Dynie, wierzby i topole – to tylko niektóre z gatunków roślin, które stosowane są do oczyszczania gleby z zanieczyszczeń organicznych. Jakie cechy gatunków są pożądane, jak przyspieszyć proces remediacji gleby i jak nie zaszkodzić przy tym roślinom i ludziom? Badania na ten temat prowadzą naukowcy z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego.
Rośliny nie mają możliwości fizycznej zmiany otoczenia, nie mogą migrować w przypadku pogorszenia się warunków życia, nic więc dziwnego, że wykształciły mechanizmy pozwalające przetrwać działanie niekorzystnych warunków środowiska. Okazuje się też, że rośliny mogę być narażone na ciągły stres: biotyczny – powodowany przez żywe elementy ekosystemu: szkodniki czy patogeny i abiotyczny – czynniki atmosferyczne, brak lub nadmiar składników mineralnych czy zanieczyszczenia środowiska. W zależności od gatunku i odmiany różne rośliny radzą sobie z tymi warunkami gorzej lub lepiej, ale są i takie, które radzą sobie znakomicie. To właśnie z powodu tych zdolności człowiek sięga po nie w celu oczyszczenia gleby.
Badania na ten temat prowadzą naukowcy z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego pod kierownictwem dr Anny Wyrwickiej-Drewniak z Katedry Fizjologii i Biochemii Roślin. Realizowane są dwutorowo. Po pierwsze bada się rośliny i ich zdolności do oczyszczania podłoża, a ponadto rośliny jadalne sprawdza się pod kątem tego, czy pobierają z gleby szkodliwe substancje i czy mogą być przez to niebezpieczne dla człowieka. Gleba może być zanieczyszczona na różne sposoby (zanieczyszczenia organiczne, metale ciężkie, pestycydy etc.), łódzcy badacze koncentrują się na zanieczyszczeniach pochodzenia organicznego.
Są to między innymi zanieczyszczenia związkami perfluoroalkilowymi oraz zanieczyszczenia wynikające z zastosowania jako nawozu osadów ściekowych, w których mogą być obecne dioksyny czyli silnie trujące związki chemiczne należące do rodzaju polichlorowanych węglowodorów aromatycznych. To między innymi PCDD (polichlorowane dibenzo-p-dioksyny) i związki dioksynopodobne: PCDF (polichlorowane dibenzofuran) i PCB (polichlorowane bifenyle) – tłumaczy dr Wyrwicka-Drewniak.
Jak one to robią?
Rośliny mogą oczyszczać glebę na różne sposoby. Mogą pobierać zanieczyszczenia z gleby przez strefę korzeniową. Mogą też „współpracować” z mikroorganizmami, które zasiedlają ryzosferę, czyli tę część gleby, która przerośnięta jest korzeniami.
To właśnie mikroorganizmy, np. bakterie, posiadają mechanizmy, które umożliwiają rozkład niektórych związków organicznych. Często się zdarza, że mikroorganizmy rozwijają się lepiej, jeśli są w ryzosferze, czyli potrzebne są im rośliny, a dokładniej ich korzenie. Jednocześnie rośliny mogą wydajniej pobierać zanieczyszczenia, jeśli gleba jest zasiedlona przez odpowiednie mikroorganizmy. Zdarza się więc nawet, że glebę specjalnie zaszczepia się mikroorganizmami o sprawdzonych właściwościach w zakresie promowania wzrostu roślin. Dzięki temu roślina lepiej się rozwija, buduje większą biomasę, a co za tym idzie, może pobrać więcej zanieczyszczeń z podłoża – wyjaśnia dr Wyrwicka-Drewniak.
Jakie to rośliny?
Okazuje się, że wiele roślin ma zdolność oczyszczania gleby. Są jednak wśród nich takie, które specjalizują się remediacji konkretnych rodzajów zanieczyszczeń.
Z badań wynika, że istnieją gatunki roślin, które są hiperakumulatorami, czyli pochłaniają nawet kilkaset razy więcej jednostek szkodliwych substancji niż inne rośliny – przekonuje dr Wyrwicka-Drewniak. – Dotyczy to przede wszystkim oczyszczania podłoża z metali ciężkich. Wśród tych roślin można wymienić m.in. tobołki alpejskie (cynk kadm), tobołki okrągłolistne (ołów), smagliczka (nikiel), berkheya coddii – bardzo wydajny hiperakumulator niklu, akumuluje także kadm, ołów i cynk – wylicza badaczka UŁ.
Jeśli zaś chodzi o zanieczyszczenia organiczne, to wśród najskuteczniejszych roślin królują wierzba i topola. Dlaczego? Przede wszystkim są to rośliny niezbyt wymagające, które będą rosły nawet na bardzo ubogiej i zanieczyszczonej glebie.
