3. KÍSÉRLETI ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK
3.11. Nehézfémekkel szennyezett bányamedd ő fitostabilizációjának vizsgálata
A nagy nehézfém (Cd, Cu, Mn, Pb és Zn) -tartalmú, Gyöngyösorosziból származó bányameddő (20. fotó) fitostabilizációját két vörös csenkesszel beállított, tenyészedényes kísérletben tanulmányoztuk 2001-ben és 2002-ben a Nyíregyházi Főiskola Táj- és Környezetgazdálkodási Tanszékének fényszobájában.
A fémeket stabilizáló adalékként kalcium-karbonátot, települési szennyvíziszap komposztot (21. fotó), tőzeget, természetes zeolitot (21. fotó), kálium-dihidrogén-foszfátot, illetve ezek kombinációját kevertük a bányameddőhöz. Megvizsgáltuk továbbá, hogy a stabilizált bányameddőn fejlődő vörös csenkesz gyökerein fém-toleráns arbuszkuláris mikorrhiza gombákkal kialakítható-e szimbiózis, és ez miként hat a tesztnövények nehézfém-felvételére, illetve a növények szárazanyag-hozamára.
1. tenyészedényes kísérlet: A bányameddő-mintákat Gyöngyösoroszitól északra a 47°50’557”
északi szélességi, és a 19°52’727” keleti hosszúsági fokon található meddőhányóból vettük (LAKATOS et al., 2002). Egy 10 x 10 m-es kijelölt terület két átlója mentén rétegminta fúróval összesen 20 leszúrásból, 0-20 cm-es mélységből mintegy 20 kg-nyi bányameddőt gyűjtöttünk be. A sárga színű bányameddőt laboratóriumban légszáraz állapot eléréséig megszárítottuk, alaposan összekevertük, és az idegen anyagokat (kövek, falevelek, fadarabok) kézzel és szitálással (<2 mm) eltávolítottuk. A bányameddőt vékony rétegben szétterítve 10-10 véletlenszerű helyről mintákat vettünk, és 3 párhuzamos mintát képeztünk. A mintákban meghatároztuk az „összes”, „felvehető”, „kicserélhető” nehézfém-tartalmat (3.13. fejezet).
A bányameddő pH-jának meghatározásához 5-5 g mintát mértünk be a fenti 3 mintából 3 ismétlésben kémcsövekbe, melyekbe 12,5 cm3 1 M-os KCl oldatot adagoltunk. Alapos összerázás és 18 órás rázás után a felülúszó pH-ját WTW pH 320 típusú (Weilheim, Németország) készülékkel határoztuk meg. A bányameddő kiindulási pH-ja 3,73 volt.
A bányameddő pH-jának >5,5 fölé emeléséhez (mely a növénynevelést már lehetővé teszi) szükséges mészmennyiség kiszámításához 5 g-os mintákat 0,25; 0,5; 0,75; 1 és 1,5 % (m/m) CaCO3-tal kevertünk össze 3 ismétlésben. A szűrőpapírral kibélelt, tölcsérekbe helyezett mintákat egy héten át naponta annyi desztillált vízzel nedvesítettük meg, hogy a bányameddő
vízkapacitását (20 %) elérjük. Egy hét elteltével a kiszárított minták pH-ját a fent ismertetett módon határoztuk meg. Megállapítottuk, hogy 6,3-as pH eléréséhez 0,5 %-nyi CaCO3-ot kell a bányameddőhöz keverni.
A kísérlethez felhasznált, fémszennyeződést nem tartalmazó CaCO3 (puriss) és KH2PO4
(puriss) a Spektrum 3-D Kft.-től (Debrecen) származott.
A települési szennyvíziszap komposzt mintákat a Nyírségvíz Rt. (Nyíregyháza) Westsik Vilmos úti telepén található prizmákból (3.3.2. fejezet. IV. melléklet) gyűjtöttük. A szennyvíziszap komposztot laboratóriumban légszáraz állapotig megszárítottuk, majd kalapácsos malommal (3.12.fejezet) <1 mm részecskeméretig aprítottuk. Salétromsavas és hidrogén-peroxidos roncsolás után ICP-OES analízissel (3.14. fejezet) megállapítottuk, hogy a kísérlethez felhasznált szennyvíziszap csak mérsékelten szennyezett nehézfémekkel (Cd–
3,96; Cu–158; Mn–468; Pb–135; Zn–1278 mg kg-1 sz.a.), pH-ja pedig gyengén savanyú kémhatású; pH(H2O): 6,1 és pH(KCl): 5,95.
