Fitoremedijacija: Bilje spašava čovječanstvo!

Kao direktna posljedica industrijske, vojne ili poljoprivredne djelatnosti širom svijeta, sve je više onečišćenih površina te zagađenih vodotokova. Nagomilavanje otrovnih onečišćivača (teški metali, radionuklidi, organski onečišćivači) opterećuje proizvodni kapacitet ekosustava. Tlo učestalo prima, veže i zadržava štetne tvari. No, ako unos tih polutanata prijeđe određenu granicu, tlo počinje predstavljati zdravstveni rizik. Svjetske plodne površine se iz dana u dan smanjuju, glad povećava, a katastrofa zbog ljudskog nemara poprima još veće razmjere. Saniranje kontaminiranog tla konvencionalnim metodama kao što su iskopavanje i uklanjanje zagađenog tla je često preskupo te primjenjivo samo na manjim površinama. Također, konvencionalne metode tretirano tlo često čine neplodnim i nepogodnim za poljoprivrednu proizvodnju zbog oštećivanja mikroflore. Stoga, današnja znanstvena garnitura razmišlja u smjeru alternativnih ekološki prihvatljivih metoda ozdravljenja zagađenih tala, imajući u vidu namjenu tla nakon tretiranja.

Metode saniranja onečišćenih tala

Konvencionalne metode saniranja onečišćenih tala temelje se na iskopavanju/ispumpavanju te odvozu tla na drugu lokaciju na kojoj se ono naknadno fizički izolira odlaganjem u bačve ili zakapanjem u dublje slojeve zemlje. Ovo su skupe metode zbog utroška energije za iskapanje i prijevoz. Također, tlu se kvaliteta može popravljati in situ (na mjestu nastanka) na način koji ne uključuje premještanje onečišćenog tla već se vrši kemijsko tretiranje. Kemijsku sanaciju možemo temeljiti na stabilizaciji, solidifikaciji, oksidaciji ili kalcizaciji, no upitna ostaje ekološka prihvatljivost ovakvih metoda zbog upotrebe kemikalija. I na kraju, moguće je vršiti saniranje tla sadnjom pogodnih biljnih vrsta i naseljavanjem odabranih gljiva koje će utjecati na smanjenje razine toksina u tlu.

Što je to fitoremedijacija i kako nam može pomoći u čišćenju tla?

Pojam "fitoremedijacija" skovao je dr. Ilya Raskin sa Rutgers Sveučilišno-biotehnološkog centra za poljoprivredu i okoliš. On je bio član stručnog tima koji je poslan u Černobil nakon katastrofe radi analize zdravstvene ispravnosti hrane proizvedene na tom području. Ovaj termin se koristi za proces koji se temelji na sposobnosti zelenih biljaka da izluče i koncentriraju određene elemente u ekosistemu. Ovo je relativno nov proces čišćenja tla (primjena počela početkom 80-ih godina), no već je testiran na više od 200 lokacija diljem svijeta. Ekološki je prihvatljiva tehnologija koja koristi biljke za razgradnju, asimilaciju, metabolizam ili detoksifikaciju različitih onečišćivača okoliša. Koristi se za uklanjanje onečišćivača iz tla, vode i zraka. Nakon tretiranja, tlo se može ponovno koristiti za proizvodnju hrane. Osim biljaka, organizmi koji sudjeluju u fitoremedijaciji su biljkama pridruženi mikrobi, te ponekad gljive. Profesor biokemije B. Franz Lang iz Montreala koji je uključen na istraživanju utjecaja bakterija i gljivica na fitoremedijaciju tvrdi: “Nisu biljke te koje su ključne za čišćenje tla, već simbiotski mikroorganizmi na korijenu!”.

Vrste fitoremedijacije

Stručnjaci su tijekom testiranja tehnologije razvili nekoliko načina sanacije tla pomoću biljaka, ovisno o vrsti i količini onečišćivača, mjestu kontaminacije i tipu biljke.

