UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA Trabalho de Conclusão de Curso Seleção de macrófitas aquáticas com potencial de fitorremediação no arroio Santa Bárbara, município de Pelotas/RS Carolina Faccio Demarco Pelotas, 2016
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Seleção de macrófitas aquáticas com potencial de ... · analisá-las em relação a concentração de metais pesados, visando selecionar espécies com potencial para serem utilizadas
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
Trabalho de Conclusão de Curso
Seleção de macrófitas aquáticas com potencial de fitorremediação no arroio Santa Bárbara, município de
Pelotas/RS
Carolina Faccio Demarco
Pelotas, 2016
CAROLINA FACCIO DEMARCO
Seleção de macrófitas aquáticas com potencial de fitorremediação no arroio Santa Bárbara, município de
Pelotas/RS
Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária, da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenheiro Ambiental e Sanitarista.
Orientador: Prof. Dr. Robson Andreazza
Pelotas, 2016
Banca examinadora:
Prof. Dr. Robson Andreazza - Centro de Engenharias/UFPel -
Orientador
Prof. Dr. Maurizio Silveira Quadro - Centro de Engenharias/UFPel
Prof. Msc. Bruno Müller Vieira - Centro de Engenharias/UFPel
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Claudio e Maria Inês, e às minhas irmãs, Fernanda e Claudia pelo
amor e por serem sempre o meu exemplo.
Ao professor Robson, pela orientação e por tornar este trabalho possível.
À professora Raquel Lüdtke, do Departamento de Botânica da UFPel, pela
identificação das espécies analisadas.
Ao Laboratório de Análise de Solos da UFRGS e Laboratório da Agência da
Lagoa Mirim pela ajuda na realização das análises.
A todos os professores que, de alguma forma contribuíram para a minha
formação acadêmica e pessoal, em especial os professores da Engenharia
Ambiental e Sanitária.
Ao Filipe, pelo amor, incentivo e companheirismo.
A todos os colegas e amigos que tive o prazer de conhecer durante a graduação
e que estiveram comigo ao longo desta caminhada, com lembrança especial
para Anita, Cassia, Daniela e Weslei. O apoio de vocês foi fundamental.
Muito obrigada!
RESUMO DEMARCO, Carolina Faccio. Seleção de macrófitas aquáticas com potencial de fitorremediação no arroio Santa Bárbara, município de Pelotas/RS. 2016. 52f. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC). Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.
Diante da contaminação ambiental causada por atividades antrópicas, buscam-se estratégias de recuperação para essas áreas degradadas. Entre elas destaca-se a biorremediação, em especial a técnica de fitorremediação (utilização de plantas como principal agente de descontaminação), pelo baixo custo de investimento e operação, bem como sua aplicabilidade in situ. As plantas macrófitas aquáticas têm sido estudadas como potenciais para serem utilizadas na fitorremediação pois apresentam capacidade de remoção de diferentes compostos, entre eles, metais pesados. Dentro desse contexto, este estudo teve como objetivo identificar espécies de macrófitas aquáticas ocorrendo naturalmente no arroio Santa Bárbara, município de Pelotas/RS, bem como analisá-las em relação a concentração de metais pesados, visando selecionar espécies com potencial para serem utilizadas em diferentes técnicas de fitorremediação. Inicialmente, foi realizado um diagnóstico da água do arroio Santa Bárbara com relação a concentração de metais pesados (zinco, chumbo, cromo, manganês e níquel) e elementos nitrogênio e fósforo, caracterizando desta forma o ambiente em questão. Foram detectadas concentrações acima do permitido na Resolução CONAMA 357/2005 para o cromo, níquel, chumbo, nitrogênio e fosforo, indicando a necessidade de intervenção para a recuperação deste corpo hídrico. Seis espécies diferentes de macrófitas aquáticas foram identificadas ocorrendo no arroio Santa Bárbara, sendo elas: Enydra anagallis (Asteraceae), Hydrocotyle ranunculoides (Araliaceae), Hymenachne grumosa (Poaceae), Lemna valdiviana (Araceae), Pistia stratiotes (Araceae) e Sagittaria montevidensis (Alismataceae). A análise da concentração dos metais pesados nessas plantas foi realizada pelo processo de secagem e digestão com ácido nítrico e ácido perclórico, com posterior quantificação por Espectrômetro de Emissão Indutiva de Plasma Acoplado. A partir da quantificação desses elementos, foram calculados o fator de bioconcentração (BCF), referente a relação entre os teores de metal nas raízes com o meio, e o fator de translocação (TF), referente à relação dos teores de metal na parte aérea às raízes da planta. A análise das concentrações dos elementos e dos fatores BCF e TF permitiram destacar a espécie E. anagallis por apresentar as maiores concentrações de zinco (juntamente com H. grumosa e S. montevidensis), chumbo, cromo e níquel comparada às outras espécies. Outra macrófita em destaque foi H. grumosa, devido às suas características de planta hiperacumuladora para o elemento manganês e pela resistência às variações sazonais da região. Todas as espécies analisadas apresentam potencial para uso em técnicas de fitorremediação, para os metais pesados analisados, através de mecanismos de rizofiltração e fitoestabilização, visto que apresentam capacidade de bioconcentrar esses elementos e mantê-los em maiores concentrações em suas raízes.
