Influence of Redox Potential and Plant Species on the Uptake of Nickel and Cadmium from Soils

The influence of soil redox potential on the uptake of nickel and cadmium from three soils was studied in a pot experiment with oat (Avena sativa L. cv. Pirol) and rye-grass (Lolium multiflorum L. cv. Lema). The soils used were a Luvisol (naturally low in Ni and Cd), a sewage-sludge amended Luvisol (anthropogenic enrichment of Ni and Cd) and a Cambisol (naturally high in Ni and Cd). Nickel and Cd supplied in sewage-sludge amendments were several times more available for plant uptake than those present naturally in the soil. Short term decreases in soil redox potential, as a result of soil flooding, had little effect on the availability of Ni and Cd from sludge amended soils, but resulted in a substantial increase in Ni and Cd availability in the soil naturally high in Ni and Cd. In general, increases in soil solution concentrations of Ni and Cd, due to sludge amendment or changes in soil redox potential, resulted in increased Ni and Cd concentrations in the aerial parts of plants. Nickel concentrations in the grain of oat increased with increasing Ni concentration in the soil solution, whereas grain Cd concentrations did not. In contrast, Cd concentrations in vegetative parts of both oat and rye-grass were strongly affected by soil type and sludge-amendment. In all treatments Ni concentrations in the grain were much higher than in the vegetative parts, whereas Cd concentrations were always higher in vegetative parts than in the grain. Tissue Ni concentrations correlated well with DTPA extractable soil Ni but only poorly with total soil Ni. Differences in the availability and uptake of Ni and Cd in response to soil type, environmental conditions and plant species suggest that the use of total soil-metal content to regulate the use of sewage sludge on agricultural land is inappropriate. Einflus von Redoxpotential und Pflanzenart auf die Aufnahme von Nickel und Cadmium aus Boden In einem Gefasversuch mit Hafer (Avena sativa L., Sorte Pirol) und Weidelgras (Lolium multiflorum L., Sorte Lema) wurde der Einflus des Redoxpotentials auf die Aufnahme von Nickel und Cadmium aus drei Oberboden, einer Parabraunerde aus Los (mit wenig geogenem Ni und Cd), einer mit Klarschlamm gedungten Parabraunerde (mit anthropogen erhohten Ni- und Cd-Gehalten) und einem Pelosol (mit viel geogenem Ni und Cd) untersucht. Das anthropogen durch Klarschlamm-Dungung zugefuhrte Ni und Cd war wesentlich besser pflanzenverfugbar als das naturlich im Boden vorhandene (geogene) Ni und Cd. Die Erniedrigung des Redoxpotentials im Boden durch mehrmaligen Wasseruberstau wahrend der Vegetationsperiode hatte nur einen geringen Einflus auf die Verfugbarkeit von Ni und Cd auf dem mit Klarschlamm gedungten Boden, bewirkte jedoch eine starke Zunahme der Ni- und Cd-Verfugbarkeit auf dem geogen hoch mit Ni und Cd belasteten Boden. In der Regel fuhrte eine Erhohung der Ni- und Cd-Konzentration in der Bodenlosung als Folge einer Klarschlammzugabe oder Redoxpotentialerniedrigung zu einer Zunahme der Ni- und Cd-Konzentration in den oberirdischen Pflanzenorganen; bei Hafer stiegen vor allem die Ni- Konzentrationen in den Kornern an. Im Vergleich zu Ni wurden bei Cd die Gehalte in den vegetativen Teilen von Hafer und Weidelgras in starkerem Mase vom Bodentyp und der Klarschlammzufuhr bestimmt. Wahrend zwischen den Ni-Gehalten in den Pflanzen und den mit DTPA-extrahierbaren Anteilen im Boden eine enge Korrelation bestand, war die Beziehung zwischen den Pflanzengehalten und den Gesamtgehalten an Ni im Boden nur schwach ausgepragt. Die Unterschiede in der Verfugbarkeit und Aufnahme von Ni und Cd in Abhangigkeit von Bodentyp, Umweltbedingungen und Pflanzenart zeigen, das Gesamtgehalte von Schwermetallen in Boden zur Reglementierung der Klarschlammausbringung nicht geeignet sind.