Độ chịu đựng và tích lũy kim loại nặng của các loài thực vật hoang dã phát triển trên đất bị ô nhiễm ở khu vực Apulia, miền Nam Italia

Springer Science and Business Media LLC - Tập 318 - Trang 285-298 - 2008
G. Brunetti1, P. Soler-Rovira2, K. Farrag3, N. Senesi1
1Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale, University of Bari, Bari, Italy
2Instituto de Ciencias Agrarias, Centro de Ciencias Medioambientales, C.S.I.C., Madrid, Spain
3Central Laboratory for Environmental Quality Monitoring (CLEQM), National Water Center, Ministry of Irrigation, Cairo, Egypt

Tóm tắt

Nhiều khu vực bên trong một khu vực được bảo vệ ở vùng Apulia (Italia) đã bị ô nhiễm kim loại nặng (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) do việc xử lý không thích hợp một loạt rác thải có nguồn gốc khác nhau. Là biện pháp đầu tiên, các kỹ thuật phục hồi sinh thái tại chỗ đã được đánh giá chỉ bằng các loài thực vật tự nhiên phát triển hoang dã trên các vùng đất bị ô nhiễm, nhằm giảm thiểu tác động môi trường lên hệ sinh thái nhạy cảm này. Tổng hàm lượng kim loại trong đất thường vượt quá mức tối đa được chỉ định trong các quy định của Italia và châu Âu, đặc biệt là Cr và Zn. Mặc dù phần kim loại có thể trích xuất phụ thuộc vào từng nguyên tố, việc cố định kim loại đã được nâng cao do các thành phần trong đất. Các phần có thể di động tối đa (%DTPA của tổng hàm lượng) lần lượt là 30% Cd, 0.01% Cr, 11.5% Cu, 4.1% Ni, 13.3% Pb và 13.8% Zn. Xu hướng chung của sự tích lũy kim loại trong thực vật là Zn > Cu > Cr > Pb > Ni > Cd và sự khác biệt trong việc tích lũy được cho thấy chủ yếu phụ thuộc vào loài thực vật. Do đó, các chiến lược tiếp nhận và vận chuyển kim loại khác nhau đã được gợi ý cho các loài được nghiên cứu: loại trừ cho Stipa austroitalica và Dasypyrum villosum, trong khi cơ chế chịu đựng được áp dụng cho Carduus pycnocephalus, Silybum marianum và Sinapis arvensis. Hàm lượng kim loại trong các bộ phận trên mặt đất của các loài này nằm trong giá trị bình thường ở thực vật và thấp hơn mức độ phytotoxit, do đó cách xa khả năng áp dụng phytoextraction. Các loài này có thể được coi là các loài thực vật loại trừ kim loại hoặc chịu đựng với khả năng phát triển trong đất có nồng độ kim loại nặng rộng rãi, chủ yếu do các điều kiện trong đất gây ra. Do đó, chúng đã đạt tiêu chí để được xem xét trong kỹ thuật phytostabilization tại các khu vực bị ô nhiễm này.

