Fitoremediáció 3. Radionuklidok. A magasabbrendű növények létfontosságú elemei A Földet felépítő közel 90 stabil elemből a növényekben 40-50 fordul elő.

Az előadások a következő témára: "Fitoremediáció 3. Radionuklidok. A magasabbrendű növények létfontosságú elemei A Földet felépítő közel 90 stabil elemből a növényekben 40-50 fordul elő."— Előadás másolata:

1 Fitoremediáció 3. Radionuklidok

2 A magasabbrendű növények létfontosságú elemei A Földet felépítő közel 90 stabil elemből a növényekben 40-50 fordul elő. Ebből - jelenlegi ismereteink szerint - 14 az esszenciális!

3 Fiatal növények átlagos tápelem összetétele szárazanyagra vonatkoztatva

4 Ionkoncentráció borsó gyökér szövetében (Taiz – Zeiger, 1991; Higinbotham et al. után, 1967)

5 Tápelemek a hajtásban (i) funkciót ellátó (ii) retranszlokálódó Tápelemek a gyökérben membrán sejtfal Tápelemek a talajoldatban Szerves anyagokban levő tápelemek Talajrészecskéken adszorbeálódott tápelemek Kicsapódott tápelemek Transzport a xilémbenTranszport a floémben adszorpció, influx kicserélődés, efflux Földfeletti szerv (hajtás) Gyökérzóna (talaj) mineralizálódás immobilizáció deszorpció adszorpció oldódás kicsapódás

6 A talaj fontosabb tulajdonságai I. Heterogén rendszer (három komponensű) 1. Szilárd fázis (ásványok 43-45%, szerves a. 5-7%) 2. Cseppfolyós fázis (víz, talajoldat 35-40%) 3. Légnemű fázis (talajlevegő 5-20%) (CO 2, O 2, N 2, vízgőz) II. Tápanyagok előfordulása (anionok, kationok) 1. Fixálva 2. Felületen kötve 3. Talajoldatban III. Pufferképesség, kémhatás 1. Aktuális aciditás 2. Potenciális aciditás IV. Tápanyagutánpótlás, kémhatás 1. Savanyú sók (semlegesítés, Ca(OH) 2 ) 2. Lúgos sók (NH 3 toxicitás) V. Tápelemek mozgása a talajban (intercepció, tömegáramlás, diffúzió)

7 Kálium Talajban: rács-K, adszorbeált-K, talajoldatokban lévő K. Előfordulás: túlnyomórészben K +, citoplazma (100-120 mM), szárazanyagtartalomban (~ 2-5 %), kritikus levél koncentráció <2 %, nem metabolizálódik. Fiziológiai funkció: elektroneutralitás fenntartása (H + efflux), kb. 50 enzimet aktivál, ozmotikum, vízháztartás, sztómák működése, ABA), sejtmegnyúlás szabályozása (IES → H + efflux), nasztikus levélmozgás. Hiány hatása: citoplazma pH csökken (zavar a NR működésében és a vízellátásban); reutilizálódik, idős levélszél perzselődés. Utánpótlás: K 2 SO 4 ; gyökérfelvétel; savanyú só. Radioökológiai vonatkozások: Cs + > Rb + > K + adszorpció a talajban.

8 Kálium hiány

9 Mikrotápanyagok (nyomelemek) áttekintése I. Esszenciális mikroelemek: Fe, B, Mn, Zn, Mo, Cu, Cl, Ni II. Esetenként kedvező hatású elemek: Na, Si, Co, Se, Al, (I, V, Ti, stb.) III. Ismeretlen vagy toxikus hatású elemek: Cd, Pb, Hg, As, Cr, Li, stb. IV. Gázformájú károsító anyagok: SO 2, NH 3, NO x, O 3, H 2 S, stb. V. Radioaktív elemek:

10 Fontosabb környezetszennyező anyagok Arzén: As (talaj- és vízszennyező, toxikus hatású csírázásra, növekedésre). Kadmium: Cd (toxikus, Zn fiziológiai funkcióját zavarja, csatorna-iszap szennyezettsége gyakori, foszfát műtrágyákban is előfordul). Ólom: Pb (környezetszennyező elem, Pb 2+ a Ca 2+ -hoz kötődő anyagcserét zavarja). Stroncium: Sr (Sr 2+ - Ca 2+ kompetíció, 90 Sr-szennyezés – csontszövet, biológiai – fizikai t ½ ). Cézium: Cs ( 137 Cs + - K + kompetíció speciális vonatkozásai, növényben könnyen mobilizálódik, talaj-növény 137 Cs szennyeződése, biológiai – fizikai t ½ ). Plutónium: Pu ( 239 Pu atombomba töltete, talaj-, növény-, környezet-szennyeződés). Polónium: Po ( 210 Po természetes radioaktív izotóp, 238 U radioaktív bomlási sor tagja, növényben, pl. dohány levelében jól akkumulálódik).

11 Az embereket érő sugárzások 79 %természetes forrásból 19 %orvosi alkalmazások révén 2 %nukleáris fegyverek, atomerőművek

12 A talajban előforduló radionuklidok jellemzői

13 A sugárzó anyaggal szennyezett terület megtisztításának lehetőségei a szennyezett felszíni talajréteg eltávolítása ( felső 40 cm); a radionuklidok immobilizálása; a növények radionuklid felvételének csökkentése; a radionuklidok fitoextrakciója.

14 Vertikális migrációs sebességek

15 Talajosztályozás: 137 Cs migráció

16 Talajosztályozás: 90 Sr migráció

17 Az uránium speciációja

18 U akkumuláció és koncentráció

19 U koncentrációk borsóban

20 U koncentráció és akkumuláció különféle növényfajokban

21 Komplexképzők hatása TalajoldatbanHajtásban

22 Radiocézium koncentrációk növényfajokban

23 A radiocézium felvételét befolyásoló tényezők

24 Talajjavító hatása a radiocézium megoszlására Talajjavító:zeolit ammónium-ferri-hexaciano ferrát(II) (AFCF)

25 Külső K + koncentrációk hatása a radiocézium influxra K + és Ca 2+ műtrágyák alkalmazása

26 A talajoldat K + és 137 Cs tartalmának hatása a hajtás 137 Cs tartalmára

27 A radiocézium fitoextrakciója Mikorrhizák: inkonkluzív szerep ! Ektomikorrhiza csökkenti a radiocézium és stroncium felvételét erdei fenyőnél. Ektomikorrhiza fokozza a radionuklid felvételt Pinus ponderosa és radiata fajoknál. VA mikorrhiza fokozza a radiocézium felvételt Paspalum notatum-nál. VA mikorrhiza csökkenti a radiocézium felvételét Festuca ovina-nál.

28 Cézium akkumuláció növényfajokban

29 Biofilmek Cél: atomerőművek radioaktív vizének tisztítása Biofilm képző baktérium populációk 57 baktérium (  -,  -,  -Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria) Radioaktív ( 60 Co, 137 Cs, 134 Cs, 54 Mn, 65 Zn) Oligotróf körülmények (0,5 µ g/liter nitrát, szulfát, klorid) Visszatartják a radionuklidoka, különösen a 60 Co-t

30 Biofilmek

31 Biofilmek kolonizáció acélfelületen (epifluoreszcens felvételek) 106 nap után 170 nap után

32 Biofilmek Statikus acél 71 nap Dinamikus acél 80 nap Statikus titán 26 nap Dinamikus acél 51 nap (kész biofilm)

33 Biofilmek statikus dinamikus Radionuklid akkumuláció acél: 60 Co, 65 Zn, 54 Mn, 51 Cr titán: 59 Fe, 95 Nb