Growth and uptake of Cd and Zn byLeucaena leucocephala in reclaimed soils as affected by NaCl salinity

Abstract

Heavy metal accumulation in reclaimed soils is increasing rapidly in developing countries where the use of saline waters for irrigation is a common practice, even though salinity-heavy metal interactions are not fully understood. An example for this development is the Bangar area of Egypt where the application of contaminated amendments during the last 30 years has increased the Cd and Zn concentrations in topsoils from 0.08 to 0.76 mg · kg—1 and from 17 to 73 mg · kg—1 respectively. This work aimed at evaluating the uptake of Cd and Zn by Leucaena leucocephala, a leguminous tree cropped for fodder and green manure, as affected by the addition of 10 mM NaCl to irrigation water. During a 6 month field experiment, salinized and control plots were compared with respect to soil solution composition and root development as well as the uptake of Cd and Zn and their translocation to the leaves. NaCl treatment raised the concentration of organic carbon, Cd and Zn in soil solution and enhanced the uptake of Cd and Zn significantly. Salinized plants showed shorter roots, reduced retention of Cd and Zn in roots and stems and considerable translocation of both elements to the leaves. This work demonstrates that NaCl salinity affects not only the bioavailability of soil Cd and Zn but also modifies plant functions related to their acquisition and translocation to the leaves. The results provide evidence that the risk of transfer of heavy metals to the food chain and their leachability to the ground water may be greater under saline conditions than generally assumed. Wachstum und Aufnahme von Cd und Zn durch Leucaena leucocephala in meliorierten Sandböden in Abhängigkeit von der NaCl-Salinität In Entwicklungsländern nimmt die Schwermetallanreicherung in Böden rapide zu. Dort ist die Bewässerung mit salinen Wässern verbreitet, obgleich mögliche Salinität-Schwermetall Interaktionen kaum geklärt sind. Ein Beispiel für diese Entwicklung bietet das Bangar-Gebiet in Ägypten, wo die Cd-Konzentrationen im Oberboden in den letzten 30 Jahren von 0,08 auf 0,76 mg · kg—1 und die Zn-Konzentrationen von 17 auf 73 mg · kg—1 zunahmen. Diese Arbeit zielte darauf ab, die Aufnahme von Cd und Zn durch Leucaena leucocephala, eine baumartige Gründünger- und Futterleguminose, in Abhängigkeit von einem 10 mM NaCl-Zusatz zum Wasser zu evaluieren. In einem 6-monatigen Feldversuch wurden NaCl-behandelte und Kontrollparzellen im Hinblick auf Wurzel-entwicklung und Zusammensetzung der Bodenlösung sowie die Aufnahme von Cd und Zn und deren Verlagerung in die Blätter verglichen. Die NaCl-Behandlung erhöhte die Konzentrationen von Cd, Zn und organischem Kohlenstoff in der Bodenlösung und förderte die Aufnahme von Cd und Zn. NaCl-behandelte Pflanzen zeichneten sich durch kürzere Wurzeln, reduzierte Retention von Cd und Zn in Wurzeln und Stengeln und eine beträchtliche Verlagerung beider Elemente in die Blätter aus. Diese Arbeit demonstriert, dass NaCl nicht nur die Bioverfügbarkeit von Cd und Zn verändert, sondern auch Pflanzenfunktionen modifiziert, die für die Aufnahme und Verlagerung von Schwermetallen von Bedeutung sind. Darüber hinaus sprechen die Ergebnisse dafür, dass der Schwermetalltransfer in die Nahrungs-kette und das Risiko der Schwermetallauswaschung ins Grundwasser unter salinen Bedingungen größer sind als bislang angenommen.