Physiological and microbiological hormesis in sedge Eleocharis palustris induced by crude oil in phytoremediation of flooded clay soil.

Soil contamination with petroleum hydrocarbons affects plants and rhizospheric microorganisms. Microbial activity participates in important biochemical processes that stimulate, together with plants, the modification of toxic compounds for organisms. A nine-month experiment was set up to study the effect over time of oil on plant height (cm), formation of new plants, plant matter production (gravimetry), and population of rhizospheric microorganisms (serial dilution) in the sedge Eleocharis palustris. Removal of total petroleum hydrocarbons (soxhlet and gravimetry) from the soil was also evaluated. The means of the evaluated variables registered significant statistical differences (Duncan, p < 0.05) regarding the age of the plant and the amount of crude oil. There was a high correlation between oil and plant height (0.848) and with new plants (0.994). 60 mg oil dose promoted the greatest statistical difference in the amounts of roots and plant biomass (p < 0.05). E. palustris exposed to 60 and 75 mg of oil stimulated high densities of microalgae, actinomycetes, fungi, hydrocarbonoclastic bacteria and Pseudomonas spp; the overall ratio was 2:1 relative to natural attenuation. Plant and microorganism variables evaluated registered physiological and microbiological hormetic indices ≥1, showing a positive linear relationship. Natural attenuation was more efficient in removing crude oil. We conclude that E. palustris is tolerant to oil exposure. It is suggested to combine it with natural attenuation for the optimization of soils contaminated with crude oil.

Laguncularia racemosa (Combretaceae) y bacterias terrestres asociadas medio siglo después de la contaminación crónica por hidrocarburos

La evaluación del impacto del petróleo en la interacción suelo-raíz de la planta de mangle blanco, Laguncularia racemosa, es básica para identificar los cambios en la actividad microbiana y en el potencial biotecnológico para la remediación de histosoles contaminados. El objetivo de la investigación fue evaluar la distribución espacial de los hidrocarburos totales del petróleo (HTP) en el suelo orgánico, la densidad poblacional de bacterias promotoras del crecimiento vegetal, así como la respiración microbiana en el rizoplano (RI) en la rizósfera (RZ) y en suelo no rizosférico (SNR) de L. racemosa. Una superficie de 8 000 m2 de un histosol afectado desde 1967 y 1968 se evaluó por derrame crónico de petróleo y lodos de perforación provenientes del pozo petrolero La Venta 248. Se seleccionaron 15 árboles de L. racemosa y se extrajeron muestras del RI, RZ y SNR. Los HTP se extrajeron en equipo soxhlet con diclorometano durante ocho horas y se cuantificaron por gravimetría. La cantidad promedio extraída de HTP permitió la diferenciación de cuatro suelos (S) en el área evaluada, con valor promedio para el S1 de 1 797 mg kg-1 (no contaminado para la normativa mexicana) y tres suelos contaminados: S2 con 3 294, S3: 5 249 y S4: 10 389 mg kg-1. Los resultados evidencian diferencias estadísticas (Duncan, P ≤ 0.05) entre medias de las variables evaluadas. La mayor acumulación de HTP fue 22 962 mg kg-1, se extrajo del SNR en el S4. Las mayores densidades de bacterias fijadoras de N, solubilizadoras de P, Azospirillum y Azotobacter fueron bioestimuladas por la presencia de niveles altos de HTP en el suelo, sin embargo la respiración microbiana fue inhibida. Los resultados sugieren que L. racemosa es sostenible en suelos con petróleo intemperizado, y es un bioestimulador de la actividad microbiana para la atenuación natural.

