A contribution on the bio-actions of rare earth elements in the soil/plant environment

El-Ramady, Hassan

Zahlreiche Studien chinesischer Wissenschaftler haben ergeben, dass eine geringe Konzentration von seltenen Erden (REEs) das Pflanzenwachstum und die Produktivität vieler Kulturpflanzen anregt. Die physiologischen und ökophysiologischen Einflüsse der REEs sind in letzter Zeit im Fokus der Forschung. Studien zur Bedeutung der REEs in Boden und Pflanzen sind nicht eindeutig und dementsprechend wird deren Bedeutung kontrovers diskutiert. Das Ziel dieser Arbeit war es den Effekt von REEs (La, Ce, Pr und Nd) im Bodensubstrat auf morphologische und agronomische Parameter von Raps und Mais unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Die Einflüsse der REEs wurden mit denen eines anderen Schwermetalls verglichen (Cu). Die größte REE Düngung (270 μg g-1) reduzierte die Keimung signifikant um 17%, sowie die Pflanzenhöhe von Mais und Raps um 29% und 26%. Erhöhte REE Düngungsgaben bis zu 2.7 μg g-1 für Mais und 27 μg g-1 für Raps förderten die Biomasseproduktion, wohingegen eine Gabe von 270 μg g-1 die Produktion für Mais um 47% und für Raps um 60% reduzierte. Die negativen Effekte von erhöhten Cu-Gaben waren um ein vielfaches höher als die der REEs. Der REE-Gehalt der Wurzeln und des Sprosses nahm mit zunehmender REE Düngung zu (La, Ce, REE Düngemittel). Die La Konzentration vom Rapsspross war 58% höher, die Ce, Pr, Nd Konzentration um 70% verglichen mit Mais. Mais weist pflanzen- und elementspezifische Unterschiede in der Verlagerung der REEs auf.

Many studies in Chinese agricultural science have suggested, indicated or even demonstrated that low concentrations of REEs may promote growth and productivity of several crops. Application of these elements, either to the seed or to the crop biomass is nowadays widely practiced in Chinese agriculture, thus in a considerable part of the earth’s cultivated soils. The physiological and ecophysiological mechanisms underlying their reactions have recently been given much attention. However, there are conflicting evidence and opinions regarding the importance of REEs in pedology and biology. The main objective of the present study was to investigate the effect of the REEs (La, Ce, Pr, and Nd) in a soil substrate on morphological and agronomic parameters of oilseed rape and maize under controlled greenhouse conditions. The effects of REEs were compared to that of another heavy metal, Cu, and Ca as La was suggested to replace Ca in plant metabolism and to be more efficiently. REE application rates were multiples of the plant available La, Ce, Pr and Nd content in the soil. The highest rate of REE fertilizers (270 µg g-1) significantly reduced germination rate by 17% and plant height of maize and oilseed by 29% and 26%. Graded REE-fertilizer application rates promoted the total biomass production up to levels of 2.7 μg g-1 for maize and 2.7 and 27 μg g-1 for oilseed rape. Biomass production of both crops was reduced at rates of 270 μg g-1 by up to 47% in maize and 60% in oilseed rape. Negative effects of graded Cu applications on plant biomass were manifold higher than that of REEs. The REE content of roots and shoots increased with increasing REE applications (La, Ce and REE-fertilizer). The La content of oilseed rape shoots was 58% and that of Ce, Pr and Nd about 70% higher when compared to maize, which reflects crop and element-specific differences in the translocation of REEs. Transfer factors soil/shoot of < 0.5 indicate that substantial amounts of REEs may accumulate in soils over time, and are prone to losses to adjacent ecosystems.

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El-Ramady, Hassan: A contribution on the bio-actions of rare earth elements in the soil/plant environment. 2008.

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