A carryover effect of the chelating agents EDTA and EDDS applied to soils on the uptake of copper and iron by maize in the second year of a pot experiment

• Autorzy: Karczewska A. , Galka B. , Kocan K.

Warianty tytułu

PL

Następczy wpływ substancji chelatujących EDTA i EDDS na pobranie miedzi i żelaza przez kukurydzę w drugim roku doświadczenia wazonowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A pot experiment was established in 2006 to examine whether induced phytoextraction can remove copper from soils polluted with emissions from copper smelters. Two soils tested in the experiment were sand and loam in texture, and contained 620 and 510 mg⋅kg-1 Cu, respectively. Maize was used as a testing plant. Two chelating agents: EDTA and biodagradable EDDS were introduced into the soils at the rates of 0.2; 0.5 and 1.0 mmol⋅kg-1 to intensify the process of Cu phytoextraction. The results that have been already published indicated that application of both chelators caused increase in Cu uptake by plants in 2006, although the concentrations of Cu in biomass were far below those required for effective phytoextraction. Additionally, both chelators caused intensive leaching of metals from soils. This paper focuses on the carryover effects observed in the subsequent year, 2007, certainly caused by the application of chelators. EDTA, particularly when applied at the highest rate, caused considerable deterioration of plant growth, reduction of plant yields and increased uptake of Cu by plants grown in both soils. The plants showed unquestionable effects of copper phytotoxicity. In the plots where EDDS was applied, a small decrease in yield was observed in the case of plants grown on sandy soil, whereas in plants grown on loamy soil a significant increase in plant yields and decrease in Cu concentrations in shoot biomass occurred compared with the control plots. Cu and Fe concentrations in plant shoots were positively correlated with each other, and the plants with the highest concentrations of Cu also contained the highest concentrations of Fe. Application of the chelating agents, particularly EDTA, in 2006 caused a long-lasting increase of Cu and Fe solubility in soil, and plant uptake of those elements in 2007 correlated positively with soil concentrations of soluble metal forms, extracted with 1 mol⋅dm-3 NH4NO3 and 0.01 mol⋅dm-3 CaCl2.

PL

W doświadczeniu wazonowym założonym w 2006 r., z zastosowaniem metody indukowanej fitoekstrakcji do usuwania Cu z gleb zanieczyszczonych emisjami hut miedzi, testowano 2 gleby: piaszczystą i gliniastą, zawierające odpowiednio 620 i 510 mg⋅kg-1 miedzi. Rośliną testową była kukurydza. W celu zintensyfikowania fitoekstrakcji w 2006 r. wprowadzono do gleby 3 różne dawki (0,2; 0,5 i 1,0 mmol⋅kg-1) substancji kompleksujących: EDTA i łatwo biodegradowalnego EDDS. Opublikowane już wyniki wskazują, że w 2006 r. oba chelatory spowodowały wzrost pobrania Cu przez kukurydzę, jednak zawartość Cu w biomasie była daleko niższa od wymaganej dla skutecznej fitoekstrakcji. Dodatkowo oba odczynniki spowodowały intensywne wymywanie metali z gleb. W niniejszej pracy przedstawiono następcze efekty zastosowania substancji chelatujących do gleb w kolejnym roku doświadczenia, 2007. Zastosowane środki wpłynęły na plonowanie kukurydzy w roku następnym. EDTA, szczególnie w najwyższej dawce, spowodował na obu glebach pogorszenie wzrostu roślin i zmniejszenie plonu, wzrost koncentracji Cu w biomasie oraz silne objawy toksyczności Cu u kukurydzy. W wariantach z EDDS na glebie piaszczystej stwierdzono nieznaczne obniżenie wielkości plonu kukurydzy, a na glebie pyłowo-gliniastej – wzrost plonu roślin i zmniejszenie koncentracji Cu w częściach nadziemnych w porównaniu z wariantami kontrolnymi. Stężenia Cu i Fe w biomasie wykazywały wzajemną dodatnią korelację, a rośliny w wariantach o najwyższej koncentracji Cu zawierały też najwyższe stężenia Fe w biomasie. Zastosowane w 2006 r. chelatory, szczególnie EDTA, spowodowały długotrwały wzrost rozpuszczalności Cu i Fe w glebie. Pobranie obu pierwiastków z gleby przez rośliny w 2007 r. było dodatnio skorelowane z zawartością w glebie łatwo rozpuszczalnych form tych pierwiastków, ekstrahowanych roztworami 1 mol⋅dm-3 NH4NO3 i 0,01 mol⋅dm-3 CaCl2.