The evaluation of the impact of oil on the soil-root interaction of the white mangrove plant, Laguncularia racemosa is essential to identify changes in microbial activity and biotechnological potential for remediation contaminated histosols. The objective was to evaluate the spatial distribution of total petroleum hydrocarbons (THP) in organic soil, the population density of plant growth promoting bacteria, also in microbial respiration in the rhizoplane (RI), in the rhizosphere (RZ) and in non-rhizospheric soil (NRS) of L. racemosa. An area of 8 000 m2 of an affected histosol was evaluated, during 1967 and 1968, by chronic oil spill and drilling mud from the La Venta 248 oil well. Fifteen trees of this species were selected to obtain samples of the RI, RZ and NRS. The TPH were extracted in soxhlet with dichloromethane for eight hours and quantified by gravimetry. The average amount extracted from TPH allowed the differentiation of four soils (S) from the evaluated area, the average values were for S1: 1 797 mg kg-1 (not contaminated for Mexican regulations) and three contaminated soils, the values are S2: 3 294, S3: 5 249, and S4: 10 389 mg kg-1. The results show statistical differences (Duncan, P ≤ 0.05) between means of the evaluated variables. The greatest accumulation of TPH was 22 962 mg kg-1, it was extracted from the NRS in S4. The highest densities of N-fixing bacteria, P solubilizers, Azospirillum and Azotobacter were biostimulated by the presence of high levels of THP in the soil, however microbial respiration was inhibited. The results suggest that L. racemosa is sustainable in soils with weathering oil, and is a biostimulator of microbial activity for natural attenuation.

Hormesis under oil-induced stress in Leersia hexandra Sw. used as phytoremediator in clay soils of the Mexican humid tropic.

The oil industry has inherent risks of spills or leaks due to natural or anthropogenic causes, which cause alterations in the soil and damage to the plant. An experiment was carried to investigate the effect of oil on the growth, biomass production, biosynthesis of crude protein of Leersia hexandra grass and the remove of oil from the soil. The results showed different responses by L. hexandra depending on the age, low concentrations of oil induced a significant increase in stolon length, in relative growth rate, in dry matter production and in the biosynthesis of crude protein. The same parameters decreased at high concentrations of oil. However, at the end of the evaluation period of 180 days, high concentrations of oil induced a significant increase in the number of young plants and secondary roots, the terminal third of the main root and root dry matter. The dose response curves had the shape of an inverted U, showing that at days 15, 45, 90 and 180, in stolon length, aerial dry matter production, crude protein (day 90) and young plants (days 45 and 90) exhibited a typical biphasic response. The increase in oil concentration correlated with increases in young plants, number of secondary roots, number of roots at the middle, terminal third and root dry matter. After 180 days exposure the rhizosphere of L. hexandra a total oil removal of oil of 76.7 ± 4 was achieved; 61.7, 51, 44.6, 38 and 52% in soils that initially contained 7.9, 54, 102, 126, 145 and 238 g oil.

Decontamination of soil containing oil by natural attenuation, phytoremediation and chemical desorption.

An experiment was performed for 240 days to evaluate the oil removal through natural attenuation (NA) and phytoremediation (PH) combined with surfactant (SF), in soil up to 76,585 mg kg-1 of total petroleum hydrocarbons (TPH). A completely randomized design was applied using a 4 × 6 factorial arrangement, with four concentrations of oil and six recovery technologies. The technologies were combinations of Leersia hexandra (Lh) grass, NA (native microorganisms), and doses of Tween® 80. The results recorded treatment means with statistical differences (Tukey, p ≤ 0.05 and 0.01). Oil in presence of 5% SF stimulated the formation of grass roots. The SF promoted a significant increase in the biomass of grass stems and leaves but did not contribute to oil removal or microbial density. Unexpectedly, the PH inhibited the removal of oil and induced a decrease in fungi, hydrocarbonoclastic bacteria, and heterotrophic fungi. NA combined with 2.5% SF removed 95% of 48,748 mg of TPH. The best technology for soil decontamination was bioremediation through hydrocarbonoclastic bacteria stimulated with 2.5% SF.

