Evaluation of Suitability of Amaranthus Caudatus L. and Ricinus Communis L. in Phytoextraction of Cadmium and Lead from Contaminated Substrates

• Autorzy: Bosiacki M. , Kleiber T. , Kaczmarek J.

Warianty tytułu

PL

Ocena przydatności amaranthus caudatus L. and Ricinus communis l. do fitoekstrakcji kadmu i ołowiu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The phytoextraction is a process that uses living plants for cleaning up the heavy metals from contaminated soil. The cadmium and lead contamination of soils results from the application of sludge or urban composts, fertilizers, pesticides, motorization, metallurgy, and different technological processes. In industrial terrain the content of cadmium and lead in soils has increased in the recent years. This study was undertaken to evaluate the potential of Amaranthus caudatus L. ‘Atropurpureus’ and Ricinus communis L. ‘Sanguineus Apache’ for phytoextraction of cadmium and lead. Two species of ornament plants, i.e. Amaranthus caudatus L. ‘Atropurpureus’ and Ricinus communis L. ‘Sanguineus Apache’, were planted in drainless containers in a substrate artificially polluted with cadmium and lead in order to evaluate their suitability for phytoremediation of soils or substrates contaminated with these metals. Cadmium was applied at increasing rates of 0, 1, 5 and 10 mg Cd•dm-3 in the form of cadmium sulfate 3CdSO4∙8H2O, while lead was used at 0, 100, 500 and 1000 mg Pb∙dm-3 in the form of lead acetate (CH3COO)2Pb•3H2O. The applied doses of cadmium and lead in the experiment reflected different degrees of soil pollution. After five months of growth it was found that Amaranthus caudatus L. accumulated the biggest concentrations of cadmium and lead in leaves and the lowest concentrations in inflorescences. Ricinus communis L. accumulated the highest concentrations of cadmium in stems, while the lowest concentrations in inflorescences, whereas the biggest concentration of lead was accumulated in inflorescences and the least lead was accumulated in leaves. The biggest reduction of cadmium and lead concentrations after the completion of the experiment was found in substrates, in which Amaranthus caudatus L. was grown. The tested species of ornamental plants may be used in the phytoextraction of cadmium and lead from soils contaminated.

PL

Fitoekstrakcja jest jedną z metod oczyszczania gleby z metali ciężkich przez wykorzystanie roślin. Zanieczyszczenie gleb kadmem i ołowiem spowodowane jest miejskimi ściekami, miejskimi kompostami, motoryzacją, nawożeniem, pestycydami, metalurgią i różnymi procesami technologicznymi. W glebach terenów przemysłowych w ostatnich latach obserwuje się zwiększanie zawartość kadmu i ołowiu. W podjętych badaniach oceniano potencjał Amaranthus caudatus L. i Ricinus communis L. do fi toekstrakcji kadmu i ołowiu. Dwa gatunki rośli ozdobnych: Amaranthus caudatus L. ‘Atropurpureus’ i Ricinus communis L. ‘Sanguineus Apache’ posadzono w pojemnikach bezodpływowych w podłożu sztucznie zanieczyszczonych kadmem i ołowiem w celu ocenienia ich przydatności do fi toremediacji gleb lub podłoży skażonych tymi metalami. Kadm zastosowano we wzrastających dawkach: 0, 1, 5, 10 mg Cddm-3, w postaci siarczanu kadmu 3CdSO4∙8H2O, natomiast ołów w dawkach: 0, 100, 500, 1000 mg Pb∙dm-3, w postaci octanu ołowiu (CH3COO)2Pb∙3H2O. Zastosowane dawki kadmu i ołowiu w doświadczeniu odzwierciedlają różny stopień zanieczyszczenia gleb. Po pięciu miesiącach wzrostu stwierdzono, że Amaranthus caudatus L. ‘Atropurpureus’ najwięcej kadmu i ołowiu akumulował w liściach a najmniej w kwiatostanach. Ricinus communis L. ‘Sanguineus Apache’ najwięcej kadmu akumulował w łodygach a najmniej w kwiatostanach, natomiast najwięcej ołowiu akumulował w kwiatostanach a najmniej w liściach. Największy ubytek kadmu i ołowiu po zakończeniu doświadczenia stwierdzono w podłożach, w których uprawiano Amaranthus caudatus L. ‘Atropurpureus’. Badane gatunki roślin ozdobnych mogą być wykorzystywane do fi toekstrakcji kadmu i ołowiu z gleb skażonych kadmem i ołowiem.

