AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 54 (2005)

Átírás

1 AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 54 (2005) Adléknygok, vörös csenkesz és Zn-toleráns rbuszkuláris mikorrhiz gombák szerepe nehézfémekkel szennyezett gyöngyösoroszi bánymeddő remediációjábn SIMON LÁSZLÓ és BIRÓ BORBÁLA Nyíregyházi Főiskol, Műszki és Mezőgzdsági Főiskoli Kr, Táj- és Környezetgzdálkodási Tnszék, Nyíregyház és MTA Tljtni és Agrokémii Kuttóintézet, Rhizobiológii Kuttórészleg, Budpest A fitoremediáció során természetben előforduló vgy génsebészeti úton előállított növények (illetve velük társult mikrobák) segítségével tisztítják meg környezeti elemeket (tljt, tljvizet, felszíni vizet, ipri szennyvizet, levegőt) szervetlen vgy szerves, kémii szennyező nygoktól. A fitoremediáción belül újbb foglmk, illetve eljárások lkultk ki z elmúlt időszkbn, melyek közül fitoextrkció, fitofiltráció, fitovoltizáció, fitodegrdáció és fitostbilizáció legígéretesebbek (CUNNINGHAM et l., 1996; SALT et l., 1998; MÁTHÉNÉ & ANTON, 2004; SIMON, 2004). A fitostbilizáció során különféle dléknygokkl kezelik szennyezett közeget (pl. tljt, bánymeddőt, ipri mellékterméket), mjd z ily módon stbilizált területet növénytkróvl fedik le. A szennyező nygokt (elsősorbn fémeket, illetve egyes szerves szennyező nygokt) z dléknygokkl oldhttln, kevésbé felvehető formájúvá lkítják át, növénytkró pedig megkdályozz, hogy szennyezett közegből szennyező nygok tljvízbe, levegőbe, szennyezetlen területre kerüljenek át, illetve mikrobákbn, növényekben, állti és emberi szervezetben hlmozódjnk fel (CUNNINGHAM et l., 1995; VANGRONSVELD & CUNNINGHAM, 1998; MENCH et l., 2000; BERTI & CUNNINGHAM, 2000). A fitostbilizáció első lépéseként mezőgzdsági termelés, szennyvíziszpelhelyezés, rekultiváció, tájrehbilitáció kpcsán már régót ismert és lklmzott dléknygokt jutttnk ki szennyezett területre. Fitostbilizációs célr előnyösen lklmzhtók olyn ipri hulldékok, melléktermékek, melyek elhelyezését, visszforgtását, ártlmtlnítását egyébként is meg kell oldni. Ilyen nygok szennyvíztelepeken keletkező szennyvíziszpok (és egyéb biohulldékok), z állttrtó telepeken keletkező állti és növényi eredetű trágyák, vlmint egyes ipri melléktermékek (slkok, hmuk). A fémek mozgását Posti cím: SIMON LÁSZLÓ, Nyíregyházi Főiskol, Táj- és Környezetgzdálkodási Tnszék, 4401 Nyíregyház, Pf E-mil: simonl@nyf.hu

2 164 S I M O N B I R Ó megkdályozó legígéretesebb dléknygok közé trtoznk továbbá foszfátok, vs- és mngán-oxi-hidroxidok, természetes és mesterséges gygásványok (lumínium-szilikátok), és lúgos nygok (mész, dolomit). Ezek z dlékok kicspássl, bszorpcióvl vgy dszorpcióvl, komplexképzéssel, redox átlkítássl, humifikálássl htástlnítják fémeket és egyes szerves szennyező nygokt (VANGRONSVELD & CUNNINGHAM, 1998; MENCH et l., 2000; BERTI & CUNNINGHAM, 2000). A szennyezett terület fitostbilizációjár kezdetben áltlábn fűféléket (pl. Agrostis tenuis, Agrostis stolonifer, Festuc rubr) lklmznk, melyek elősegítik más növényfjok (pl. nyárf- és fűzfhibridek) későbbi megtelepedését (SALT et l., 1998; RASKIN & ENSLEY, 2000). A növények gyökerei megkötik, kicspják, átlkítják zokt szennyező nygokt (elsősorbn fémeket), melyek z dléknygok kijutttás után még oldtbn mrdtk (BERTI & CUNNINGHAM, 2000). A gyökerekben, illetve rizoszférábn lezjló folymtok elősegítik, pl. z igen toxikus Cr(VI) oldhttln Cr(III)-vegyületekké lkítását, fémfoszfátok (ólom-foszfát) kicspódását, poliromás szénhidrogének megkötését vgy szerves nygokb, humuszb, ligninbe történő beépülését, illetve mikrobiális lebontását (SALT et l., 1998; WENZEL et l., 1999). A szenynyező nygok (elsősorbn fémek) toxicitásánk közömbösítésében, és tápelemek (foszfor) felvételében fontos szerepet játszhtnk növényekkel szimbiózisbn élő rbuszkuláris mikorrhiz gombák is (LEYVAL et l., 1997; COLPAERT, 1998; KHAN et l., 2000). Gyöngyösoroszitól észkr szflerit- és glenit bányászt folyt 1985-ig, mely során keletkezett bánymeddőt Tok- és Szárz-ptk közelében rkták le. A bánymeddőben lévő nehézfémek (Cd, Cu, Pb, Zn) súlyos környezetszennyeződést okoztk (TURCSÁNYI, 1990; HORVÁTH & GRUIZ, 1996; KOVÁCS & TAMÁS, 2002; LAKATOS et l., 2002). Előkísérletünk során (SIMON, 2005) zt tpsztltuk, hogy Gyöngyösorosziból szármzó erősen svnyú kémhtású (ph(kcl) 3,20 3,26) bánymeddő meszezéssel és mmónium-nitrát kijutttásávl lklmssá tehető rr, hogy rjt növényeket neveljünk. A meszezett bánymeddőhöz négyféle dlékot (települési szennyvíziszp komposztot, tőzeget, természetes zeolitot, kálium-foszfátot és ezek kombinációját) kevertünk, és zon tenyészedénykísérletben vörös csenkeszt neveltünk. Megállpítottuk, hogy bánymeddő kicserélhető (CCl 2 -oldhtó; SIMON, 2001) és felvehető (NH 4 -cetát+ H 4 EDTA-oldhtó elemkészlet LAKANEN & ERVIÖ (1971) szerint; SIMON, 2001) frkcióibn és növényekben kkor jelenik meg legkevesebb nehézfém, h meszezett bánymeddőt szennyvíziszp komposzttl, illetve zeolittl kezeljük. A szennyvíziszp komposztnk (illetve 4 dlék kombinációjánk) volt összességében legkedvezőbb htás növények fejlődésére, illetve szárznyg-hozmár (SIMON, 2005).

