The phytotoxicity and degradation of diesel hydrocarbons in soil

Abstract

Hydrocarbon contamination in soils may be toxic to plants and soil microorganisms and act as a source of groundwater contamination. The objective of the study was to evaluate the fate of adding diesel in soil with no previous history of hydrocarbon contamination. Particular aspects examined were soil respiration, changes in microbial population, breakdown of diesel hydrocarbon and phytotoxicity to germination of ryegrass. Soil respiration was measured as evolved CO2. Bacterial population was determined as Colony Forming Units (CFUs) in dilution plates, and fungal activity was measured as hyphal length. The fate of individual hydrocarbons was determined by GC-MS after extraction with dichloromethane. When 0.64 % (w/w) of diesel was added to soil, the respiration response showed a lag phase of 2 days and maximum respiration occurred at day 7. The lag phase was 5 days and maximum respiration occurred at day 11 in soil after adding 1.6 %, 4.0 %, and 13.6 % of diesel (w/w). After the peak, respiration decreased up to 20 days, in each of the four levels of diesel addition to the soil. Thereafter, respiration becomes more or less constant but substantially greater than the control. Diesel addition up to 4.0 % (w/w) increased the bacterial population to 10 fold but fungal hyphal length did not increase. However, bacterial population did not increase after adding 13.6 % (w/w) of diesel and fungal hyphal length was significantly less than the control and other three levels of diesel. Removal of inhibition to germination of perennial ryegrass was linked to the decomposition of n-C10 and n-C11 hydrocarbons and took from 11 to 30 days depending on the levels of diesel added to the soil. Contamination with 13.6 % (w/w) of diesel inhibited the germination of perennial ryegrass until 24 weeks of incubation. Phytotoxizität und Degradierung von Kohlenwasserstoffen aus Diesel im Boden Kontaminationen mit Kohlenwasserstoffen im Boden können toxisch für Pflanzen und Bodenmikroorganismen und eine Quelle für Verunreinigungen des Grundwassers sein. Das Ziel dieser Untersuchung war, das Schicksal von Diesel in unbelastetem Boden zu evaluieren. Dazu wurden die Bodenrespiration, die Veränderung der Mikrobenpopulation, der Abbau von Kohlenwasserstoffen aus dem zugefügten Diesel und die Phytotoxizität gegenüber keimendem Roggen untersucht. Die Bodenrespiration wurde über die CO2-Entwicklung gemessen. Bakterienpopulationen wurden als koloniebildende Einheiten in einer Verdünnungsreihe bestimmt und Pilzaktivitäten über die Hyphenlänge gemessen. Der Verbleib einzelner Kohlenwasserstoffe wurde nach einer Extraktion mit Dichlormethan über GC-MS bestimmt. Bei einer Dieselkonzentration von 0,64 % (w/w) im Boden weist die Respiration eine Lag-Phase von 2 Tagen mit einem Maximum nach 7 Tagen auf. Die Lag-Phase betrug 5 Tage mit einem Maximum nach 11 Tagen, wenn 1,6 %, 4,0 % und 3,6 % (w/w) Diesel zum Boden gegeben wurden. Nach diesem Maximalwert verringert sich die Bodenrespiration über einen Zeitraum von 20 Tagen bei jeder der untersuchten Dieselkonzentrationen. Hiernach blieb die Respiration konstant aber wesentlich höher als der Kontrollwert. Bei einer Dieselkonzentration bis zu 4,0 % (w/w) steigt die Bakterienpopulation um das 10fache, aber es kam zu keinem vermehrten Hyphenwachstum. Eine Dieselkonzentration von 13,6 % (w/w) führt zu keinem Anstieg in der Bakterienpopulation und das Hyphenwachstum war signifikant geringer als in der Kontrolle und bei den anderen drei Konzentrationen. Die Aufhebung der Keimungshemmung von mehrjährigem Weidelgras war verknüpft mit der Zersetzung von n-C10- und n-C11-Kohlenwasserstoffen und brauchte 11 bis 30 Tage je nach Dieselkonzentration des Bodens. Eine Konzentration von 13,6 % (w/w) hemmt die Keimung von mehrjährigem Weidelgras bis zu 24 Wochen nach der Inkubation.