Soil contamination is one of the main threats affecting food and water safety and ecosystem services on a global scale. Contamination of toxic inorganic and organic pollutants in soils and its remediation is closely related to the implementation of Sustainable Development Goals. With phytoremediation as a method and biochar as a tool, we used a common plant type Lupin Mexicanus  to remediate soil from arsenic contamination further,  we wanted to study how biochar affects the phytoremediation of contaminants. The combination of biochar made from reeds and L. mexicanus was in this study tested for its suitability for phytoremediation of arsenic (As) in soil. Seeds from L. mexicanus was grown in 18 different pots spiked with As (80 mg kg-1, dry weight) and different percentage of biochar amendment (0, 1, 2, 3, 4,5%). Two additional pots were planted with seeds but completely without any arsenic or biochar. The plants were grown for 5 weeks. The highest concentration in roots was 3094 mg kg-1 found in the pots with 2% biochar. The highest concentration of arsenic in the aerial parts was at a level of 168 mg kg-1 and found in the pots with 5 % biochar. L.mexicanus showed a potential of bioaccumulating arsenic from soil with a bioconcentration factor of 40,6 (2%) and 29,4 (5%), the concentration in leaves was 1-2 times higher compared to that in the soil. The results showed that biochar affected the translocation ratio and uptake of As in L. mexicanus, However, the biochar amended soil did not show anything major to the pH-value at these proportions (5% of biochar or less). This study was limited in explaining the mechanisms responsible for the increase in As uptake but shows a promising application for potential remediation of soils contaminated with high As levels. / Markföroreningar och föroreningar har visat sig vara ett av de största hoten som påverkar mark- och ekosystemtjänster på global nivå. Arbetet med förebyggande av föroreningar i marken och reningsarbeten, såsom marksanering har en stark koppling till nästan alla mål för hållbar utveckling. Med fytoremediering som metod och biokol som medel använde vi växter för att extrahera arsenikförorening från jord. I ett försök att minska kunskapsklyftan  kring hur biokol påverkar fytoremidering av föroreningar kombinerades dessa  två. Kombinationen  av biokol tillverkad av vass och  L.mexicanus testades  i denna studie  för dess lämplighet  för  fytoremediering av  As  i  jord. Frön  från  L.mexicanus odlades  i 18 olika  krukor spetsade med  As (80 mg kg-1  torrsubstans) och i en variation av andelen biokol ändring  (0,1,2,3,4,5%). Två ytterligare krukor planterades med frön men helt utan arsenik  eller  biokol. Dessa krukor fungerade  som  kontroll för att  säkerställa grobarheten hos   fröerna  eller de förhållanden som  växterna  odlades  i. Efter 5 veckor skördades växterna och den högsta koncentrationen av arsenik i rötter var på 3094 mg kg-1  och fanns i krukorna som hade 2% biokol. Den högsta koncentrationen av arsenik i plantdelar ovanjord var på 168 mg kg-1  och var i krukorna med 5% biokol. L. mexicanus visade sig kunna bioackumulera, och resultatet visade att bioconcentrations faktorn uppmätte 40,6 (2%) och 29,4 (5%), varav koncentrationen i löv och skälk var 1-2 gånger högre än vad som återfanns i jorden. Resultaten  visade även att biokol påverkade   translokeringsförhållandet  och  upptaget av arsenik i L. mexicanus, tillsättningen av biokol i  jord gav inga stora förändringar i pH-värdet med tillsatt koncentration  (5%  av biokol  eller mindre). Studien  var begränsad  i  att förklara  de mekanismer som är ansvarig  för  ökningen  av As  upptag men visar en lovande  applikationspotential i arbetet med  sanering av jordar från As.

The aim of this study was to verify the possibility of ibuprofen degradation by selected plant cultures and determination of activities of antioxidant enzymes (peroxidase, catalase, ascorbate peroxidase and glutathione-S-transferase) as markers of oxidative stress caused by ibuprofen. Nicotiana tabaccum (cv. La Burley 21, cv. SR 1 and their GMOs) and Nicotiana glauca were used as experimental plants. The rate of removal of ibuprofen tested by tobacco was decreasing in the following order: N. tabaccum SR1 > N. tabaccum Zm-P60-1-T4 > N. tabaccum TRI 2T2 > N. glauca > N. tabaccum TRI 2T1 > N. tabaccum cv. La Burley > N. tabaccum Zm-P60-1-T5. As the most suitable tobacco for the removal of ibuprofen seemed untransformed N. tabaccum SR1. The long-term experiment showed that plant stress is being manifested even after longtime. N. tabaccum cv. La Burley 21 seemed to be the most tolerant to ibuprofen in compare with the total enzyme activities in cultures with the presence of ibuprofen and controls. N.glauca was the least tolerant cultivar. Keywords: phytoremediation, ibuprofen, Nicotiana tabaccum, Nicotiana glauca, HPLC, peroxidase, catalase, ascorbate peroxidase, glutathion-S-transferase

