FITOREMEDIACJA: RODZAJE, ZALETY I WADY - BIOLOGIA - 2025

Fitoremediacja jest zbiorem rozwiązań technologicznych wykorzystujących żywe rośliny i ich skojarzone mikroorganizmów sanitarnych środowiska gleby, wody i powietrza.

Technologie fitoremediacji wykorzystują naturalną zdolność niektórych roślin do wchłaniania, koncentracji i metabolizowania pierwiastków i związków chemicznych występujących w środowisku jako zanieczyszczenia. Rośliny mogą służyć do ekstrakcji, unieruchamiania i stabilizacji, degradacji lub ulatniania się zanieczyszczeń.

Rycina 1. Fitoremediacja w terenie. Źródło.: Flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Gleba, wody powierzchniowe i podziemne oraz atmosfera mogą być zanieczyszczone w wyniku niektórych procesów naturalnych - takich jak m.in. erozja geologiczna, aktywność wulkaniczna - a także w wyniku działalności człowieka (przemysł, rolnictwo, ścieki, górnictwo, budownictwo, transport).

Emisje i ścieki przemysłowe, materiały odpadowe, materiały wybuchowe, środki agrochemiczne (nawozy, herbicydy, pestycydy), deszcz lub depozycja kwasów, materiały radioaktywne, między innymi, są czynnikami zanieczyszczenia pochodzącymi z działalności człowieka.

Fitoremediacja jawi się jako niedroga, skuteczna, publicznie akceptowana technologia remediacji borowiny różnego typu.

Słowo „fitoremediacja” pochodzi od greckiego „fito”, co oznacza żywą roślinę, oraz od łacińskiego „remediare”, co oznacza przywrócenie równowagi; to znaczy odzyskać równowagę poprzez użycie roślin.

Rodzaje fitoremediacji

Technologie fitoremediacji opierają się na fizjologicznych procesach roślin i związanych z nimi mikroorganizmach, takich jak między innymi odżywianie, fotosynteza, metabolizm, ewapotranspiracja.

W zależności od rodzaju zanieczyszczenia, stopnia zanieczyszczenia terenu oraz wymaganego poziomu usunięcia lub odkażania, techniki fitoremediacji są stosowane jako mechanizm powstrzymywania zanieczyszczeń (techniki fitostabilizacji, rizofiltracja) lub jako mechanizm usuwania (techniki fitoekstrakcji, fitodegradacji i fitowolatyzacji).

Rysunek 2. Rodzaje fitoremediacji. Źródło: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra z oryginału w rozszerzeniu .png), z Wikimedia Commons

Te techniki fitoremediacji obejmują:

Fitodegradacja

Technika ta, zwana również fitotransformacją, polega na selekcji i wykorzystaniu roślin, które mają zdolność degradacji wchłoniętych przez nie zanieczyszczeń.

Podczas fitodegradacji specjalne enzymy, które posiadają niektóre rośliny, powodują rozpad cząsteczek zanieczyszczających związków, przekształcając je w mniejsze, nietoksyczne lub mniej toksyczne cząsteczki.

Rośliny mogą także mineralizować zanieczyszczenia do prostych, przyswajalnych związków, takich jak dwutlenek węgla (CO ₂ ) i woda (H ₂ O).

Przykładami tego typu enzymów są dehalogenaza i oksygenaza; pierwsza sprzyja usuwaniu halogenów ze związków chemicznych, a druga utlenia substancje.

Fitodegradacja została wykorzystana do usunięcia materiałów wybuchowych, takich jak TNT (trinitrotoluen), pestycydy chloroorganiczne i fosforoorganiczne, węglowodory chlorowcowane i inne zanieczyszczenia.

Rhizoremediation

Gdy degradacja zanieczyszczeń jest spowodowana działaniem mikroorganizmów żyjących w korzeniach roślin, technika remediacji nazywana jest rizoremediacją.

Fitostabilizacja

Ten rodzaj fitoremediacji opiera się na roślinach, które pochłaniają zanieczyszczenia i unieruchamiają je w środku.

Wiadomo, że rośliny te zmniejszają biodostępność zanieczyszczeń poprzez wytwarzanie i wydalanie przez korzenie związków chemicznych, które inaktywują substancje toksyczne poprzez mechanizmy absorpcji, adsorpcji lub precypitacji i krzepnięcia.

W ten sposób zanieczyszczenia nie są już dostępne w środowisku dla innych istot żywych, zapobiega się ich migracji do wód gruntowych i ich rozprzestrzenianiu się na większe obszary gleby.

Niektóre rośliny, które zostały użyte w fitostabilizacji to: Lupinus albus (do unieruchomienia arsenu, As i kadmu, Cd), Hyparrhenia hirta (immobilizacja ołowiu, Pb), Zygophyllum fabago (immobilizacja cynku, Zn), Anthyllis Vulneraria (immobilizacja cynku) , ołów i kadm), Deschampia cespitosa (unieruchomienie ołowiu, kadmu i cynku) oraz Cardaminopsis arenosa (unieruchomienie ołowiu, kadmu i cynku).

Fitostymulacja

W tym przypadku stosuje się rośliny, które stymulują rozwój mikroorganizmów rozkładających zanieczyszczenia. Te mikroorganizmy żyją w korzeniach roślin.

Fitoekstrakcja

Fitoekstrakcja, zwana również fitoakumulacją lub fito-sekwestracją, wykorzystuje rośliny lub algi do usuwania zanieczyszczeń z gleby lub wody.

