的潜力Igniscum sachalinensisl .,柳树viminalisl . Copper-Contaminated的植物修复土壤

文摘

的潜力柳树viminalisl .,Igniscum sachalinensisl .铜-(铜)的植物修复污染土壤在温室条件下研究了。大约5公斤的盆栽农业土壤和污水修正采样从0到20厘米深度Neuruppin,德国,是CuSO对待₄浓度在0(控制),250,750,1250毫克铜公斤⁻¹土壤和乙二胺四乙酸(EDTA) 1000毫克公斤⁻¹土壤,分别。每个植物都生长在每个土壤处理的四个复制。铜积累在地上的组织往往会增加增加土壤铜浓度和最低的茎和叶的植物物种生长在控制土壤。在750年和1250毫克铜公斤⁻¹土壤、铜累积的茎和叶即sachalinensis分别增加了超过12 - 20倍,而没有营养生长美国viminalis超过250毫克铜公斤⁻¹土壤。应用EDTA污水修正土壤增加铜积累在茎和叶,特别是在即sachalinensis。一般来说,即sachalinensis似乎有可能容忍土壤铜含量高,同时具有铜的组织,因此植物修复可能有更好的前景。

1。介绍

在全球范围内,土壤资源越来越受到重金属污染通过采矿和农业活动,废物处理,积尘从铸造厂和冶炼厂、工业事故,直接应用杀菌剂和污水污泥1]。尽管一些重金属,包括铜,是至关重要的代谢活动含量低时,他们往往是有毒浓度超出阈值限制(2]。大型土壤铜含量可能会对植物生长不利影响,坚持食物链水平有毒的动物。参照德国法律土壤保护(3]铜浓度2 - 40毫克公斤⁻¹总铜的,超过1毫克公斤⁻¹可用铜对土壤质量是至关重要的。

近年来,植物修复已收到关注作为一个可行的选项从中度污染土壤中提取重金属的(4]相对于其他原位和非原位补救的方法(5]。此外,它在经济上是可行的5和环保实践4]。虽然必须满足几个条件有效的植物修复,目标金属的生物利用度是一个重要的要求(6]。然而,在某些情况下,铜吸收植物通常是低由于复杂地层有机质和氧化物和粘土矿物晶格吸附,这限制了其可用性的植物吸收(6]。因此,提高铜可用性的植物吸收,一些螯合剂包括乙二胺四乙酸(EDTA),乙二胺disuccinic酸(edd)和二乙三胺五乙酸(二乙三胺五醋酸)7,8)进行了调查。在这项研究中,EDTA使用因为它仍然是最成功的和广泛使用的螯合剂能够形成相对稳定的金属配合物在土壤9]。然而,metal-EDTA复合物nonreadily可生物降解,可能会持续长期在土壤环境中(10- - - - - -12]。

众所周知,一些植物物种优先phytoextract重金属从土壤和新陈代谢将其转换成活性复合物13]。这种植物通常是hyperaccumulators适应易位和生物体内积累大量的重金属在芽和根14,15]。

属植物的使用柳树土壤为植物修复metal-contaminated近年来已获得了高度的关注(16]。不同种类的柳树以及一些克隆不同的关于金属易位模式和耐受重金属(17]。公差等重金属Cd,铜,锌已经记录了一些欧洲人柳树spp。18),几项研究都集中在他们的潜力phytoextraction重金属从土壤5,16,19- - - - - -21]。此外,植物的属Igniscum已知生长不利的生态条件下有可能积累重金属(22]。然而,文献回顾表明Igniscum种虫害很少探讨植物修复。

这两个柳树viminalisl .,Igniscum sachalinensisl .通常栽培的研究区生物能量学的目的。然而,他们Cu-contaminated土壤植物修复的潜力还没有被广泛的研究。因此,本研究的目的是评估的潜力美国viminalis和即sachalinensis容忍和phytoextract铜从农业土壤铜浓度增加和污水处理修正土壤处理EDTA与关注铜积累在茎和叶。

2。材料和方法

2.1。土壤

收集土壤样本在0到20厘米深度从农业和长期污水修改字段Neuruppin接近柏林,德国。两个字段都不像在抽样耕地。在每个站点上,多个核心土壤样本随机收集钻。土壤采样在每个站点上是彻底地混合和胀大在一起形成一个复合的约250公斤。植物材料和石头的样本被释放之前存储在塑料袋和随后运送到了温室。在温室土壤样本风干,均质,通过2毫米网之后,部分进行化学分析。一些化学性质的农业土壤和污水修改展示在表1。