Słowa kluczowe

EN

phytoextraction; phytoremediation; cadmium; lead; heavy metals; ornamental plants

PL

fitoekstrakcja; fitoremediacja; kadm; ołów; metale ciężkie; rośliny ozdobne

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 39, no. 3
• Strony: 47--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bosiacki M.

• Department of Plants Nutrition, University of Life Sciences in Poznań, Zgorzelecka 4, 60-199 Poznań, Poland

autor

Kleiber T.

• Department of Plants Nutrition, University of Life Sciences in Poznań, Zgorzelecka 4, 60-199 Poznań, Poland

autor

Kaczmarek J.

• Department of Plants Nutrition, University of Life Sciences in Poznań, Zgorzelecka 4, 60-199 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Alloway, B.J. (1990). Heavy Metals in Soils. Glasgow and London: Blackie and Son Ltd.
• [2] Antonkiewicz, J., & Jasiewicz, Cz. (2002). Ocena przydatności różnych gatunków roślin do fitoremediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 1 (1-2), 119-130.
• [3] Antonkiewicz, J., & Jasiewicz, Cz. (2003). Ocena przydatności kukurydzy (Zea mays L.) do fitoekstrakcji kadmu, ołowiu, niklu, miedzi i cynku z gleby zanieczyszczonej tymi pierwiastkami. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 2 (1), 61-69.
• [4] Antonkiewicz, J., Jasiewicz, Cz., & Lošák, T. (2006). Wykorzystanie ślazowca pensylwańskiego do ekstrakcji metali ciężkich z gleby. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 5 (1), 63-73.
• [5] Baker, A.J.M. (1987). Metal tolerance. New Phytologist, 106, 93-111.
• [6] Boratyński, J., & Fabiszewski, J. (1983). Bioindykacja toksycznych ilości niklu. Bioindykacja skażeń przemysłowych i rolniczych, Materiały pokonferencyjne pod red. J. Fabiszewskiego, 285-295. Wrocław: PAN Oddział we Wrocławiu. Komisja Nauk o Ziemi.
• [7] Bosiacki, M., & Wolf, P. (2008). Ocena przydatności wybranych gatunków traw do fitoremediacji kadmu i ołowiu. Cz. I. Kadm. Apar. Bad. Dydakt., 3, 19-27.
• [8] Bosiacki, M., & Wolf, P. (2008). Ocena przydatności wybranych gatunków traw do fitoremediacji kadmu i ołowiu. Cz. II. Ołów. Apar. Bad. Dydakt., 3, 28-36.
• [9] Bosiacki, M. (2008). Accumulation of cadmium in selected species of ornamental plants. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus, 7 (2), 21-31.
• [10] Bosiacki, M., & Golcz, A. (2008). Akumulacja ołowiu w wybranych gatunkach roślin ozdobnych. Wybrane zagadnienia ekologiczne we współczesnym rolnictwie. Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych, 5, 195-203.
• [11] Bosiacki, M. (2009). Phytoextraction of cadmium and lead by selected cultivars of Tagetes erecta L. Part II. Content of Cd and Pb in plants. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus, 8 (2), 15-26.
• [12] Boyajian, G.E., & Sumner, R.B. (1997). Phytoremediation: a cost-effective cleanup solution. Chem. Waste Litigation Rep., 34, 967-974.
• [13] Brooks, R.R., Lee, J., Reeves, R.D., & Jaffre, T.J. (1997). Geochem. Exploration, 7, 49-57.
• [14] Brown, S.L., Chaney, R.L., Angle, J.S., & Baker, A.J.M. (1995). Soil Sci. Soc. Am. J., 59, 125-133.
