Microbial impact on phytoremediation at heavy metal contaminated soils

Phieler, René GND

In this work, greenhouse and field-scale experiments were performed in order to assess the effect of microbial inoculation on plant growth and metal remediation potential of high biomass producing crop species grown in multi-metal contaminated soil. The impact of microbial amendments on plant performance and metal extraction potential of Sorghum bicolor was investigated in pot experiments followed by field trials using metal-contaminated soil material from the test site Gessenwiese. Moreover, in a greenhouse study the effects of root colonization by the arbuscular-mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis and the application of heavy metal-resistant Streptomyces strains on metal mobilization/stabilization in soil and metal uptake by the grasses Andropogon gerardii and Sorghum bicolor, and the high biomass field crop Silphium perfoliatum were evaluated. Biomass productivity and heavy metal uptake into plant shoots of A. gerardii, S. bicolor and S. perfoliatum were significantly influenced by the microbial treatments. The inoculation with metal-resistant streptomycetes and the usage of arbuscular mycorrhiza had variable effects on metal removal efficiency of tested plant species and was found to be plant and element specific. Both plant growth and microbial amendments could decrease soil metal bioavailability in pot experiments, while under field conditions no visible changes in metal mobility were detected. From this data it can be concluded that heavy metal-resistant streptomycetes and the mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis are able to promote plant growth, decrease heavy metal mobility in soil and at the same time facilitate metal accumulation into plant biomass.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Gewächshaus- und Feldversuche durchgeführt, um den Einfluss mikrobieller Inokulation auf das Pflanzenwachstum und Sanierungspotential hochproduktiver Nutzpflanzen in schwermetallbelasteten Bodensubstrat zu bewerten. Der Einfluss mikrobieller Zusätze auf das Wachstum und Potential zur Metallaufnahme von Sorghum bicolor wurde zuerst in Topfversuchen und anschließend in Freilandexperimenten mit schwermetallbelasteten Bodenmaterial des Testfeldes Gessenwiese untersucht. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen der Wurzelkolonisierung durch den arbuskulären Mykorrhiza-Pilz Rhizophagus irregularis und die Zugabe schwermetallresistenter Streptomyces-Stämme auf die Schwermetallmobilisierung/-stabilisierung im Boden und Schwermetallaufnahme der Gräser Andropogon gerardii und Sorghum bicolor sowie der ertragreichen Biomassepflanze Silphium perfoliatum beurteilt. Die Biomasseproduktivität sowie die Schwermetallaufnahme in die Biomassen der Pflanzen A. gerardii, S. bicolor und S. perfoliatum waren signifikant durch die mikrobiellen Behandlungen beeinflusst. Die Inokulation mit den schwermetallresistenten Streptomyceten und die Verwendung der arbuskulären Mykorrhiza hatte unterschiedliche Effekte auf die Effizienz der Schwermetallentfernung der eingesetzten Pflanzenarten. Das Pflanzenwachstum sowie die mikrobiellen Zusätze konnten in den Topfversuchen die Metallverfügbarkeit im Boden verringern, während diese Änderungen in der Schwermetallmobilität unter Freilandbedingungen nicht beobachtet wurden. Aus den erhaltenen Daten kann geschlussfolgert werden, dass die schwermetallresistenten Streptomyceten und der Mykorrhiza-Pilz Rhizophagus irregularis die Fähigkeit besitzen, das Pflanzenwachstum zu fördern, die Schwermetallmobilität im Boden zu reduzieren und gleichzeitig die Metallaufnahme in die Pflanzenbiomasse zu unterstützen.

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Phieler, René: Microbial impact on phytoremediation at heavy metal contaminated soils. Jena 2016.

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