3 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj 165 A fenti előzmények ismeretében újbb tenyészedény-kísérlet beállításávl z lábbi kérdésekre kerestük válszt: Stbilizálhtók-e gyöngyösoroszi bánymeddő nehézfémei (Cd, Cu, Mn, Pb és Zn) meszezéssel, vlmint szennyvíziszp komposzt és zeolit kombinált kijutttásávl? Kilkíthtó-e stbilizált bánymeddőn fejlődő vörös csenkesz gyökerein fém-toleráns rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl szimbiózis, és ez miként ht mkrotápnygok és nehézfémek növénybeli felvételére, illetve tesztnövény szárznyg hozmár? Anyg és módszer Bánymeddő-minták gyűjtése és elemnlízise, meszezés és ph-meghtározás. A bánymeddő-mintákt Gyöngyösoroszitól észkr É-i szélességi, és K-i hosszúsági fokon tlálhtó meddőhányóból vettük. Egy m-es kijelölt terület két átlój mentén rétegmint-fúróvl összesen 20 leszúrásból, 0 25 cm-es mélységből mintegy 20 kg-nyi bánymeddőt gyűjtöttünk be. A sárg színű bánymeddőt légszárz állpot eléréséig lbortóriumbn szétterítve megszárítottuk, lposn összekevertük, mjd ngyobb méretű idegen nygokt (kövek, flevelek, fdrbok) kézzel, kisebbeket pedig 2 mm-es szitán történő átszitálássl eltávolítottuk. Az így előkészített nygot vékony rétegben műnyg fólián terítettük szét, mjd műnyg sptulávl véletlenszerű helyről mintákt vettünk és 3 párhuzmos mintát képeztünk. Egy-egy ilyen mintából 2 2 g-ot mértünk be 3 ismétlésben Erlenmeyer-lombikokb, és mintákt 2 óráig rázttuk cc. HNO 3 és cc. H 2 O 2 (3:1 v/v) elegyével. Ezután mintákt leszűrtük és meghtároztuk elemösszetételüket. A bánymeddő ph-jánk meghtározásához 5 5 g mintát mértünk be fenti 3 párhuzmos mintából 3 ismétlésben kémcsövekbe, melyre 12,5 cm³ 1 M KCloldtot rétegeztünk. Alpos összerázás, és 18 órás állás után felülúszó ph-ját WTW ph320 típusú készülékkel htároztuk meg. A bánymeddő kiindulási phj 3,73 volt. A bánymeddő ph-jánk 6,5 fölé emeléséhez szükséges mészmennyiség kiszámításához 5 g-os mintákt 0,5%; 0,75%; ill. 1% (m/m) CCO 3 -tl kevertünk össze 3 ismétlésben. A szűrőppírrl kibélelt, tölcsérekbe helyezett mintákt egy héten át npont nnyi desztillált vízzel nedvesítettük meg, hogy bánymeddő vízkpcitását (20%) elérjük. Egy hét elteltével kiszárított minták ph-ját fent ismertetett módon htároztuk meg. Megállpítottuk, hogy ph 6,5 fölé emeléséhez 1%-nyi CCO 3 -ot kell bánymeddőhöz keverni. A kísérletben lklmzott dlékok és rbuszkuláris mikorrhiz gombák szármzás és jellemzése. A kísérletekhez felhsznált, porított, fémszennyeződést nem trtlmzó klcium-krbonát (puriss.) Renl Kft-től szármzott.

