Effect of EDTA Chelate and Cow Manure on Cd Uptake by Pot Marigold in a Polluted Soil

Authors

1 Department of Horticulture, Saveh branch, Islamic Azad University, Saveh, Iran

2 Department of Soil Science, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran

3 Department of Plant Breeding, Arak branch, Islamic Azad University, Arak, Iran

Abstract

Any cadmium (Cd) contaminated soil might cause reduction in plants’ yield and increase the hazard of Cd-contaminated plants consumption by both human and animals. The research aimed to investigate the effect of EDTA chelate on Cd uptake in pot marigold (Calendula officinalis L.). A factorial experiment using randomized complete blocks was used in three replications. Treatments included application of 0(C0), 25(C25), and 50(C50) Mg ha-1 cow manure in a Cd polluted soil [ 0(Cd0), 5(Cd5), and 10 (Cd10) mg Cd kg -1 soil] and two rates of EDTA chelate (0 and 2.5 mmol kg-1 soil). Applying 2.5 mmol EDTA chelate caused significant increase in shoot Cd uptake by 21% and 25% in a Cd polluted soil (10 mg Cd kg -1 soil) treated with 25 and 50 Mg ha-1 cow manure, respectively. Also, addition of 2.5 mmol EDTA chelate caused an increase in the root and shoot bio-concentration factor. The results of this experiment showed that applying 2.5 mmol EDTA would increase the Cd availability, which could be considered as a factor that plays an important role in Cd remediation in soils treated with organic amendments.

