Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil
Thesis or Dissertation
Abstract(s)
La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols
contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter
l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante,
caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la
biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol.
Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq
réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de
Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou
ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de
celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de
chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été
analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait
biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le
pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été
mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées.
Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes
concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux
s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que
le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce
de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et
différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées
n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le
pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de
toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non
plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible
du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci
suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un
impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol. Phytoremediation is considered an alternative technology for treating metalcontaminated soil, however, its efficiency is usually limited by bioavailability of metals in
soil. We hypothesized that diverse plant species have different root system types that can
affect bioavailability of trace elements (TE) in soil differently.
The experiment was conducted during summer, from June 6th to September 3rd, 2014,
at the Montreal Botanical Garden. The effect of eight herbaceous and woody species on the
labile pool of six metals (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni and Se) in their rhizosphere was studied using a
completely randomized block design with five replicates. After three months of cultivation,
the above- and below-ground biomass of each species was measured and the concentrations of
TE in the plant tissues were determined. The labile and presumably bioavailable fraction of
these TE in the rhizosphere as well as key soil parameters (e.g. pH, electrical conductivity
(EC), percent of organic matter and dissolved organic carbon (DOC)) were also measured and
compared as a function of plant species.
The results showed that in most tested plants, the highest concentrations of TE were
found in the roots and the lowest levels were in the above-ground tissues, except for Ni in
Salix nigra. This suggests that Ni can be removed from soil through the regular harvest of the
shoots and leaves of this species. The labile pool of Ag, Ni, and Cu in the rhizosphere was
significantly and differently affected by the presence of the plants. However, the presence of
the tested plant species did not affect some key factors of the rhizosphere (e.g. pH, EC, percent
of organic matter). In contrast, DOC levels in the rhizosphere of all tested plants were higher
than those measured for the control pots without plants. In addition, a positive relationship was
found between Ni availability concentration and DOC concentration, as well as Cu availability
level and DOC level. This suggests that some types of root systems appear to modify soil
DOC and indirectly impact the labile pool of TE in soil
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