Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(5), 27-34 | DOI: 10.11118/actaun201058050027

Fytoextrakce těžkých kovů z odpadních kalů rostlinami

Jaroslava Bartlová1, Barbora Badalíková1, Jan Hrubý1, Vasil Gjurov2
1 Zemědělský výzkum, spol. s r. o., 664 41 Troubsko, Česká republika
2 Bio-algeen Praha

Předmětem našeho výzkumu byla metoda fytoextrakce kadmia a olova z kaly znečištěných půd založená na schopnosti netradičních rostlin přijímat a následně v nadzemní biomase akumulovat rizikové látky. Současně byl sledován vliv aplikovaných podpůrných bio-algeenových látek na fytoextrakční účinky těchto rostlin. Pokusné parcely byly založeny na rekultivované ploše po ukončené důlní činnosti v Žacléři a následném navežení kalu z ČOV ve vrstvě 0,6-0,8 m. Velikost 1 parcely činila cca 4 m2. Podle provedených analýz půdy průměrné hodnoty olova činily 180 mg/kg a kadmia 6,89 mg/kg. Lokalita se nachází ve výšce 612 m n. m, průměrná roční teplota je zde kolem 6,8 °C a průměrné roční srážky činí 857 mm.V rámci pokusu byly založeny dvě varianty: Varianta 1 - kal bez aplikace dalších látek, Varianta 2 - kal s aplikací bioalgeenového přípravku (B. A. S-90 či B. A. Kořenový koncentrát). Bioalgeenový přípravek je koncentrát specifických rostlinných gelů a přírodních polysacharidů, složených z polyuronových kyselin hnědé mořské řasy Ascophyllum nodosum, který má stimulační vliv na růst rostlin. Vybrané netradiční rostliny pro testování byly vyšlechtěny ve Výzkumném ústavu pícninářském, spol. s r. o. Jedná se o sléz krmný (Malva verticillata L.), žito trsnaté (Secale cereale L. var. multicaule METZG. ex ALEF.) a komonice jednoletá (Melilotus alba MEDIC.). U varianty 2 u komonice bílé a žita trsnatého bylo aplikováno 100 ml algeenového přípravku B. A. S-90 rozmíchaného v 10 l vody, u slézu přeslenitého bylo aplikováno 100 ml alginátu ve formě B. A. Kořenového koncentrátu rozmíchaného v 10 l vody. Současně byly odebrány půdní vzorky na rozbor kadmia a olova, dále bylo sledováno množství těchto kovů v nadzemní biomase. Odběr vzorků nadzemní biomasy byl proveden formou tří nepravých opakování z každé varianty. Během dvouletého sledování odběru Cd a Pb nadzemní biomasou netradičních rostlin bylo zjištěno, že je možná fytoremediace kontaminovaných půd vybranými rostlinami.
Nejvyšší odběr Cd i Pb byl zjištěn u žita svatojánského u varianty s aplikací alginátů (Cd 14,89 mg . kg-1 sušiny, Pb 14,89 mg . kg-1 sušiny), u Cd byl tento rozdíl mezi variantami statisticky průkazný. Komonice bílá měla průkazně nejnižší obsah kadmia i olova oproti ostatním sledovaným rostlinám (Cd 0,22 mg . kg-1 sušiny, Pb 3,20 mg . kg-1 sušiny). Varianta s aplikovaným alginátem celkově pozitivně ovlivnila fytoextrakci Cd i Pb u všech testovaných rostlin. Dosažené výsledky naznačují možnost využití alginátů jako podpůrné látky při fytoextrakcích těžkých kovů z půdy. Nejvyššího výnosu nadzemní biomasy dosáhla komonice bílá na variantě s přidaným alginátem (496 g . m-2), avšak vzhledem k nízkému odběru těžkých kovů se ukázala jako nejméně vhodná plodina pro fytoextrakci těchto kovů. Jako nejvhodnější plodinou pro celkový odběr kadmia i olova (obsah kovu v biomase vztažený k výnosu) se projevil sléz krmný (Cd 0,35 mg . m-2, Pb 5,87 mg . m-2).

fytoextrakce, fytoremediace, odpadní kal, kdmium, olovo, bioalgeenové přípravky, netradiční rostliny

Phytoextraction of heavy metals from sewage sludge by plants

In 2008 and 2009, studies made contents of cadmium and lead in the soil and their uptake by non-traditional plants were studied in a small-plot trial. At the same time also the effect of bio-algeen preparations on phytoextraction of heavy metals by these plants was investigated. Experimental plots were established on the reclaimed land after closing down mining operations in the town of Žacléř (North-East Bohemia) where a layer of sewage sludge from a wastewater treatment plant 0.6-0.8 m thick was subsequently applied. The locality is situated in the altitude of 612 m, its average annual temperature is about 6.8 °C and the mean annual precipitations are 857 mm.
Analyses revealed higher concentrations of heavy metals in the applied sewage sludge. The average concentrations of lead and cadmium were 180 mg.kg-1 and 6.89 mg.kg-1, respectively. The experiment had two variants: Variant 1 - sewage sludge without any other substances, and Variant 2 - sewage sludge + bio-algeen preparations (B. A. S-90 or B. A. Root Concentrate). To find the most suitable plant species for the phytoextraction of cadmium and lead, the following non-traditional plants were cultivated in both variants: fodder mallow (Malva verticillata L.), rye (Secale cereale L. var. multicaule METZG. ex ALEF.) and white sweet clover (Melilotus alba MEDIC.). The highest accumulation of cadmium and lead in the aboveground biomass was found out in rye, viz 14.89 mg.kg-1 DM and 14.89 mg.kg-1 DM of Cd and Pb, respectively., As compared with other plants under study, white sweet clover exhibited the significantly lowest capability to extract both heavy metals from soil (viz 0.22 and 3.20 mg.kg-1 DM of Cd and Pb, respectively). A positive effect of bio-algeen on phytoextraction of cadmium and lead was evident in all plants. The highest yield of aboveground biomass was recorded on the plot with white sweet clover with added alginate (496 g.m-2). Of plants under study, the fodder mallow seems to be the most suitable crop for the phytoextraction of both metals (0.35 and 5.87 mg.m-2 of Cd and Pb, respectively).