Reintroducing plant coverage in a tropical wetland contaminated with oil and sulfate: rhizosphere effects on Desulfovibrio populations / Reintroducción de cobertura vegetal en un humedal tropical contaminado con petróleo y sulfato: efecto de la rizosfera sobre poblaciones de Desulfovibrio

Abstract The Mexican tropical wetland is a coastal system with capacity to support the contamination derived from the extractive industry and the transformation of crude oil, due to its high plant biodiversity and the presence of rhizospheric reducing sulphate bacteria from plants tolerant to crude oil. A field experiment was carried out for nine months to evaluate the adaptation of aquatic plants Leersia hexandra grass and Eleocharis palustris spikerush reintroduced in a wetland contaminated with 75 560 to 118 789 mg kg-1 of weathered petroleum and also with sulfate, derived from oil and gas pipeline leaks, and gaseous emissions. The effect of the weathered oil and sulfate on the dry matter production and the population density of the bacterium Desulfovibrio spp, isolated from the rhizosphere and soil of both plants, were evaluated. The means of the variables had statistical differences (p< 0.05). Weathered oil inhibited dry matter production of L. hexandra but not E. palustris; the effect of petroleum on Desulfovibrio density was very significant negative in the rhizosphere and in the soil of both plants. Sulfate reduced the dry matter of grass. The exposure of Desulfovibrio to sulfate significantly reduced its density in rhizosphere and soil (p< 0.01). We recommend the use of E. palustris for the decontamination of flooded soils contaminated with weathered oil and sulfate. Rev. Biol. Trop. 66(2): 908-917. Epub 2018 June 01.

Resumen El humedal tropical mexicano es un sistema costero con capacidad para resistir la contaminación derivada de la industria extractiva y la transformación del petróleo crudo, debido a su alta biodiversidad de plantas y la presencia de bacterias rizosféricas reductoras de sulfato de plantas tolerantes al petróleo crudo. Se realizó un experimento en campo durante nueve meses para evaluar la adaptación de las plantas acuáticas Leersia hexandra y Eleocharis palustris reintroducidas en un humedal contaminado con 75 560 a 118 789 mg kg-1 de petróleo intemperizado y también con sulfato, derivados de fugas de oleoductos y de emisiones gaseosas crónicas. Se evaluó el efecto del petróleo intemperizado y del sulfato en la producción de materia seca vegetal y en la densidad poblacional de la bacteria Desulfovibrio spp, aislada de la rizosfera y del rizoplano de ambas especies vegetales. Las medias de las variables tuvieron diferencias estadísticas (p< 0.05). El petróleo intemperizado inhibió la producción de materia seca de L. hexandra pero no de E. palustris; el efecto del petróleo en la densidad de Desulfovibrio fue negativo muy significativo en la rizosfera y en el rizoplano de ambas plantas. El sulfato redujo la materia seca de L. hexandra. La exposición de Desulfovibrio a sulfato redujo muy significativamente (p< 0.01) su densidad en rizosfera y en rizoplano. Recomendamos el uso de E. palustris para la descontaminación de suelos inundables afectados con petróleo intemperizado y con sulfato.

Natural attenuation of weathered oil using aquatic plants in a farm in Southeast Mexico.

An experiment was conducted in field for three years to assess the sustainability of aquatic plants Leersia hexandra, Cyperus articulatus, and Eleocharis palustris for use in the removal of total hydrocarbons of weathered oil in four areas contaminated with 60916-119373 mg/kg of hydrocarbons. The variables evaluated were coverage of plant, dry matter, density of plant growth-promoting rhizobacteria, and the removal of total weathered oil. The variables showed statistical differences (p = 0.05) due to the effects of time and the amount of oil in the soil. The three aquatic plants survived on the farm during the 36-month evaluation. The grass L. hexandra yielded the greatest coverage of plant but was inhibited by the toxicity of the oil, which, in contrast, stimulated the coverage of C. articulatus. The rhizosphere of L. hexandra in control soil was more densely colonized by N-fixing bacteria, while the density of phosphate and potassium solubilizing rhizobacteria was stimulated by exposure to oil. C. articulatus coverage showed positive relationship with the removal of weathered oil; positive effect between rhizosphere and L. hexandra grass coverage was also identified. These results contributed to the removal of weathered oil in Gleysols flooded and affected by chronic discharges of crude oil.