Food security and eutrophication are two issues proven to have severe impacts on both humanity and the environment. This study suggests improving the local food security by utilizing phosphorus and nitrogen, available in severe eutrophic small lakes, in local food production, thus turning eutrophication from a problem into a resource. The study theoretically experiments the possibility of using eutrophic water in a greenhouse, where hydroponics is used as a cultivation method. The eutrophic water is pumped from the lake into the greenhouse, and then to the hydroponic system, which is expected to remediate the water, returning clean water to the lake. The objective of this process is to phytoremediate eutrophic water and simultaneously, produce edible commercial plants. Finding the best matching lake and plant nitrogen to phosphorus (N:P) ratio, is of key importance to optimize the remediation process. Based on data from a literature review, edible plants N:P ratios are found lower than typical lake N:P ratios, suggesting that, in some cases, edible plants in the hydroponic system would require additional nutrients to grow optimally. Finding the best matching lake and plant N:P ratio is thought to optimize the remediation process. Matching the lake and plant N:P ratio was conducted in Python.

D’après le répertoire des terrains contaminés du MELCC, le Grand Montréal compte plus de 11 000 sites pollués. Une approche pour l’assainissement de ces terrains est la phytoremédiation, une stratégie qui utilise la faculté de certaines plantes pour réduire les concentrations des contaminants in situ. Une contrainte associée à la végétalisation des sites contaminés est le risque de bioaccumulation dans la chaîne alimentaire. Une solution serait l’utilisation de polycultures tirant profit de la combinaison d’espèces végétales aux caractéristiques différentes. L’objectif principal de cette étude était de comparer l’accumulation d’éléments traces d’une plante alimentaire (Solanum lycopersicum—tomate cerise) et de plantes « phytoremédiatrices » (Salix discolor—Saule discolor, Achillea millefolium—achillée millefeuille, Trifolium repens—trèfle blanc) lorsque cultivées en compagnonnage sur des sols contaminés. Quinze traitements ont été examinés : cinq assemblages de plantes et trois sols (technosol à 110 mg Cu kg-1, technosol dopé jusqu’à 2500 mg Cu kg-1 et un sol de jardin non contaminé). Les résultats ont montré (1) que les polycultures incluant T. repens étaient les plus performantes à produire de la biomasse et à phytoextraire le cuivre, (2) que les stress (c.-à-d. compétition et ressource en eau) ont clairement amoindri les performances de S. discolor et (3) la résilience d’A. millefolium d’où l’importance de favoriser sa présence dans les friches industrielles, où celle-ci pousse déjà naturellement. / According to the MELCC’s contaminated land directory, Greater Montréal has more than 11,000 polluted sites. One approach to remediating these lands is phytoremediation, a strategy that uses plants to reduce contaminant concentrations in situ. A restraint associated with the revegetation of contaminated sites is the risk of bioaccumulation in the food chain. A solution would be using polycultures to take advantage of the combination of plant species with different functions. The main objective of this study was to compare the accumulation of trace elements of a food plant (Solanum lycopersicum—cherry tomato) and “phytoremediator” plants (Salix discolor—American pussy willow, Achillea millefolium—yarrow, Trifolium repens—white clover) when grown as companions on contaminated soils. Fifteen treatments were examined: five plant associations (cherry tomato alone, cherry tomato/yarrow, cherry tomato/white clover/yarrow, cherry tomato/discolor willow, and cherry tomato/discolor willow/white clover), as well as three soils (technosoil 110 mg Cu kg-1, technosoil spiked up to 2500 mg Cu kg-1 and uncontaminated garden soil). The results showed (1) that polycultures including T. repens were the most efficient at producing biomass and phytoextrating copper, (2) that stresses (i.e. competition and water resources) reduced the performance of S. discolor and (3) the resilience of A. millefolium and the importance of promoting its presence in brownfield sites, where it already grows naturally.

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Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