• Fitostabilizacija. Biljka korijenskim sustavom stabilizira polutante i sprječava njihovo otjecanje. Korijen imobilizira teške metale čime se smanjuje njihova dostupnost, a time i štetnost za okoliš. Biljke koje se koriste u ovoj tehnologiji tolerantne su na velike količine teških metala, imaju visoku sposobnost produkcije korijenske biomase i mogućnost vezanja polutanata na korijen. Ovom se metodom najčešće saniraju tla onečišćena minama.
• Fitofiltracija/rizofiltracija. Filtriranje vode kroz korijensku masu radi uklanjanja otrovnih tvari. Otrovi se akumuliraju u korijenju.
• Fitovolatizacija. Vezanje štetnih tvari iz tla u biljku te njihovo ispuštanje u atmosferu kroz lišće.
• Fitoekstrakcija. Procesom hiperakumulacije biljka akumulira metale i redistribuira ih u nadzemne dijelove. Fitoekstrakcija se može potpomoći dodavanjem tvari koje utječu na topljivost ili pokretljivost toksina.
• Fitotransformacija. Korištenjem ove metode biljka kemijski izmjenjuje onečišćivač u nekakvu netoksičnu tvar. Najčešće se koristi za štetne organske tvari, pesticide, eksplozive, otapala. Također i mikroorganizmi u simbiozi s korijenom biljaka imaju sposobnost metaboliziranja polutanata. Biljke iz roda Canna, koriste se za ovu metodu.
• Fitostimulacija. Povećanje mikrobiološke aktivnosti u svrhu razgradnje onečišćivača dodavanjem određenih tvari u tlo. Ovaj je proces poznat i kao rizosferna degradacija.

Za koje onečišćivače se koristi fitoremedijacija?

Teški metali na sva živa bića djeluju izrazito toksično jer se talože u organizmu bez mogućnosti izlučivanja. Kako dospijevaju u tlo, pasivno zaostaju u porama tla ili se aktivno vežu za koloidni kompleks. Nadalje, smatra se da danas na svjetskom tržištu postoji preko 1.500 aktivnih tvari s pesticidnim učinkom. Organoklorni i organofosforni pesticidi upotrebljavaju se u proizvodnji hrane zbog svoje učinkovitosti i niske cijene. Ovi postojani organski onečišćivači dugo nakon primjene mogu zaostajati u tlu ili ući u vodene tokove, te dospjeti izravno u prehrambeni lanac. Među toksinima su još: radionuklidi, otapala, eksplozivi, sirova nafta i njeni derivativi, poliaromatski ugljikovodici i procjedne vode.

Kako izabrati biljnu vrstu pogodnu za proces fitoremedijacije?

Fitoremedijacijska biljna vrsta mora biti neinvazivna vrsta koju životinje ne vole jesti. Biljka se izabire prema njenoj sposobnosti izdvajanja toksina iz okoliša, prilagođenosti na lokalne klimatske prilike, veliku proizvodnju zelene mase, dubini do koje korijen prodire, kompatibilnosti sa vrstom tla koje će se sanirati, brzini rasta, jednostavnosti sadnje i održavanja te sposobnosti da upije velike količine vode.

Znanstvenici se slažu da stabla bolje od zeljastih biljaka i efikasnije tretiraju zagađenja na dubljim tlima. Najpopularnije stablašice su vrbe i topole zbog velikog kapaciteta za upijanje vode i brzog rasta nadzemnih dijelova. Na sljedećim poveznicama pronaći ćete toksine i za njih namijenjene fitoremedijacijske biljke (Link 1, Link 2, Link 3).

Mogu li se i gljive koristiti u saniranju tla?