Evaluación toxicológica de suelos contaminados con petróleos nuevo e intemperizado mediante ensayos con leguminosas / Toxicological evaluation of soils contaminated with new and weathered oil by tests with leguminous plants

Los estudios toxicológicos permiten identificar las especies vegetales más sensibles a concentraciones bajas de contaminantes en el suelo. Las leguminosas son plantas con órganos y respuesta fisiológica sensibles a concentraciones bajas de petróleo en el suelo. El objetivo del presente estudio fue evaluar y explicar la respuesta en crecimiento, biomasa total, número de nódulos y en ausencia/ presencia de leghemoglobina en los nódulos de cuatro leguminosas a diferentes concentraciones de petróleos nuevo (recién extraído) o intemperizado (expuesto al ambiente por más de 20 años). Se realizaron dos ensayos de fitotoxicidad en invernadero. El primero con plantas de chipilín silvestre (Crotalaria sp) durante 120d con arreglo factorial 1x5 y diseño al azar con cuatro repeticiones por tratamiento, con concentraciones de petróleo de 150 (suelo testigo), 7500, 25000, 50000 (nuevo) y 79457 (intemperizado) mg.kg-¹ de hidrocarburos totales de petróleo (HTP), base seca. El segundo ensayo fue durante 150d, con dormilona (Mimosa sp), guaje (Leucaena sp) y zarza (Mimosa pigra) en un arreglo factorial 3x5 en un diseño al azar con cuatro repeticiones, y concentraciones de 150, 50000, 79457, 100000 y 150000 mgúkg-¹ de HTP, base seca. Hubo diferencias estadísticas significativas en todas las variables evaluadas, que se asociaron negativamente con la presencia de petróleo en el suelo. Chipilín silvestre fue la planta más sensible a la exposición al petróleo y evidenció mejor su fitotoxicidad, por lo que podría ser utilizada como especie fitoindicadora de suelos contaminados con petróleo. El número de nódulos con leghemoglobina fue el indicador más sensible para medir el efecto fitotóxico del petróleo

Estudio de toxicidad vegetal en suelos con petróleos nuevo e intemperizado / Study of vegetable toxicity in floors with new petroleums and intemperizado

El estudio del comportamiento de plantas en suelos contaminados con petróleo permite identificar y seleccionar especies fitoindicadoreas de tal contaminación. Se estudió el efecto del petróleo en el suelo sobre la diversidad, cobertira y productividad en una pradera del sureste de México. Se evaluaron diferentes concentraciónes de petróleo nuevo e intemperizado en la germinación, crecimiento, biomasa aérea, radical y total, y número de nódulos. La pradera de dividió en cuatro áreas segpun la concentración de hidrocarbuos totales del petróleo (HTP); 150, 2791, 9035 y 79457 mg.kg1. La mayor diversidad vegetal se encontró en los dos suelos más contaminados pero la producción de biomasa se redujo hasta 50 por ciento respecto al suelo con menos HTP. Se realizaron tres experimentos secuenciales de plántulas durante 32 días de exposición al petróleo, y en plantas durante 150 días de exposición, en arreglo factorial y diseño al azar, con las especies Echinochloa polystachya, Brachiariamutica, Cyperus articulatus, Cyperus sp. y Mimosa pigra. Se prepararon tres concentraciones (50000, 100000 mg.kg) para computadoras con el petróleo intemperizado (79457 mg.kg1). Se aplicó el producto OCDE N#28 para evaluar efecto tóxico en plántulas y para plantas se diseño un protocolo. Se evaluaron germinación, altura, longitud de raíz, biomasa y número de nódulos. Hubo diferencias significativa en todas las variables de plántulas y plantas de cinco especies. La germinación positivamente con las mayores concentraciones de petróleo intemperizado, pero se redujeron crecimiento, longitud de la raíz, biomasa y número de nódulos en plántulas. En plantas todas la variables fueron reducidas. Las especies más sensibles, mejores fitoindicadoras de niveles tóxicos, fueron E. polystachya y B. mutica el plántulas, y M pigra en plantas