Metals are common contaminants worldwide. Long-term deposition of metals in soils can lead to accumulation, transport and biotoxicity/zootoxicity caused by mobility and bioavailability of significant fraction of the metals. Contaminant bioavailability is increasingly being used as a key indicator of potential risk that contaminants pose to both environmental and human health. However, the definition of bioavailability and the concepts on which it is based are still unclear, the methods adopted for its measurement vary and as such there is no single standard technique for the assessment of either plant availability of contaminants or their ecotoxicological impacts on soil biota. Moreover, bioavailability is often assumed to be static in nature where most decisions on risk and remediation are based on laboratory estimations of the bioavailable fraction, which may vary with time, nature of species as well as with temporal variation in environmental factors. Because of their immutable nature, strict natural attenuation processes alone may not be sufficient in mitigating the risks from metals. However, accelerating these processes with human interference (i.e., assisted natural remediation) that effectively immobilizes metals might be a viable option. Application to soils of certain amendments that enhance key biogeochemical processes in soils that effectively immobilize metals have already been demonstrated in Europe and North America on a field scale. Case studies using lime, phosphate and biosolid amendments have demonstrated, under field conditions, enhanced natural remediation resulting in substantially improved vegetation growth, invigorated microbial population and diversity, and reduced offsite metal transport. Depending on soil/hydrogeochemical properties, source term and metal form/species, and land use, the immobilization efficacy induced by such assisted natural remediation may be enduring. The use of green plants as a remediation tool in environmental cleanup has also offered some potential. Plants can uptake and bioaccumulate (phytoextraction) as well as immobilize (phytoimmobilization) certain trace elements, in conjunction with their rhizospheric processes. While long-term stability of certain metal complexes, such as metal pyromorphites has been shown in model systems, the influence of plant roots and its microbial and mycorrhizal association on such stability is unknown. A suite of chemical and biological tests are available to monitor the efficacy of assisted natural remediation.

Biochar has emerged as an efficient tool to affect bioavailability of heavy metals in contaminated soils. Although partially understood, a carefully designed incubation experiment was performed to examine the effect of biochar on mobility and redistribution of Cd, Cu, Pb and Zn in a sandy loam soil collected from the surroundings of a copper smelter. Bamboo and rice straw biochars with different mesh sizes (<0.25 mm and <1 mm), were applied at three rates (0, 1, and 5% w/w). Heavy metal concentrations in pore water were determined after extraction with 0.01 M CaCl2. Phytoavailable metals were extracted using DTPA/TEA (pH 7.3). The European Union Bureau of Reference (EUBCR) sequential extraction procedure was adopted to determine metal partitioning and redistribution of heavy metals. Results showed that CaCl2-and DTPA-extractable Cd, Cu, Pb and Zn concentrations were significantly (p < 0.05) lower in the bamboo and rice straw biochar treated soils, especially at 5% application rate, than those in the unamended soil. Soil pH values were significantly correlated with CaCl2-extractable metal concentrations (p < 0.01). The EUBCR sequential extraction procedure revealed that the acid extractable fractions of Cd, Cu, Pb and Zn decreased significantly (p < 0.05) with biochar addition. Rice straw biochar was more effective than bamboo biochar in decreasing the acid extractable metal fractions, and the effect was more pronounced with increasing biochar application rate. The effect of biochar particle size on extractable metal concentrations was not consistent. The 5% rice straw biochar treatment reduced the DTPA-extractable metal concentrations in the order of Cd < Cu < Pb < Zn, and reduced the acid extractable pool of Cd, Cu, Pb and Zn by 11, 17, 34 and 6%, respectively, compared to the control. In the same 5% rice straw biochar treatments, the organic bound fraction increased by 37, 58, 68 and 18% for Cd, Cu, Pb and Zn, respectively, compared to the control, indicating that the immobilized metals were mainly bound in the soil organic matter fraction. The results demonstrated that the rice straw biochar can effectively immobilize heavy metals, thereby reducing their mobility and bioavailability in contaminated soils.

Sorption is an effective, reliable, and environmentally friendly treatment process for the removal of phosphorus from wastewater sources which otherwise can cause eutrophication of receiving waters. Phosphorus in wastewater, if economically recovered, can partly overcome the future scarcity of phosphorus resulting from exhaustion of natural phosphate rock reserves. The authors present a comprehensive and critical review of the literature on the effectiveness of a number of sorbents, especially some novel ones that have recently emerged, in removing and recovering phosphate. Mechanisms and thermodynamics of sorption, as well as regeneration of sorbents for reuse using acids, bases, and salts, are critically examined.

