Impact of heavy metal polluted wastewater sediment on element content and enzyme activity of Sudan grass

Growth chamber pot experiment was set up with two varieties of Sudan grass. Plants were grown in uncontaminated (control) topsoil of the former wastewater settling pond from Debrecen, which was amended with 10% (m/m) of wastewater sediment (P: 5125; Fe: 22756, Pb: 287; Cr: 1027; Zn: 888 mg/kg). The elemental composition of soil and shoots of plants and activities of some enzymes in leaves were measured. It can be concluded that the roots and shoots of plant individuals of both varieties consistently took up higher concentrations of each of the elements from the medium "enriched" with wastewater sediment. The elevated element concentrations were found in some cases in the roots, and in other cases in the leaves (K: ~2000 (soil) - ~13000 (root) - ~30000 (shoot) mg/kg; Cr: ~330 (soil) - ~3,30 (root) - ~0,189 (shoot) mg/kg). The excessive accumulation of toxic elements was not observed. The activities of four enzymes were measured in the leaves of plants (glucose 6-phosphate dehydrogenase, G6PDH; isocitrate-dehydrogenase, ICDH; peroxidase, POX; catalase, CAT). The enzyme activities of POX increased meanwhile that of CAT decreased significantly, in spite of slight differences. As a trend, the specific activity for G6PDH increased by 26% (GK Csaba) and 36% (Akklimat), while values for ICDH became higher by 28% (GK Csaba) and 41.5% (Akklimat), for the two varieties studied, respectively. The latter results were not statistically supported

The effect of toxic elements on the microanatomy of the leaves of the Salix alba L.

The effects of a heavy metal containing wastewater sediment on two cultivars of white willow were investigated in a pot experiment. Our aim was to examine the effect of toxic elements on the microanatomical parameters of the leaves of the tested plant. We examined the following parameters: stomatic density, stoma width and length, lamina thickness, adaxial and abaxial epidermis thickness, mesophyll thickness, palisad and spongy parenchyma thickness, main vein width and length. The experiment had the following results: with the presence of toxic elements, the thickness of the lamina increased, within this, there was a significant growth in the thickness of the spongy parenchyma.  The width and the length of the main vein decreased, so did the extent of the xylem cavities. The extent of the collenchymal stock of the leaf venation increased. The number of stomas increased, but the size of the stomas decreased. As a result of toxic element contamination, the number of Ca-oxalate crystals increased within the leaf mesophyll