Po wchłonięciu przez roślinę lub algi zanieczyszczających chemikaliów z wody lub gleby i ich nagromadzeniu, są one zbierane jako biomasa i ogólnie spalane.

Rysunek 3. Fitoremediacja w basenach, rekultywacja opuszczonej kopalni uranu. Portugalia. Źródło: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Popioły są składowane w specjalnych miejscach lub na wysypiskach bezpieczeństwa lub służą do odzyskiwania metali. Ta ostatnia technika nazywa się ziołolecznictwem.

Rośliny nadmiernie akumulujące się

Organizmy zdolne do pochłaniania ekstremalnie dużych ilości zanieczyszczeń z gleby i wody nazywane są hiperakumulatorami.

Stwierdzono hiperakumulatory arsenu (As), ołowiu (Pb), kobaltu (Co), miedzi (Cu), manganu (Mn), niklu (Ni), selenu (Se) i cynku (Zn).

Fitoekstrakcję metali przeprowadzono na roślinach takich jak Thlaspi caerulescens (ekstrakcja kadmu, Cd), Vetiveria zizanoides (ekstrakcja cynku Zn, kadmu Cd i ołowiu Pb), Brassica juncea (ekstrakcja ołowiu Pb) i Pistia stratiotis (ekstrakcja srebra Ag , rtęć Hg, nikiel Ni, ołów Pb i cynk Zn) m.in.

Fitofiltracja

Ten rodzaj fitoremediacji stosowany jest do odkażania wód gruntowych i powierzchniowych. Zanieczyszczenia są wchłaniane przez mikroorganizmy lub przez korzenie lub są przyczepiane (adsorbowane) do ich powierzchni.

Rysunek 4. Wzrost korzeni w laboratorium, w płynnej pożywce. Źródło: pixabay.com

W fitofiltracji rośliny są uprawiane techniką hydroponiczną, a gdy korzeń jest dobrze rozwinięty, rośliny przenoszone są do zanieczyszczonych wód.

Niektóre rośliny używane jako fitofiltry to: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda i Polygonum punctatum.

Fitowolatyzacja

Technika ta działa, gdy korzenie roślin wchłaniają zanieczyszczoną wodę i uwalniają do atmosfery zanieczyszczenia przekształcone w postać gazową lub lotną poprzez transpirację liści.

Znane jest fitowolatyzujące działanie selenu (Se) roślin, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus i Chara canescens, a także zdolność do przenikania rtęci (Hg) z gatunku Arabidopsis thaliana.

Zalety fitoremediacji

• Zastosowanie technik fitoremediacji jest znacznie tańsze niż wdrożenie konwencjonalnych metod dekontaminacji.
• Technologie fitoremediacji są efektywnie stosowane na dużych obszarach o średnim poziomie zanieczyszczenia.
• Dzięki technice odkażania in situ skażone środowisko nie musi być transportowane, co pozwala uniknąć rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń przez wodę lub powietrze.
• Zastosowanie technologii fitoremediacji pozwala na odzysk cennych metali i wody.
• Aby zastosować te technologie, potrzebne są tylko konwencjonalne praktyki rolnicze; Budowa specjalnych obiektów nie jest konieczna, ani szkolenie wyszkolonego personelu do jego realizacji.
• Technologie fitoremediacji nie zużywają energii elektrycznej ani nie powodują emisji szkodliwych gazów cieplarnianych.
• To technologie chroniące glebę, wodę i atmosferę.
• Są to metody odkażania o najmniejszym wpływie na środowisko.

Wady i ograniczenia

• Techniki fitoremediacji mogą mieć wpływ tylko w strefie zajmowanej przez korzenie roślin, to znaczy na ograniczonym obszarze i głębokości.
• Fitoremediacja nie jest całkowicie skuteczna w zapobieganiu wymywaniu lub przesiąkaniu zanieczyszczeń do wód gruntowych.
• Techniki fitoremediacji to powolne metody odkażania, ponieważ wymagają czasu oczekiwania na wzrost roślin i związanych z nimi mikroorganizmów.
• Stopień toksyczności zanieczyszczeń wpływa na wzrost i przeżywalność roślin stosowanych w tych technikach.
• Stosowanie technik fitoremediacji może mieć negatywny wpływ na ekosystemy, w których są wdrażane, ze względu na bioakumulację zanieczyszczeń w roślinach, które mogą następnie przedostać się do łańcuchów pokarmowych poprzez konsumentów pierwotnych i wtórnych.

Bibliografia

1. Carpena RO i Bernal MP. 2007. Klucze do fitoremediacji: fitotechnologie do odtwarzania gleby. Ekosystemy 16 (2). Może.
2. Agencja Ochrony Środowiska (EPA-600-R-99-107). 2000. Wprowadzenie do fitoremediacji.
3. Gerhardt KE, Huang XD, Glick BR, Greenberg BM. 2008. Fitoremediacja i rizoremediacja organicznych zanieczyszczeń gleby: Potencjał i wyzwania. Nauka o roślinach. BRAKUJĄCE LIŚCIE
4. Ghosh M i Singh SP. 2005. Przegląd fitoremediacji metali ciężkich i utylizacji ich produktów ubocznych. Ekologia stosowana i badania środowiskowe. 3 (1): 1-18.
5. Wang, L., Ji, B., Hu, Y., Liu, R. i Sun, W. (2017). Przegląd fitoremediacji in situ odpadów kopalnianych. Chemosphere, 184, 594–600. doi: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025