Palavras-chave: áreas degradadas; metais pesados; biorremediação.
ABSTRACT
DEMARCO, Carolina Faccio. Selection of aquatic macrophytes with potential for phytoremediation in arroio Santa Bárbara, Pelotas/RS. 2016. 52f. Course Conclusion Paper (TCC). Graduation in Environmental and Sanitary Engineering. Federal University of Pelotas, Pelotas. Considering the environmental contamination caused by human activities, recovery strategies for these degraded areas are searched. Among them stands out the bioremediation, especially phytoremediation technique (use of plants as the primary decontamination agent), because of the low cost of investment and operation, as well as their applicability in situ. Macrophytes plants have been studied as potential considering their ability of removing different compounds, including heavy metals. In this context, this study aimed to identify species of aquatic macrophytes naturally occurring in the arroio Santa Bárbara, in Pelotas/RS, and analyze them in relation to the concentration of heavy metals in order to select species with potential to be used in different phytoremediation techniques. First, a diagnosis of the water regarding the concentration of heavy metals (zinc, lead, chromium, manganese and nickel) and nitrogen and phosphorus elements was made, characterizing in this way the selected environment. Concentrations were detected with higher levels than permitted in CONAMA Resolution 357/2005 for chromium, nickel, lead, nitrogen and phosphorus, indicating the need of intervention for the recovery of this water body. Six different species of aquatic macrophytes have been identified occurring in arroio Santa Bárbara: Enydra anagallis (Asteraceae), Hydrocotyle ranunculoides (Araliaceae), Hymenachne grumosa (Poaceae), Lemna valdiviana (Araceae), Pistia stratiotes (Araceae) and Sagittaria montevidensis (Alismataceae). The analysis of the concentration of heavy metals in these plants was carried out by drying the collected material and digesting with nitric acid and perchloric acid, with subsequent quantification by Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry. These values were used to calculate the bioconcentration factor (BCF), related with the relationship between the metal content in the roots with the environment, and the translocation factor (TF), related to the ratio of the metal content in the shoot to the plant roots. The analysis of the heavy metals and BCF and TF values allowed to highlight E. anagallis considering the higher values for zinc (along with H. grumosa e S. montevidensis) lead, chromium and nickel. Another macrophyte highlighted was H. grumosa due to its hyperaccumulator manganese ability and resistance to regional seasonal variation. All species analyzed have potential for use in phytoremediation techniques through rhizofiltration and phytostabilization mechanisms, as the capacity to bioconcentrate these heavy metals and keep higher concentrations in roots were detected.
Key-words: degraded areas; heavy metals; bioremediation.
Médias seguidas da mesma letra dentro da coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
4.3.2 Chumbo (Pb)
As concentrações do elemento chumbo (Tabela 8) foram superiores na
parte aérea da espécie P. stratiotes, com a concentração de 8,59 mg kg-1,
comparada às outras espécies. A espécie E. anagallis apresentou a maior
concentração de chumbo tanto nas raízes quanto no total da planta, com valores
de 33,77 mg kg-1 e 37,90 mg kg-1, respectivamente.
Vardanyan; Ingole (2006) detectaram concentração de chumbo similar a
este estudo para a espécie P. stratiotes (28,83 mg kg-1), coletada no lago
Carambolim, na Índia, local com grande influência antrópica.
