Undersøgelse viser potentialet for sydlig kathale til fytoremediering af områder, der er forurenet med mineaffald

Typha domingensis, den sydlige kathale, en røragtig sumpplante, der lever i friskt til let brakvand og er omkring 2,5 m høj, kan fjerne op til 34 gange mere mangan fra forurenet jord end andre planter, der findes i lignende miljøer. I en nylig undersøgelse akkumulerede den mellem 10 og 13 gange mere mangan end andre naturligt forekommende vådområdeplanter såsom hibiscus, sav og siv, hvilket viser dets potentiale til brug i bæredygtig rehabilitering af områder, der er berørt af jernmineaffald.

En artikel om undersøgelsen er publiceret i Journal of Cleaner Production af forskere ved University of São Paulo's Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ-USP) i Brasilien og samarbejdspartnere.

Ifølge artiklen er T. domingensis yderst effektiv til phytoremediering, især på grund af dens evne til at opfange mangan, et potentielt giftigt mikronæringsstof, der kan udgøre en stor økologisk fare.

Analysen udført af forskerne viste, at mængden af ​​mangan svarede til 6.858 milligram per kilogram (mg/kg) i plantens skud, sammenlignet med et gennemsnit på 200 mg/kg for andre arter.

Feltarbejdet blev udført i Regência ved Doce-flodens udmunding i staten Espírito Santo, et område oversvømmet af en del af de 50 millioner kubikmeter jernmineaffald, der blev frigivet, da Fundão tailings-dæmningen brast i november 2015 i lokaliteten Mariana, Minas Gerais ( en nabostat til Espírito Santo), der forårsagede den værste miljøkatastrofe i brasiliansk historie.

Katastrofen ramte 41 byer i Minas Gerais og Espírito Santo, og 19 mennesker døde. Det giftige affald nåede flodmundingen omkring to uger senere og anslås at have forurenet 240,8 hektar atlantisk regnskov og dræbt 14 tons fisk. Mange projekter og programmer er blevet iværksat siden da for at forsøge at afbøde skaden, men flodmundingen er stadig forurenet.

Undersøgelsen viste, at planterne i flodmundingen udvandt 147 tons mangan, eller 75,7 tons pr. hektar (t/ha).

En tidligere undersøgelse udført i samme område og offentliggjort i Journal of Hazardous Materials i januar 2022 viste, at de samme planter fjernede større mængder jern fra forurenet jord og vand end Hibiscus tiliaceus, et 4-10 m træ med gule blomster, ofte kaldet strandhibiscus.

"Vi har arbejdet på Doce siden 2015 og har opnået et godt kendskab til den geokemiske dynamik af adskillige metaller indeholdt i tailings, såsom jern, mangan og andre potentielt giftige elementer. Dette giver os mulighed for fremskridt i planlægningen af ​​mere effektive afhjælpningsstrategier for disse forurenede områder. Den viden, der er opbygget i disse undersøgelser, vil ikke kun blive brugt til at rehabilitere forringede områder, men også til at formulere agrominestrategier som et bidrag til mere bæredygtig minedrift," fortalte Tiago Osório Ferreira, sidste forfatter til begge artikler. Agência FAPESP. Ferreira er professor i ESALQ-USP's Soil Science Department.

Phytoremediering involverer brugen af ​​planter til at udvinde og fjerne elementære forurenende stoffer eller sænke deres biotilgængelighed i jord. Agromining består af dyrkning af planter, der er i stand til at lagre metaller i deres rødder og blade for at udvinde disse metaller til industriel brug. I tråd med konceptet om en cirkulær økonomi tjener denne naturlige udvinding to formål på én gang:at producere metaller og afgifte jord. Teknikken er ikke udbredt i øjeblikket. En række landbrugsprojekter er for eksempel i gang i Australien.

"Vi vidste fra andres undersøgelser, at mangan er et problem i regionen, der forurener vandet, jorden og fiskene. Da vi gik til det område, der var ramt af jernmalm, forventede vi at finde, at T. domingensis og Eleocharis acutangula [akut spikerush ] akkumuleret mere mangan end H. tiliaceus, en træart fundet i området, men resultaterne viste, at T. domingensis kan akkumulere 13 gange mere mangan i sine luftdele end de to andre arter. Processen havde mindre indflydelse via rodjernplak [en form for fysiologisk tilpasning, hvorved jernoxid udfældes og danner jernplak på overfladen af ​​plantens rødder],« sagde Amanda Duim Ferreira, førsteforfatter til begge artikler.

Ifølge den seneste undersøgelse akkumulerede T. domingensis 18 mg/kg i rødder og 55 mg/kg i jernplak.

Planter, der er tilpasset vådområder, fanger ilt fra atmosfæren via deres luftdele og overfører det til rødderne via porøst væv kaldet aerenchyma. Denne iltning vedligeholder rodsystemet, som er ansvarlig for forankring samt indtagelse af vand og mineralsalte.

Absorption af organisk materiale af planter fremmer opløsning af manganoxid, og frigivelse af protoner kan udløse opløsning af mangancarbonat. På den anden side kan vandplanter også oxidere deres rhizosfære (zonen omkring planterødder, hvor jordens biologi og kemi påvirkes af rødderne) på grund af intern transport af ilt til rødderne for at undgå hypoxi. Denne proces kan reducere biotilgængeligheden af ​​mangan.

Metoder

Forskerne målte jordens fysisk-kemiske parametre (rhizosfærens pH, bulkjordens pH og redoxpotentiale) samt det samlede organiske kulstofindhold. De ekstraherede også mangan fra jorden under lokaliteter naturligt vegeteret af de tre plantearter og udførte geokemisk fraktionering af mangan i de undersøgte jorder.

Manganniveauer blev målt i planternes rødder, luftparti og jernplader. Biokoncentrations- og translokationsfaktorer blev bestemt for at estimere deres evne til at fungere som hyperakkumulatorer af mangan og potentiel anvendelse i fytoremedieringsprogrammer.

"Disse opdagelser åbner op for en række muligheder for anvendelse af phytoremediation. Viden om absorptionsmekanismer kan være grundlaget for at dyrke T. domingensis via forskellige strategier for at opnå optimale resultater. Vi er gået fra phytoremediation til agromining, mens vi fortsætter denne forskning ," sagde Tiago Osório Ferreira, der leder ESALQ-USP's Soil Geochemistry Research Group.

Duim Ferreira, som er i forskningspraktik ved North Carolina State University (NCSU) i USA, fokuserer på teknikker til dyrkning af T. domingensis for at optimere dets potentiale for fytoremediering. "Vi anvender flere teknikker på grundlag af, hvad vi ved om det bedste tidspunkt for plantning og antallet af høstinger om året for at øge biomasseproduktionen og fjerne mest mangan og jern," sagde hun.

Anlægget fortsætter med at akkumulere store mængder af metallerne i årevis, tilføjede hun. Dæmningen brast i 2015, og der er taget prøver i flodmundingen hvert år siden 2019 (i august 2021 og februar 2022). + Udforsk yderligere

Vandplanter kan være effektive til at fjerne forurening fra jernmineaffald, viser undersøgelse