2.2。植物物种

柳树viminalisl .属于杨柳科家族是著名的容忍范围广泛的土壤类型。除此之外,它可以很容易地传播,是快速增长,产生高生物量与地上部生物量收获后重新发芽的能力。Igniscum sachalinensisl是一个新的和不同的品种,属于蓼科的家庭。这也是一个快速增长的多年生草本植物,其特征是高生物质产量和可以靠广泛的土壤(见繁荣www.conpower.de)。两个植物物种的特点使其对植物修复的吸引力。

2.3。温室试验

实验是建立在完全随机设计有四个复制每个土壤治疗。大约5公斤的风干土壤农业污水和长期的字段修改重进温室盆。农业土壤盆栽与铜盐(CuSO治疗₄)获得土壤铜含量0(控制),250年,750年和1250毫克铜公斤⁻¹土壤。盆栽污水修正土壤处理EDTA(1000毫克公斤⁻¹土壤)和没有EDTA。处理土壤样本然后彻底混合机械,确保同质性。柳树viminalis(从发芽抑制岩屑)即sachalinensis(从幼苗)被转移和种植盆栽土壤每个植物都有四个复制每个土壤治疗。实验装置是在温室中保持受控条件下。环境温度波动之间20°C和27°C和与自然的光周期平均相对湿度为80%左右。土壤含水量是定期检查和去离子水添加必要时确保足够的土壤含水量在整个实验过程。

经过60天的营养生长,空中的组织美国viminalis(没有原岩屑)即sachalinensis收获,分为茎和叶,烘干的45°C恒重。茎和叶在70°C进一步烘干的48小时,使用非金属磨细磨成粉状的形式,然后存储在玻璃瓶后续铜含量的分析。约100克的土壤被从每个锅后收获的植物的地上部生物量。土壤是在室温下风干,细粉,并存储在玻璃瓶后续实验室分析。

2.4。分析性程序

土壤pH值测量1:2.5(重量/体积)土壤CaCl 1米₂暂停使用玻璃电极。土壤有机碳和总氮(NT)内容确定使用中枢神经系统元素分析仪(LECO CNS 1000)。土壤全铜用王水(1集中HNO的一部分吗₃盐酸三部分集中)。测定土壤铜可用,20 g风干土壤(< 2毫米)重到100毫升塑料瓶子,和50毫升的NH 1米₄没有₃解决方案随后补充道,彻底搅拌,机械震动2小时后样品被允许接受大约15分钟前通过45离心和过滤过滤膜。滤液通过添加0.5毫升的1% HNO被保留₃。对于每一批提取,盲目的样本作为控制。这两个和使用电感耦合等离子体质谱仪测定(ELAN 6000 icp,优秀的公司)。累积铜含量的测定和叶的美国viminalis和即sachalinensis,大约0.02 g整除的细碎的植物组织在5毫升HNO消化₃和1毫升1%的氢氟酸(HF)在一个聚四氟乙烯烧杯加热烤箱12小时,直到所有植物材料完全消化。摘要透过45m过滤膜到50毫升塑料瓶子和体积加入去离子水。茎和叶铜含量也决定了电感耦合等离子体光学发射光谱仪(ELAN 6000 ICP-OES,优秀的公司)。

2.5。统计分析

统计软件,σ情节(12)版Windows,用于数据分析。双向方差分析进行评估治疗的测量性能的影响。在这种情况下显著差异()所有两两相比的方法(Holm-Sidak多个程序)是识别不同的来源。

3所示。结果

3.1。土壤铜含量

的控制农业土壤铜(0毫克公斤⁻¹土壤)毫克公斤⁻¹土壤和毫克公斤⁻¹土壤下美国viminalis和即sachalinensis分别为(表2)。然而,由于高可变性,没有明显不同的两种植物物种(表吗2)。治疗后,随着浓度的增加而增加的铜应用(表2)。同样的,显示高可变性两下美国viminalis和即sachalinensis各级铜治疗。因此,值没有显著不同的两种植物在每个级别的土壤铜治疗(表2)。然而,平均在植物表现出显著增加随着铜浓度(表应用2)。的遵循了类似的趋势;通常增加而增加下两个美国viminalis和即sachalinensis(表2)。同样,平均在植物显示显著增加随着(表2)。

污水修订的土壤,没有明显不同的两种植物物种(表吗3)。值的平均毫克公斤⁻¹土壤和毫克公斤⁻¹土壤下美国viminalis和sachalinensis,分别(表3),超过25倍相比,控制农业土壤。的污水的修正土壤平均毫克公斤⁻¹土壤和毫克公斤⁻¹土壤下美国viminalis和即sachalinensis分别为(表3)。然而,植物物种之间值没有显著不同(表3)。治疗后的污水与EDTA修正土壤,增加到毫克公斤⁻¹土壤和毫克公斤⁻¹土壤下美国viminalis和即sachalinensis分别为(表3)。这是增加逾6倍污水相比,修正土壤没有EDTA处理(表3)。