O grupo Asteraceae (família da E. anagallis) foi relatado também por Del
Río et al. (2002) com concentrações similares a este estudo para o chumbo (37
mg kg-1), em área possivelmente contaminada, ao sul da Espanha. A família
Poaceae (a qual pertence a espécie H. grumosa), foi relatada também pelo autor
com concentração similar (26 mg kg-1).
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Tabela 8 – Concentrações de chumbo na parte aérea, raiz e total das espécies de plantas analisadas.
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
O metal pesado chumbo tem como característica a baixa mobilidade em
vegetais pois tende a se ligar fortemente aos tecidos radiculares (KABATA-
PENDIAS; PENDIAS, 2001), o que foi confirmado pela concentração mais
elevada nas raízes do que na parte aérea de todas as espécies.
4.3.3 Cromo (Cr)
O elemento cromo foi detectado em concentrações mais elevadas na
parte aérea das plantas H. grumosa, H. ranunculoides e P. stratiotes (Tabela 9),
com valores de 6,41 mg kg-1, 4,50 mg kg-1 e 4,87 mg kg-1, respectivamente.
Já a espécie que apresentou maior concentração de cromo nas raízes da
planta foi a E. anagallis, com concentração de 19,51 mg kg-1. Pode-se constatar
que a concentração de cromo foi mais elevada em todas as raízes do que na
parte aérea das plantas analisadas.
Em relação às concentrações totais, as plantas com maiores teores foram
H. grumosa e E. anagallis, com valores de 21,54 mg kg-1 e 23,51 mg kg-1.Avila
et al. (2007) detectou concentração de cromo similar no gênero Lemna sp. (10,6
mg kg-1) na região do Lago de Maracaibo na Venezuela, local afetado pelo
crescimento excessivo desse vegetal.
Vardanyan;Ingole (2006) observaram algumas espécies da família
Asteraceae (a qual pertence E. anagallis) e uma concentração foi similar a este
estudo (20,51 mg kg-1), no lago Sevan na Armênia. O intuito do estudo era
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demonstrar a importância das macrófitas na remoção de metais pesados nessa
região. Também foi analisado por eles a concentração de cromo em P. stratiotes,
porém os valores detectados foram superiores (118,47 mg kg-1).
Odelu et al. (2014) pretendendo listar macrófitas aquáticas em lagos
eutrofizados, identificou diversas espécies da família Poaceae (a qual pertence
H. grumosa), Asteraceae (incluindo o gênero Enydra), Araceae (incluindo a
espécie P. stratiotes), e também o gênero Lemna sp.
Tabela 9 – Concentrações de cromo na parte aérea, raiz e total das espécies de plantas analisadas.
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
4.3.4 Manganês (Mn)
A espécie com concentração mais elevada de manganês em sua parte
aérea foi a H. grumosa, a qual foi detectada como hiperacumuladora deste
elemento por fitoextrair uma concentração acima de 1000 mg kg -1 na parte área
(Tabela 10). Vardanyan; Ingole, (2006) encontraram duas espécies da mesma
família de H. grumosa (Poaceae) hiperacumuladoras de manganês, no estudo
conduzido na Índia, local com intensa alteração antrópica.
As espécies H. ranunculoides e P. stratiotes foram as espécies com
maiores concentrações de manganês nas raízes (6072,67 mg kg-1 e 5309,47 mg
kg-1) e no total das plantas (6618,76 mg kg-1 e 6008,58 mg kg-1). Vardanyan;
Ingole, (2006) detectaram valores inferiores para a espécie P. stratiotes (1286,37
mg kg-1). O gênero Hydrocotyle (a qual pertence H. ranunculoides) foi descrito
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por Lone et al. (2008) e Oliveira et al. (2011) como macrófita aquática
fitorremediadora de metais pesados, porém não foram quantificadas
concentrações de manganês para este vegetal.
Constatou-se também que o manganês teve maiores concentrações nas
raízes de todas as plantas do que na parte aérea das mesmas.
Tabela 10 – Concentrações de manganês na parte aérea, raiz e total das espécies de plantas analisadas.