Từ khóa

#kim loại nặng #thực vật hoang dã #ô nhiễm đất #phục hồi sinh thái #Apulia

Tài liệu tham khảo

Adriano DC (2001) Trace elements in terrestrial environments: biogeochemistry, bioavailability and risks of metals. Springer, New York Alloway BJ (1995) Heavy metals in soils. Blackie Academic and Professional, London Baker AJM (1981) Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals. J Plant Nutr 3:643–654 Baker AJM, Brooks RR (1989) Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements—a review of their distribution, ecology and phytochemistry. Biorecovery 1:81–126 Baker AJM, McGrath SP, Reeves RD, Smith JAC (2000) Metal hyperaccumulator plants: a review of ecology and physiology of a biological resource for phytoremediation of metal-polluted soils. In: Terry N, Bañuelos G, Vangronsveld J (eds) Phytoremediation of contaminated soil and water. Lewis, Boca Raton, FL, USA, pp 85–107 Bolan NS, Adriano DC, Duraisamy P, Mani A, Arulmozhiselvan K (2003) Immobilization and phytoavailability of cadmium in variable charge soils. I. effect of phosphate addition. Plant Soil 250:83–94 doi:10.1023/A:1022826014841 Bradl H (2005) Heavy metals in the environment: origin, interaction and remediation. Elsevier Academic Brooks RR (1998) Plants that hyperaccumulate heavy metals. CAB International, Wallingford, UK Carrillo-González RC, González-Chávez MCA (2006) Metal accumulation in wild plants surrounding mining wastes. Environ Pollut 144:84–92 doi:10.1016/j.envpol.2006.01.006 Chaney RL (1989) Toxic accumulation in soils and crops: protecting soil fertility and agricultural food-chains. In: Bar-Yosef B, Barrow NJ, Goldschmid J (eds) Inorganic contaminants in the vadose zone. Springer-Verlag, Berlin, pp 140–158 Chaney RL, Malik M, Li YM, Brown SL, Angle JS, Baker AJM (1997) Phytoremediation of soil metals. Curr Opin Biotechnol 8:279–284 doi:10.1016/S0958-1669(97)80004-3 Clemente R, Almela C, Bernal MP (2006) A remediation strategy based on active phytoremediation followed by natural attenuation in a soil contaminated by pyrite waste. Environ Pollut 143:397–406 doi:10.1016/j.envpol.2005.12.011 Commission of the European Communities (1986) Council Directive 86/278/EEC of 12 June 1986 on the protection of the environment, and in particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture. Off J Eur Communities Directive 181(No. L):6–12 Cunningham SD, Berti WR, Huang JW (1995) Phytoremediation of contaminated soil. Trends Biotechnol 134:393–397 doi:10.1016/S0167-7799(00)88987-8 Cunningham SD, Shann JR, Crowley DE, Anderson TA (1997) Phytoremediation of contaminated water and soil. In: Kruger EL, Anderson TA, Coats JR (eds) Phytoremediation of soil and water contaminants. ACS Symposium Series 664, American Chemical Society, Washington, DC, pp 2–19 Del Rio M, Font R, Almela C, Vélez D, Montoro R, De Haro A (2002) Heavy metals and arsenic uptake by wild vegetation in the Guadiamar river area after the toxic spill of the Aznalcóllar mine. J Biotechnol 98:125–137 doi:10.1016/S0168-1656(02)00091-3 EEA European Environment Agency (2005) The European environment—state and outlook 2005. Copenhagen, Denmark Gisbert C, Clemente R, Navarro-Avino J, Baixauli C, Giner A, Serrano R, Walker DJ, Bernal MP (2006) Tolerance and accumulation of heavy metals by Brassicaceae species grown in contaminated soils from Mediterranean regions of Spain. Environ Exp Bot 56:19–27 doi:10.1016/j.envexpbot.2004.12.002 Greger M (2003) Metal availability, uptake, transport and accumulation in plants. In: Prasad MNV (ed) Heavy metal stress in plants: from biomolecules to ecosystems. Springer, p 1–28 Gupta AK, Sinha S (2008) Decontamination and/or revegetation of fly ash dykes through naturally growing plants. J Hazard Mater 153:1078–1087 Italy (1999) Ministero per le Politiche Agricole, Metodi ufficiali di analisi chimica del suolo. Decreto Ministeriale del 13 Settembre1999. Gazzetta Ufficciale n 248 del 21.10.1999 Italy (2006) Ministerio dell’Ambiente, Norme in materia ambientale. Decreto Legislativo 3 Aprile 2006, n 152. Gazzetta Ufficiale n 88 del 14.04.2006 Kabata-Pendias A, Pendias H (2001) Trace elements in soils and plants. CRC, Boca Raton Kumar PBAN, Dushenkov V, Motto H, Raskin I (1995) Phytoextraction: the use of plants to remove heavy metals from soils. Environ Sci Technol 29:1232–1238 Lasat MM (2000) Phytoextraction of metals from contaminated soil: a review of plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent agronomic issues. Journal of Hazardous Substance Research 2–5:1–25 Levitt I (1980) Responses of plants to environmental stresses, vol. 2. 