Synergistic remediation of copper mine tailing sand by microalgae and fungi

Resumo

As crostas biológicas do solo (CBSs) podem fortalecer as partículas do solo, aumentar seus nutrientes e reduzir a erosão. No entanto, faltam informações sobre a estabilização de areia de rejeito de mineração por meio de CBSs induzidas. Neste estudo, uma microalga nativa (Coelastrella sp.) e dois fungos (Aspergillus sp. e Penicillium sp.) isolados de areia de rejeito de mina de cobre foram inoculados sobre o rejeito de diferentes formas. Após 90 dias de inoculação, os microrganismos colonizaram efetivamente e formaram CBSs na superfície do rejeito, conforme comprovado por imagens de microscopia eletrônica de varredura e por parâmetros de crescimento, e a inoculação dupla de microalga e fungos apresentou efeito sinérgico na melhoria das propriedades do solo. Em comparação com o controle, o grupo com coinoculação de microrganismos apresentou aumento de carbono orgânico, capacidade de troca catiônica, umidade do solo, atividade de sacarase e carbono da biomassa microbiana de 55,41%, 27,18%, 6,29%, 471% e 216%, respectivamente; redução do pH de 9,09 para 8,95; e redução do teor de Cu biodisponível e da densidade do solo de 15,43% e 6,30%, respectivamente. Esse resultado indicou que a formação de CBSs pode melhorar efetivamente as propriedades da areia de rejeito. A composição da matéria orgânica dissolvida, analisada por matriz de excitação-emissão, mostrou que o aumento do carbono no rejeito foi causado predominantemente pelas microalgas e pelos fungos. Os resultados indicaram que o uso de microrganismos nativos para formar crostas biológicas pode melhorar efetivamente as propriedades da areia de rejeito e aumentar seu teor de nutrientes, podendo ser utilizado como novo método de recuperação de rejeitos.

Abstract

Biological soil crusts (BSCs) could strengthen soil particles, increase soil nutrients, and reduce soil erosion. However, available information on stabilizing mine tailing sand by induced BSCs is lacking. In this study, a native microalgae (i.e., Coelastrella sp.) and two fungi (i.e., Aspergillus sp. and Penicillium sp.) isolated from Cu mine tailing sand were inoculated onto the tailing sand in different manners. After being inoculated for 90 days, microorganisms could effectively colonize and form BSCs on the surface of the tailing sand, as proven by scanning electron microscopy images and growth parameters, and the dual inoculation of microalgae and fungi showed synergistic effects on the improved soil properties. Compared with the control treatment, the microorganism co-inoculation group had increased organic carbon, cation exchange capacity, soil moisture, sucrase activity, and microbial biomass carbon by 55.41%, 27.18%, 6.29%, 471%, and 216%, respectively; decreased pH from 9.09 to 8.95; and decreased bioavailable Cu content and bulk density by 15.43% and 6.30%, respectively. This finding indicated that the formation of BSCs could effectively improve the soil properties of mine tailing sand. The composition of dissolved organic matters analyzed by excitation–emission matrix showed that the increase in carbon content in tailing sand was predominantly caused by microalgae and fungi. These results indicated that the use of native microorganisms to construct biological crusts could effectively improve the properties of tailing sand and increase the nutrient content, and it could be used as a new method for tailing restoration.