Keywords

References

  1. اصغری پور، م. ر. و رحمانیان کوشکی، ب .1394. بررسی واکنش عدس به آلودگی کادمیوم ناشی از کمپوست زباله شهری و نمک کادمیوم. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، جلد19، شماره 71، صفحه: 358-349.
  2. اولیایی، ح. ر. و شریفی، ع. 1393، تأثیر سطوح ورمی‌کمپوست بر قابلیت تحرک سرب و کادمیم در ستون­های خاک، نشریه پژوهش­های خاک، جلد28، شماره3، صفحه 542-531.
  3. بابائیان، ا. و همایی، م. 1389. افزایش کارآیی استخراج سرب از خاک بوسیله شاهی با استفاده از اسیدهای آمینو پلی کربوکسیلیک. نشریه آب و خاک، جلد24، شماره 6، صفحه: 1150-1142.
  4. جعفرنژادی، ع. ، همایی، م.، صیاد، غ. و بای بوردی، م. 1391. ارزیابی ویژگی های مؤثر خاک بر وضعیت غلظت کادمیم در خاک و بذر گندم در برخی خاک­های آهکی خوزستان. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد19، شماره2، صفحه: 164-149.
  5. جهانبخشی، ش.، رضایی، م. ر. و سیاری زهان، م. ح. 1393. مقایسه تأثیرگیاه پالایی شاهی و اسفناج درخاک های آلوده به کادمیوم و کروم. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک. جلد 18، شماره 70، صفحه: 12-1.‌
  6. حسینیان رستمی، ق.، غلامعلی‌زاده آهنگر، ا.  و لکزیان، ا. 1392. اثر زمان بر توزیع شکل­های شیمیایی سرب در خاک آلوده، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 27، شماره 5، صفحه: 1066-1057.
  7. سعادت، ک. و بارانی مطلق مجتبی، م. 1392. اثر زئولیت کلینوپتیلولیت طبیعی ایران بر جذب سرب و کادمیوم لجن فاضلاب کاربردی توسط ذرت  (Zea mays. L)، پژوهش­های حفاظت آب و خاک ، جلد20، شماره4، صفحه:: 143-123.
  8. شریفی، م.، افیونی، م. و خوشگفتارمنش، ا. م. 1389. تأثیر لجن فاضلاب، کمپوست زباله شهری و کود گاوی بر رشد و عملکرد و جذب آهن، روی، منگنز و نیکل در گل جعفری. علوم و فنون کشت گلخانه‌ای، جلد اول، شماره2، صفحه: 53-43.
  9. فتاحی‌کیاسری، ا.، فتوت، ا.،  آستارایی، ع. وحق نیا، غ. 1389. اثر اسید سولفوریک و EDTA بر گیاه پالایی سرب در خاک توسط سه گیاه آفتابگردان، ذرت و پنبه. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، جلد14، شماره 51، صفحه: 69-57.‌
  10.  روانبخش، م. ح.، فتوت، ا. و حق نیا، غ. 1390.  اثر لجن فاضلاب، مقدار رس و زمان بر شکل­های شیمیایی نیکل و کادمیم در چند خاک آهکی. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 25، شماره 3.، صفحه: 458-446.
  11. عربی، ز.، همایی، م. و اسدی، م.‌ ا. 1389. مقایسه آثار افزودن اسید سیتریک و کی لیت های مصنوعی بر افزایش پالایش گیاهی کادمیوم از خاک. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، جلد14، شماره54، صفحه: 95-85.Baghaie, A., A. H. Khoshgoftarmanesh, M. Afyuni and R. Schulin. 2011. The role of organic and inorganic fractions of cow manure and biosolids on lead sorption. Soil Sci. Plant Nutr. 57: 11-18.
  12. Baghaie, A. H., A. H. Khoshgoftarmanesh and M. Afyuni. 2010. Crop effects on lead fractionation in a soil treated with lead organic and inorganic sources. J. Residuals Sci. Tech. 7: 131-138.
  13. Banaaraghi, N., M. Hoodaji and M. Afyuni. 2010. Use of EDTA and EDDS for enhanced  ZeaMays’  phytoextraction of heavy metals from a contaminated soil. J. Residuals Sci. Tech.  7: 139-145.
  14. Basta, N.T., Ryan, J.A. and  R.L Chaney. 2005. Trace element chemistry in residual treated soil: Key concepts and metal bioavailability. J. Environ. Qual., 34, 49-63.
  15. Benton, J., and V.W. Case. 1990. Sampling, handling and analyzing plant tissue samples. P 389-428, In Westerman, R.L. (ed.). Soil testing and plant analysis. 3rd  ed. Book series No. 3. SSSA J., Inc. Madison, WI., USA.
  16. Bremner, J. M. 1996. Nitrogen-total. P. 1085-1122. In D. L. Sparks et al., (eds.) Methods of Soil Analysis. Part 3 , 3rd Ed., Am. Soc. Agron., Madison. WI.
  17. Clabeaux, B. L., D. A. Navarro, D. S. Aga and M. A. Bisson. 2013. Combined effects of cadmium and zinc on growth, tolerance, and metal accumulation in Chara australis and enhanced phytoextraction using EDTA. Ecotox. Environ. Safety 98: 236-243.
  18. Chen , y. and L.Z.  Xiangdong, 2004. Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA-assisted phytoextraction  process.Chemosphere 57, 187-196.
  19. Gee, G. W. and J. W. Bauder. 1986. Particle-size analysis. Methods of Soil Analysis. Klute, A. Madison, WI,  ASA: 383-409.
  20.  Ghosh, M. and S.P. Singh , 2005.  A comparative study of cadmium phytoextraction by accumulator and weed species, Environ. Pollut., 133: 365–371.
  21.  Gisbert, C., R. Ros., A. De Haro., D.J. Walker., M.P. Bernal, R. Serrano and  J. Navarro-Avino, 2003. A plant genetically modified that accumulates Pb is especially promising for phytoremediation,   Biochem. Biophys. Res. Commun., 303: 440–445.
  22. Hossner, L.R. 1996. Dissolution for total elemental analysis. P 49-64, In Methods of soil analysis. Sparks, D.L., (ed.). ASA and SSSA. Madison, WI.
  23.   Huang, B., S. Kuo and R. Bembenek. 2004. Chloride salinity reduces cadmium accumulation by the Mediterranean halophyte species Atriplex halimus L. Environ. Exp. Bot., 65:142-152.
