Growth of seedlings of pigeon pea (Cajanus cajan (l.) millsp), wand riverhemp (Sesbania virgata (cav.) pers.), and lead tree (Leucaena leucocephala (lam.) de wit) in an arsenic-contaminated soil

Abstract

Phytoremediation strategies utilize plants to decontaminate or immobilize soil pollutants. Among soil pollutants, metalloid As is considered a primary concern as a toxic element to organisms. Arsenic concentrations in the soil result from anthropogenic activities such as: the use of pesticides (herbicides and fungicides); some fertilizers; Au, Pb, Cu and Ni mining; Fe and steel production; coal combustion; and as a bi-product during natural gas extraction. This study evaluated the potential of pigeon pea (Cajanus cajan), wand riverhemp (Sesbania virgata), and lead tree (Leucaena leucocephala) as phytoremediators of soils polluted by As. Soil samples were placed in plastic pots, incubated with different As doses (0; 50; 100 and 200 mg dm-3) and then sown with seeds of the three species. Thirty (pigeon pea) and 90 days after sowing, the plants were evaluated for height, collar diameter and dry matter of young, intermediate and basal leaves, stems and roots. Arsenic concentration was determined in different aged leaves, stems and roots to establish the translocation index (TI) between the plant root system and aerial plant components and the bioconcentration factors (BF). The evaluated species showed distinct characteristics regarding As tolerance, since the lead tree and wand riverhemp were significantly more tolerant than pigeon pea. The high As levels found in wand riverhemp roots suggest the existence of an efficient accumulation and compartmentalization mechanism in order to reduce As translocation to shoot tissues. Pigeon pea is a sensitive species and could serve as a potential bioindicator plant, whereas the other two species have potential for phytoremediation programs in As polluted areas. However, further studies are needed with longer exposure times in actual field conditions to reach definite conclusions on relative phytoremediation potentials.

A fitorremediação é uma estratégia que utiliza plantas para descontaminar ou imobilizar poluentes do solo. Entre os poluentes do solo, o As é considerado o principal elemento tóxico aos organismos vivos. A presença de As no solo pode ser decorrente de atividades antrópicas, como: uso de pesticidas (herbicidas e fungicidas); alguns fertilizantes; extração de Au, Pb, Cu e Ni; produção de Fe e aço; combustão de carvão; e coprodução durante a extração de gás natural. Este trabalho avaliou o potencial de feijão-guandu (Cajanus cajan), sesbania (Sesbania virgata) e leucena (Leucaena leucocephala) como fitorremediadoras de solos contaminados por As. Amostras de solo foram colocadas em potes de plástico, incubadas com diferentes doses de As (0, 50, 100 e 200 mg dm-3) e semeados com sementes das três espécies. Aos 30 (feijão-guandu) e aos 90 dias após a semeadura, as plantas foram avaliadas quanto a altura, diâmetro de colo e matéria seca de folhas jovens, intermediárias e basais, ramos e raízes. A concentração de As foi determinada nas diferentes folhas, ramos e raízes, a fim de estabelecer o índice de translocação (TI) entre o sistema radicular e a parte aere das plantas e o fator de bioconcentração (BF). As espécies avaliadas apresentaram comportamento distinto em relação à tolerância ao As, uma vez que a sesbania e a leucena foram significativamente mais tolerantes que o feijão guandu. A elevada concentração de As encontrada nas raízes de sesbania sugere a existência de um eficiente mecanismo de acumulação e compartimentalização, no sentido de reduzir a translocação para os tecidos da parte aérea. O feijão-guandu é uma espécie sensível ao As, podendo ser utilizado como planta indicadora, enquanto as outras duas espécies apresentam potencial para serem utilizadas em programas de fitorremediação de áreas contaminadas por As. Entretanto, estudos futuros em condições de campo e de longa duração são necessários para a obtenção de conclusões definitivas em relação ao potencial de fitorremediação dessas espécies.