PŘÍJEM Cd A Pb ROSTLINAMI A JEJICH VYUŽITÍ PRO FYTOREMEDIACI

29.11.2001 | Odborné konference

Cd and Pb Uptake by Plants and their Use for Phytoremediation

Vysloužilová Markéta, Tlustoš Pavel, Száková Jiřina,

Pavlíková Daniela

Abstract

The objective of the study was to investigatethe use of threeplant species (Phalaris canariensis, Carthamus tinctorius and Trifolium pratense) as plants for phytoremediation of soil contaminated by Cd and Pb. There were three different soils with different content of Cd and Pb tested in a pot experiment. The highest amount of Cd and Pb was accumulated by C. tinctorius tested on Suchdol C soil with extra added 40 mg Cd.kg-1 and 2000 mg Pb.kg-1. The addition of metals (Suchdol C) led to significant yield reduction at all observed species.

Vysoké obsahy rizikových prvků v půdě mají negativní vliv na jejich akumulaci v rostlinné biomase nebo mohou negativně působit na okolní prostředí, a to vymýváním rizikových prvků z půdního profilu, či větrnou a vodní erozí. Vzhledem k uvedeným rizikům je kontaminovaným půdám těžkými kovy věnována značná pozornost.

Pro ozdravení kontaminovaných půd rizikovými prvky lze použít technologii zvanou fytoremediace, která využívá schopnosti některých rostlin akumulovat rizikové prvky ve své nadzemní biomase. Pro větší kontaminované plochy, které nelze zbavit těžkých kovů procedurami využívajícími chemické postupy nebo výměnu zeminy, se jeví zatím nejvhodnější. Sklizní a vhodnou likvidací rostlin s vysokými koncentracemi rizikových prvků lze tyto prvky postupně odstraňovat z půdního prostředí bez drastického a finančně náročného zásahu (Brooks, 1998, Wenzel et al., 1999).

Posledních dvacet let svědčí o mimořádně rostoucím zájmu o tyto rostliny. Schopnost jednotlivých rostlin přijímat rizikové prvky je značně odlišná (Baker, 1981). Ideální rostlinný druh pro fytoremediaci akumuluje velká množství těžkých kovů, která jsou ve značné míře transportována do nadzemní biomasy, rychle roste a má vysoký výnos biomasy (Prasad and Hagemeyer, 1999, Tlustoš, 1999).

Materiál a metody

Pro sledování příjmu rizikových prvků byly vybrány rostlinné druhy odlišných čeledí - Poaceae: lesknice kanárská (Phalaris canariensis), Asteraceae: světlice barvířská (Carthamus tinctorius) a Fabaceae: jetel luční (Trifolium pratense). Příjem Cd a Pb byl sledován ve vegetačním nádobovém pokuse po dobu čtyř a půl měsíce na třech různých půdách: přirozeně kontaminované půdě Příbram, experimentálně kontaminované půdě Pb a Cd Suchdol C a kontrolní variantě Suchdol - nekontaminované. Kontaminace příbramské půdy olovem a kadmiem je způsobena historickou důlní a hutní činností v celém regionu. Vysoká depozice rizikových prvků je navíc umocněna zvýšeným obsahem prvků v geologickém podloží (Vrubel a kol., 1996). Půda Suchdol C byla obohacena o 40 mg.kg-1 Cd (dodané jako CdCl2) a o 2 000 mg.kg-1 Pb (dodané jako Pb(CH3COO)2). Celkový obsah Cd a Pb v půdách použitých k experimentu udává tabulka I.

Stanovení obsahů Cd a Pb v rostlinné biomase bylo provedeno metodou atomové absorpční spektrometrie na přístroji Varian SpectrAA-300. Pro kontrolu správnosti analytických dat byly použity referenční materiály s certifikovanými hodnotami obsahu prvků.

Výsledky a diskuse

Protože pro fytoremediaci je důležité množství daného prvku odstranitelného z půdní zásoby, byly sledovány obsahy Cd a Pb pouze v nadzemní biomase, která je vhodná ke sklizni. Nejvyšší obsah Cd byl nalezen v biomase C. tinctorius na půdě Suchdol C (75 mg.kg-1 sušiny). I na ostatních půdách se tento druh ukázal v porovnání s ostatními dvěma plodinami jako nejlepší akumulátor Cd. U P. canariensis a T. pratense byl příjem Cd nejvyšší na půdě Suchdol C (2,29 a 7,75 mg.kg-1 suš.) (graf 1).

1. Obsah Cd v nadzemní biomase sledovaných plodin (mg.kg-1 sušiny)

na třech různých půdách

Olovo je akumulováno ve srovnatelném množství druhy C. tinctorius a T. pratense. V obou případech byly nejvyšší koncentrace naměřeny na půdě Suchdol C (99,3 a 85,3 mg.kg-1 suš.). Podobně se oba druhy chovaly v příjmu Pb i na půdě Příbram (19,6 a 17,5 mg.kg-1 suš.) a Suchdol (3,15 a 1,06 mg.kg-1 suš.). Výrazně menší příjem Pb byl prokázán u P. canariensis, když nejvyšší naměřená koncentrace Pb byla 3,97 mg.kg-1 suš. na půdě Suchdol C (graf 2).

2. Obsah Pb v nadzemní biomase sledovaných plodin (mg.kg-1 suš.) na třech

různých půdách

Výnos sušiny na nádobu je uveden v tabulce II. Na půdě Příbram a Suchdol u všech sledovaných rostlinných druhů v přepočtu na ha bylo dosaženo výnosu přibližně 1 t suš.ha-1. Umělá kontaminace vysokými koncentracemi Cd a Pb na půdě Suchdol C snížila výnos o více než polovinu u všech sledovaných druhů.

Závěr

Příjem Cd a Pb závisí nejen na celkovém obsahu prvků v půdě, ale především na jejich přijatelnosti rostlinám. Nejvyšší příjem byl prokázán na experimentálně kontaminované půdě, kde se těžké kovy nacházely ve vysokých koncentracích a pro rostliny v přijatelných formách.

Příjem obou prvků závisí také na rostlinném druhu (podmíněno genotypově). Z testovaných druhů prokázal nejlepší akumulační schopnost Cd a Pb C. tinctorius, v případě Pb prokázal zvýšený příjem též T. pratense.

Přestože vysoké obsahy Pb v půdě Suchdol C vedly ke zvýšení obsahů Pb v nadzemní biomase C. tinctorius a T. pratense, výsledné transferfaktory (0,05 a 0,04) byly nízké. To ukazuje, že Pb je v půdě vázáno pro rostliny v nepřístupných formách, nebo že rostliny mají mechanismus zabraňující vstupu Pb do jejich tkání. To potvrzuje i fakt, že ještě nebyl nalezen mezi rostlinnými druhy akumulátor olova.

Výnos sušiny je srovnatelný u všech tří testovaných druhů a závisí na zemině použité v experimentu. Dodání velkého množství těžkých kovů výrazně snížilo výnos u všech rostlinných druhů, zatímco přirozená kontaminace půdy neměla na výnos plodin žádný vliv.

I. Celkový obsah Cd a Pb (mg.kg-1) v půdách použitých k experimentu