A kereskedelemben beszerzett tőzegmohát (pH(KCl): 3,88) a litván Joint Stock Company állította elő, felhasználás előtt felaprítottuk (<1 mm).
A természetes zeolitot (RBZ-jelű klinoptilolites riolittufa) a Zempléni-hegységben bányászták, és a Geoproduct Kft. bocsátotta rendelkezésünkre (jellemzőit ld. SIMON, 2001b).
A mintákat alaposan összekevertük, dörzsmozsárban porítottuk és 0,25 mm átmérőjű szitán átszitáltuk. Salétromsavas és hidrogén-peroxidos roncsolás után ICP-OES analízissel (3.14.
fejezet) megállapítottuk, hogy a felhasznált zeolit elenyésző mértékben tartalmaz nehézfémeket (Cd–0,77; Cu–2,99; Mn–156; Pb–25,1; Zn–35,1 mg kg-1 szárazanyag).
A tenyészedényes kísérlet beállításához 4,5 kg légszáraz bányameddőt alaposan összekevertünk 0,5 % (m/m) CaCO3-tal. A 3 ismétléssel beállított kísérletben a kezelések* az alábbiak voltak:
1. 0,5 % (m/m) CaCO3
2. (1) + 9 % (m/m) települési szennyvíziszap komposzt 3. (1) + 5 % (m/m) tőzeg
4. (1) + 7,5 % (m/m) zeolit 5. (1) + 9 % (m/m) KH2PO4
6. (1) + (2) + (3) + (4) + (5) (kombinált kezelés)
* Mivel a meszezetlen bányameddőn nem lehetett növényt nevelni, az eredeti bányameddővel nem állítottunk be kontrollt.
Egy-egy tenyészedénybe 0,25 kg bányameddőt helyeztünk, melyet 50 cm3 desztillált vízzel nedvesítettünk meg. Ezzel a vízzel a bányameddőbe 40 mg kg-1 nitrogént is kijuttattunk NH4NO3 formájában, melyet később, a növények 4 hetes korában is megismételtünk. A kezelt bányameddőt ezután 9 héten át szobahőmérsékleten tartottuk (érleltük) a laboratóriumban oly módon, hogy hetente 80 cm3 desztillált vízzel nedvesítettük meg. A kísérlet indítása előtt valamennyi tenyészedényben 3 ismétléssel 5 g mintából meghatároztuk a pH-t.
A tenyészasztalokon véletlenszerű sorrendben elhelyezett edényekbe 1,71 g vörös csenkesz (Festuca rubra L., cv. Keszthelyi 2) magot vetettünk el. A növényeket szabályozott környezeti paraméterek (3.8.1. fejezet) mellett neveltük, és hetente háromszor desztillált vízzel öntöztük.
A vörös csenkesz hajtását 4 (1. vágás) és 8 hetes (2. vágás) korban takarítottuk be. A kísérlet befejezésekor, 8 hetes korban a gyökerek összegyűjtésére is sor került. A növénymintákat megmostuk, megszárítottuk, megdaráltuk, majd salétromsavas és hidrogén-peroxidos feltárás után ICP-OES technikával elvégeztük az elemanalízisüket (3.12. és 3.14.fejezet).
A kísérlet bontásakor 3 ismétléssel megmintáztuk a bányameddőt, melyben megmértük a pH-t, illetve az „összes”, „felvehető” és „kicserélhető” nehézfém-tartalmat (3.13. fejezet).
2. tenyészedényes kísérlet: A felhasznált bányameddő ezúttal egy másik gyöngyösoroszi meddőhányóból származott(TAMÁS ésKOVÁCS, 2005) (pozíció: 47°50’34” északi szélességi és 19°52’44” keleti hosszúsági fok). A mintavétel, minta-előkészítés, pH-mérés, meszezés és a nehézfém-tartalom vizsgálat a fentiekben leírt módon történt. Megállapítottuk, hogy a bányameddő kiindulási pH-ja 3,73. A pH 6,5 fölé emeléséhez 1 %-nyi CaCO3-ot kellett a bányameddőhöz keverni.
