Zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi (m.in. kadmem, ołowiem, cynkiem, niklem czy arsenem) stanowi istotny problem środowiskowy i zdrowotny. Metale te nie ulegają biodegradacji, mogą kumulować się w łańcuchach troficznych oraz wpływać toksycznie na organizmy glebowe, rośliny i ludzi. Jedną z biologicznych metod ograniczania ich biodostępności i usuwania z gleby jest fitoremediacja.
Czym jest fitoremediacja?
Fitoremediacja to biologiczna metoda oczyszczania środowiska z wykorzystaniem roślin. Niektóre gatunki – zwane hiperakumulatorami – potrafią magazynować w liściach i łodygach ogromne ilości metali, nie wykazując przy tym objawów zatrucia.
To rozwiązanie:
• ekologiczne,
• stosunkowo tanie,
• bezpieczne dla otoczenia,
• estetyczne (w przeciwieństwie do przemysłowych metod rekultywacji).
Szczególne znaczenie mają tzw. hiperakumulatory, czyli rośliny zdolne do gromadzenia metali w tkankach nadziemnych w stężeniach wielokrotnie przekraczających poziomy tolerowane przez większość gatunków.
Ograniczenia i wyzwania
Pomimo licznych zalet fitoremediacja posiada istotne ograniczenia:
• proces jest czasochłonny (wieloletni),
• skuteczność zależy od pH, struktury gleby i biodostępności metali,
• wymaga bezpiecznej utylizacji skażonej biomasy,
• nie sprawdza się przy bardzo wysokich stężeniach zanieczyszczeń.
Obecnie badania koncentrują się na:
• modyfikacjach genetycznych roślin zwiększających zdolności akumulacyjne,
• zastosowaniu mikroorganizmów ryzosferowych wspomagających pobieranie metali,
• łączeniu fitoremediacji z technologiami chemicznymi i fizycznymi.
Mechanizmy fitoremediacji
Fitoremediacja obejmuje kilka procesów fizjologicznych i biochemicznych:
• Fitoekstrakcja – pobieranie metali przez system korzeniowy i ich translokacja do części nadziemnych.
• Fitostabilizacja – immobilizacja metali w ryzosferze poprzez wiązanie w korzeniach lub zmianę właściwości chemicznych gleby.
• Fitofiltracja – wychwytywanie zanieczyszczeń z wód powierzchniowych i gruntowych.
• Fitowolatilizacja – przekształcanie niektórych pierwiastków w lotne formy i ich uwalnianie do atmosfery (np. w przypadku selenu).
Przykłady roślin
Słonecznik zwyczajny jest szeroko badany pod kątem fitoekstrakcji ołowiu, kadmu oraz uranu, natomiast gorczyca sarepska wykazuje zdolność do akumulacji kadmu, ołowiu, niklu i cynku. W badaniach eksperymentalnych wykazano jej efektywną translokację metali do części nadziemnych, co czyni ją przydatną w procesach fitoekstrakcji. Kolejny gatunek oczyszczający glebę z metali ciężkich to wierzba wiciowa wykorzystywana głównie w fitostabilizacji oraz częściowo w fitoekstrakcji.