Muhammad Mohsin

Phytoremediation of potentially toxic elements and rare earth elements by perennial plants in floating wetlands

Mohsin M. (2023). Phytoremediation of potentially toxic elements and rare earth elements by perennial plants in floating wetlands. https://doi.org/10.14214/df.347

Tiivistelmä

Kaupungistumisen, teollistumisen, maatalouden, kaivostoiminnan ja hulevesien vaikutukset ekosysteemeihin ovat johtaneet merkittäviin vesien saastumisongelmiin maailmanlaajuisesti. Kuitenkin vain vähän tutkimusta on julkaistu kadmiumin (Cd), kromin (Cr) ja eri kasviravinteiden samanaikaisesta erottamisesta hulevesistä ns. kelluvia kosteikkoja (FTW) käyttämällä tai harvinaisten maametallien (REE) keräämisestä ja talteenotosta biomassaviljelmien avulla. Tämä tutkimus lisää tietämystä REE:n talteenotosta vesistä käyttämällä lyhytkiertoisia pajuja (Salix spp.) ja simuloitua Cd:n ja Cr:n keruuta hulevesistä Phragmites australis- ja Iris pseudacorus -kasvilajeilla. Tässä yhteydessä tehtiin kolme erilaista ns. mikrokosmoskoetta monivuotisilla kasveilla (P. australis ja I. pseudacorus) FTW:ssä. Kasvien kasvua, juuren pituutta, klorofyllipitoisuusindeksiä (CCI), anatomisia kasvien kudosmuutoksia, Cd:n kertymistä sekä kasvien kasvua ja typen ja fosforin poistamista simuloiduissa hulevesissä tutkittiin 50 vuorokauden pituisenkokeen aikana eri Cd-annoksilla (0, 1, 2 ja 4 mg l^-1). Lisäksi tutkittiin FTW:ssä 50 päivän ajan Cr-annoksen (0, 500, 1000 ja 2000 μg l^-1) vaikutuksia P. australis- ja I. pseudacorus -lajien kasvuun ja anatomiaan sekä Cr:n kertymiseen kasvien biomassaan; lisäksi selvitettiin typen ja fosfaatin poistoa vesistä. REE-annosten vaikutuksia kasvien varren kasvuun, biomassaan ja juurten pituuteen tutkittiin kahdella pajulajilla (S. myrsinifolia ja S. schwerinii) ja kahdella pajun viljelylajikkeella (Klara ja Karin) FTW:ssä 28 vuorokauden aikana. Kokeissa vesi sisälsi REE kerta-annoksen lantaania (La: 50 mg l^-1) ja 6-REE:n moniliuosta (La: 11,50 + yttrium (Y: 11) + neodyymi (Nd) 10,50) + dysprosium (Dy: 10) + cerium (Ce: 12) ja terbium (Tb: 11,50 mg l^-1)). Kokeissa oli lisäksi kontrollikäsittelyt ilman REE:tä. Lisäksi tutkittiin REE:n talteenottoa biomassatuhkasta biomassan polton jälkeen. Tässä tutkimuksessa Cd-stressi ei haitannut P. australis tai I. pseudacorus -lajien kasvua; kasvien juuret keräsivät enemmän Cd:tä kuin versot. Kasvit pystyivät alentamaan typpi- ja fosforipitoisuuksia vesissä. Cr:n vaikutus kasvien kasvuun oli selvä jo pienillä ja keskisuurilla annoksilla (500 ja 1000 μg Cr l^-1) ja anatomisia muutoksia havaittiin suurella annoksella (2000 μg Cr l^-1). Molemmat lajit pystyivät poistamaan huomattavan määrän (98–99 %) typpeä ja fosforia 10 päivän aikana lisääntyneen Cr-kuormituksen aikana. Suurin määrä Cr:a säilyi P. australis- ja I. pseudacorus -juurissa. Pajulajit ja lajikkeet eivät osoittaneet REE-toksisuusoireita. Noin 80 % REE:stä säilyi pajun tuhkassa polton jälkeen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että nämä monivuotiset kasvit voisivat olla sopivia ehdokkaita kontrolloimaan valumavesien Cd-, Cr- ja REE -päästöjä vesistä samalla kun ne tuottavat biomassaa tehokkaasti.

Avainsanat
biomassa; putkilokasvit; fytostabilointi; rehevöityminen; hulevesi; pajut; Phragmites australis; Iris pseudacorus

Julkaistu 7.12.2023

Katselukerrat 3854

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.347 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Mohsin M, Nawrot N, Wojciechowska E, Kuittinen S, Szczepańska K, Dembska G, Pappinen A (2023) Cadmium accumula-tion by Phragmites australis and Iris pseudacorus from stormwater in floating treatment wetlands microcosms: Insights into plant tolerance and utility for phytoremediation. Journal of Environmental Management 331, article id 117339.

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117339

Nawrot N, Wojciechowska E, Mohsin M, Kuittinen S, Pappinen A, Matej- Łukowicz K, Szczepańska K, Cichowska A, Irshad MA, Tack FMG (2023) Removal of chromium (Cr) in floating treatment wetlands with perennial plants. Manuscript.

Mohsin M, Salam MMA, Nawrot N, Kaipiainen E, Lane DJ, Wojciechowska E, Kinnunen N, Heimonen M, Tervahauta A, Peräniemi S, Sippula O, Pappinen A, Kuittinen S (2022) Phytoextraction and recovery of rare earth elements using willow (Salix spp.). Science of the Total Environment 809, article id 152209.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152209

---