Summary Two Oxisols (Mena and Malanda), a Xeralf and a Xerert from Australia and an Andept (Patua) and a Fragiaqualf (Tokomaru) from New Zealand were used to examine the effect of pH and ionic strength on the surface charge of soil and sorption of cadmium. Adsorption of Cd was measured using water, 0.01 mol dmp −3 Ca(NO 3 ) 2 , and various concentrations of NaNO 3 (0.01–1.5 mol dm −3 ) as background solutions at a range of pH values (3–8). In all soils, the net surface charge decreased with an increase in pH. The pH at which the net surface charge was zero (point of net zero charge, PZC) differed between the soils. The PZC was higher for soils dominated by variable‐charge components (Oxisols and Andept) than soils dominated by permanent charge (Xeralf, Xerert and Fragiaqualf). For all soils, the adsorption of Cd increased with an increase in pH and most of the variation in adsorption with pH was explained by the variation in negative surface charge. The effect of ionic strength on Cd adsorption varied between the soils and with the pH. In Oxisols, which are dominated by variable‐charge components, there was a characteristic pH below which increasing ionic strength of NaNO 3 increased Cd adsorption and above which the reverse occurred. In all the soils in the normal pH range (i.e. pH>PZC), the adsorption of Cd always decreased with an increase in ionic strength irrespective of pH. If increasing ionic strength decreases cation adsorption, then the potential in the plane of adsorption is negative. Also, if increasing ionic strength increases adsorption below the PZC, then the potential in the plane of adsorption must be positive. These observations suggest that, depending upon the pH and PZC, Cd is adsorbed when potential in the plane of adsorption is either positive or negative providing evidence for both specific and non‐specific adsorption of Cd. Adsorption of Cd was approximately doubled when Na rather than Ca was used as the index cation.

AbstractThe poultry industry is one of the largest and fastest growing agro-based industries in the world. This can be attributed to an increasing demand for poultry meat and egg products. However, a major problem facing the poultry industry is the large-scale accumulation of wastes including manure and litter which may pose disposal and pollution problems unless environmentally and economically sustainable management technologies are evolved. Most of the litter produced by the poultry industry is currently applied to agricultural land as a source of nutrients and soil amendment. However environmental pollution, resulting from nutrient and contaminant leaching can occur when poultry litter is applied under soil and climatic conditions that do not favour agronomic utilisation of the manure-borne nutrients. This review examines the composition of poultry litter in relation to nutrient content and environmental contaminants, its value as a nutrient source, soil amendment, animal feed and fuel source, and cost-effective innovative technologies for improving its value. Poultry litter provides a major source of nitrogen, phosphorus and trace elements for crop production and is effective in improving physical and biological fertility, indicating that land application remains as the main option for the utilisation of this valuable resource. The alternative use of poultry litter; as an animal feed and fuel source, is limited by contaminants, and high moisture content, respectively. The review proposes best management practices to mitigate environmental consequences associated with air and water quality parameters that are impacted by land application in order to maintain the continued productivity, profitability, and sustainability of the poultry industry.Keywords:: poultry litternutrientstrace elementsantibioticsfeed managementland application

Globally, substantial quantities of organic amendments (OAs) such as plant residues (3.8 × 109 Mg/yr), biosolids (10 × 107 Mg/yr), and animal manures (7 × 109 Mg/yr) are produced. Recycling these OAs in agriculture possesses several advantages such as improving plant growth, yield, soil carbon content, and microbial biomass and activity. Nevertheless, OA applications hold some disadvantages such as nutrient eutrophication and greenhouse gas (GHG) emission. Agriculture sector plays a vital role in GHG emission (carbon dioxide— CO2, methane— CH4, and nitrous oxide— N2O). Though CH4 and N2O are emitted in less quantity than CO2, they are 21 and 310 times more powerful in global warming potential, respectively. Although there have been reviews on the role of mineral fertilizer application on GHG emission, there has been no comprehensive review on the effect of OA application on GHG emission in agricultural soils. The review starts with the quantification of various OAs used in agriculture that include manures, biosolids, and crop residues along with their role in improving soil health. Then, it discusses four major OA induced-GHG emission processes (i.e., priming effect, methanogenesis, nitrification, and denitrification) by highlighting the impact of OA application on GHG emission from soil. For example, globally 10 × 107 Mg biosolids are produced annually which can result in the potential emission of 530 Gg of CH4 and 60 Gg of N2O. The article then aims to highlight the soil, climatic, and OA factors affecting OA induced-GHG emission and the management practices to mitigate the emission. This review emphasizes the future research needs in relation to nitrogen and carbon dynamics in soil to broaden the use of OAs in agriculture to maintain soil health with minimum impact on GHG emission from agriculture.

Biochar, an environmentally friendly soil conditioner, is produced using several thermochemical processes. It has unique characteristics like high surface area, porosity, and surface charges. This paper reviews the fertilizer value of biochar, and its effects on soil properties, and nutrient use efficiency of crops. Biochar serves as an important source of plant nutrients, especially nitrogen in biochar produced from manures and wastes at low temperature (≤ 400 °C). The phosphorus, potassium, and other nutrient contents are higher in manure/waste biochars than those in crop residues and woody biochars. The nutrient contents and pH of biochar are positively correlated with pyrolysis temperature, except for nitrogen content. Biochar improves the nutrient retention capacity of soil, which depends on porosity and surface charge of biochar. Biochar increases nitrogen retention in soil by reducing leaching and gaseous loss, and also increases phosphorus availability by decreasing the leaching process in soil. However, for potassium and other nutrients, biochar shows inconsistent (positive and negative) impacts on soil. After addition of biochar, porosity, aggregate stability, and amount of water held in soil increase and bulk density decreases. Mostly, biochar increases soil pH and, thus, influences nutrient availability for plants. Biochar also alters soil biological properties by increasing microbial populations, enzyme activity, soil respiration, and microbial biomass. Finally, nutrient use efficiency and nutrient uptake improve with the application of biochar to soil. Thus, biochar can be a potential nutrient reservoir for plants and a good amendment to improve soil properties.