A Zn-toleráns arbuszkuláris mikorrhiza gomba (Glomus intraradices BrI törzs, Glomeromycota, Glomerales) spóráit és hifáit tartalmazó oltóanyag a Inox GmbH-tól származott (Kölau, Németország). Ezt a törzset a cinkkel szennyezett talajon fejlődő Viola calaminaria (DC. Lej.) növény gyökeréről izolálták, és kukorica gazdanövényen szaporították fel (HILDEBRANDT et al., 1999; KALDORF et al., 1999).
A légszáraz, homogenizált, átszitált, nem sterilizált bányameddőből 4 kg-nyit nem kezeltünk, 16 kg-nyit pedig 1 % (m/m) CaCO3-tal kevertünk össze. A 4 ismétléssel beállított kísérletben a kezelések az alábbiak voltak:
1. Nem kezelt (eredeti) bányameddő 2. (1) + 1 % CaCO3
3. (2) + Glomus intraradices oltás
4. (2) + 5 % (m/m) szennyvíziszap komposzt + 7,5 % (m/m) zeolit 5. (4) + Glomus intraradices oltás
Egy-egy tenyészedénybe 1 kg bányameddőt helyeztünk, melybe 40 mg kg-1 nitrogént is kijuttattunk NH4NO3-oldat formájában. A nitrogén kijuttatást a növények 4 és 8 hetes korában is megismételtük. A bányameddőt ezúttal is 9 hétig érleltük a fentiekben leírt módon. A pH-t a kísérlet indítása előtt és után 5 g-os bányameddő-mintákból határoztuk meg 4 ismétléssel.
A tenyészasztalokon véletlenszerű sorrendben elhelyezett edénybe 0,6 g vörös csenkesz (cv. Keszthelyi 2) magot vetettünk el. A 3. és 5. kezelés esetén a fűmag vetése 6-7 cm vastag bányameddő-rétegre történt, mely alá 0,75 mm lyukbőségű, műszállal készült hálót helyeztünk. E két kezelés esetén két hét múlva, a műanyag háló segítségével, a kikelt növényeket óvatosan kiemeltük, és a gyökerek alá 0,03 % (m/m) Glomus oltóanyagot rétegeztünk (22. fotó).
A vörös csenkesz hajtását a magvak elvetése után 4 héttel (1. vágás), 8 héttel (2. vágás) és 12 héttel (3. vágás) gyűjtöttük be. A fényszobás, tenyészedényes kísérletet 12 hetes korban bontottuk. A hajtások és gyökerek mosása, szárazanyag-hozamának és nehézfém-tartalmának vizsgálata a 3.12.és 3.14. fejezetekben részletezett módon történt.
A megmosott gyökerekből 0,2 g-os részmintákat vettünk 3 ismétlésben. A gyökereket glicerines anilinkékkel festettük meg (23. fotó). KORMANIK et al. (1980) módszere szerint. A mikorrhiza infekció gyakoriságát (F%) és intenzitását (M%), az abszolút (a%) és relatív (A%) arbuszkulum gazdagságot 30 db 1 cm-es gyökérszegmensen határoztuk meg TROUVELOT et al. (1985) módszerét alkalmazva.
A kísérlet befejezésekor 4 ismétléssel bányameddő-mintákat vettünk (3.8.1. fejezet), melyben megmértük az „összes” nehézfém-tartalmat (3.13. fejezet).
A bányameddőn átszüremlett infiltrátumot a tenyészidő 4., 8. és 12. hetében Prenart Super Quartz (Prenart Equipment Aps, Frederiksberg, Dánia) mini-liziméterekkel mintáztuk meg (24. fotó). A bányameddőt a szántóföldi vízkapacitás (20 %) eléréséig desztillált vízzel telítettük, majd a liziméterekben 24 órán keresztül 667 mbar vákuumot képeztünk. Az átlagosan 80 cm3-nyi infiltrátumot MN 619 G ¼ típusú (Macherey-Nagel GmbH, Düren, Németország) szűrőpapíron átszűrtük és cc. HNO3-val megcseppentettük. A nehézfém-tartalmat 3 ismétlésben 10 cm3-nyi részmintákban mértük ICP-OES technikával.
3.12. Növényminták előkészítése az elemanalízishez, szárazanyag-tartalom