Fitoremediacja a tereny zieleni

Rzadziej mówi się o ich wpływie na utrzymanie wyższej wilgotności powietrza i obniżenie temperatury. Bardzo rzadko podkreśla się, że rośliny chronią przed skutkami nadmiernych opadów, gdyż gromadzą wodę na swojej powierzchni (podobnie jak zanieczyszczenia). Całkowitą eliminację roślin ze środowiska lub ograniczenie ich toksyczności przez rośliny zdefiniowano jako technologię fitoremediacji. Postęp w zakresie fizjologii roślin, biologii molekularnej, toksykologii oraz agronomii pozwolił na docenienie stosunkowo słabo poznanych cech u niektórych roślin, wykazujących dużą tolerancję na zanieczyszczenie środowiska.

 

Fitoremediacja w terenie zurbanizowanym znalazła zastosowanie w dwóch obszarach. Pierwszym są zdegradowane przestrzenie poprzemysłowe. Celem tej metody jest przywrócenie ich do stanu bezpiecznego pod względem zagospodarowania, aby mogły być użytkowane jako tereny rekreacyjne, handlowe, a nawet mieszkalne. Są to często bardzo atrakcyjnie zlokalizowane, uzbrojone w media obszary. Dlatego w interesie miast jest uczynienie ich bezpiecznymi dla mieszkańców. Sprzyja temu wprowadzony przez niektóre kraje zakaz zajmowania nowych obszarów pod zabudowę, jeśli dostępne są tereny poprzemysłowe. Prawo wymusza, aby zagospodarowane były one w pierwszej kolejności. Wiele z nich  znajduje się na obszarach naszych miast i w najbliższych latach powinny być spożytkowane.

Drugim i bardzo przyszłościowym miejscem zastosowania fitoremediacji są tereny w sąsiedztwie tras komunikacyjnych, gdzie źródła zanieczyszczeń stanowią środki transportu, emitujące szereg groźnych związków, takich jak: metale ciężkie (MC), wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), tlenki azotu (NOX), ozon (O3) oraz uznane w ostatnich latach za jedno z najgroźniejszych zanieczyszczeń powietrza pyły zawieszone (PM10 i PM2,5). W otoczeniu tras komunikacyjnych skażona jest gleba, spływająca tam woda oraz powietrze. W terenie zurbanizowanym są to tak zwane gorące wyspy: zakłady przemysłowe, przystanki autobusowe, skrzyżowania ulic o dużym natężeniu transportu miejskiego, otoczenie autostrad czy dróg szybkiego ruchu.

 

W praktyce największe sukcesy przy oczyszczaniu terenów poprzemysłowych odnosi dział fitoremediacji zwany fitoekstrakcją. Rośliny za pomocą systemu korzeniowego pobierają z gleby i przemieszczają do części nadziemnej metale ciężkie, co pozwala na ich usunięcie z gleby. W ten sposób przyroda wykonuje za nas trudną i najbardziej niewdzięczną pracę. Przyczyną zainteresowania się tą technologią jest również jej atrakcyjność ekonomiczna oraz pozostawienie gleby po „wydobyciu” metali ciężkich w stanie naturalnym. Rosnące na tych stanowiskach rośliny, a przede wszystkim towarzyszące im w glebie bakterie, dokonują rozkładu wielu zanieczyszczeń organicznych. Jednak proces fitodegradacji jest mało znany. Wiadomo tylko tyle, że taką degradację prowadzą głównie mikroorganizmy. Rola roślin jest jednak równie istotna, ponieważ wydzielając substancje specyficzne dla danego gatunku, wpływają one na skład mikroflory glebowej. Rozpoznano, iż takie gatunki drzewiaste jak: robinia akacjowa, morwa czarna, brzoza brodawkowata i jabłonie wydzielają do gleby znaczne ilości substancji z grupy flawonoidów. U jabłoni substancja ta jest zidentyfikowana i nosi nazwę florydzyny. Flawonoidy należą do związków chemicznych o budowie pierścieniowej, co sprzyja rozwojowi mikroorganizmów posiadających umiejętność korzystania z energii zawartej w tych związkach, czyli zdolności do rozrywania struktury pierścienia węglowego. Największą zdolnością do syntezy i wydzielania flawonoidów do gleby, bo ośmiokrotnie wyższą od przeciętnej, wykazuje morwa czarna. Wydzielane pierścieniowe flawonoidy stymulują namnożenie się określonych grup mikroorganizmów zwykle tak dużą, iż zaczyna brakować dla nich „flawonoidowego pożywienia”. Zaczynają one wtedy konsumować związki o podobnej budowie, a takimi są zarówno wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), jak i chlorowane dwufenyle (PCB).

