Uptake of heavy metals by plants from airborne deposition and polluted soils

Abstract

Sinkin, kuparin, lyijyn, kadmiumin ja nikkelin kertymistä lehtisalaattiin, vehnän jyviin ja olkiin, timoteihin ja italianraiheinään tutkittiin vuonna 1985, 1986 ja 1988 Harjavallassa ja sen ympäristössä sekä vertailupaikkakunnalla Jokioisissa. Harjavallassa toimivat Outokumpu Oy:n Harjavallan tehtaat ovat vuodesta 1945 lähtien levittäneet ympäristöönsä raskasmetalleja, erikoisesti kuparia ja nikkeliä. Keskeisin Outokumpu Oy:n Harjavallan tehtaista on ollut kupari- ja nikkelisulatto, joka on lajissaan Suomen ainoa. Harjavallassa on toiminut eräitä muitakin raskasmetallien, erikoisesti lyijyn, päästölähteitä. Tutkimuksessa selvitettiin raskasmetallien kertymistä kasveihin ilmasta ja saastuneesta maasta. Koepaikat sijaitsivat eri etäisyydellä ja eri suunnissa Outokumpu Oy:n tehtaista. Koepaikkojen valinnalla pyrittiin selvittämään raskasmetallien kulkeutumisetäisyyden ja -suunnan vaikutusta viljelykasvien raskasmetallipitoisuuteen. Jokioisissa vuonna 1990 läpiviedyssä astiakokeessa tutkittiin, mikä viljelymaan kupari- ja nikkelipitoisuus pienentää viljelykasvin satoa. Kahteen harjavaltalaiseen kuparilla ja nikkelillä saastuneeseen hienohietamaahan lisättiin 40, 200 ja 1000 mg kuparia tai nikkeliä kahta maalitraa kohti. Vertailumaana oli Maatalouden tutkimuskeskuksen Etelä-Pohjanmaan tutkimusasemalta (EPO) noudettu saastumaton savimaa, joka samojen raskasmetallilisäysten lisäksi kalkittiin. Kasvilajien raskasmetallipitoisuudet olivat erisuuria. Myös eri koepaikoilla kasvaneen kasvin raskasmetallipitoisuudet vaihtelivat selvästi. Vehnän jyvien kupari- ja lyijypitoisuudet olivat pieniä kaikilla koepaikoilla. Nikkeli kertyi kasveihin helposti ilmalaskeumasta. Myös kupari ja kadmium siirtyivät helpohkosti ilmasta kasveihin. Astiakokeessa nikkeli oli kuparia myrkyllisempi kauralle. Happamassa EPO-maassa pienehköt nikkeli- ja kuparipitoisuudet, Ni 20 mg ja Cu 100 mg maalitraa kohti, pienensivät kauran versojen satoa. EPO-maan kalkitseminen pienensi selvästi nikkelin ja kuparin myrkyllisyyttä. Pahimmin saastuneessa Harjavallan maassa pienin kuparilisäys, Cu 20 mg maalitraa kohti, pienensi ohran versojen satoa. Harjavallassa saattaakin olla happamia viljelymaita, joissa maan korkea kuparipitoisuus voi vähentää kasvien kasvua.

The concentrations of sulphur, zinc, copper, lead and cadmium in spring wheat grain and straw, Italian rye grass, timothy and lettuce were studied in a three-year field experiment conducted in southern Finland near a copper-nickel smelter and at nonpolluted control sites. A pot experiment with copper- and nickel-contaminated soils and with a nonpolluted soil as the control was conducted to determine the copper and nickel concentrations in soils phytotoxic for plants. Forty, 200 or 1000 mg of copper or nickel as cloride was added to 2 litres of soil. The nickel and copper concentrations in the shoots of oats were measured. The zinc, copper, lead, cadmium and nickel concentrations varied between different plant species and also between experimental years. Near the smelter, the uptake of nickel by different plant species was very effective, as was copper uptake by lettuce, timothy and Italian rye grass. The same applied to the zinc and cadmium uptake of plants grown on plots. Nickel, cadmium and copper were easily accumulated by plants from air deposition. In the pot experiment, high nickel concentrations in soil were more phytotoxic for oats than were high copper concentrations. In acidic soil, nickel and copper concentrations lower than 20 and 100 mg/kg of soil, respectively, decreased the dry matter yield of oats shoots. Liming clearly decreased copper and nickel phytotoxity. In the most highly contaminated soil, the addition of Cu 20 mg/kg of soil decreased the yield of oats shoots.