3.2。铜积累在茎和叶

增加土壤中随着导致阀杆铜含量的增加和叶两种美国viminalis和即sachalinensis(表2)。的和的美国viminalis生长在农业土壤处理铜250毫克公斤⁻¹土壤是可比的控制(表2)。在铜铜治疗超过250毫克公斤⁻¹土壤,没有营养生长美国viminalis(表2)。有趣的是,即sachalinensis继续成长和积累铜在茎和叶较高的土壤铜含量(表2)。

对植物生长在污水修改土壤,的美国viminalis和即sachalinensis平均(毫克公斤⁻¹DM)和(毫克公斤⁻¹DM),分别,而是(毫克公斤⁻¹DM)美国viminalis和(毫克公斤⁻¹DM)即sachalinensis;然而,植物物种之间值没有显著不同(表3)。增强的治疗后的污水修正土壤与EDTA导致显著增加和的即sachalinensis相比美国viminalis(表3)。

积累和的美国viminalis和即sachalinensis生长在污水修正土壤高出约250%相比,控制农业土壤。然而,用EDTA治疗后,和的美国viminalis和即sachalinensis分别增加1000%和3100%左右,相比控制农业土壤。

4所示。讨论

在土壤铜含量较低,两者兼而有之美国viminalis和即sachalinensis积累了相当数量的铜在茎和叶。铜叶的积累美国viminalis生长在控制农业土壤和接受250毫克铜公斤⁻¹土壤是在可容忍的范围内的3和15毫克公斤⁻¹据布卢姆(23]而阀杆的临界范围内是15至20毫克公斤⁻¹(23]。然而,似乎这样的阈值即sachalinensis目前缺乏文献。农业土壤铜处理,通常更多的铜积累茎叶比,尤其是即sachalinensis。相对于其他重金属,铜是少移动在植物组织(16,19,24]。根据尼森和勒普(24),Punshon和迪金森19],Kuzovkina et al。16),大部分的铜通常是固定的根源美国viminalis。然而,在这项研究中铜积累在地下的组织没有调查。如上所述,贝克和布鲁克斯(25),植物进化出了适应策略以应对重金属压力:解毒能力金属离子在不同位置和运输他们的射击可以存储在叶细胞的液泡(25]。

的观察能力美国viminalis和即sachalinensis继续增长的铜和铜积累在他们的组织展示了他们的宽容moderate-to-high水平的铜污染,尤其是对即sachalinensis。铜积累在茎和叶两个植物物种之间的不同土壤铜浓度增加。这可能是由于敏感性物种之间的差异,从刺激经济增长的严重抑制(16]。因此,缺乏营养生长美国viminalis铜在铜治疗超过250毫克公斤⁻¹土壤可能是由于土壤铜达到植物性毒素的含量美国viminalis。这似乎表明,美国viminalis是土壤铜含量相对较少的弹性。另一方面,持续营养生长和铜积累的茎和叶即sachalinensis表明,在更高的浓度即sachalinensis是更有弹性和有可能容忍phytoextract铜从土壤铜含量升高。

铜积累的茎、叶都表现出类似的趋势美国viminalis和即sachalinensis生长在污水修正土壤。然而,用EDTA处理极大地增强了土壤铜的可用性,从而导致增加铜叶和茎的积累美国viminalis和即sachalinensis值超过可容忍的范围内报道Pulford et al。21]。这可能归因于增强流动性的土壤铜EDTA和随后的吸收和易位的植物地上部组织。如前所述,杨et al。26)、铜吸收植物芽直接相关的可溶性铜在土壤风化层(26]。然而,众所周知,EDTA与重金属形成稳定的复合物生化反应不容易降解,可能会持续在土壤环境中11,12]。过度应用EDTA可能因此导致残留毒性和最终渗入到地下水的身体10]。

5。结论

治疗水平提高的农业土壤铜浓度导致增加铜的茎和叶中积累起来的美国viminalis和即sachalinensis。添加EDTA污水修正土壤铜可以提升和增加铜积累在植物的茎和叶。柳树viminalis和即sachalinensis长期增长领域污水修正土壤与大背景在茎和叶总铜含量积累了较高的铜相比增长控制农业土壤铜含量较低的背景。的能力即sachalinensis生长在高土壤铜含量和积累大量的茎和叶表明铜即sachalinensis相对更有弹性,可以容忍土壤铜含量升高。Igniscum sachalinensis因此似乎有更大的潜力相比Cu-contaminated土壤植物修复美国viminalis。然而,铜phytoextraction建立其真正的潜力,需要进一步的现场试验自植物的行为和性能领域metal-contaminated土壤可能不同,在温室条件下。

利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢因特网,r·穆勒h·科勒和整个实验室工作人员在椅子上的土壤保护和复植,勃兰登堡技术大学Cottbus-Senftenberg在德国的援助在实验室调查。

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