Two plant species including Polygonum hydropiper L. and Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland were investigated in their resistance to lead (Pb) and cadmium (Cd) pollution in the soil. Lead-contaminated soil samples were collected from the lead recycling village Dong Mai, Chi Dao commune, Van Lam district, Hung Yen province, Vietnam that had Pb level up to 192,185 mg.kg-1, dry weight (DW). Cadmium-contaminated soil samples were due to supplement of CdCl2.21/2H2O to alluvial soil. Results showed that both species were highly resistant to Pb, however P.hydropiper was better. Similarly, the Cd resistance was higher for P.hydropiper than for H.acutigluma. No morpho-abnormalities of P.hydropiper regarding the impact of lead were recorded, whereas for H.acutigluma, the young leaves had white colour after two months of planting in soil containing lead levels of 192,185 mg.kg-1. The response of both species with Cd in soils included yellowing leaves, withering branches and even dying after 5-15 days exposed to Cd. Lead contents accumulated in above-ground parts of both plants were up to 4,650 and 3,161 mg.kg-1, DW, corresponding to P.hydropiper and H.acutigluma. From the research results on lead resistance and accumulation of two plant species studied, it is suggested that the two species are lead hyperaccumulators can be used for phytoremediation technology to clean contaminated soil. / Hai loài thực vật gồm nghể răm Polygonum hydropiper L. và bấc nhọn Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland được nghiên cứu về khả năng chống chịu ô nhiễm chì (Pb) và cadmi (Cd) trong đất. Mẫu đất ô nhiễm chì được thu từ làng nghề tái chế chì Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, Việt Nam có hàm lượng chì lên đến 192.185 mg.kg-1, tính theo trọng lượng khô (DW). Mẫu đất ô nhiễm Cd là do được bổ sung CdCl2.21/2H2O vào đất phù sa. Kết quả cho thấy cả hai loài đều có sức chống chịu chì rất cao, tuy nhiên nghể răm có khả năng tốt hơn. Tương tự như vậy, sức chống chịu Cd của nghể răm cũng cao hơn của bấc nhọn. Không có dấu hiệu bất thường nào của nghể răm đối với tác động của chì được ghi nhận, trong khi ở bấc nhọn thì lá non có màu trắng sau hai tháng trồng trên đất có hàm lượng chì 192.185 mg.kg-1. Phản ứng của cả hai loài thực vật với Cd trong đất gồm có hiện tượng vàng lá, héo ngọn và thậm chí chết sau 5-15 ngày phơi nhiễm với Cd. Hàm lượng chì được tích lũy cao trong phần trên mặt đất của cả hai loài thực vật lên tới 4.650 và 3.161 mg.kg-1, DW, tương ứng cho loài P.hydropiper và H.acutigluma. Từ kết quả nghiên cứu về khả năng chống chịu và tích lũy chì của hai loài thực vật nghiên cứu, có thể đề xuất đây là hai loài siêu tích lũy chì có thể sử dụng trong công nghệ làm sạch đất ô nhiễm.

Les hydrocarbures aromatiques polycyliques (HAPs) figurent parmi les polluants organiques persistants majeurs des sols pollués et présentent une toxicité avérée vis-à-vis de l'homme et des écosystèmes. Parmi les méthodes de remédiation des sols pollués par les HAPs, la phytoremédiation assistée par les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), pourrait représenter une alternative innovante, écologique et économique. L'utilisation des mycorhizes comme outil de phytoremédiation des sols pollués présente plusieurs avantages dont une meilleure tolérance à la toxicité des HAPs, une meilleure nutrition hydrique et minérale ainsi qu'une meilleure dissipation des HAPs. De rares études ont décrit l'impact des HAPs sur le développement des CMA en lien avec une péroxydation lipidique et une perturbation des teneurs en lipides du CMA, mais ni les cibles d'action de ces polluants au niveau du métabolisme lipidique, ni le rôle de ces modifications dans sa tolérance aux HAPs et dans leur dissipation n'ont été étudiés. C'est pourquoi, le premier objectif de ce travail vise tout d'abord à comprendre l'impact des HAPs sur le métabolisme lipidique. Le radiomarquage par l'acétate [1-¹⁴C] a permis de montrer une perturbation de la biosynthèse des lipides membranaires du CMA extra-racinaire. D'autre part, nos résultats montrent que les HAPs affectent la nutrition phosphatée. Par ailleurs, la capacité des mycorhizes à dégrader et à bioaccumuler le benzo[a]pyrène est démontrée. Enfin, l'implication du métabolisme des lipides de réserve (les triacylglycérols) du mycélium extra-racinaire dans la régénération des membranes altérées, la lutte contre le stress oxydant induit par les HAPs et dans leur métabolisation/bioaccumulation est discutée. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are among the major persistent organic pollutant frequently found in the polluted soils and are harmful for human health and its environment. To clean-up the PAHs polluted soils, phytoremediation assisted by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could represent an innovative, ecological and cost-effective alternative. The use of mycorrhizas, as phytoremediation tool, has several advantages including increased tolerance to the pollutant toxicity, improved water and mineral nutrition as well as a better pollutant dissipation. Few studies have described the impact of PAHs on the AMF development related with lipid peroxidation and total lipid content disturbance. However, so far neither the target action of these pollutants on the metabolism, nor the role of these lipid changes in PAH tolerance and in their dissipation have been studied. Therefore, the present work aims firstly to improve our understanding of the PAHs impact on the CMA lipid metabolism. Thanks to radiolabeling experiments with [1-¹⁴C] acetate, our results showed a disruption of the membrane lipid biosynthesis pathways in the AMF extraradical mycelium, grown in the presence of PAHs. Secondly, it was highlighted that the PAHs affectef the phosphate nutrition. Finally, the mycorrhizas abilities to degrade and to bioaccumulate the benzo[a]pyrene, were pointed out. The involvement of extraradical mycelium storage lipid (triacyglycerols) metabolism in the membrane regeneration, the fight against the PAH induced-oxidative stress and the PAH metabolism/bioaccumulation is discussed.

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