Uptake and Effects of Pharmaceuticals
in the Soil-Plant-Earthworm System
Laura J. Carter, Mike Williams, and J. Brett Sallach
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
2 Plant Uptake from Hydroponic Solutions . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 185
2.1 Mechanistic Uptake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
2.2 Plant Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
2.3 Environmental Phytoremediation: Uptake in Aquatic Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
3 Plant Uptake from Spiked Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
3.1 Distribution Amongst Different Plant Organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.2 Differences in Accumulation Amongst Different Plant Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.3 Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4 Plant Uptake from Wastewater Irrigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.1 Fortified Wastewater Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.2 Wastewater Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
5 Plant Uptake from Biosolid Amendment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6 Uptake into Soil Invertebrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7 Effects of Pharmaceuticals in Terrestrial Organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.1 Pharmaceutical-Induced Effects in Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.2 Soil Invertebrate Toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8 Implications of Pharmaceutical Uptake in Terrestrial Systems and Future Research
Needs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Abstract The reuse of wastewater to meet increasing demands on freshwater
resources coupled with the use of biosolids as soil amendments in agricultural
landscapes provides many pathways for exposure to pharmaceuticals into the
L. J. Carter
Faculty of Environment, School of Geography, University of Leeds, Leeds, UK
M. Williams
CSIRO Land and Water Campus, Adelaide, SA, Australia
J. B. Sallach (*)
Department of Environment and Geography, University of York, York, UK
e-mail: brett.sallach@york.ac.uk
Sandra Pérez Solsona, Nicola Montemurro, Serge Chiron, and Damià Barceló (eds.),
Interaction and Fate of Pharmaceuticals in Soil-Crop Systems: The Impact of
Reclaimed Wastewater, Hdb Env Chem (2021) 103: 175–220, DOI 10.1007/698_2020_617,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 23 September 2020
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in the Soil-Plant-Earthworm System
Laura J. Carter, Mike Williams, and J. Brett Sallach
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
2 Plant Uptake from Hydroponic Solutions . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 185
2.1 Mechanistic Uptake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
2.2 Plant Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
2.3 Environmental Phytoremediation: Uptake in Aquatic Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
3 Plant Uptake from Spiked Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
3.1 Distribution Amongst Different Plant Organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.2 Differences in Accumulation Amongst Different Plant Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.3 Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4 Plant Uptake from Wastewater Irrigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.1 Fortified Wastewater Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.2 Wastewater Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
5 Plant Uptake from Biosolid Amendment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6 Uptake into Soil Invertebrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7 Effects of Pharmaceuticals in Terrestrial Organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.1 Pharmaceutical-Induced Effects in Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.2 Soil Invertebrate Toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8 Implications of Pharmaceutical Uptake in Terrestrial Systems and Future Research
Needs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Abstract The reuse of wastewater to meet increasing demands on freshwater
resources coupled with the use of biosolids as soil amendments in agricultural
landscapes provides many pathways for exposure to pharmaceuticals into the
L. J. Carter
Faculty of Environment, School of Geography, University of Leeds, Leeds, UK
M. Williams
CSIRO Land and Water Campus, Adelaide, SA, Australia
J. B. Sallach (*)
Department of Environment and Geography, University of York, York, UK
e-mail: brett.sallach@york.ac.uk
Sandra Pérez Solsona, Nicola Montemurro, Serge Chiron, and Damià Barceló (eds.),
Interaction and Fate of Pharmaceuticals in Soil-Crop Systems: The Impact of
Reclaimed Wastewater, Hdb Env Chem (2021) 103: 175–220, DOI 10.1007/698_2020_617,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 23 September 2020
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