Typha domingensis, de zuidelijke lisdodde, een rietmoerasplant die in zoet tot licht brak water leeft en ongeveer 2,5 m hoog is, kan tot 34 keer meer mangaan uit verontreinigde grond halen dan andere planten in vergelijkbare omgevingen. In een recente studie verzamelde het tussen 10 en 13 keer meer mangaan dan andere natuurlijk voorkomende moerasplanten zoals hibiscus, zegge en biezen, wat het potentieel aantoont voor gebruik bij duurzame rehabilitatie van gebieden die zijn aangetast door ijzermijnafval.

Een artikel over het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production door wetenschappers van het Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ-USP) van de Universiteit van São Paulo in Brazilië en medewerkers.

Volgens het artikel is T. domingensis zeer efficiënt in fytoremediatie, vooral vanwege zijn vermogen om mangaan op te vangen, een potentieel giftige micronutriënt die een groot ecologisch gevaar kan vormen.

Uit de analyse van de onderzoekers bleek dat de hoeveelheid mangaan overeenkomt met 6.858 milligram per kilogram (mg/kg) in de scheuten van de plant, vergeleken met een gemiddelde van 200 mg/kg voor andere soorten.

Het veldwerk werd uitgevoerd in Regência aan de monding van de rivier de Doce, in de staat Espírito Santo, een gebied dat is overspoeld door een deel van de 50 miljoen kubieke meter ijzermijnafval die vrijkwam toen de residudam van Fundão in november 2015 barstte in de plaats Mariana, Minas Gerais ( een buurstaat van Espírito Santo), die de ergste milieuramp in de Braziliaanse geschiedenis veroorzaakt.

De ramp trof 41 steden in Minas Gerais en Espírito Santo, en 19 mensen stierven. Het giftige afval bereikte ongeveer twee weken later het estuarium en heeft naar schatting 240,8 hectare Atlantisch regenwoud verontreinigd en 14 ton vis gedood. Sindsdien zijn er veel projecten en programma's gestart om de schade te beperken, maar het estuarium is nog steeds vervuild.

Uit het onderzoek bleek dat de planten in het estuarium 147 ton mangaan onttrokken, ofwel 75,7 ton per hectare (t/ha).

Een eerdere studie uitgevoerd in hetzelfde gebied en gepubliceerd in het Journal of Hazardous Materials in januari 2022 bleek dat dezelfde planten grotere hoeveelheden ijzer uit verontreinigde grond en water verwijderden dan Hibiscus tiliaceus, een boom van 4-10 m met gele bloemen die vaak strandhibiscus wordt genoemd.

"We werken sinds 2015 aan de Doce en hebben een goed begrip gekregen van de geochemische dynamiek van verschillende metalen in de residuen, zoals ijzer, mangaan en andere potentieel giftige elementen. Dit geeft ons de mogelijkheid om vooruitgang te boeken bij het plannen van meer "Effectieve saneringsstrategieën voor deze verontreinigde gebieden. De kennis die in deze onderzoeken is opgebouwd, zal niet alleen worden gebruikt om aangetaste gebieden te saneren, maar ook om agrominingstrategieën te formuleren als een bijdrage aan duurzamere mijnbouw," vertelde Tiago Osório Ferreira, laatste auteur van beide artikelen. Agência FAPESP. Ferreira is een professor in de afdeling bodemkunde van ESALQ-USP.

Fytoremediatie omvat het gebruik van planten om elementaire verontreinigende stoffen te extraheren en te verwijderen of hun biologische beschikbaarheid in de bodem te verlagen. Agromining bestaat uit het kweken van planten die metalen in hun wortels en bladeren kunnen opslaan om deze metalen te extraheren voor industrieel gebruik. In lijn met het concept van een circulaire economie, heeft deze natuurlijke winning twee doelen tegelijk:het produceren van metalen en het ontgiften van bodems. De techniek wordt momenteel niet veel gebruikt. Zo lopen er in Australië een aantal agrominingprojecten.

