کند که به خاک ذرات آهن‌غنی اضافه می‌کند. این باقی‌مانده‌ها پس از رسوب، تغییرات اکسید-کاهش می‌یابند و ترکیبات آهن قابل دسترس تولید می‌کنند که می‌تواند خطرات فیتوتوکسیک برای محصولات کشاورزی را افزایش دهد. در این مطالعه، آلودگی خاک به وسیله انفجار سلاح‌های نظامی با اضافه کردن ۱٪ PBR با اندازه کمتر از ۱ میلی‌متر به خاک شبیه‌سازی شد و مهاجرت آهن تحت شرایط اشباع آبی مورد پایش قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی ردیابی دو مؤلفه در PBR را نشان داد: کره‌های حاوی آهن و تکه‌های فلزی متشکل از هسته آهن با لایه اکسید شده روی سطح. تحلیل‌های مغناطیسی تأیید کردند که اشباع آبی تأثیر محدودی بر PBR داشت و تغییر معنی‌داری در کره‌های آهن حاصل از انفجار مشاهده نشد؛ با این حال، کاهشی در فازهای مشابه همتاتیت مرتبط با تکه‌های آهن خورده‌ی سطحی مشاهده شد. این کاهش به تعامل این فازها با میکروارگانیسم‌های خاک متابولیکاً فعال گره خورد. پس از اضافه کردن منبع کربن و انرژی (سیب‌زمینی) به خاک آلوده به PBR، واکنش بی‌جان اکسیداسیون Fe0 به Fe2+ به طور قابل توجهی به دلیل سنتز اسیدهای آلی و پروتون‌ها (H+) توسط میکروارگانیسم‌ها و مهاجرت آهن توسط فعالیت میکروبی تسریع شد. این امر تأثیر چشمگیری بر مواد مغناطیسی نرم (مگنتیت پدوژنیک ریز و هسته آهن تکه‌های PBR) و فازهای با کوئرسیو بالا (پوشش اکسید شده تکه‌های آهن و همتاتیت لیتوژنیک) داشت. اثرات فیتوتوکسیک با ارزیابی جوانه‌زنی، رشد جوانه و ریشه در گونه‌های نمونه در دوره غلظت بالای آهن محلول ارزیابی شد. افزایش تجمع آهن در جوانه‌های استرس‌دیده، شاخص کلیدی سمیت PBR بود. این نتایج شبیه‌سازی آزمایشگاهی درک ما از تغییرات محیطی بالقوه باقی‌مانده‌های آهن مرتبط با جنگ و پیامدهای آن برای پایداری خاک را بهبود می‌بخشد که نیاز به تأیید در شرایط میدانی دارد.

متن کامل اصلی