Učinkovitost u biorazgradnji toksičnih onečišćivača utvrđena je za gljive bijelog truljenja, posebno iz roda Phanerochaete. Paul E. Stamet poznati je američki mikolog koji drži TED govore o spašavanju svijeta pomoću gljiva. Veliki je zagovornik mikoremedijacije - dekontaminacije okoliša korištenjem gljiva za koje je poznato da zadržavaju teške metale. Stimulirajući mikrobiološke i enzimske aktivnosti, micelij smanjuje koncentraciju toksina u tlu. Neke gljive su hiperakumulatori, te u svojem tkivu nakupljaju teške metale iz okolnog tla. Nadalje, poznato je da neki sojevi gljiva uspješno degradiraju nervne otrove VX i sarin.

Donosimo jednu od nekoliko dostupnih lista toksina i biljnih vrsta na Internetu

• Aluminij – ječam, bob, hortenzija, zlatošipka;
• Arsen – suncokret , gljiva Sarcosphaera coronaria;
• Benzen – klorofit, fikus, kalanhoa, geranija;
• Krom – uljana repica, suncokret;
• Bakar – indijska gorušica, suncokret;
• Živa – uljana repica, vrba Salix viminalis;
• Olovo – brokula, kupusnjače, uljana repica, suncokret;
• Kadmij – gorušica, kupusnjače, suncokret;
• Cink – gorušice, brokula, kupus, uljana repica, suncokret, crvena djetelina;
• Cezij – crveni javor, gorušica, kupusnjače, repa, kvinoja, kokosova palma, suncokret, tisa, bijela djetelina, kukuruz;
• Stroncij-90 – kanadski javor, gorušica, kupusnjače, kvinoja, suncokret, mrkve i peršin, mahunarke;
• Uran – amarant, kupusnjače, suncokret, smreka, hrast, kukuruz;
• Metil bromid – suncokret;
• Organske zagađivače, pesticide, eksplozive, otapala, industrijske kemikalije i druge ksenobiotike neutraliziraju biljke iz roda Canna.

Prednosti metode fitoremedijacije

1. Trošak energije i posljedično ukupni financijski trošak fitoremedijacije je značajno niži od konvencionalnih procesa dekontaminacije.
2. Biljke se mogu jednostavno nadgledati i pratiti promjene koncentracija otrovnih tvari.
3. Postoji mogućnost "recikliranja" vrijednih metala iz pepela korištenih biljaka.
4. Ovo je potencijalno najmanje štetna metoda jer koristi žive organizme (prirodu), a ne kemikalije pa ima najmanji utjecaj na okoliš.
5. Biljni materijal koji je upio toksine se može obraditi: sušenjem i paljenjem.
6. Krajnja količina proizvedenog toksičnog otpada nakon tretiranja je samo manji dio količine toksičnog otpada dobivenog korištenjem konvencionalnih metoda.

Nedostaci metode fitoremedijacije

1. Znanstvenici nisu zadovoljni brzinom kojom biljke dekontaminiraju tlo te se vrše veliki napori u pronalaženju GMO biljaka koje bi radile brže na uklanjanju polutanata iz tla. U nekim se slučajevima geni jetre sisavaca unose u biljke radi ubrzavanja detoksifikacije. Doduše, postavlja se pitanje koliko su ovakva nastojanja etički prihvatljiva.
2. Iako ova metoda generira značajno manje količine toksičnog otpada, još uvijek se lome koplja oko najboljeg načina odlaganja. Postoji nada da će se zelena masa s nakupljenim toksinima moći u budućnosti koristiti kao biogorivo.
3. Uspješnost fitoremedijacije ovisi o dubini na kojoj se korijenje razvija. Što je kontaminant dublje u tlu, duže će trebati korijenu da dopre do njega.
4. Tijekom fitoremedijacije, dolazi do bioakumulacije toksina koji mogu ući u hranidbeni lanac. Na taj način postaje štetna za neke male organizme koji je u prirodi konzumiraju. Ovaj se problem rješava ograđivanjem tretiranih područja. Nisam pronašla podatke o utjecaju akumuliranih teških metala u npr. bagremu na sadržaj bagremovog meda.
5. Kod fitoremedijacije, ponekad problem predstavlja i neprilagođenost biljne vrste na klimatske uvjete područja u kojem je potrebno saditi.
6. Preživljavanje biljaka ovisi o stupnju onečišćenosti tretiranog tla.