4 166 S I M O N B I R Ó A települési szennyvíziszp komposzt mintákt Nyírségvíz Rt. (Nyíregyház) Westsik Vilmos úti telepén gyűjtöttük. A szennyvíziszp komposzt készítését, és mintvétel módját korábbi publikációnkbn ismertettük (SIMON et l., 1997). A szennyvíziszp komposztot lbortóriumbn légszárz állpot eléréséig szárítottuk, mjd klpácsos mlomml (IKA MFC típus) <1 mm részecskeméret eléréséig prítottuk. A gondosn homogenizált minták elemnlízisét slétromsvs (cc. HNO 3 és cc. H 2 O 2 3:1 v/v elegye; SIMON, 2001) feltárás után 3 ismétléssel végeztük el, ph-ját fent ismertetett módon mértük. A zeolitet (RBZ-jelű klinoptilolites riolittuf) Zempléni-hegységben bányászták, és Geoproduct Kft. bocsátott rendelkezésünkre. Az előállító nlízise szerint ez közepes keménységű mikroporózus zeolit 50% klinoptilolitet, 0 10% mordenitet, 20 30% módosult vulkáni üveget, 10 15% montmorillonitet, és nyomokbn kvrcot, földpátot és limonitet trtlmz. Sűrűsége 2,05 g/cm³, nedves felszíni ph-j 7,8; NH 4 + ioncserélő kpcitás 118 me/100 g, Ag + -ionmegkötő kpcitás pedig 177 me/100 g (SIMON, 2001). A zeolit elemnlízisét slétromsvs (cc. HNO 3 és cc. H 2 O 2 3:1 v/v elegye; SIMON, 2001) feltárás után 3 ismétléssel végeztük el. A zeolitmintákt homogenizálás után dörzsmozsárbn porítottuk és 0,25 mm átmérőjű szitán átszitáltuk. A Zn-toleráns rbuszkuláris mikorrhiz gomb (Glomus intrrdices BrI törzs, Glomeromycot, Glomerles) spóráit és hifáit trtlmzó oltónyg németországi Inox Kft-től szármzott. A fenti törzset cinkkel szennyezett tljon fejlődő Viol clminri (DC. Lej.) növény gyökeréről izolálták, és kukoric gzdnövényen szporították fel (KALDORF et l., 1999; HILDEBRANDT et l., 1999). Tenyészedény-kísérlet vörös csenkesszel. A légszárz, homogenizált, átszitált nem sterilizált bánymeddőből 4000 g-ot nem kezeltünk, g-nyit pedig 1% (m/m) klcium-krbonáttl kevertünk össze ngyméretű dörzsmozsárbn. A fenti, egyenként 4000 g-r osztott részminták kísérlet során z lábbi kezelésekben részesültek: 1. Nem kezelt (eredeti) bánymeddő; 2. (1)+1% CCO 3 ; 3. (2)+Glomus intrrdices oltás; 4. (2)+5% (m/m) szenny-víziszp komposzt + 7,5% (m/m) zeolit; 5. (4)+ Glomus intrrdices oltás. A különféle kezelésekben részesült 4000 g-os részmintákt 1000 g-os ismétlésekre osztv 16 cm átmérőjű és 13 cm mgs műnyg cserepekbe helyeztük. Vlmennyi tenyészedénybe 40 mg kg -1 nitrogént is kijuttttunk NH 4 NO 3 -oldt formájábn. A mintákt ezután 9 héten keresztül szobhőmérsékleten trtottuk (érleltük) lbortóriumbn oly módon, hogy hetente 150 cm³ desztillált vízzel nedvesítettük meg bánymeddőt. A kísérlet indítás előtt és után ph-t 5 g-os bánymeddő-mintákból htároztuk meg 4 ismétlésben. A 4 ismétléses tenyészedény-kísérletet vörös csenkesz (Festuc rubr L. cv. Keszthelyi 2) tesztnövénnyel állítottuk be Nyíregyházi Főiskol Táj- és Környezetgzdálkodási Tnszékének növénynevelő fényszobájábn. A tenyész-

5 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj 167 sztlokon véletlenszerűen elrendezett edényekbe 0,6 g fűmgot vetettünk el. A 3. és 5. kezelés esetén vetés 6 7 cm mgs bánymeddőrétegre történt, mely lá 0,75 mm lyukbőségű, műszálból készült hálót helyeztünk. E két kezelés esetén két hét múlv műnyg háló segítségével kikelt növényeket óvtosn kiemeltük, és gyökerek lá 0,03% (m/m) Glomus oltónygot rétegeztünk. A kísérlet ltt megvilágítás intenzitását és időtrtmát (átlgosn lux tenyészsztlok felületén 10 órán át npont), hőmérsékletet (24±2 C nppl és 18±1 C éjszk), és pártrtlmt (ϕ=45%) rr lklms berendezésekkel szbályoztuk. A bánymeddőt vlmennyi tenyészedényben 3 4 npont desztillált vízzel, konstns tömeg eléréséig (20%-os vízkpcitásig) öntöztük. A vörös csenkesz hjtását mgvk elvetése után 4 héttel (1. vágás), 8 héttel (2. vágás) és 12 héttel (3. vágás) gyűjtöttük be. Az első két vágás után tenyészedényekbe újbb mg kg -1 nitrogént juttttunk ki z öntözővízzel. A kísérletet 12 hetes korbn bontottuk. A hjtásokt háromszor váltott desztillált vízben öblítettük, gyökerek esetén mindezt megelőzte egy ngyon gondos, folyó cspvizes mosás. A megmosott gyökerekből 0,2 g-os részmintákt vettünk 3 ismétlésben, melyeket 70%-os etil-lkoholbn tároltunk 4 ºC-on mikorrhiz kolonizáció és rbuszkuláltság vizsgáltáig. A gyökereket glicerines nilinkékkel festettük meg KORMANIK és munktársi (1980) módszere szerint. A mikorrhiz infekció gykoriságát (F%) és intenzitását (M%), z bszolút (%) és reltív (A%) rbuszkulum gzdgságot 30 db 1 cm-es gyökérszegmensen htároztuk meg TROUVELOT és munktársi (1985) módszerét lklmzv. A tenyészedényenkénti szárznyghozm (szárítás 90 ºC-on 10 órán át) mérése után növénymintákt megdráltuk (<0,5 mm), és z elemnlízishez 65%-os HNO 3 és 30%-os H 2 O 2 3:1 (v/v) rányú elegyével feltártuk (KOVÁCS et l., 1996). A kísérlet befejezésekor vlmennyi tenyészedényben lévő bánymeddőből kezelésenként 4 ismétlésben mintákt vettünk, melyek elemösszetételét szárítás és 0,5 mm-es szitán történt átszitálás után szintén slétromsvs (cc. HNO 3 és cc. H 2 O 2 3:1 v/v elegye; SIMON, 2001) feltárás után htároztuk meg. Adléknygok, bánymeddő- és növényminták elemnlízise. A kísérletben lklmzott dlékok, bánymeddő- és növényminták elemnlízisét induktív cstolású plzm optiki emissziós spektrométer (ICP-OES) lklmzásávl, Perkin-Elmer Optim 3300 DV típusú készülékkel végeztük el Debreceni Egyetem Agrártudományi Centrumánk Regionális Műszerközpontjábn 3 3 ismétléssel. Sttisztiki értékelés. A mérési dtok feldolgozását Microsoft Excel XP progrmml, sttisztiki értékelését pedig Tukey-féle b-teszttel, egyváltozós vrincinlízist lklmzv, SPSS szoftver segítségével végeztük el.

