Utilization of two common fern species : Pteris tripartita and Pteris vittata to remediate copper and arsenic contaminated soils

การใช้เฟิน Pteris tripartita และ Pteris vittata ในการบำบัดดินปนเปื้อนทองแดงและสารหนู

Name: Kingkan Kheawsaard

LCSH: Arsenic

LCSH: Copper

LCSH: Ethylenediaminetetraacetic acid

LCSH: Ferns

LCSH: Soils

Abstract: This research aimed to investigate possibility of utilizing two fern species: Pteris tripartita and Pteris vittata in extracting copper and arsenic in contaminated soils, as well as spiked aqueous media. Rate and extent of metal accumulation, as well as localization of copper and arsenic in different parts of the tested fern were also examined. In addition, an observation on effects of a chelating agent EDTA to copper and arsenic translocation in the tested ferns was conducted. From the results, both fern species at 7-months old could grow well in a copper contaminated soil up to 514 mg Cu/ kg soil without any apparent adverse effects. Since the tested soil was polluted with pig manure, it was high in fertility with elevated total nitrogen content up to 1.48 g N/ 100 g soil, 20.06 % organic matter and 5,150 mg P/ kg soil. After 8 weeks of copper accumulating studies, 156 and 172 μg Cu/g dry weight were observed in the root part of P. tripartita and P. vittata, respectively. However, only a small amount of copper were accumulated in other parts of the tested plants. For the petiole and frond, only 17 and 19 μg Cu/ g dry weight, and 8 and 16 μg Cu/g dry weight were found, respectively. Considering the dry biomass of both ferns, the uptake efficiency of P. tripartita was 369 μ g/ plant almost 3-fold higher than that of 118 μg/ plant of P. vittata. For arsenic contaminated soil, growth retardation was observed in both tested ferns. Soil collected from Ron Phibun district contained high arsenic levels up to 14,761 mg As/kg soil. It was low in fertility with low total nitrogen content of 0.06 g N/ 100 g soil and 0.82 % organic matter. After 8 weeks of arsenic accumulating studies in arsenic contaminated soil, P. tripartita stored arsenic in root, petiole and frond tissues at the concentration of 662, 40 and 95 μg As/ g dry weight, respectively, while P. vittata accumulated high arsenic in its frond at 7,920 μg As/ g dry weight. Arsenic was accumulated at 1,177 and 1,736 μg/ g dry weight in root and petiole, respectively. The fern P. vittata could store arsenic up to 6,142 μg/ plant compared to only 793 μg/ plant of P. tripartita. In copper spiked liquid media, both ferns could tolerate up to 40 mg Cu/ l during the 3 weeks experimental period. Copper was found mostly in the root of both ferns. For P. tripartita, 35,345 and 487 μg /g dry weight, for P. vittata 29,908 and 1,261 μg/ g dry weight were accumulated in root and shoot, respectively. In the case of P. tripartita, EDTA could significantly enhance copper translocation into the shoot. However, a similar result was not observed in P. vittata. The fern P. tripartita could tolerate up to 5 mg As/ l. Arsenic was found to accumulate mostly in root tissues at 271 μg /g dry weight and shoot at 131 μg/ g dry weight. Arsenic was less toxic to P. vittata. There was no apparent toxic effect observed after 3 weeks exposure to 20 mg/l arsenic. Up to 2,412 and 1,774 μg/ g dry weight could be observed in its shoot and root, respectively. EDTA could not stimulate translocation of arsenic into shoot of P. tripartita, while it caused significant decrease of arsenic accumulation in shoot of P. vittata. The results indicated that both fern species could be utilized for remediation of copper and arsenic contaminated soil, as well as for treating wastewater containing high copper and arsenic concentrations. Due to elevated copper levels in the root of both ferns, when applied in the field, the whole plant, including roots had to be harvested. The fern P. vittata evidently showed characteristics of arsenic hyperaccumulator. Comparing to P. tripartita, it seemed to be more suitable for the purpose of remediating arsenic contaminated soils despite smaller biomass.