Dodatkowo charakteryzują się bardzo szybkim przyrostem biomasy, a jest to bardzo pożądana cecha z punktu widzenia remediacji. Na przykład wierzba wiciowa stosowana jest jako roślina energetyczna. Jej przyrost jest tak szybki, że co dwa lata kosi się ją specjalnymi kombajnami. To doskonała kandydatka z punktu widzenia remediacji. Ponadto oba wymienione wyżej gatunki roślin są niejadalne, nie istnieje więc ryzyko zatrucia ludzi poprzez wprowadzenie ich do diety – tłumaczy dr Wyrwicka-Drewniak.
Nie brakuje też roślin wykorzystywanych przy remediacji wód. Pałka wodna, tatarak, kosaciec, oczeret jeziorny i manna mielec, mają bardzo rozbudowane systemy korzeniowe, dzięki czemu przepływająca przez korzenie woda doskonale się oczyszcza.
W ten sposób zmniejsza się między innymi zawartość azotu i fosforu w wodzie. A to z kolei zapobiega zakwitom sinicowym w położonych niżej zbiornikach wodnych. Badacze z różnych stron świata testują zdolności remediacyjne konopii siewnych pod kątem remediacji metali oraz metaloidów.Inne rośliny, które badałam pod względem oczyszczania gleby z dioksyn i związków dioksynopodobnych, to rośliny dyniowate, między innymi dynie i cukinie – wymienia dr Wyriwcka-Drewniak.
Co trzeba zbadać?
Naukowcy sprawdzają, czy dana roślina (gatunek/odmiana) ma możliwość pochłaniania zanieczyszczeń. Jednocześnie badają czy roślina nie jest zbyt wrażliwa na działanie danego zanieczyszczenia i jest w stanie rosnąć w zanieczyszczonym środowisku.
Można to robić na kilka sposobów, np. badając stan fizjologiczny roślin poprzez analizę parametrów fotosyntezy. Najczęściej równocześnie badamy rośliny żyjące w podobnych warunkach, na podobnym podłożu zanieczyszczonym i niezanieczyszczonym, dzięki temu możemy porównać jak interesujące nas parametry będą się zmieniały w obu przypadkach. Co ważne, to badanie można często powtarzać, ponieważ w żaden sposób nie wpływa ono na stan roślin – podkreśla badaczka.
Często jednak badanie procesu fotosyntezy nie wystarczy. Żeby sprawdzić stan fizjologiczny i metaboliczny rośliny, konieczne jest wykonanie szeregu badań biochemicznych. Tutaj konieczne jest pobranie tkanek rośliny, zarówno zielonych, jak i fragmentów korzeni.
Z punktu widzenia remediacji, najważniejsze jest zbadanie jaka zawartość substancji, którą chcemy usunąć z podłoża, znajduje się w poszczególnych organach rośliny. Niektóre zanieczyszczenia będą się gromadzić tylko w korzeniach, inne będą bardzo wydajnie translokowane do łodyg i liści. Ta informacja jest bardzo ważna, ponieważ przy fitoremediacji zawsze pojawia się problem, co później zrobić z roślinami, które wchłonęły zanieczyszczenie i jak je bezpiecznie zutylizować – zauważa dr Wyrwicka-Drewniak.
Jak to zbadać?
Badania w kierunku remediacji są wieloetapowe. Żeby wiedzieć jaką roślinę zasadzić na zanieczyszczonym gruncie, konieczne są wcześniejsze, liczne badania laboratoryjne.
Na tym etapie jeszcze nie stosuje się roślin na terenie zanieczyszczonym, tylko przygotowuje się podłoże, do którego celowo dodaje się zanieczyszczenie i w to podłoże sadzi się roślinę. Kolejnym etapem jest przeniesienie roślin na zewnątrz, do warunków polowych, które panują poza laboratorium. Istnieją gatunki, które w laboratorium działają wydajnie, ale po przeniesieniu na zewnątrz, w trudniejsze dla rośliny warunki, nie zawsze ten układ działa tak samo dobrze – dodaje biolożka.
Dopiero kiedy z badanej puli roślin wyizoluje się te, które mają najlepsze właściwości „oczyszczające”, można je przenieść na tereny poprzemysłowe, czy inne tereny zanieczyszczone.
Wyniki mogą być wykorzystywane dwutorowo. Po pierwsze, badane są rośliny jadalne, szczególnie te, które spożywane są bez obróbki termicznej (różne rodzaje sałat, cykoria, oregano, bazylia, tymianek etc.). Ta wiedza jest nam konieczna, żeby uniknąć ryzyka skażenia pożywienia. Po drugie, na podstawie badań dowiadujemy się, jakie rośliny wykazują największą zdolność remediacji i jednocześnie są najbardziej odporne na działanie zanieczyszczeń. Dzięki temu wiemy, które gatunki i odmiany roślin należy stosować na terenach zanieczyszczonych, by jak najskuteczniej oczyścić glebę.
MK