6 168 S I M O N B I R Ó Eredmények és értékelésük Megállpítottuk, hogy kísérletben lklmzott bánymeddő átlgos elemtrtlm következő: C: 5,20; K: 1,80; Mg: 2,66; P: 0,29; S: 16,7 g kg -1 szárznyg, illetve Cd: 15,0; Cu: 336; Mn: 568; Pb: 1919; Zn: 3306 mg kg -1 szárznyg. A kísérlethez felhsznált szennyvíziszp komposzt mkrotápnygokbn viszonylg gzdg (C: 31,7; K: 2,22; Mg: 4,27; P: 9,81; S: 5,23 g kg -1 szárznyg), és csk mérsékelten szennyezett nehézfémekkel (Cd: 3,96; Cu: 158; Mn: 468; Pb: 135; Zn: 1278 mg kg -1 szárznyg), ph-j pedig gyengén svnyú kémhtású; (ph(h 2 O): 6,1 és ph(kcl): 5,95). Az dlékként bánymeddőbe kijutttott zeolit szárznygr vontkozttv 12,1, 10,6, 2,60, 0,04, ill. 0,03 g kg -1 klciumot, káliumot, mgnéziumot, foszfort, ill. ként trtlmz, nehézfém-trtlm pedig elenyésző (Cd: 0,77; Cu: 2,99; Mn: 156; Pb: 25,1; Zn: 35,1 mg kg -1 szárznyg). Az 1. táblázt z dlékokkl és z rbuszkuláris mikorrhiz gombávl kezelt bánymeddő elemösszetételét muttj be 12 hetes növénynevelés után, kísérlet befejezésekor. Láthtó, hogy meszezés szignifikánsn megnövelte bánymeddő C-trtlmát, melyet szennyvíziszp komposzt- és zeolitkijutttás tovább fokozott. A szennyvíziszp komposzt- és zeolit-kijutttás bánymeddő K- és P-trtlmát is megnövelte, míg nehézfémek mennyiségében nem okozott szignifikáns emelkedést, sőt z dlékok kihígító htás következtében kismértékű csökkenés lépett fel kiindulási értékekhez képest. A csk meszezésben részesült mintákhoz viszonyítv fenti két dlék kijutttás megnövelte zonbn Zn-trtlmt bánymeddőben. 1. táblázt Az dlékokkl és rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl kezelt gyöngyösoroszi bánymeddő elemösszetétele 12 hetes növénynevelés után, tenyészedény-kísérlet befejezésekor (Nyíregyház, 2002) (1) C K Mg P S Cd Cu Mn Pb Zn Kezelések g kg -1 szárznyg mg kg -1 szárznyg 1. 6,90 1,93 b 2,89 b 0,30 16,3 b 20,0 c 484 b 723 c c 2. 7,63 b 1,63 2,69 0,34 16,6 b 14, b ,21 b 1,74 2,67 0,34 17,0 b 15,3 b ,6 c 2,50 c 2,83 b 0,65 b 15,3 16,2 b b b 5. 10,7 c 2,52 c 2,86 b 0,65 b 15,4 16,1 b b b ) Átlg 8,81 2,06 2,79 0,46 16,1 16, Megjegyzés: Kezelések: 1. Nem kezelt (eredeti) bánymeddő; 2. (1)+1% CCO 3 ; 3. (2)+ Glomus intrrdices oltás; 4. (2)+5% (m/m) szennyvíziszp komposzt + 7,5% (m/m) zeolit; 5. (4)+ Glomus intrrdices oltás. A különböző betűindexet kpott értékek szignifikánsn (P<0,05) különböznek egymástól; n = 4