2nd edn. Academic, New York Lindsay WL, Norvell WA (1978) Development of a DPTA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci Soc Am J 42:421–428 Maiz I, Arambarri I, Garcia R, Millan E (2000) Evaluation of heavy metal availability in polluted soils by two sequential extraction procedures using factor analysis. Environ Pollut 110:3–9 McBride M, Sauvé S, Hendershot W (1997) Solubility control of Cu, Zn, Cd and Pb in contaminated soils. Eur J Soil Sci 48:337–346 McGrath SP (1998) Phytoextraction for soil remediation. In: Brooks RR (ed) Plants that hyperaccumulate heavy metals. CAB International, Wallingford, pp 261–287 McGrath SP, Zhao FJ (2003) Phytoextraction of metals and metalloids from contaminated soils. Curr Opin Biotechnol 14:277–282 McGrath SP, Zhao FJ, Lombi E (2001) Plant and rhizosphere processes involved in phytoremediation of metal-contaminated soils. Plant Soil 232:207–214 McGrath SP, Zhao FJ, Lombi E (2002) Phytoremediation of metals, metalloids and radionuclides. Adv Agron 75:1–56 Mench M, Vangronsveld J, Didier V, Clijsters H (1994) Evaluation of metal mobility, plant availability and immobilization by chemical agents in a limed-silty soil. Environ Pollut 86:279–286 Munshower FF (1994) Practical handbook of disturbed land revegetation. Lewis, Boca Raton Ortiz O, Alcañiz JM (2006) Bioaccumulation of heavy metals in Dactylis glomerata L. growing in a calcareous soil amended with sewage sludge. Biores Technol 97:545–552 Pérez-de-Mora A, Madejón E, Burgos P, Cabrera F (2006) Trace element availability and plant growth in a mine-spill-contaminated soil under assisted natural remediation II. Plants. Sci Total Environ 363:38–45 Poschenrieder C, Bech J, Llugany M, Pace A, Fenés E, Barceló J (2001) Copper in plant species in a copper gradient in Catalonia (North East Spain) and their potential for phytoremediation. Plant Soil 230:247–256 Prasad MNV (1995) Cadmium toxicity and tolerance to vascular plants. Environ Exp Bot 35:525–545 Reeves RD, Baker AJM (2000) Phytoremediation of toxic metals. In: Raskin I, Ensley BD (eds) Using Plants to Clean Up the Environment. Wiley and Sons Inc, New York Reichman SM, Parker DR (2005) Metal complexation by phytosiderophores in the rhizosphere. In: Gobran GR and Huang PM (ed) Biogeochemistry of Trace Elements in the Rhizosphere. Elsevier Academic Press Remon E, Bouchardon JL, Cornier B, Guy B, Leclerc JC, Faure O (2005) Soil characteristics, heavy metal availability and vegetation recovery at a former metallurgical landfill: implications in risk assessment and site restoration. Environ Pollut 137:316–323 Robinson B, Fernández JE, Madejón P, Marañón T, Murillo JM, Green S, Clothier B (2003) Phytoextraction: an assessment of biogeochemical and economic viability. Plant Soil 249:117–125 Roca J, Pomares F (1991) Prediction of available heavy metals by six chemical extractants in a sewage sludge-amended soil. Comm Soil Sci Plant Analysis 22:2119–2136 Ross SM (1994) Retention, transformation and mobility of toxic metals in soils. In: Ross SM (ed) Toxic metals in soil-plant systems. Wiley, New York, pp 63–152 Senesi N (1992) Metal-humic substance complexes in the environment. Molecular and mechanistic aspects by multiple spectroscopic approach. In: Adriano DC (ed) Biogeochemistry of trace metals. CRC, Boca Raton, pp 425–491 Steduto P, Todorovic M (2001) The agro-ecological characterisation of Apulia region (Italy): methodology and experience. Options Méditerranéennes, serie B, vol 34. CIHEAM—Mediterranean Agronomic Institute of Bari, Italy Walker DJ, Clemente R, Roig A, Bernal MP (2003) The effects of soil amendments on heavy metal bioavailability in two contaminated Mediterranean soils. Environ Pollut 122:303–312 Wang G, Su MY, Chen YH, Lin FF, Luo D, Gao SF (2006) Transfer characteristics of cadmium and lead from soil to the edible parts of six vegetable species in southeastern China. Environ Pollut 144:127–135 Wei S, Zhou Q, Wang X (2005) Identification of weed plants excluding the uptake of heavy metals. Environ Int 31:829–834 Whiting SN, Reeves RD, Richards D, Johnson MS, Cooke JA, Malaisse F, Paton A, Smith JAC, Angle JS, Chaney RL, Ginocchio R, Jaffré T, Johns R, McIntyre T, Purvis OW, Salt DE, Schat H, Zhao FJ, Baker AJM (2004) Research priorities for conservation of metallophyte biodiversity and their potential for restoration and site remediation. Restorat Ecol 12:106–116 Wong MH (2003) Ecological restoration of mine degraded soils, with emphasis on metal contaminated soils. Chemosphere 50:775–780 Zayed A, Terry N (2003) Chromium in the environment: factors affecting biological remediation. Plant Soil 249:139–156