A tönkölybúza (Triticum spelta L.) elemfelvétele szennyvízüledékből

Fényszobás tenyészedényes kísérletet állítottunk be a Nyíregyházi Egyetemen a Debrecen Lovász-zugból származó, toxikus elemekkel (elsősorban krómmal) szennyezett talajjal (mely egy szennyvíz utóülepítő tó rekultivációja során felhasznált talajtakaró volt), illetve kadmiumot, krómot, rezet, nikkelt, ólmot és cinket a határértékek felett tartalmazó Debrecen lovász-zugi szennyvízüledékkel. Kísérletünk célja az volt, hogy a környezeti stressz-faktorok iránt toleránsnak feltételezett lágy szárú növényfaj, a tönkölybúza (Triticum spelta L.) tenyészedényekben történő termesztésével, modell-kísérlettel megismerjük és összehasonlítsuk e növényfaj két vonalának (cv. GK Fehér "A"; cv. GK Fehér "B") táp- és toxikuselem-felvételi interakcióit a talajjal, illetve a szennyvízüledékkel (10% m/m) kevert talajjal. 52 napos növénynevelést követően megállapítottuk, hogy a szennyvízüledék a kontrollhoz viszonyítva jelentősen megemelte mind a gyökerekben, mind a hajtásokban a foszfor-, kálium-, kalcium-, magnézium-, és nátriumkoncentrációkat mindkét tönkölybúza vonal esetén. A vizsgált makroelemek − a kalcium és a nátrium kivételével − a tönkölybúza hajtásában nagyobb mennyiségben voltak kimutathatóak, mint a gyökérében. A szennyvízüledék mindkét tönkölybúza vonal gyökereiben és hajtásaiban egyaránt megemelte az esszenciális mikroelemek (Cu, Fe, Mn, Zn) koncentrációit a kontrollhoz viszonyítva. A tönkölybúza toxikuselem-felvételét (As, Ba, Cd, Cr, Ni, Pb) elemezve megállapítható, hogy a gyökerekben lényegesen több halmozódott fel a hajtásokhoz képest, és a kijuttatott szennyvízüledék valamennyi toxikus elem koncentrációját jelentősen megnövelte a kontroll kultúrákhoz viszonyítva, mind a gyökerekben, mind a hajtásokban. Nem tudtuk azonban igazolni, hogy a nemesítők által szenzitívebbnek feltételezett GK Fehér tönkölybúza fajta „A” vonala érzékenyebben reagál a toxikuselem-szennyezés okozta stresszre, illetve több toxikus elemet vesz fel, mint a toleránsabbnak tekintett „B” vonal. Abstract: Uptake of various mineral nutrients and accumulation of toxic elements was studied in spelt (Triticum spelta L. lines „A” and „B”) from a soil moderately contaminated with toxic elements (prevalently with chromium; 111-128 mg/kg), and from a sewage sediment contaminated with cadmium (1.27 mg/kg), chromium (1027 mg/kg), copper (189 mg/kg), nickel (49.5 mg/kg), lead (287 mg/kg), and zinc (888 mg/kg). Contaminated cover soil and sewage sediment originated from Debrecen Lovász-zug, Hungary (47029’000’’ N, 21035’738’’ E), from a former wastewater postsettling pond. Spelt was grown in a pot experiment for 52 days in a growth chamber, in cover soil (as a control) and in cover soil treated with 10% (m/m) sewage sediment. It was found that application of sewage sediment significantly enhanced the uptake of macro- and mezoelements (P, K, Ca, Mg, Na), and essential microelements (Cu, Fe, Mn, Zn) both in roots and shoots of spelt. Toxic elements (As, Ba, Cd, Cr, Ni, Pb) accumulated prevalently in the roots of plants, and the applied sewage sediment significantly increased their concentration in roots and shoots, as compared to the control cultures. Breeders supposed line „A” of spelt to be more sensitive for abiotic stresses (e.g. toxic element contamination) than line “B”. This hypothesis, however, was not confirmed by our observations

A tönkölybúza (Triticum spelta L.) elemfelvétele szennyvízüledékből

Uptake of various mineral nutrients and accumulation of toxic elements was studied in spelt (Triticum spelta L. lines „A” and „B”) from a soil moderately contaminated with toxic elements (prevalently with chromium; 111-128 mg/kg), and from a sewage sediment contaminated with cadmium (1.27 mg/kg), chromium (1027 mg/kg), copper (189 mg/kg), nickel (49.5 mg/kg), lead (287 mg/kg), and zinc (888 mg/kg). Contaminated cover soil and sewage sediment originated from Debrecen Lovász-zug, Hungary (47029’000’’ N, 21035’738’’ E), from a former wastewater postsettling pond. Spelt was grown in a pot experiment for 52 days in a growth chamber, in cover soil (as a control) and in cover soil treated with 10% (m/m) sewage sediment. It was found that application of sewage sediment significantly enhanced the uptake of macro- and mezoelements (P, K, Ca, Mg, Na), and essential microelements (Cu, Fe, Mn, Zn) both in roots and shoots of spelt. Toxic elements (As, Ba, Cd, Cr, Ni, Pb) accumulated prevalently in the roots of plants, and the applied sewage sediment significantly increased their concentration in roots and shoots, as compared to the control cultures. Breeders supposed line „A” of spelt to be more sensitive for abiotic stresses (e.g. toxic element contamination) than line “B”. This hypothesis, however, was not confirmed by our observations.Fényszobás tenyészedényes kísérletet állítottunk be a Nyíregyházi Egyetemen a Debrecen Lovász-zugból származó, toxikus elemekkel (elsősorban krómmal) szennyezett talajjal (mely egy szennyvíz utóülepítő tó rekultivációja során felhasznált talajtakaró volt), illetve kadmiumot, krómot, rezet, nikkelt, ólmot és cinket a határértékek felett tartalmazó Debrecen lovász-zugi szennyvízüledékkel. Kísérletünk célja az volt, hogy a környezeti stressz-faktorok iránt toleránsnak feltételezett lágy szárú növényfaj, a tönkölybúza (Triticum spelta L.) tenyészedényekben történő termesztésével, modell-kísérlettel megismerjük és összehasonlítsuk e növényfaj két vonalának (cv. GK Fehér "A"; cv. GK Fehér "B") táp- és toxikuselem-felvételi interakcióit a talajjal, illetve a szennyvízüledékkel (10% m/m) kevert talajjal. 52 napos növénynevelést követően megállapítottuk, hogy a szennyvízüledék a kontrollhoz viszonyítva jelentősen megemelte mind a gyökerekben, mind a hajtásokban a foszfor-, kálium-, kalcium-, magnézium-, és nátriumkoncentrációkat mindkét tönkölybúza vonal esetén. A vizsgált makroelemek − a kalcium és a nátrium kivételével − a tönkölybúza hajtásában nagyobb mennyiségben voltak kimutathatóak, mint a gyökérében. A szennyvízüledék mindkét tönkölybúza vonal gyökereiben és hajtásaiban egyaránt megemelte az esszenciális mikroelemek (Cu, Fe, Mn, Zn) koncentrációit a kontrollhoz viszonyítva. A tönkölybúza toxikuselem-felvételét (As, Ba, Cd, Cr, Ni, Pb) elemezve megállapítható, hogy a gyökerekben lényegesen több halmozódott fel a hajtásokhoz képest, és a kijuttatott szennyvízüledék valamennyi toxikus elem koncentrációját jelentősen megnövelte a kontroll kultúrákhoz viszonyítva, mind a gyökerekben, mind a hajtásokban. Nem tudtuk azonban igazolni, hogy a nemesítők által szenzitívebbnek feltételezett GK Fehér tönkölybúza fajta „A” vonala érzékenyebben reagál a toxikuselem-szennyezés okozta stresszre, illetve több toxikus elemet vesz fel, mint a toleránsabbnak tekintett „B” vonal