7 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj 169 A kezeletlen bánymeddő eredeti ph-j 3,73 volt, melyet 1% CCO 3 -kijutttássl 6,53-r emeltünk. Előnyös jelenség, hogy szennyvíziszp komposztés zeolit-kijutttás tovább emelte ph-t 7,36 értékre. Ez z érték 12 hetes növénynevelés után csk egy tizeddel csökkent, míg csk meszezésben részesült kultúrákbn ph-csökkenés 0,6 0,9 közötti érték volt. Mivel vizsgált nehézfémek mobilitás ph csökkenésével nő (BALÁZSY, 2000; KÁDÁR, 1995), kombinált kezelés e szempontból előnyösebb, mint meszezés önmgábn. A 2. tábláztbn vörös csenkesz hjtásánk és gyökerének mkroelemfelvételét muttjuk be. A kezelésben nem részesült bánymeddőn nem tudtunk növényeket nevelni, mgvk csírázás sem indult el. A szennyvíziszp komposzttl és zeolittl kezelt meszezett bánymeddőn fejlődött növények hjtás 2. táblázt Adlékokkl és rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl kezelt gyöngyösoroszi bánymeddőn nevelt vörös csenkesz mkroelem-felvétele, ill. nehézfém-kkumulációj (Tenyészedény-kísérlet, Nyíregyház, 2002) (1) C K Mg P S Cd Cu Mn Pb Zn Kezelések mg g -1 szárznyg μg g -1 szárznyg A. 4 hetes hjtás (1. vágás) ,31 12,5 5,90 b 0,93 4,20 2,64 24, b 3, c 3. 6,08 14,5 7,65 b 1,14 6,00 2,69 26, b 3, bc 4. 12,0 57,5 b 4,51 b 2,02 4,67 2,69 42, , b 5. 7,90 34,9 b 3,18 1,44 3,15 1,76 28,0 71 3, B. 8 hetes hjtás (2. vágás) ,53 23,9 5,56 b 1,08 5,77 b 4,53 c 34,5 b 2392 c 8, c 3. 5,73 16,5 3,36 0,80 4,01 2,88 b 25, b 3, b 4. 6,21 43,3 b 2,88 1,85 b 3,34 3,13 b 21,4 80 1, ,58 36,6 b 2,68 2,12 b 3,08 1,65 19,3 64 2, C. 12 hetes hjtás (3. vágás) ,20 15,2 9,01 c 0,84 9,77 c 9,33 b 21, b 19, b 3. 7,57 16,1 6,41 b 0,83 6,74 b 9,11 b 24, b 4, b 4. 6,79 36,6 b 3,61 1,60 b 3,22 3,92 19,1 94 1, ,09 35,2 b 2,73 1,78 c 3,04 1,78 16,8 81 1,3 404 D. 12 hetes gyökér (betkrítás) ,71 4,53 2,49 b 0,85 7,32 c 35,1 440 b 3665 b 571 b 4789 b 3. 5,52 5,47 2,11 b 0,77 5,81 b 38, b 409 b 4464 b 4. 7,30 b 12,7 b 2,21 b 1,63 b 4,83 b 52,5 b 525 bc ,54 b 12,8 b 1,70 b 1,98 b 3,67 41,4 547 c Kezelések és betűjelzések mgyráztát: lásd 1. táblázt

8 170 S I M O N B I R Ó és gyökere több klciumot, káliumot és foszfort vett fel, mint csk meszezésben részesült kultúráké, míg Mg- és S-felvétel lecsökkent. Mindez mgyráztul szolgálht növények szennyvíziszp komposzt- és zeolit-kijutttás esetén mért ngyobb szárznyghozmár (1. ábr). Gykrn leírt jelenség, hogy növények gyökerének rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl vló szimbiózis elősegíti mkro- és mikrotápnygok felvételét (HARLEY, 1989; BIRÓ et l., 2. kezelés 3. kezelés 4. kezelés 5. kezelés Hozm (g sz../tenyészedény) 1,5 1 0,5 c b b b b b 0 A. B. C. D. 1. ábr Adlékokkl és rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl kezelt gyöngyösoroszi bánymeddőn nevelt vörös csenkesz szárznyghozm (tenyészedény-kísérlet, Nyíregyház, 2002). A. 4 hetes hjtás (1. vágás); B. 8 hetes hjtás (2. vágás); C. 12 hetes hjtás (3. vágás). D. 12 hetes gyökér (betkrítás). A kezelések és betűindexek mgyráztát: lásd 1. táblázt. Az 1. kezelés esetén nem fejlődtek tesztnövények 3. táblázt Arbuszkuláris mikorrhiz gomb kolonizáció z dlékokkl kezelt és Glomus intrrdices spórákkl fertőzött gyöngyösoroszi bánymeddőn nevelt vörös csenkesz gyökerében (Tenyészedény-kísérlet, Nyíregyház, 2002) (1) Kezelések (2) Mikorrhiz infekció (5) Arbuszkulum gzdgság (3) gykoriság (4) intenzitás (6) bszolút (7) reltív F% M% % A% b Kezelések és betűindexek mgyráztát: lásd 1. táblázt. Az 1. kezelés esetén nem fejlődtek tesztnövények. n = 3

9 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj ). Mivel esetünkben erős mikorrhizáltság csk z 5. kezelés esetén lépett fel (3. táblázt), egyértelmű, hogy Glomus fertőzés szignifikánsn megnövelte 12 hetes hjtások P-felvételét 4. kezeléshez képest (2. táblázt). A gyökerekben is hsonló jelenséget tpsztltunk. A csk meszezésben részesült kultúrák gyengébb P-ellátottság esetén ezt htást nem tpsztltuk. A 2. tábláztbn vörös csenkesz hjtásánk és gyökerének nehézfémkkumulációját is bemuttjuk. A csk meszezésben részesült kultúrák hjtásábn és gyökerében vlmennyi mintvételi időpont esetén szignifikánsn több mngán és cink kkumulálódott, mint szennyvíziszp komposzttl és zeolittl is kezelt kultúrákbn. Hsonló jelenséget tpsztltunk 12 hetes hjtások Cd-kkumulációj esetén is. Mindez szennyvíziszp komposztbn tlálhtó szerves molekulák és foszfátok fém-immobilizáló htásánk, ill. zeolitok fémszorpciós és fémeket mgukb záró képességének tuljdoníthtó. Eredményeink megerősítik LI és munktársi (2000) zon megfigyeléseit, hogy szennyezett tljon termesztett vörös csenkesz hjtásábn kevesebb cink és kdmium kkumulálódott bbn z esetben, h tljt nem csk mész kijutttásávl, hnem biohulldék komposzttl is kezelték. A 3. tábláztbn z rbuszkuláris mikorrhiz gomb kolonizáció mértéke láthtó Glomus intrrdices spórákkl fertőzött vörös csenkesz kultúrák gyökerében kísérlet befejezésekor. Egyértelműen megállpíthtó, hogy mikorrhiz infekció ngy gykoriság kombinált 5. kezelés esetén jelentkezett, mely mikorrhiz infekció intenzitásábn, z bszolút és reltív rbuszkulum gzdgságbn is megnyilvánult. H összehsonlítjuk 2. tábláztbn bemuttott nehézfém-koncentrációk lkulását vörös csenkeszben 4. és 5. kezelés esetén, kkor zt tpsztljuk, hogy hjtásokbn 35 55, 10 34, és 22 44%-kl lecsökkent Cd-, Cu-, Mn- és Zn-felvétel. A gyökerekben is hsonló jelenséget tpsztltunk. A gyökerek mikorrhizáltság tehát gátolt hjtások fémfelvételét. Mivel ez tendenci legtöbb esetben nem volt sttisztikilg szignifikáns, megértéséhez további kísérleteket tervezünk. Az irodlmi dtok szerint sem egyértelmű, hogy vjon fémtoleráns rbuszkuláris mikorrhiz gombávl történt kolonizáció minden esetben megvédi-e gzdnövényt túlzott nehézfémfelvételtől (LEYVAL et l., 1997; COLPAERT, 1998; KHAN et l., 2000). Cinkkel szennyezett tljon nevelt vörös csenkesz (és más fűfélék) esetén zonbn z rbuszkuláris mikorrhiz gomb kolonizáció mérsékelte Zn-felesleg fitotoxikus htását és gátolt cink hjtásb kerülését (DUECK et l., 1986). Az 1. ábrán láthtó, hogy különféle kezelések biomssz-produkciór gykorolt htás csk 8 hetes kortól nyilvánult meg. Ekkor és 12 hetes korbn szignifikánsn ngyobb szárznyghozmot eredményezett kombinált kezelés, tehát mikor meszezett bánymeddőbe szennyvíziszp komposztot és zeolitot is kijuttttunk. Ez htás fenti 2 dlék jobb tápnyg-szolgálttó képességének (1. táblázt), vlmint növények jobb mkroelem- és kisebb nehézfémfelvételének (2. táblázt) tuljdoníthtó. A mikorrhiz fertőzés kissé, de nem