Abstract: งานวิจัยนี้จุดประสงค์เพื่อศึกษาหาความเป็นไปได้ในการใช้เฟิน 2 ชนิดคือ Pteris tripartita และ Pteris vittata ในการบำบัดดินปนเปื้อนทองแดงและสารหนู และในอาหารเหลวที่เติมทองแดงและสารหนู โดยทดสอบหา ปริมาณการสะสม และการเคลื่อนย้ายของทองแดงและสารหนูในส่วนต่าง ๆ ของเฟิน รวมถึงการสังเกตถึงผลของสารจับ โลหะ EDTA ที่มีผลต่อการเคลื่อนย้ายทองแดงและสารหนูในเฟินทั้ง 2 ชนิด ผลการศึกษาพบว่าเฟินทั้ง 2 ชนิดที่มีอายุ 7 เดือน สามารถเจริญได้ดีในดินตัวอย่างที่มีการปนเปื้อนทองแดงใน ระดับ 514 มก/ กก ดิน โดยไม่มีแสดงผลจากความเป็นพิษ และเนื่องจากเป็นดินที่มีการปนเปื้อนด้วยมูลสุกร ทำให้มี ความสมบูรณ์สูง คือมีปริมาณไนโตรเจนรวม 1.48 กรัม/ 100 กรัมดิน ปริมาณอินทรีย์วัตถุ ร้อยละ 20.06 และ ฟอสฟอรัส 5,150 มก/ กก ดิน หลังจากการทดลองปลูกเป็นเวลา 8 อาทิตย์พบว่ามีการสะสมเป็นส่วนใหญ่ในราก โดย พบ 156 และ 172 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ของ P. tripartita และ P. vittata ตามลำดับ มีการสะสมเพียงเล็กน้อย ในใบและก้านใบ โดยใน P. tripartita พบ 17 และ 19 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ส่วน P. vittata พบ 8 และ 16 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ตามลำดับ เมื่อพิจารณาถึงน้ำหนักรวมแล้ว P. tripartita สามารถสะสมได้ 369 ไมโครกรัม/ ต้น ซึ่งมากกว่าที่ P. vittata สะสมได้ 118 ไมโครกรัม/ ต้น ประมาณ 3 เท่า ส่วนในดินจากร่อนพิบูลย์ที่มี การปนเปื้อนสารหนูสูงถึง 14,761 มก/ กก ดิน นั้นมีความสมบูรณ์ค่อนข้างต่ำโดยมีปริมาณไนโตรเจนรวม 0.06 กรัม/100 กรัมดิน ปริมาณอินทรีย์วัตถุ ร้อยละ 0.82 และฟอสฟอรัส 65 มก/ กก ดิน หลังจากทดลองปลูกเฟินเป็นเวลา 8 อาทิตย์ P. tripartita สามารถสะสมสารหนูได้ 662 และ 40 และ 95 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ในราก ก้านใบ และ ใบ ตามลำดับ ขณะที่ P. vittata สะสมสารหนูในใบได้ถึง 7,920 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ส่วนในรากและก้านใบ พบ 1,177 และ 1,736 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้งตามลำดับ เมื่อพิจารณาถึงมวลรวม P. vittata สามารถสะสมสาร หนูได้ถึง 6,142 ไมโครกรัม/ ต้น มากกว่า P. tripartita ที่สะสมได้ 793 ไมโครกรัม/ ต้น ผลการทดลองในสารละลายทองแดง พบว่าในช่วงการทดลอง 3 สัปดาห์ เฟินทั้ง 2 ชนิดสามารถเติบโตได้ดีจน ถึงระดับ 40 มก/ ลิตร และมีการสะสมทองแดงส่วนใหญ่ที่ราก ใน P. tripartita พบ 35,345 และ 487 ไมโครกรัม/ กรัม น้ำหนักแห้ง ส่วน P. vittata พบ 29,908 และ 1,261 ที่ราก และส่วนเหนือราก ตามลำดับ และเมื่อเติม EDTA ลง ในสารละลาย พบว่ามีการสะสมทองแดงในส่วนเหนือรากเพิ่มขึ้น เฉพาะในเฟิน P. tripartita แต่ไม่ปรากฎใน P. vittata ส่วนในสารละลายสารหนูพบว่า P. tripartita นั้นสามารถเจริญในสารละลายที่มีความเข้มข้น 5 มก/ ลิตร โดยสะสมสาร หนูส่วนใหญ่ คือ 271 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ในราก และในส่วนเหนือรากเพียง 131 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนัก แห้ง สารหนูมีความเป็นพิษค่อนข้างต่ำต่อเฟิน P. vittata จึงสามารถเจริญได้ดีจนถึงระดับความเข้มข้น 20 มก/ ลิตร พบ การสะสมสารหนูส่วนใหญ่ ที่ระดับ 2,412 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ในส่วนเหนือราก และในราก 1,774 ไมโครกรัม/กรัม น้ำหนักแห้ง ส่วน การเติม EDTA ในสารละลายไม่มีผลต่อการสะสมสารหนูในส่วนเหนือรากของ P. tripartita นอกจากนั้นยังเป็นเหตุที่ทำให้ปริมาณของสารหนูในส่วนเหนือรากของ P. vittata ลดลง ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าเฟินทั้ง 2 ชนิดสามารถใช้บำบัดทองแดงและสารหนูในดิน และในน้ำเสียที่มีปริมาณ ทองแดง และสารหนูสูงได้ แต่เนื่องจากมีการสะสมทองแดงมากในราก ในกรณีที่ต้องการนำไปใช้จริง จึงจำเป็นต้องเก็บ เกี่ยวทั้งต้นรวมถึงราก สำหรับสารหนูนั้น P. vittata มีคุณสมบัติของการเป็นพืชที่สามารถสะสมสารหนูได้สูง จึงเหมาะ สมที่จะนำไปใช้สำหรับบำบัดดินปนเปื้อนสารหนู แม้ว่าจะมีมวลน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับ P. tripartita

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Patana Thavipoke

Role: Thesis Advisors

Created: 2004

Modified: 2553-04-26

Issued: 2010-02-05

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740446175

CallNumber: TH K53u 2004

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Technology of Environmental Management

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4337276.pdf	1.71 MB	71	2020-09-29 12:22:42

ใช้เวลา

-0.711367 วินาที