Typha domingensis, södra starr, en vassartad kärrväxt som lever i färskt till svagt bräckt vatten och är cirka 2,5 m hög, kan rensa upp till 34 gånger mer mangan från förorenad jord än andra växter som finns i liknande miljöer. I en nyligen genomförd studie ackumulerade det mellan 10 och 13 gånger mer mangan än andra naturligt förekommande våtmarksväxter som hibiskus, säd och buskar, vilket visar dess potential för användning i hållbar rehabilitering av områden som påverkas av järngruvor.

En artikel om studien publiceras i Journal of Cleaner Production av forskare vid University of São Paulos Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ-USP) i Brasilien och medarbetare.

Enligt artikeln är T. domingensis mycket effektiv vid fytoremediering, särskilt på grund av dess förmåga att rensa upp mangan, ett potentiellt giftigt mikronäringsämne som kan utgöra en stor ekologisk fara.

Analysen som forskarna utförde visade att mängden mangan motsvarade 6 858 milligram per kilogram (mg/kg) i växtens skott, jämfört med ett genomsnitt på 200 mg/kg för andra arter.

Fältarbetet utfördes i Regência vid Doce-flodens mynning i delstaten Espírito Santo, ett område som översvämmas av en del av de 50 miljoner kubikmeter järngruvavfall som släpptes när Fundão tailingsdammen brast i november 2015 i orten Mariana, Minas Gerais ( en grannstat till Espírito Santo), vilket orsakade den värsta miljökatastrofen i Brasiliens historia.

Katastrofen drabbade 41 städer i Minas Gerais och Espírito Santo, och 19 människor dog. Det giftiga avfallet nådde mynningen cirka två veckor senare och beräknas ha förorenat 240,8 hektar atlantisk regnskog och dödat 14 ton fisk. Många projekt och program har lanserats sedan dess för att försöka mildra skadorna, men flodmynningen är fortfarande förorenad.

Studien visade att växterna i mynningen utvann 147 ton mangan, eller 75,7 ton per hektar (t/ha).

En tidigare studie utförd i samma område och publicerad i Journal of Hazardous Materials i januari 2022 visade att samma växter tog bort större mängder järn från förorenad jord och vatten än Hibiscus tiliaceus, ett 4–10 m träd med gula blommor som ofta kallas strandhibiskus.

"Vi har arbetat på Doce sedan 2015 och har uppnått ett bra grepp om den geokemiska dynamiken hos flera metaller som finns i avfallet, såsom järn, mangan och andra potentiellt giftiga element. Detta ger oss möjlighet till framsteg i att planera mer effektiva saneringsstrategier för dessa förorenade områden. Den kunskap som byggts upp i dessa studier kommer att användas inte bara för att rehabilitera försämrade områden utan också för att formulera jordbruksstrategier som ett bidrag till mer hållbar gruvdrift," berättade Tiago Osório Ferreira, sista författare till båda artiklarna. Agência FAPESP. Ferreira är professor vid ESALQ-USP:s markvetenskapsavdelning.

Fytoremediation innebär användning av växter för att extrahera och avlägsna elementära föroreningar eller sänka deras biotillgänglighet i jord. Agromining består av att odla växter som kan lagra metaller i sina rötter och löv för att utvinna dessa metaller för industriellt bruk. I linje med idén om en cirkulär ekonomi tjänar denna naturliga utvinning två syften samtidigt:att producera metaller och att avgifta jordar. Tekniken är inte allmänt använd för närvarande. Ett antal jordbruksprojekt pågår till exempel i Australien.

"Vi visste från forskning från andra att mangan är ett problem i regionen, som förorenar vattnet, jorden och fisken. När vi gick till området som drabbats av järnmalmsavfall, förväntade vi oss att finna att T. domingensis och Eleocharis acutangula [akut spikerush ] ackumulerat mer mangan än H. tiliaceus, en trädart som finns i området, men resultaten visade att T. domingensis kan ackumulera 13 gånger mer mangan i sina luftdelar än de andra två arterna. Processen hade mindre påverkan via rotjärnplack [en form av fysiologisk anpassning där järnoxid fälls ut och bildar järnplack på ytan av växtens rötter], säger Amanda Duim Ferreira, första författare till båda artiklarna.

Enligt den senaste studien ackumulerade T. domingensis 18 mg/kg i rötter och 55 mg/kg i järnplack.

Växter anpassade till våtmarksmiljöer fångar upp syre från atmosfären via sina luftdelar och överför det till rötterna via porös vävnad som kallas aerenchyma. Denna syresättning upprätthåller rotsystemet, som ansvarar för förankring samt intag av vatten och mineralsalter.

Absorption av organiskt material av växter gynnar upplösning av manganoxid, och frisättning av protoner kan utlösa upplösning av mangankarbonat. Å andra sidan kan vattenväxter också oxidera sin rhizosfär (zonen som omger växtrötter där markens biologi och kemi påverkas av rötterna) på grund av intern transport av syre till rötterna för att undvika hypoxi. Denna process kan minska biotillgängligheten av mangan.

Metoder

Forskarna mätte markens fysikalisk-kemiska parametrar (rhizosfärens pH, bulkjordens pH och redoxpotential) samt totala organiskt kolinnehåll. De utvann också mangan från jorden under platser som naturligt vegeterades av de tre växtarterna och utförde geokemisk fraktionering av mangan i de studerade jordarna.

Mangannivåer mättes i växternas rötter, luftparti och järnplack. Biokoncentrations- och translokationsfaktorer bestämdes för att uppskatta deras förmåga att fungera som hyperackumulatorer av mangan och potentiell användning i fytoremedieringsprogram.

"Dessa upptäckter öppnar upp en rad möjligheter för användning av fytoremediering. Kunskap om absorptionsmekanismer kan vara en grund för att odla T. domingensis via olika strategier för att erhålla optimala resultat. Vi har gått vidare från fytoremediation till agromining när vi fortsätter denna forskning , säger Tiago Osório Ferreira, som leder ESALQ-USP:s Soil Geochemistry Research Group.

Duim Ferreira, som är på en forskarpraktik vid North Carolina State University (NCSU) i USA, fokuserar på tekniker för att odla T. domingensis för att optimera dess potential för fytoremediering. "Vi tillämpar flera tekniker på basis av vad vi vet om den bästa tiden för plantering och antalet skördar per år för att öka biomassaproduktionen och ta bort mest mangan och järn", sa hon.

Anläggningen fortsätter att ackumulera stora mängder av metallerna i flera år, tillade hon. Dammen brast 2015 och prover har tagits i mynningen varje år sedan 2019 (i augusti 2021 och februari 2022). + Utforska vidare

Vattenväxter kan vara effektiva för att ta bort föroreningar från järngruvor, visar studie