Zanieczyszczenie metalami ciężkimi staje się coraz większym problemem w miastach. Wpływa na to przemysł, zwłaszcza kopalnie, transport i chemizacja rolnictwa.

Metale ciężkie nie ulegają biodegradacji. Akumulują się w ekosystemach wodnych i glebie. Mogą pozostawać w środowisku przez wiele lat. Ich nadmiar prowadzi do zubożenia gleby, wstrzymuje rozwój mikroorganizmów, więc w glebie znajdzie się mniej związków humusowych.

Rośliny oczyszczają również z metali ciężkich

W poprzednim artykule Właściwości oczyszczające roślin – oczyszczanie wody, pisaliśmy o tym jak efektywnie usuwane są nadmiarowe ilości organiki przez rośliny (związki azotu i fosforu). Okazuje się, że pewne rośliny dość dobrze radzą sobie z usuwaniem także metali ciężkich ze środowiska.

Mówiąc metale ciężkie mamy na myśli głównie: kadm, chrom, miedź, rtęć, ołów, nikiel i cynk. Niektóre z nich są mikroelementami, których niewielkie stężenie jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania np. miedź, żelazo i cynk dla zwierząt, kobalt i chrom dla roślin.

Tradycyjne metody oczyszczania gleby, chemiczne lub mechaniczne, zmieniają glebę nieodwracalnie. Dlatego naturalne metody mogą być w tej mierze świetną alternatywą.

Wszystkie sposoby oczyszczania środowiska przez rośliny zwane są „fitoremediacją”. Niektóre dotyczą usuwania zanieczyszczeń ze środowiska, a inne unieszkodliwiania ich.

Pojęciem „fitoremediacja” objętych jest kilka technik wykorzystujących rośliny.

Sposoby oczyszczania gleb z metali ciężkich:

  • fitoakumulacja – najbardziej efektywna metoda oczyszczania gleb z metali ciężkich

    Istnieją rośliny – hiperakumulatory,  pochłaniające niezwykle duże ilości metali ciężkich. W efekcie stężenie metali ciężkich w ich tkankach może być wyższe od 100 do 1000 razy w porównaniu ze stężeniem w innych roślinach!

smagliczka

Smagliczka, pochłania nikiel, kobalt i magnez

Berkheya purpurowa

Berkheya purpurowa (przedstawicielka astrowatych) –  akumuluje nikiel, kadm, ołów i cynk 

Pałka szerokolistna

Pałka szerokolistna – pochłania arsen, kadm, chrom, kobalt, nikiel i mangan!!!
Na zdjęciu śpiewająca rokitniczka, fot. Psubraty

Słonecznik zwyczajny

Słonecznik zwyczajny – pochłania arsen, kadm i nikiel

Orliczka

Orliczka – pochłania arsen

Rdest ptasi – pochłania rtęć

  • fitostabilizacja – zapobieganie rozprzestrzenianiu się i przenikaniu zanieczyszczeń do wód gruntowych

    Pewne rośliny akumulują zanieczyszczenia w korzeniach. Proces ten może być wspomagany przez: wapnowanie i kompostowanie.

Złotokap

Złotokap pospolity – pochłania i stabilizuje ołów

Wierzbica wiciowa – efektywnie usuwa i akumuluje w biomasie: rtęć, kadm, ołów, chrom, miedź, nikiel, cynk

Gorczyca

Gorczyca sarepska – pochłania chrom

  • fitoulatnianie – odparowywanie zanieczyszczeń przez roślinę do atmosfery

    Ta metoda nadaje się do usuwania niektórych rozpuszczalników, nitrobenzenu, atrazyny, a także do eliminacji z gleb selenu i rtęci oraz ich lotnych połączeń.

    Przykładem takiej rośliny jest krzew ozdobny traganek, pochodzący ze stepów.

Biomasę pochodzącą z terenów zanieczyszczonych metalami należy spalać (przekształcona w pelet może być dobrym surowcem energetycznym). Równocześnie pierwiastki metali, które mają wartość rynkową mogą zostać ponownie odzyskane.

Rośliny oczyszczaja także toksyczne substancje

Najbardziej skomplikowane do usunięcia ze środowiska są wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA).

WWA są bardzo toksyczne w każdym stężeniu (działanie rakotwórcze). Powstają podczas spalania paliw kopalnych, produkcji energii, a także pożarów lasów.

Usuwanie WWA bazuje na wykorzystaniu zależności między rośliną, glebą i mikroorganizmami glebowymi. Badania5 pokazały, że dzięki tej metodzie gleba poprawiła jakość o 30% w ciągu 2 lat. Jednocześnie na glebie nie poddawanej fitoremediacji gleba poprawiła się jedynie o 15%.

babka lancetowata

Babka lancetowata – bardzo skutecznie oczyszcza gleby z ropy naftowej

Podsumowując – zalety fitoremediacji:

  • Oczyszczanie środowiska z substancji szkodliwych

  • Bezpośrednie zastosowanie w miejscu skażenia

  • Brak konieczności dodatkowego stosowania substancji chemicznych w celu usuwania zanieczyszczenia

  • Ograniczenie erozji gleby dzięki korzeniom

  • Małe koszty (w porównaniu z metodami mechanicznymi i fizycznymi)

  • Dodatkowa produkcja biomasy

  • Wzrost atrakcyjności terenów objętych oczyszczaniem roślinnym

Trzeba też wspomnieć o wadach fitoremediacji:

Wadami są niewątpliwie długi czas oczyszczania (głównie w przypadku metali ciężkich). Także długość sezonu wegetacyjnego i ilość opadów ma wpływ na efektywność oczyszczania. Zbyt toksyczne zanieczyszczenia mogą doprowadzić do obumarcia roślin. Dodatkowo należy pamiętać, że uzyskane rośliny z zanieczyszczonego terenu powinny być traktowane z zachowaniem środków ostrożności.
Jednak nie przekształcamy w wyniku tych nasadzeń struktury gleby, a także metody te są bardzo tanie. Zachęcamy też do oczyszczenia gleb roślinnością do tego predysponowaną przed zakładaniem miejskich ogrodów społecznych.

Źródła:

  1. Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Monitoring Wód
  2. Strefy buforowe i biotechnologie ekohydrologiczne w ograniczaniu zanieczyszczeń obszarowych, Izydorczyk K. i in., 2015, Łódź
  3. Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 23 października 2000r.
  4. Fitoremediacja metodą obniżania toksyczności gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi, Aleksander A. i in., LAB nr 4, 2019
  5. Fitoremediacja jako biologiczna metoda oczyszczania środowiska, Posmyk K., Urbaniak M., Aura nr 7, 2014
  6. Siciliano et al. Bioaugmentation as a tool protect the structure and function of an activated sluge microbial community. Applied and Environmental Microbiology 2003.