10 172 S I M O N B I R Ó szignifikáns mértékben megnövelte kombinált kezelésben részesült bánymeddőn fejlődő növények szárznyghozmát. Gykrn megfigyelt jelenség, hogy mikorrhiz gombák z ásványi táplálkozás jvításávl, vgy környezeti stressz mérséklésével jvítják gzdnövényük biomssz-termelését és kondícióját (DUECK et l., 1986; HARLEY, 1989; HETRICK et l., 1994; HILDE- BRANDT et l., 1999). Néhány esetben zonbn várt htás z dptáció hiány mitt elmrdt (SHETTY et l., 1994; TAKÁCS & VÖRÖS, 2003). A gzdnövény és mikorrhiz gombák közötti szimbiózis kilkításához megfelelő környezeti körülmények (ph, szervesnyg-trtlom, kolloidtrtlom) kilkításár is szükség vn bánymeddőben, mire tnulmányunkbn is rámutttunk. Összefogllás A nehézfémekkel szennyezett (Cd: 15,0, Cu: 336, Mn: 568, Pb: 1919, Zn: 3306 mg kg -1 ), erősen svnyú kémhtású (ph(kcl) 3,73), Gyöngyösorosziból szármzó bánymeddőt dlékok (1% CCO 3, 5% szennyvíziszp komposzt, és 7,5% m/m zeolit) kijutttásávl stbilizáltuk. A mésszel, illetve mész, szennyvíziszp komposzt és zeolit kombinációjávl kezelt bánymeddőn tenyészedényes kísérletben vörös csenkeszt neveltünk. A kultúrák egy részét Zntoleráns rbuszkuláris mikorrhiz gombákkl is kezeltük. Megállpítottuk, hogy kombinált kezelés esetén kevésbé csökken le közeg ph-j 12 hetes növénynevelés során, mint csk meszezésben részesült kultúrákbn. A kombinált kezelés előnyösen htott tesztnövények C-, K- és P-felvételére, és lecsökkent növények Mn- és Zn-felvétele csk meszezésben részesült kultúrákhoz képest. A vörös csenkesz gyökerének erős mikorrhizáltságát csk mész, szennyvíziszp komposzt és zeolit együttes kijutttás esetén tpsztltuk. A mikorrhizált kultúrákbn tendenciként hjtások nehézfém-kkumulációjánk csökkenését (Cd: 35 55, Cu: 10 34, Mn: 14 55, Zn: 22 44%-kl) figyeltük meg. A mikorrhiz kolonizáció nem befolyásolt szignifikánsn kultúrák szárznyghozmát. Eredményeinkből rr következtethetünk, hogy gyöngyösoroszi bánymeddőben lévő fémeket többféle dlék kombinált kijutttásávl lehet eredményesen stbilizálni, és ezen közegen rbuszkulált mikorrhiz gombákkl szimbiózisbn élő vörös csenkesz telepíthető meg. Az eredményes fitoremediációhoz tehát komplex megközelítés szükséges, melyben különféle dlékoknk, mgsbb rendű növényeknek és z rbuszkuláris mikorrhiz gombáknk egyránt fontos szerepe vn. A munkát z OTKA T043479, T046610, és z EU-Kp5 Mycorem progrmok támogtták. Kulcsszvk: nehézfém-szennyeződés, bánymeddő, dléknyg, rbuszkuláris mikorrhiz gomb, remediáció

