Phytoextraction of heavy metal contaminated soils with Thlaspi goesingense and Amaranthus hybridus: Rhizosphere manipulation using EDTA and ammonium sulfate

Selection of appropriate plant species and rhizosphere manipulation to enhance metal uptake are considered key factors in the development of phytoextraction technologies. A pot trial was conducted with two contaminated soils to investigate the effect of EDTA and ammonium sulfate on the accumulation of heavy metals into shoots of the low-biomass hyperaccumlator Thlaspi goesingense Halacsy (Brassicaceae) and the high-biomass non-hyperaccumulating plant Amaranthus hybridus (Amaranthaceae). Upon application of 1 g EDTA (kg soil)—1 metal extractability with 1 M NH4NO3 increased substantially, whereas the application of (NH4)2SO4 was less effective. The EDTA treatment increased the heavy metal concentrations in both plant species, however, the difference to the control was larger for A. hybridus. EDTA enhanced shoot concentrations in A. hybridus grown on soil Arnoldstein from 32.7 mg kg—1 to 1140 mg kg—1 for Pb and from 3.80 mg kg—1 to 10.3 mg kg—1 for Cd. Cd concentrations in shoots of T. goesingense were also increased by EDTA application, however, a slight decrease was observed for Pb. T. goesingense accumulated 2840 mg Pb kg—1 without any treatment. This is the first report of Pb hyperacumulation by T. goesingense. A decrease of shoot Pb concentration was observed in T. goesingense upon treatment with ammonium sulfate. Although metal concentrations in the shoots were rather large and significantly increased upon application of EDTA, plant growth and heavy metal removal were still too small to obtain reasonable extraction rates in soils heavily polluted by metals. It should be also noted that metal lability largely increased in EDTA-treated soils and this lability persisted for several weeks after the application of the chelating agent, which is likely to be associated with the risk of groundwater contamination. Phytoextraktion von Schwermetall-kontaminierten Boden mit Thlaspi goesingense und Amaranthus hybridus: Rhizospharen-Management mit EDTA und Ammonium-Sulfat Die Auswahl geeigneter Pflanzenarten sowie von Methoden fur Rhizospharen-Management sind wesentliche Aspekte bei der Entwicklung von Technologien zur Phytoextraktion von Schwermetallen aus kontaminierten Boden. In einem Gefasversuch mit zwei verschiedenen Versuchsboden wurde die Wirkung der Applikation von EDTA sowie Ammonium-Sulfat auf die Metall-Akkumulation in Thlaspi goesingense Halacsy (Brassicaceae), einer hyperakkumulierenden Pflanze mit geringer Biomasse, sowie Amaranthus hybridus, (Amaranthaceae) einer nicht-hyperakkumulierenden Pflanze mit hoher Biomasse untersucht. Durch die Zugabe von 1 g EDTA (kg Boden)—1 konnte die mit 1 M NH4NO3 losliche Fraktion signifikant erhoht werden, wahrend die Wirkung von (NH4)2SO4 deutlich geringer war. Die Anwendung von EDTA konnte die Schwermetall-Aufnahme in beiden Pflanzenarten steigern, der Unterschied zur Kontrolle war jedoch bei A. hybridus groser als bei T. goesingense. Durch EDTA konnte die Pb-Konzentration im Spross von A. hybridus auf dem Boden Arnoldstein von 32,7 mg kg—1 auf 1140 mg kg—1 erhoht werden, wahrend fur Cd ein Anstieg von 3,80 mg kg—1 auf 10,3 mg kg—1 festgestellt wurde. Auch in T. goesingense wurde durch EDTA die Cd-Aufnahme erhoht, wahrend der Pb-Gehalt verringert wurde. In der Kontroll-Variante wurde in T. goesingense ein Pb-Gehalt von 2840 mg kg—1 gefunden, womit erstmals Pb-Hyperakkumulation fur diese Pflanzenart beobachtet werden konnte. Ein Ruckgang des Pb-Gehalts in T. goesingense wurde bei der Applikation von Ammoniumsulfat festgestellt. Obwohl die Schwermetall-Konzentrationen in den Pflanzen hoch waren und durch Zugabe von EDTA noch gesteigert werden konnten, war der absolute Entzug von Metallen aus dem Boden zu gering, um chelat-induzierte Phytoextraktion von kontaminierten Boden zu rechtfertigen. Daruberhinaus wurde durch Zugabe von EDTA die Schwermetall-Labilitat im Boden uber mehrere Wochen stark erhoht, was eine potenzielle Grundwassergefahrdung darstellt.