Long-term field fertilization experiment with energy willow (Salix sp.) − Elemental composition and chlorophyll fluorescence in the leaves

A small-plot long-term field fertilization experiment was set up in 2011 with willow (Salix triandra x Salix viminalis ’Inger’) grown as an energy crop in Nyíregyháza, Hungary. The brown forest soil was treated three times (in June 2011, May 2013, May 2016) with municipal biocompost (MBC), municipal sewage sludge compost (MSSC) or willow ash (WA), and twice (June 2011, May 2013) with rhyolite tuff (RT). In late May – early June 2016 urea (U) and sulphuric urea (SU) fertilizers were also applied to the soil as top-dressing (TD). These fertilizers and amendments were also applied to the soil in 2016 in the combinations; MBC+SU, RT+SU, WA+SU and MSSC+WA. All the treatments were repeated four times. In July 2016 the highest nitrogen concentrations in willow leaves were measured in the U (3.47 m/m%) and SU (3.01 m/m%) treatments, and these values were significantly higher than the control (2.46 m/m%). An excess of nitrogen considerably reduced the Zn uptake of the leaves, with values of 39.5 μg g-1 in the U treatment, 53.4 μg g-1 in the SU treatment, and 63.5 μg g-1 in the control. All other amendments or TDs, except for WA, enhanced the specific potassium concentrations in willow leaves compared to the control. No significant quantities of toxic elements (As, Ba, Cd, Pb) were transported from soil amendments or TDs to the willow leaves. In July 2016 the most intensive leaf chlorophyll fluorescence was observed in the MSSC and MSSC+WA treatments

Toxikus elemekkel szennyezett szennyvízüledék hatása egy szudánifű hibrid növénymorfológiai paramétereire tenyészedényes kísérletben