11 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj 173 Irodlom BALÁZSY S., Fémek szóródás z ökológii rendszerekben. Bessenyei György Könyvkidó. Nyíregyház. BERTI, W. R. & CUNNINGHAM, S. C., Phytostbiliztion of metls. In: Phytoremedition of Toxic Metls: Using Plnts to Clen Up the Environment. (Eds.: RASKIN, I. & ENSLEY, B. D.) John Wiley nd Sons, Inc. New York. BIRÓ, B. et l., Symbiont effect of Rhizobium bcteri nd vesiculr rbusculr mycorrhizl fungi on Pisum stivum in recultivted mine spoils. Geomicrobiol. J COLPAERT, J. V., Biologicl interctions: the significnce of root-microbil symbioses for phytorestortion of metl-contminted soils. In: Metl-contminted Soils: In situ Inctivtion nd Phytorestortion. (Eds.: VANGRONSVELD, J. & CUNNINGHAM, S. C.) Springer-Verlg. Berlin Heidelberg. CUNNINGHAM, S. D., BERTI, W. R. & HUANG, J. W., Phytoremedition of contminted soils. Trends Biotechnol CUNNINGHAM, S. D. et l., Phytoremedition of soils contminted with orgnic pollutnts. Adv. Agron DUECK, Th. A. et l., Vesiculr-rbusculr mycorrhize decrese zinc-toxicity to grsses growing in zinc-polluted soil. Soil Biol. Biochem HARLEY, J. L., The significnce of mycorrhiz. Mycol. Res HETRICK, B. A. D. et l., The influence of mycorrhizl symbiosis nd fertilizer mendments on estblishment of vegettion in hevy metl mine spoil. Environ. Pollut HILDEBRANDT, U., KALDORF, M. & BOTHE H., The zinc violet nd its coloniztion by rbusculr mycorrhizl fungi. J. Plnt Physiol HORVÁTH, B. & GRUIZ, K., Impct of metlliferous ore mining ctivity on the environment in Gyöngyösoroszi, Hungry. Sci. Totl Environ KALDORF, M. et l., Selective element deposits in mize colonized by hevy metl tolernce conferring rbusculr mycorrhizl fungus. J. Plnt Physiol KÁDÁR I., A tlj növény állt ember tápláléklánc szennyeződése kémii elemekkel Mgyrországon. KTM MTA TAKI. Budpest. KHAN, A. G. et l., Role of plnts, mycorrhize nd phytocheltors in hevy metl contminted lnd remedition. Chemosphere KORMANIK, P. P., BRYAN, W. C. & SCHULTZ, R. C., Procedures nd equipment for stining lrge numbers of plnt-root smples for endomycorrhizl ssy. Cn. J. Microbiol KOVÁCS, B. et l., A study of plnt smple preprtion nd inductively coupled plsm emission spectrometry prmeters. Commun. Soil Sci. Pln. Anl KOVÁCS E. & TAMÁS J., Fitoremediációs technik lklmzhtóságánk vizsgált térinformtiki módszerekkel. Agrártudományi Közlemények Act Agrri Debreciensis. Különszám LAKANEN, E. & ERVIÖ, R., A comprison of eight extrctnts for the determintion of plnt vilble microelements in soils. Act Agr. Fenn

12 174 S I M O N B I R Ó LAKATOS, G. et l., Study on phytostbiliztion nd phytoextrction in Hungrin prctice. In: Risk Assessment nd Sustinble Lnd Mngement Using Plnts in Trce Element-Contminted Soils. COST Action th WG2 Workshop, Bordeux (Eds.: MENCH, M. & MOCQOUT, B.) INRA. Frnce. LEYVAL, C., TURNAU, K. & HASELWANDTER, K., Effect of hevy metl pollution on mycorrhizl coloniztion nd function: physiologicl, ecologicl nd pplied spects. Mycorrhiz LI, Y. M. et l., Response of four turfgrss cultivrs to limestone nd biosolidscompost mendment of zinc nd cdmium contminted soil t Plmerton, Pennsylvni. J. Environ. Qul MÁTHÉNÉ GÁSPÁR G. & ANTON A., Toxikuselem-szennyeződés káros htásink mérséklése fitoremediációvl. Agrokémi és Tljtn MENCH, M. et l., In situ metl immobiliztion nd phytostbiliztion of contminted soils. In: Phytoremedition of Contminted Soil nd Wter. (Eds.: TERRY, N. & BAÑUELOS, G.) Lewis Publishers. Boc Rton. RASKIN, Y. & ENSLEY, B. D. (Eds.), Phytoremedition of Toxic Metls: Using Plnts to Clen Up the Environment. John Wiley nd Sons, Inc., New York. SALT, D. E., SMITH, R. D. & RASKIN, I., Phytoremedition. Ann. Rev. Plnt Physiol. Plnt Molec. Biol SHETTY, K. G. et l., Effects of mycorrhize nd other soil microbes on revegettion of hevy metl contminted mine spoil. Environ. Pollut SIMON, L., Effects of nturl zeolite nd bentonite on the phytovilbility of hevy metls in chicory. In: Environmentl Restortion of Metls Contminted Soil. (Ed. ISKANDAR, I. K.) Lewis Publishers. Boc Rton. SIMON L., Fitoremediáció. Környezetvédelmi Füzetek. BMKE OMIKK. Bpest. SIMON, L Stbiliztion of metls in cidic mine spoil with mendments nd red fescue (Festuc rubr L.) growth. Environ. Geochem. Hlth. (In press). SIMON, L., PROKISCH, J. & KOVÁCS, B., Chicory (Cichorium intybus L.) s bioindictor of hevy metl contmintion. In: Contminted Soils. 3 rd Int. Conf. Biogeoch. Trce Elem., Pris, My, (Ed.: PROST, R.) CD-ROM. INRA. Pris. TAKÁCS, T. & VÖRÖS, I Effect of metl-non-dpted AM fungi on Cd, Ni nd Zn uptke by ryegrss. Act Agronom. Hung TROUVELOT, A., KOUGH, J. L. & GIANINAZZI-PEARSON, V Mesure du Tux de mycorrhiztion VA d'un systeme rdiculire. Recerche de méthodes d estimtion ynt une significtion fonctionelle. In.: Mycorrhize, Physiology nd Genetics. Proc. 1 st Symp. Eur. Mycor. P. (Ed.: GIANINAZZI, S.) INRA. Pris. TURCSÁNYI G., Ipri és bányászti eredetű meddőhányók növényeinek elemkkumulációj. Kndidátusi disszertáció. Gödöllő. VANGRONSVELD, J. & CUNNINGHAM, S. C., Metl-contminted Soils: In situ Inctivtion nd Phytorestortion. Springer-Verlg. Berlin Heidelberg. WENZEL, W. W. et l., Phytoremedition: plnt-microbe bsed remedition system. In: Bioremedition of Contminted Soils. Agronomy Monogrph No. 37. (Eds.: ADRIANO, D. C. et l.) ASA, CSSA, SSSA. Mdison, Wisc. Érkezett: március 7.

