Effect of Soil Contamination by Lead, Nickel and Cadmium and VA-Mycorrhizal Fungi on Yield and Heavy Metal Concentration in Roots and Aboveground Biomass of Oat

An exact two-factorial pot experiment was conducted in an environmental test chamber at the Institute of Plant Nutrition (Justus-Liebig-Universitat) in Giessen, Germany. Experimental factor l was soil contaminated by Pb, Ni and Cd, and experimental factor 2 was plant infection by VA and mycorrhizal fungi the introduction of cadmium, nickel and lead into the soil system. Soil contamination by heavy metals at a level of 50 mg Ni, 10 mg Cd and 100 mg Pb per kg of soil significantly decreased the weight of roots and aboveground parts of oat plants. Nickel, cadmium and lead were accumulated primarily in the roots, and their translocation to the aboveground parts was limited. This suggests that plants possess effective mechanisms involved in the detoxification of heavy metals in the roots. Root infection by mycorrhizal fungi had no significant effect on the concentrations of nickel, cadmium and lead in the roots and aboveground parts of plants, or on oat yield. Nickel and cadmium were readily absorbed by the roots. The nickel and cadmium content of roots was high in contaminated than in natural soil, reaching 440.6 mg o kg-1 d.m. and 110.9 mg o kg-1 d.m., respectively. Lead was found to be ąuite immobile. Following the introduction of the largest amount of this heavy metal into the soil system, Pb content reached 18.5 mg o kg-1 d.m. in the roots and only 3.4 mg o kg-1 d.m. in the green matter of oat. Plants grown in soil contaminated by nickel, cadmium and lead had significantly smaller length of roots (by 47 % on average), compared with plants grown in soil with a natural heavy metal content.

Badania wykonano jako dwuczynnikowe doświadczenie wazonowe przeprowadzone w klimatyzowanej komorze Instytutu Żywienia Roślin Uniwersytetu Justusa Liebiga w Giessen. Pierwszym czynnikiem doświadczalnym było zanieczyszczenie gleby kadmem, niklem i ołowiu, zaś drugim infekcja roślin grzybami arbuskularnymi (VAM). Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi na poziomie 50 mg Ni, 10 mg Cd i 100 mg Pb na kg gleby istotnie zmniejszyło masę korzeni i części nadziemnych owsa. Nikiel, kadm i ołów kumulowane były przede wszystkim w korzeniach, a ich transport do części nadziemnych został silnie ograniczony. Sugeruje to istnienie sprawnych mechanizmów detoksykacji metali ciężkich w korzeniach, uruchamianych przez samą roślinę. Infekcja korzeni grzybami mikoryzowymi nie różnicowała istotnie plonów roślin oraz nie wpłynęła znacząco na koncentrację niklu, kadmu i ołowiu w korzeniach i częściach nadziemnych. Nikiel i kadm przenikał do korzeni z dużą łatwością. W glebie skażonej zawartość niklu i kadmu w korzeniach była duża i wynosiła 440,6 mg Ni o kg-1 s.m. i 110,9 mg Cd o kg-1 s.m. Ołów okazał się natomiast bardzo mało ruchliwym pierwiastkiem. Pomimo zastosowania dużej ilości tego metalu w celu zanieczyszczenia gleby, zawartość Pb w korzeniach wynosiła 18,5 mg o kg-1 s.m. i tylko 3,4 mg o kg-1 s.m. zielonki owsa. Rośliny uprawiane na glebie zanieczyszczonej niklem, kadmem i ołowiem miały znacznie mniejszą długość korzeni w porównaniu z roślinami uprawianymi na glebie o naturalnej zawartości metali ciężkich.