Keywords: phytoextraction, phytoremediation, sewage sludge, cadmium, lead, bio-algeen, non-traditional plants
Grants and funding:

The study was carried out with support of the Ministry of Education, Youth and Physical Education as part of the research project VZ MSM 2629608001.

Received: June 15, 2010; Published: August 6, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Bartlová, J., Badalíková, B., Hrubý, J., & Gjurov, V. (2010). Phytoextraction of heavy metals from sewage sludge by plants. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 58(5), 27-34. doi: 10.11118/actaun201058050027
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. ČÁSOVÁ, K., ČERNÝ, J., SZÁKOVÁ, J., BALÍK, J., TLUSTOŠ, P., 2009: Kadmium balance in soils under different fertilization managements including sewage sludge application. Plant Soil Environment, 55 (8): 353-361. ISSN 1214-1178. Go to original source...
    2. DOHÁNYOS, M., ZÁBRANSKÁ, J., JENÍČEK, P., 2009: Současné směry výzkumu a nakládání s kaly z ČOV. Odpadové fórum 2009 [online] [cit. 2010-04-9].
    3. EWAIS, E. A., 1997: Effects of cadmium, nickel and lead on growth, chlorophyll kontent and proteins of weeds. Biologia Plantarum, 39 (3): 403-410. ISSN 0006-3134. DOI: 10.1023/A:1001084327343 Go to original source...
    4. HE, Z. L. L., YANG, X. E., STOFFELLA, P. J., 2005: Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment. Journal of Trace elements in Medicine and Biology, 19 (3-4): 125-140. ISSN 0946-6722X. DOI: 10.1016/j.jtemb.2005.02.010 Go to original source...
    5. HORN, A. L., DÜRING, R. A., GÄTH, S., 2003: Comparison of decision support systems for an optimised application of compost and sewage sludge on agricultural land based on heavy metal accumulation in soil. The science of the Total Environment, 311: 35-48. ISSN 0048-9697. DOI: 10.1016/S0048-9697(03)00133-5 Go to original source...
    6. KORENTAJER, L., 1991: Review of the agricultural use of sewage sludge. Benefits and potentional hazards. Water S. A., 17 (3): 189-196. ISSN 0378-4738.
    7. KLÍR, J., KUNZOVÁ, E., ČERMÁK, P, 2008: Rámcová metodika výživy rostlin. Praha, 48 s. ISBN 978-80-87011-61-4.
    8. MANIOS, T., STENTIFORD, E. I., MILLNER, P. A., 2003: The effect of heavy metals accumulation on the chlorophyll concentration of Typha latifolia plants, growing in a substrate containing sewage sludge compost and watered with metaliferous water. Ecological Engineering, 20: 65-67. ISSN 0925-8574. DOI: 10.1016/S0925-8574(03)00004-1 Go to original source...
    9. RACLAVSKÁ, H., 1998: Znečištění zemin a metody jejich dekontaminace. Ostrava, 111 s.
    10. ROSSELLI, W., KELLER, C., BOSCHI, K., 2003: Phytoextraction capacity of trees growing on a metal contaminated soil. Plant and soil, 256: 265-272. ISSN 1573-5036. DOI: 10.1023/A:1026100707797 Go to original source...
    11. SHARMA, S. S., GAUR, J. P., 1995: Potential of Lemna polyrrhiza for removal of heavy metals. Ecological Engineering, 4: 37-43. ISSN 0925-8574. DOI: 10.1016/0925-8574(94)00047-9 Go to original source...
    12. VOSTOUPAL, B., 2007: Metodická studie o možnostech použití bioalginátovách přípravků při řešení experimentů, vyplývajících z projektu WD-44-07-1. České Budějovice, 31 s.
    13. VOSTOUPAL, B., ŠOCH, M., VRÁBLÍKOVÁ, J., ZAJÍČEK, P., HRUBÝ, J., GJUROV, V., 2007: Hydrolyzátory mořských řas použitelné v programech asanace důlních výsypek. In: Území ovlivněné těžbou uhlí - cesty k udržitelnému rozvoji. RE REGIONS za podpory EU, Most, 7 s. ISBN 978-80-239-9095-9.
    14. WANG, M., 1997: Land application of sewage sludge in China. Science of The Total Environment, 197 (1-3): 149-60. ISSN 0048-9697. DOI: 10.1016/S0048-9697(97)05426-0 Go to original source...

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content