Primjeri upotrebe fitoremedijacije

U Saveznoj državi Michigan, fitoremedijacija se koristi na lokaciji poznatoj kao Bakrena zemlja ili mjesečeva površina. Istraživači su u kontejnere s normalnim tlom dodali bakterije koje su pronađene u velikom broju na lokacijama zagađenim otpadom iz napuštenih rudnika bakra. Kukuruz koji je posađen u ovim kontejnerima, inače bi se razvijao usporeno, no u prisutnosti spomenutih bakterija rastao je brzo, u razvijenu veliku biljku koja upija bakar. Kao i vrba, kukuruz je popularna biljka za fitoremedijaciju jer brzo raste i razvija veliku lisnu masu. U blizini Fort Worth, Texas, na području zrakoplovne baze posađena je vrsta topole Populus deltoideus radi uklanjanja trikloretena (TCE). Ovo je otrovno otapalo korišteno za čišćenje borbenih aviona te je dospjelo u vodu. Topole posađene na lokaciji Clackamus, u Oregonu čiste hlapljive organske tvari s ilegalnog odlagališta otpada.

U Engleskoj i Kini, biljka Eichhornia crassipes se koristi za uklanjanje fosfora iz vode, a u Indiji za uklanjanje metala iz ispusta tekstilne industrije. Plantaža kupusa je sađena u blizini ljevaonice cinka u poljskoj Silesiji. Kao rezultat ljevaonice, koncentracije olova u tlu su bile povećane. U veljači 1996. godine, kompanija Phytotech, Inc. je izvijestila da je razvijen transgenetski soj suncokreta koji može ukloniti do 95 % otrova i radioaktivnih čestica u manje od 24 h. Na lokaciji černobilske katastrofe, suncokreti se koriste na plutajućim stiropornim platformama na malom jezercu. Biljka pomaže sanaciji jezerske vode jer korijen upija radionuklide cezij 137 i stroncij 90.

Istraživači na jednom britanskom sveučilištu su izvijestili u svibnju 1999. godine u časopisu Nature Biotechnology da su biljke transgenetskog duhana upotrebljive za uklanjanje ostataka eksploziva. Živa, selen i organski onečišćivači kao što je PCB uspješno se uklanjaju iz tla korištenjem transgenetskih biljaka koje sadrže bakterijske enzime.

Vrsta vrbe Salix viminalis uspješno je korištena 1999. godine u ekstrakciji kadmija, cinka i bakra zbog svoje sposobnosti brzog prijenosa teških metala iz korijena u nadzemni dio biljke, te zbog sposobnosti proizvodnje velike količine biomase koja se jednom možda bude koristila kao biogorivo.

Kako sami u svojem vrtu možete utjecati na razinu onečišćenja?

Veliki broj istraživanja fitoremedijacijskih kapaciteta biljaka je rađen na povrtnicama. Tako npr. tikve i tikvice, izlučuju DDT (insekticid) iz onečišćenog tla i transpiriraju ga u atmosferu. Lupine izvlače neke herbicide i pesticide iz tla i akumuliraju ih u sjemenkama. Biljke kao što je krumpir privlače kreozot koji zadržavaju na korijenu i gomolju. Neki stručnjaci predlažu sadnju suncokreta uz autoceste. I kukuruz Zea mays, može upiti ogromne količine olova, arsena, kadmija. Sojevi biljaka tolerantni na količinu soli u tlu (halofilna šećerna repa i ječam) učestalo se koriste za izdvajanje soli (NaCl) iz tla koja su prethodno bila potopljena morskom vodom. Gorušica i ambrozija se koriste za akumulaciju olova. Vrste iz porodice kupusnjača Brassica juncea i Brassica carinata u laboratorijskim uvjetima na metalom obogaćenim umjetnim tlima, najefikasnije uklanjaju krom, olovo, bakar i nikal. Obični kupus upija cezij. I tako redom.