  24. Li, J., Y. Sun, Y. Yin, R. Ji, J. Wu, X. Wang and H. Guo. 2010. Ethyl lactate-EDTA composite system enhances the remediation of the cadmium-contaminated soil by Autochthonous Willow (Salix x aureo-pendula CL 'J1011') in the lower reaches of the Yangtze River. J. Hazard Mater. 181: 673-678.
  25. Lindsay, W. L. and W. A. Norvell. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
  26. Liphadzi M., and M. Kirkham , 2006. Availability and plant uptake of heavy metals in EDTA-assisted phytoremediation of soil and composted biosolids. S. Afr. J. Bot., 72: 391-397.
  27. Ma, R., H. Hou, K. Mai, A. S. Bharadwaj, F. Ji and W. Zhang. 2014. Comparative study on the bioavailability of chelated or inorganic zinc in diets containing tricalcium phosphate and phytate to turbot (Scophthalmus maximus). Aquaculture 420–421: 187-192.
  28. Meighan, M. M., T. Fenus, E. Karey and J. MacNeil. 2011. The impact of EDTA on the rate of accumulation and root/shoot partitioning of cadmium in mature dwarf sunflowers. Chemosphere 83: 1539-1545.
  29.  Murphy, J. and H. P. Riley. 1962. A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Anal. Chem. Acta. 27: 31-36.
  30. Nelson, D. W. and L. E. Sommers. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter. Methods of soil analysis. Page, A. L., R. H. Miller and D. R. Keeney. Madison, Wisconsin, USA, ASA: 539-580.
  31. Nelson, R. E. 1982. Carbonate and gypsum. Methods of soil analysis. Page, A. L., R. H. Miller and D. R. Keeney. Madison, Wisconsin, USA, ASA: 181-197.
  32. Nowack, B., R. Schulin and B. H. Robinson. 2006. Critical assessment of chelant-enhanced metal phytoextraction. Environ. Sci. Techno. 40: 225– 5232.
  33. Olsen, S. R., C. V. Cole, F. S. Watanabe and L. A. Dean. 1954. Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. USDA Circular 939, US Gov. Printing Office, Washington, DC.
  34. Olsen, S. R. and L. E. Sommers. 1982. Phosphorus. Methods of soil analysis. Page, A. L., R. H. Miller and D. R. Keeney. Madison, Wisconsin, USA, ASA: 403-431.
  35. Pinto, A., A. Mota, A. De Varennes and F. Pinto. 2004. Influence of organic matter on the uptake of cadmium, zinc, copper and iron by sorghum plants. Sci. Total Environ. 326: 239-247.
  36. Rhoades, J. D. 1982. Cation exchange capacity. Methods of soil analysis. Page, A. L., R. H. Miller and D. R. Keeney. Madison, Wisconsin, USA, ASA: 149-157.
  37. Rivera, M. B., M. I. Giráldez and J. C. Fernández-Caliani. 2016. Assessing the environmental availability of heavy metals in geogenically contaminated soils of the Sierra de Aracena Natural Park (SW Spain). Is there a health risk? Sci. Total Environ. 560–561: 254-265.
  38. Saha, N., M. Z. I. Mollah, M. F. Alam and M. Safiur Rahman. 2016. Seasonal investigation of heavy metals in marine fishes captured from the Bay of Bengal and the implications for human health risk assessment. Food Control 70: 110-118.
  39. Salt, D. E., M. Blaylock, N. P. Kumar, V. Dushenkov, B. D. Ensley, I. Chet and I. Raskin. 1995. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Nat. Biotechnol. 13: 468-474.
  40. Seyedashrafy, H., M. Majidian, A. H. Baghaie, A. H. Khoshgoftarmanesh and M. Gomarian. 2011. Influence of organic and inorganic zinc sources on zinc availability in soil and its uptake by barley. J. Residuals Sci. Tech. 8: 29-35.
  41. Sharifi, M., M. Afyuni and A. Khoshgoftarmanesh. 2010. Effects of sewage sludge, animal manure, compost and cadmium chloride on cadmium accumulation in corn and alfalfa. J. Residuals Sci. Tech. 7: 219-225.
  42. Shuman, L. M., S. Dudka and K. Das. 2002. Cadmium forms and plant availability in compost-amended soil. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 33: 737–748.
  43. Tanhan, P., M. Kruatrachue, P. Pokethitiyook and R. Chaiyarat. 2007. Uptake and accumulation of cadmium, lead and zinc by Siam weed [Chromolaena odorata (L.) King & Robinson]. Chemosphere 68: 323–329.
  44. Zhang, T., H. Wei, X.-H. Yang, B. Xia, J.-M. Liu, C.-Y. Su and R.-L. Qiu. 2014. Influence of the selective EDTA derivative phenyldiaminetetraacetic acid on the speciation and extraction of heavy metals from a contaminated soil. Chemosphere 109: 1-6.
  45. Zhao, Y., Z. Yan, J. Qin and Z. Xiao. 2014. Effects of long-term cattle manure application on soil properties and soil heavy metals in corn seed production in Northwest China. Environ. Sci. Pollut. Res. 21: 7586-7595.
  46. Zhuang, P., Q. Yang, H. Wang and W. Shu. 2007. Phytoextraction of heavy metals by eight plant species in the field. Water Air Soil Pollut. 184: 235-242.

 

Iranian Journal of Soil Research
Volume 31, Issue 3
December 2017
Pages 405-417

Files

Share

How to cite

Statistics