In addition to industrial activities, mining, transport and landfilling, agricultural activity is also a source of soil pollution. With the use of intensive fertilisers, soil conditioners, disinfectant materials, and pesticides we can pollute the soil to varying degree, but the most significant is the impact of sewage sludge displacement. In this case, the heavy metal content of the soil may increase, and it can become accessible to the plants, thereby entering into the food chain. Several researchers have examined how the herbaceous and woody plants react to heavy metal contamination and whether they are suitable for phytoremediation of heavy metals contaminated areas. Those plant species that can tolerate high concentrations of certain toxic metals (heavy metals) or bind them, are capable of reducing the mobile heavy metal content of contaminated soils. Heavy metals have some - usually negative - effects on all plant life processes (growth, photosynthesis, water balance, ion uptake, etc.), which are also manifested in the external morphological properties of „poisoned” plants. In our pot experiments we examined how the various amounts of sewage sediment influence the morphological properties of the test plant. We chose the test plant sorghum x Sudan grass hybrid (cv. GK Csaba), which has a high production and disease resistance features, beside low demand for terroir or soil.The experiment was set up with 3 treatments (control, 10% sewage sediment, 20% sewage sediment).We designed 3 repetitions per treatment with 6-6 plants per repetition. The measured morphological parameters were the total length of the plants, the number of leaves, the length and width of the most developed leaf, leaf plate and stem diameter and the mass of the plant parts above the ground.According to our results, the above-ground vegetative parts of the plants developed in the same way as the control, under the influence of 10% sewage sediment contamination. Treated plants were not behind the control in respect of development, growth, number of leaves or leaf size. In the case of slight contamination, the above-ground vegetative mass exceeded the values measured in control. In plants treated with 20% sewage sediment, similar results were obtained. The total length, the letter number and the leaf parameters of the plants were not significantly different from the control, and even the weight of the plant increased in this treatment. It can therefore be concluded that the low level of sewage sediment soil loading had no negative impacts on the morphological parameters of the Sudan grass hybrid. It can be supposed that the significant nutrient content of the sewage sediment compensated the toxic effects of the heavy metals present in this material.Az ipari tevékenység, bányászat, közlekedés, hulladéklerakás mellett a mezőgazdaságitevékenység is a talaj szennyező forrásai közé sorolandó. Intenzív műtrágyázással, talajjavító, fertőtlenítő anyagok, kártevők elleni anyagok, növényvédő szerek használatával különböző mértékben szennyezhetjük a talajt, de legjelentősebb a szennyvíziszap elhelyezéssel kiváltott hatás.Ebben az esetben a talaj nehézfém-tartalma jelentősen megemelkedhet, a talajban felhalmozódva pedig a toxikus elemek a növények számára hozzáférhetővé válhatnak, bekerülve ezzel a táplálékláncba. Több kutató is foglalkozott azzal, hogy a lágy és fás szárú növények hogyan reagálnak a nehézfém-szennyezésre és alkalmasak-e a nehézfémekkel szennyezett területek fitoremediációjára.Azok a növényfajok, melyek képesek tolerálni bizonyos fémek (nehézfémek) magas koncentrációját, azt képesek megkötni, alkalmasak a szennyezett területek nehézfém-tartalmának csökkentésére. A nehézfémek valamennyi növényi életfolyamatra (növekedés, fotoszintézis, vízháztartás, ionfelvétel, stb.) valamilyen - általában negatív - hatást gyakorolnak, melyek a „szennyezett” növények külső, morfológiai tulajdonságaiban is megmutatkoznak. Tenyészedényes kísérleteink során arra kerestünk választ, hogy különböző mértékű szennyvízüledék-kezelés milyen hatást gyakorol a tesztnövény morfológiai tulajdonságaira. Vizsgált tesztnövénynek a cirok x szudánifű hibridet (cv. GK Csaba) választottuk, mely nagy termő- és betegség-ellenálló képességgel rendelkezik, termőhely iránt kevésbé igényes fajta. A kísérletet 3 kezeléssel (kontroll, 10 %-os szennyvízüledék-terhelés, 20 %-os szennyvízüledék-terhelés) állítottuk be. Kezelésenként 3 ismétlést állítottunk be ismétlésenként 6-6 növénnyel. A vizsgált morfológiai paraméterek: a növény teljes hossza, levelek száma, a legfejlettebb levél levéllemez hosszúsága és szélessége, a szárátmérő, illetve a föld feletti növényi részek tömege.Megállapítottuk, hogy 10 %-os szennyvízüledék kijuttatás hatására a növények föld feletti vegetatív részei a kontrollhoz hasonlóan fejlődtek. A kezelt növények fejlődésben, növekedésben, a levelek számában és a levéllemez méretében nem maradtak el a kontrolltól. 10%-os szennyezés esetén a föld feletti vegetatív tömeg meghaladta a kontrollnál mért értékeket. A 20 % szennyvízüledékkel kezelt növényeknél az előzőhöz hasonló eredményeket kaptunk. A növények teljes hossza, levélszáma és levélparaméterei a kontrolltól érdemben nem tértek el, sőt a növény tömege ebben az esetben is nőtt a kezelés hatására. Megállapítható tehát, hogy a kismértékű szennyvízüledék-terhelés nem volt negatív hatással a szudánifű morfológiai paramétereire. Feltételezhetően a szennyvízüledék jelentős tápelem-tartalma ellensúlyozta a vele együtt kijuttatott nehézfémek toxikus hatását