No, možda je bolje za saniranje zagađenih tala koristiti biljke koje nisu uobičajene na našim jelovnicima da ne bismo greškom konzumirali zatrovane biljke. I ječam upija aluminij, no ostaje pitanje prihvatljivosti korištenja prehrambene biljke za pročišćavanje okoliša. Zato, posadite jasen i bagrem da bi njihov korijenski sustav razgradio PCB poliklorirani bifenil koji se nalazi u velikom broju komercijalnih insekticida. Vrsta vrbe Salix viminialis i ostale vrbe akumuliraju veliki broj toksina, a ne predstavljaju ljudsku hranu (kadmij, krom, bakar, olovo, stroncij, uran, PCB, TCE). Tako, rogoz korijenskim sustavom izvlači olovo i arsen. Ljubičasti naprstak upija kadmij, a ta je biljka ionako otrovna za ljudsku konzumaciju. Ambrozija akumulira olovo, no nju ne bismo trebali saditi zbog ljudi koji pate od alergija. Američka crna topola Populus deltoides Marsh. upija ogromne količine vode dnevno, te upija arsen, atrazin, klorirana otapala koja se često koriste za čišćenje, te pesticide, eksplozive i metale. Obični bršljan akumulira benzen, formaldehid, ugljični monoksid, naftu, toluen, ksilen. Naša breza upija PCB (insekticidi) i PAH (iz ispušnih plinova automobila).

Božikovina i njeni srodnici dobro upijaju kadmij. Oleander upija naftu, a mi ga imamo posađenog sredinom autoputa u blizini Zadra. Kanadski javor privlači cezij i plutonij. Crni dud fenolnim tvarima potiče određene bakterije koje razgrađuju PCB. Također, u laboratorijskim uvjetima je dokazano da razgrađuje PAH tvari. Smaragdna tuja upija naftu. Obični kućni fikus akumulira formaldehid. Tamaris upija arsen, kadmij, kalcij, bakar, olovo, mangan. Lopoč nije samo lijepa vodena biljka već pomaže u filtraciji bakra, kroma i mangana iz vode. Mogućnosti su velike, treba samo pronaći informacije o predmetnom toksinu i najpogodnijoj biljnoj vrsti.

Efikasna metoda za velike površine gdje kontaminacija nije duboko u tlu

Idealan proces fitoremedijacije tala bio bi takav da u cijelosti razgradi onečišćivač bez stvaranja međuproizvoda te da ne utječe na zdravstvenu ispravnost korištene biljke/gljive/bakterije koja bi mogla biti konzumirana. Najefikasnija je na područjima koja nisu jako onečišćena. To je zato što jači toksini i veće doze, onemogućavaju posađenim biljkama razvoj. Iz razloga što biljke razvijaju veliku korijensku masu, fitoremedijacija je efikasna metoda za velike površine gdje kontaminacija nije prodrla duboko u tlo. Dodatno, fitoremedijacija je najprilagodljivija metoda za tretiranje tla, te se prisutni toksini biljkama mogu samo vezati, upiti i zadržati u lisnoj masi, transformirati u prihvatljivi kemijski oblik ili ispustiti u atmosferu. Na kraju, jeftinija je od konvencionalnih metoda dekontaminacije. Općenito, fitoremedijacija ima veliki potencijal u saniranju tala zagađenih teškim metalima, pesticidima, otapalima, benzinom i eksplozivima. Američka agencija za zaštitu okoliša procjenjuje da samo u SAD-u postoji 30.000 lokacija koje trebaju tretman fitoremedijacijom. Kada će Hrvatska uvesti fitoremedijaciju kao prirodnu metodu sanacije tla i vode?