H. ranunculoides 546,09 b** 6072,67 a** 6618,76 a**
P. stratiotes 699,11 b** 5309,47 a** 6008,58 a**
E. anagallis 537,05 b** 2999,26 b** 3536,31 b**
S. montevidensis 53,76 c** 202,01 c** 255,77 c**
L. valdiviana - - 4113,13 b**
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. Números em negrito destacam espécies hiperacumuladoras deste elemento. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
4.3.5 Níquel (Ni)
A espécie S. montevidensis apresentou concentração significativamente
maior de níquel na parte aérea da planta (Tabela 11), porém foi a espécie E.
anagallis que apresentou concentração mais elevada desse metal nas raízes e
no total das plantas, considerando todas as espécies. O níquel esteve presente
em teores significativamente maiores nas raízes do que na parte aérea de todas
as plantas.
As concentrações de níquel encontradas neste estudo foram similares ao
obtido por Barreto (2011), onde foram relatadas 33 espécies de macrófitas com
concentrações de níquel variando entre 2,2 mg kg-1 e 20,1 mg kg-1, em locais
possivelmente contaminados. Uma das espécies identificadas pelo autor foi S.
montevidensis, porém o teor encontrado foi superior ao obtido nesta pesquisa
(44,1 mg kg-1).
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Vardanyan; Ingole (2006), a partir da análise de macrófitas no lago
Carambolim (Índia) com intensa alteração antrópica, obtiveram uma
concentração de níquel em uma espécie do gênero Sagittaria (gênero de S.
montevidensis) similar (14,92 mg kg-1).
Apesar da existência da macrófita E. anagallis ser relatada por Rolon et
al. (2011); Trindade (2010) e Kafer (2011), não foram encontrados valores
referentes a concentração de níquel nesta espécie, nem neste gênero.
Entretanto, os autores Vardanyan; Ingole (2006) relataram duas espécies da
família de E. anagallis (Asteraceae) com concentrações inferiores (2,28 mg kg-1
e 0,62 mg kg-1).
Tabela 11 – Concentrações de níquel na parte aérea, raiz e total das espécies de plantas analisadas.
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
4.4 Fator de bioconcentração (BCF)
A espécie E. anagallis apresentou índices de BCF mais elevados do que
as outras espécies para o chumbo, cromo e níquel, com valores de 2251,23,
53,46 e 112,32, respectivamente (Tabela 12). Esta espécie também teve os
maiores valores de BCF para o zinco, juntamente com S. montevidensis e H.
grumosa (2079,08, 1713,50 e 1696,37).
O fator BCF do elemento manganês obtido neste trabalho para todas as
espécies foi encontrado na mesma ordem de grandeza por Martins (2014) para
outra espécie de macrófita presente naturalmente no Rio Apodi/Mossoró (RN),
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importante recurso hídrico afetado por altos índices de eutrofização em alguns
trechos.
A espécie P. stratiotes é uma das mais estudadas no Brasil devido ao
crescimento em quantidades excessivas segundo Thomaz; Bini (2003). Odjegba;
Fasidi (2004), analisaram o índice BCF para esta espécie após a exposição de
metais em condições hidropônicas e recomendou-se a utilização dessa planta
para fitorremediação de metais pesados. Os valores encontrados foram
superiores a este estudo, sendo cromo um BCF de 1607,57, níquel 675,80, zinco
2452,67 e chumbo 1515,87.
Cheraghi et al. (2011) investigando a fitoextração e fitoestabilização em
solos contaminados com metais pesados detectaram índices de BCF inferiores
a este trabalho para o zinco e manganês em diversas espécies da família
Asteraceae e Poaceae, as quais pertencem E. anagallis e H. grumosa,
respectivamente. Os valores detectados foram em sua maioria inferiores a 1,0 e
desse modo, percebe-se o destaque das espécies identificadas neste trabalho.
Tabela 12 – Fator de bioconcentração (BCF) dos elementos Zn, Pb, Cr, Mn e Ni na biomassa das plantas analisadas.
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre
si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
O fator BCF da espécie presente nas duas coletas (H. grumosa) também
foi comparado (Tabela 13) e observou-se o cromo e o níquel com índices
superiores na segunda amostragem (314,62 e 265,94) quando comparados à
primeira. Já os elementos zinco, chumbo e manganês foram detectados com
valores maiores de BCF na primeira coleta (valores de 1696,37, 1333,18 e
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72358,66). Esta espécie, além de merecer destaque por ser a única resistente
às variações sazonais da região e ser hiperacumuladora do elemento manganês,
apresentou um aumento significativo na quantidade bioacumulada de dois
metais pesados (Cr e Ni) que estão presentes em concentrações acima do
permitido no local, segundo a Resolução CONAMA nº 357/2005.
