Phytoextraction of Cadmium and Zinc from contaminated soils by Salix ssp.

Die Extraktion von Schwermetallen aus Böden durch Anreicherung in der oberirdischen Biomasse von Pflanzen (Phytoextraktion) wurde als sanfte und kostengünstige in-situ Sanierungsmethode von kontaminierten Oberböden vorgeschlagen. Es ist bekannt, dass Weiden (Salix ssp.) prinzipiell in der Lage sind, Schwermetalle in erhöhten Konzentrationen in ihren Blättern anzureichern. Es konnten aber noch keine genügend hohen Metallentzugsraten gezeigt werden, die den Einsatz von Weiden als effiziente Sanierungsmethode rechtfertigen würden. In der vorliegenden Arbeit wurde daher in Gefäßversuchen im Freiland das Phytoextraktionspotential von verschiedenen Weidenarten auf unterschiedlichen Böden zwei bis drei Jahre lang getestet. Zusätzlich wurden zwei mikrobielle Behandlungen im Boden hinsichtlich ihrer Effekte auf die Metallakkumulation von Weiden untersucht. Weiters wurde getestet, ob ein Intercropping von Salix caprea und Arabidopsis halleri das Phytoextraktionspotential von Weiden möglicherweise erhöhen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Weiden außergewöhnlich hohe Konzentrationen an Cd und Zn in den Blättern akkumulierten und nach drei Vegetationsperioden Cadmium im Boden um 20 % reduziert werden konnte. Die Anwendung mikrobieller Behandlungen erhöhte die Metallkonzentrationen in Blättern von zwei Weidenarten auf einem der untersuchten Böden. Durch das Intercropping von S. caprea und A. halleri wurde der Gesamtentzug an Zn deutlich erhöht. Den Ergebnissen dieser Studie nach zu urteilen, erscheint die Phytoextraktion von vor allem Cd aus moderat kontaminierten Böden mithilfe von effizienten, metalltoleranten und metallakkumulierenden Weiden wie z.B. S. fragilis, S. caprea oder S. x smithiana erfolgversprechend. Der nächste wichtige Schritt, um die Phytoextraktion der praktischen Anwendung näher zu bringen, ist die Ausführung von Feldversuchen in denen die festgestellten Metallentzugsraten unter realen Bedingungen evaluiert werden.The extraction of heavy metals from contaminated soils using metal accumulating plants has been suggested as low-cost, environmentally friendly, in-situ soil remediation method. Willows (Salix ssp.) are known to accumulate enhanced concentrations of heavy metals in their leaves. However willows with metal extraction rates sufficiently large to be applied as soil remediation method remain to be demonstrated. In this thesis the phytoextraction potential of different willow species was tested in two outdoor pot experiments on five long term contaminated soils for the duration of two to three years. The effects of applying microbial treatments to contaminated soils on biomass production and metal accumulation of willows were determined additionally. Further it was investigated whether an intercropping of Salix caprea with the hyperaccumulator Arabidopsis halleri can possibly enhance the phytoextraction potential of willows. Results showed that the investigated willows accumulated extraordinary large concentrations of cadmium and zinc in their leaves. After three vegetation periods a reduction of aqua regia - extractable Cd in the soil by 20% was determined. Significant seasonal variations of metal concentrations in leaves suggest, that harvesting the leaves after the natural fall of leaves in autumn will remove the largest amount of metals from sites to be remediated. The application of microbial treatments enhanced foliar metal concentrations of two willows on one of the investigated soils. Intercropping of S. caprea and A. halleri increased the total uptake of Zn, but did not influence the Cd accumulation. According to the results of these studies phytoextraction of Cd using efficient, metal tolerant and metal accumulating willows such as S. fragilis, S. caprea or S. x smithiana seems promising. To reach practical application of phytoextraction one important next step is the establishment of field experiments to evaluate metal extraction rates under real conditions.vorgelegt von Gerlinde WieshammerAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2007OeBB(VLID)193120

Cellular compartmentation of nickel in the hyperaccumulators Alyssum lesbiacum, Alyssum bertolonii and Thlaspi goesingense

Nickel uptake and cellular compartmentation werev investigated in three Ni hyperaccumulators: Alyssum bertolonii (Desv), Alyssum lesbiacum (Candargy) and Thlaspi goesingense (Ha´ la´ csy). The three species showed similar hyperaccumulation of Ni, but T. goesingense was less tolerant to Ni than the two Alyssum species. An addition of 500 mg Ni kg-1 to a nutrient-rich growth medium significantly increased shoot biomass of all three species, suggesting that the Ni hyperaccumulators have a higher requirement for Ni than normal plants. Energy-dispersive X-ray microanalysis (EDXA) was performed on frozenhydrated tissues of leaves (all species) and stems ( Alyssum only). In all species analysed, Ni was distributed preferentially in the epidermal cells, most likely in the vacuoles, of the leaves and stems. In stems, there was a second peak of Ni in the boundary cells between the cortical parenchyma and the vascular cylinder. The non-glandular trichomes on the leaf surfaces of the two Alyssum species were highly enriched with Ca, but contained little Ni except in the base. In the leaves of T. goesingense, the large elongated epidermal cells contained more Ni than the cells of the stomatal complexes. The role of cellular compartmentation in Ni hyperaccumulation is discussed