Słowa kluczowe

EN

biodegradable agent; EDDS agent; chelating agent; ethylene diamine tetra acetic acid; soil; phytoextraction; copper; iron; pot experiment; maize; second year; copper uptake; iron uptake

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2009
• Tom: 14
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.693-703,fig.,ref.

Twórcy

autor

Karczewska A.

• Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Grunwaldzka 53, 50-357 Wroclaw, Poland

autor

Galka B.

autor

Kocan K.

Bibliografia

• Blaylock M.J., Huang J.W. 2000. Phytoextraction of metals. In: Phytoremediation of toxic metals: Using plants to clean up the environment, Raskin I, Ensley B.D. (eds.), Wiley & Sons, 53-70.
• Evangelou M.W.H., Ebel M., Schaeffer A. 2007. Chelate assisted phytoextraction of heavy metals from soil. Effect, mechanism, toxicity, and fate of chelating agents. Review. Chemosphere, 68: 989-1003.
• Kabata-Pendias A. 2001. Trace elements in soils and plants. 3rd ed., CRC Press, NY.
• Karczewska A. 2002. Heavy metals in soils polluted with the emissions from copper smelters — the forms and solubility. Zesz. Nauk. AR Wroc. CLXXXIV, 432 (in Polish, with English summary)
• Karczewska A., Kabała C., Gałka B., Orłów K., Kocan K. 2008. The changes in solubility of copper, lead, and zinc as well as their accumulation by maize in a pot experiment on induced phytoextraction to be applied for remediation of soils polluted by the emissions from copper smelters. Rocz. Glebozn., 59 (3/4): 97-107 (in Polish, with English summary)
• Klasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineralnych. PTG 2008. [Classification of grain size distribution of soils and mineral materials]. (Polish Society of Soil Science 2008). http://www.ptg.sggw.pl/images/Uziarnienie_PTG_2008.pdf. (in Polish)
• Kos B., Lestan D. 2003. Influence of a biodegradable ([S,S]-EDDS) and nondegradable (EDTA) chelate and hydrogel modified soil water sorption capacity on Pb phytoextraction and leaching. Plant Soil, 253: 403-411.
• Meers E., Ruttens A., Hopgood M.J., Samson D., Tack F.M.G. 2005. Comparison of EDTA and EDDS as potential soil amendments for enhanced phytoextraction of heavy metals. Chemosphere, 58: 1011-1022.
• Nascimento da C.W.A., Amarasiriwardena D., Xing B. 2006. Comparison of natural organic acids and synthetie ehelates at enhaneing phytoextraetion of metals from a multi-metal eontaminated soil. Environ. Poll., 140: 114-123.
• Ostrowska A., Gawliński A., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny gleby i roślin [Analytical methods and evaluation of soil and plants]. Wyd. IOŚ, Warszawa. (in Polish)
• Reichman S. M. 2002. The responses of plants to metal toxicity: a review focusing on copper, manganese and zinc. Australian Minerals & Energy Environment Foundation, Melbourne.
• Romkens P., Bouwman L., Japenga J., Draaisma C. 2002 Potential and drawbacks of chelate-enhanced phytoremediation of soils. Environ Pollut., 116 (1): 109-121.
• Schmidt U. 2003. Enhancing phytoextraction: The effect of chemical soil manipulation on mobility, plant accumulation, and leaching of heavy metals. J. Environ. Qual., 32, 1939-1954.