"We wisten uit onderzoek van anderen dat mangaan een probleem is in de regio, dat het water, de bodem en de vissen verontreinigt. Toen we naar het gebied gingen dat werd getroffen door ijzerertsresiduen, verwachtten we dat T. domingensis en Eleocharis acutangula [Acute spikerush ] verzamelde meer mangaan dan H. tiliaceus, een boomsoort die in het gebied voorkomt, maar de resultaten toonden aan dat T. domingensis 13 keer meer mangaan kan ophopen in zijn bovengrondse delen dan de andere twee soorten. Het proces had minder impact via wortelijzerplaque [een vorm van fysiologische aanpassing waarbij ijzeroxide neerslaat om ijzerplaque te vormen op het oppervlak van de wortels van de plant]", zegt Amanda Duim Ferreira, eerste auteur van beide artikelen.

Volgens de laatste studie accumuleerde T. domingensis 18 mg/kg in wortels en 55 mg/kg in ijzerplaque.

Planten die zijn aangepast aan wetlandomgevingen, vangen zuurstof uit de atmosfeer via hun bovengrondse delen en brengen het naar de wortels via poreus weefsel dat aerenchym wordt genoemd. Deze oxygenatie houdt het wortelstelsel in stand, dat verantwoordelijk is voor zowel de verankering als de opname van water en minerale zouten.

Absorptie van organisch materiaal door planten bevordert het oplossen van mangaanoxide en het vrijkomen van protonen kan het oplossen van mangaancarbonaat veroorzaken. Aan de andere kant kunnen waterplanten ook hun rhizosfeer (de zone rond plantenwortels waar bodembiologie en chemie door de wortels worden beïnvloed) oxideren door intern transport van zuurstof naar de wortels om hypoxie te voorkomen. Dit proces kan de biologische beschikbaarheid van mangaan verminderen.

Methoden

De onderzoekers maten de fysisch-chemische parameters van de bodem (rhizosfeer-pH, bulkgrond-pH en redoxpotentiaal) evenals het totale organische koolstofgehalte. Ze haalden ook mangaan uit de grond op plaatsen die van nature begroeid zijn door de drie plantensoorten en voerden geochemische fractionering uit van mangaan in de bestudeerde bodems.

Mangaanniveaus werden gemeten in de wortels, het luchtgedeelte en de ijzerplaques van de planten. Er werden bioconcentratie- en translocatiefactoren bepaald om hun vermogen om te werken als hyperaccumulators van mangaan en mogelijk gebruik in fytoremediatieprogramma's te schatten.

"Deze ontdekkingen openen een scala aan mogelijkheden voor het gebruik van fytoremediatie. Kennis van absorptiemechanismen kan een basis zijn voor het kweken van T. domingensis via verschillende strategieën om optimale resultaten te verkrijgen. We zijn overgegaan van fytoremediatie naar agromining terwijl we dit onderzoek voortzetten ', zegt Tiago Osório Ferreira, hoofd van de Soil Geochemistry Research Group van ESALQ-USP.

Duim Ferreira, die een onderzoeksstage loopt aan de North Carolina State University (NCSU) in de VS, richt zich op technieken voor het kweken van T. domingensis om het potentieel voor fytoremediatie te optimaliseren. "We passen verschillende technieken toe op basis van wat we weten over de beste planttijd en het aantal oogsten per jaar om de biomassaproductie te verhogen en het meeste mangaan en ijzer te verwijderen," zei ze.

De fabriek blijft jarenlang grote hoeveelheden metalen ophopen, voegde ze eraan toe. De dam barstte in 2015 en er worden sinds 2019 (in augustus 2021 en februari 2022) jaarlijks monsters genomen in het estuarium. + Verder verkennen

Waterplanten kunnen effectief zijn in het verwijderen van verontreiniging door ijzermijnafval, blijkt uit onderzoek