13 Nehézfémekkel szennyezett bánymeddő remediációj 175 Role of Amendments, Red Fescue nd Zn-tolernt Mycorrhizl Fungi in the Remedition of Metl Contminted Mine Spoil from Gyöngyösoroszi L. SIMON nd B. BIRÓ College of Nyíregyház, Deprtment of Lnd nd Environmentl Mngement, Nyíregyház (Hungry) nd Reserch Institute for Soil Science nd Agriculturl Chemistry of the Hungrin Acdemy of Sciences, Rhizobiology Reserch Tem, Budpest Summry Red fescue (Festuc rubr cv. Keszthelyi 2) ws grown in pot experiment on n cidic (ph (KCl) 3.73) mine spoil from Gyöngyösoroszi, contminted with hevy metls (Cd: 15.0, Cu: 336, Mn: 568, Pb: 1919, Zn: 3306 mg kg 1 ) nd stbilized with mendments (1% m/m CCO 3 by itself or in combintion with 5% municipl sewge sludge compost [MSSC] nd 7.5% m/m nturl zeolite [Z]). Prt of the cultures were infected with spores of Zn-tolernt rbusculr mycorrhizl fungi (AMF) Glomus intrrdices (BrI isolte, Glomeromycot, Glomerles). During 12 weeks of plnt growth the ph of the medium ws found to decline to lesser extent in the combined tretments (MSSC nd Z mended limed mine spoil) thn in pots treted only with lime. The combined tretment enhnced the C, K nd P nd reduced the Mn nd Zn uptke of plnts, compred with limed cultures. The rte of AMF infection ws especilly high in the combined tretments. In mycorrhized plnts the hevy metl ccumultion of shoots tended to decline (by 35 55% for Cd, 10 34% for Cu, 14 55% for Mn nd 22 44% for Zn). Mycorrhizl coloniztion did not hve significnt effect on the dry mtter yield of plnts. It cn be concluded from the results tht hevy metls in the Gyöngyösoroszi mine spoil cn be successfully stbilized using combintion of mendments. In stbilized mine spoil red fescue cn be grown in symbiosis with AMF. Successful phytoremedition thus requires complex pproch, in which vrious mendments, higher plnts nd rbusculr mycorrhizl fungi ll ply n importnt role. Tble 1. Element composition (g or mg kg 1 dry mtter) of Gyöngyösoroszi mine spoil treted with mendments nd inoculted with rbusculr mycorrhizl fungi fter 12 weeks of plnt growth, t the end of the pot experiment (Nyíregyház, 2002). (1) Tretments. ) Men. Remrks: Tretments: 1. Untreted (originl) mine spoil; 2. (1) + 1% CCO 3 ; 3. (2) + Glomus intrrdices inocultion; 4. (2) + 5% (m/m) sewge sludge compost + 7.5% (m/m) zeolite; 5. (4) + Glomus intrrdices inocultion. Vlues followed by the sme letter re not different t the P < 0.05 level, n = 4. Tble 2. Mcroelement uptke (mg g -1 dry mtter) nd hevy metl ccumultion (μg g -1 dry mtter) of red fescue grown on Gyöngyösoroszi mine spoil treted with mendments nd inoculted with rbusculr mycorrhizl fungi (pot experiment, Nyíregyház, 2002). (1) Tretments. A. 4-week-old shoots (1 st cut). B. 8-week-old shoots (2 nd cut). C. 12-week-old shoots (3 rd cut). D. 12-week-old roots (hrvest). Note: For tretments nd significnce, see Tble 1. Tble 3. Coloniztion of rbusculr mycorrhizl fungi on the roots of red fescue grown on Gyöngyösoroszi mine spoil treted with mendments nd inoculted with

14 176 S I M O N B I R Ó Glomus intrrdices spores (pot experiment, Nyíregyház, 2002). (1) Tretments. (2) Mycorrhizl infection. (3) Frequency (F%). (4) Intensity (M%). (5) Arbusculum richness: (6) Absolute (%) nd (7) Reltive (A%). Note: : rbusculum richness in the stined root segments, %; A: rbusculum richness converted to the whole root system, %. For tretments nd significnce, see Tble 1. No test plnts were grown in Tretment 1. n = 3. Fig. 1. Dry mtter yield of red fescue (g dry mtter per pot) grown on Gyöngyösoroszi mine spoil treted with mendments nd inoculted with rbusculr mycorrhizl fungi (pot experiment, Nyíregyház, 2002). A. 4-week-old shoots (1 st cut). B. 8-weekold shoots (2 nd cut). C. 12-week-old shoots (3 rd cut). D. 12-week-old roots (hrvest). Note: For tretments nd significnce, see Tble 1. No test plnts were grown in Tretment 1. Legend: from left to right: Tretment No. 2, No. 3., No. 4. nd No. 5.