Tabela 13 – Fator de bioconcentração (BCF) dos elementos Zn, Pb, Cr, Mn e Ni na biomassa da espécie H. grumosa, presente nas duas coletas realizadas (mês de novembro e mês de junho).
BCF
Elemento Coleta 1 (nov.) Coleta 2 (jun.)
Zn 1696,37 a** 958,55 b**
Pb 1333,18 a* 1045,66 b*
Cr 41,46 b** 314,62 a*
Mn 72358,66 a* 6667,015 b*
Ni 60,08 b** 265,94 a**
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma linha, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
4.5 Fator de translocação (TF)
Os fatores de translocação (TF) foram inferiores ao valor 1,0 para todos
os metais em todas as espécies analisadas (Tabela 14), indicando que essas
plantas mantêm maiores concentrações em suas raízes. Cheraghi et al. (2011)
ao analisar o TF de diversas espécies em solos contaminados (incluindo as
famílias Asteraceae e Poaceae), detectou também valores inferiores a 1,0 para
a maioria das plantas estudadas.
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Tabela 14 – Fator de translocação (TF) dos elementos Zn, Pb, Cr, Mn e Ni na biomassa das plantas analisadas.
Médias seguidas da mesma letra dentro da mesma coluna, para cada variável não diferem entre si pelo teste de Tukey.*0,05% de probabilidade de erro.** 0,01% de probabilidade de erro. - Valores não obtidos devido a impossibilidade de separação das partes do vegetal.
Pode-se concluir que todas as espécies analisadas apresentam potencial
para uso em técnicas de fitorremediação pela rizofiltração e fitoestabilização
para todos os metais pesados, já que possuem altos valores de BCF e baixos
valores de TF, características estas propostas por Yoon et al. (2006), visto que
elas apresentam capacidade de bioconcentrar esses elementos e mantê-los em
maiores concentrações em suas raízes. Recomenda-se a análise de outros
fatores dessas espécies, como por exemplo, a quantidade de biomassa que cada
espécie apresenta, para verificação do tempo e eficiência de remoção.
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5. CONCLUSÃO
A análise da água do Arroio Santa Bárbara permitiu a identificação de
teores acima do permitido na legislação para os metais chumbo, cromo e níquel
e também para os elementos fósforo e nitrogênio, demonstrando que há uma
grave contaminação ambiental da água, e indicando a necessidade de uma
profunda intervenção na recuperação deste corpo hídrico. Além disso, no mesmo
ambiente, foram identificadas seis espécies de macrófitas aquáticas, sendo elas
E. anagallis, H. ranunculoides, H. grumosa, L. valdiviana, P. stratiotes e S.
montevidensis.
A macrófita E. anagallis destacou-se nesta pesquisa por apresentar as
maiores concentrações de zinco (juntamente com H. grumosa e S.
montevidensis), chumbo, cromo e níquel comparada às outras espécies, bem
como os maiores fatores BCF para estes metais.
O manganês foi o elemento bioconcentrado em maiores quantidades
pelas espécies E. anagallis, H. ranunculoides, H. grumosa, P. stratiotes e S.
montevidensis, demonstrando o alto potencial destas em biorremediar áreas
contaminadas com esse metal pesado. A espécie H. grumosa apresentou
excelentes características de planta hiperacumuladora deste elemento, o qual é
encontrado em altas concentrações nos solos da região.
Além disso, a macrófita H. grumosa demonstrou resistência às variações
sazonais da região. A análise do fator de bioconcentração nas duas coletas desta
planta permitiram verificar que os índices foram maiores no mês de novembro
para o zinco, chumbo e manganês. Já o cromo e níquel foram detectados com
valores maiores no mês de junho.
Todas as espécies analisadas apresentam potencial para uso em técnicas
de fitorremediação dos metais pesados zinco, cromo, chumbo, níquel e
manganês através de mecanismos de rizofiltração e fitoestabilização, visto que
apresentam capacidade de bioconcentrar esses elementos e mantê-los em
maiores concentrações em suas raízes.
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