• [15] Chehregani, A., Noori, M., & Lari Yazdi, H. (2009). Phytoremediation of heavy-metal-polluted soils: screening for new accumulator plants in Angouran mine (Iran) and evaluation of removal ability. Ecotoxicology and Environmental Safety, 72 (5), 1349-1353.
• [16] Ciura, J., Sękara, A., & Poniedziałek, M. (2001). Fitoremediacja - nowa metoda oczyszczania antropogenicznie zanieczyszczonych gleb. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, 381, 83-93.
• [17] Davis, R.D. (1984). Cadmium - a complex environmental problem: Cadmium in sludge used as fertilizer. Experientia, 40, 117-126.
• [18] Gambuś, F. (1997). Heavy metals uptake by various cultivated plant species. Part II. Heavy metals accumulation by plants. Acta Agr. Silv. Ser. Agr., 35, 31-44.
• [19] Gangrong, Shi., & Qingsheng, Cai. (2009). Cadmium tolerance and accumulation in eight potential energy crops. Biotechnology Advances, 27, 555-561.
• [20] Gawęda, M. (1992 ). Wpływ zawartości materii organicznej w podłożu na pobieranie ołowiu przez wybrane gatunki warzyw, Mat. I Konferencji. PTNO, Kraków, 15-16.
• [21] Gupta, U.C., & Gupta, S.C. (1998). Trace element toxicity relationships to crop production and livestock and human health: Implications for management. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 29, 1491-1522.
• [22] Jasiewicz, Cz., & Antonkiewicz, J. (2000). Zawartość metali ciężkich w Szarłacie (Amaranthus hypochondriacus L.) uprawianym w warunkach gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi, Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu CCCXXIII, 301-306.
• [23] Juśkiewicz-Swaczyna, B., & Endler, Z. (2003). Bioakumulacja jonów metali ciężkich w organach żarnowca - Cytisus scoparius na terenie byłego poligonu wojskowego „Muszaki-Jagarzewo” (Równina Mazurska). Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 2 (2), 157-162.
• [24] Lima, A.I.G., Pereira, S.I.A., de Almeida Paula Figueira, E.M., Caldeira, G.C.N., & de Matos Caldeira, H.D.Q. (2006). Cadmium detoxification in roots of Pisum sativum seedlings: relationship between toxicity levels, thiol pool alterations and growth. Environ. Exp. Bot., 55, 149-162.
• [25] Nowosielski, O. (1974). Metody oznaczania potrzeb nawożenia, Warszawa: PWRiL.
• [26] Rączka, M., & Gawroński, W.S. (2004). Ocena przydatności do fitoremediacji wybranych gatunków drzew i krzewów ozdobnych z rodziny Motylkowatych. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu- CCCLVI, Ogrodnictwo, 37, 181-188.
• [27] Salt, DE., Smith, RD., & Raskin, I. (1998). Phytoremediation. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol., 49, 643-668.
• [28] Schmidt, U. (2003). Enhancing phytoextraction: the effect of chemical soil manipulation on mobility, plant accumulation, and leaching of heavy metals. Journal of Environmental Quality, 32, 1939-1954.
• [29] Starck, J. (1969). Mikrometoda oznaczania azotu amonowego i azotanowego z azotynowym w torfach i substratach torfowych przez destylację z parą wodną. Biul. Inf. Torf, 4, 23.
• [30] Steliga, T. (2011). The use of biotests in estimation of weathered drilling waste bioremediation. Archives of Environmental Protection, 37 (2), 61-79.