Fitoremediacja terenów poprzemysłowych opiera się przede wszystkim na roślinach jednorocznych, dobrze znoszących zanieczyszczenia, których coroczna uprawa pozwala na uzyskanie dużej biomasy, a tym samym wysokiego poziomu likwidacji zanieczyszczeń. Do tego celu wykorzystuje się rośliny nie tylko dobrze tolerujące zanieczyszczenia, ale również przemieszczające ich część do zbieranych organów. Zalecane odmiany należą do takich gatunków jak: słonecznik, kukurydza, rzepak, szarłat oraz zboża – te o dłuższej słomie. Prowadzi się również uprawę gatunków wieloletnich, takich jak: wierzba wiciowa, hybrydy topoli oraz miskanta. Ich uprawa jest tańsza, jednak w pierwszych latach plon biomasy jest niski. W przypadku uprawy gatunków drzewiastych na skażonym terenie, dla którego wcześniej sporządzony został plan zagospodarowania przestrzennego, już na początku obok roślin zbieranych i utylizowanych posadzić można bardziej cenne gatunki drzewiaste, które po ukończeniu procesu fitoremediacji będą już znacznych rozmiarów i podniosą wartość terenu.

 

Trzecim działem fitoremediacji, który ma zastosowanie na terenach zieleni, jest fitostabilizacja. W tym przypadku wykorzystujemy bardziej długowieczne rośliny drzewiaste, które w pniach, konarach i grubych korzeniach gromadzą zanieczyszczenia na okres kilkudziesięciu lat. Zanieczyszczenia nie funkcjonują w bioobiegu i nie są rozprzestrzeniane, zatrzymane po kilkudziesięciu latach zostaną zutylizowane poprzez spalenie lub przez inną technologię, która w międzyczasie może zostać opracowana. Pamiętać należy, iż drzewa rosnące na skażonych stanowiskach wcześniej zrzucają liście, tworzą mniejsze korony, mają tendencje do zasychania i zrzucania gałęzi oraz żyją krócej. Nie nadają się do fitostabilizacji wieloletnie rośliny zielne i zwykle krócej żyjące krzewy, które mogą powiększać problemy, albowiem zanieczyszczenia zatrzymane w korzeniach (gdzie zwykle rośliny gromadzą ich najwięcej) po obumarciu korzeni tworzą skupienia o negatywnym oddziaływaniu. Na terenach zieleni inne działy fitoremediacji, np.: fitotranspiracja, rizofiltracja czy fitogórnictwo, nie znalazły zastosowania.

 

Po pierwsze, fitoremediacja stosowana jest na stanowiskach niezbyt mocno zanieczyszczonych, gdzie nie opłaca się zastosować technologii przemysłowych. Po drugie, technologia ta może być wykorzystywana, gdy zanieczyszczenia występują na znacznych obszarach. Ponadto główną zaletą technologii fitoremediacji jest ulokowanie przez rośliny zanieczyszczeń w wytworzonej biomasie, która jako substancja organiczna może być utylizowana przez spalenie. Zanieczyszczenia organiczne podczas spalania w odpowiednich piecach (spalarnie, elektrociepłownie) ulegają całkowitej degradacji. Natomiast zanieczyszczenia nieorganiczne, np. metale ciężkie, pozostają w popiele, który stanowi ułamek procenta spalanej biomasy. Zawartość metalu w popiele wzrasta wielokrotnie, a jeśli jest to pojedynczy pierwiastek, może być odzyskany ponownie, gdyż często jego ilość okazuje się większa niż w naturalnych rudach. Natomiast przy wielu pierwiastkach proces rozdzielenia metali jest zwykle zbyt kosztowny i popiół z zanieczyszczonej biomasy lokuje się na składowiskach, mimo że najlepiej byłoby przechowywać go w starych kopalniach. Do jednej z najważniejszych zalet fitoremediacji należy jej konkurencyjność cenowa względem metod przemysłowych. Przykładowo oczyszczenie jednego metra sześciennego gleby (w praktyce 4 m²powierzchni uprawnej) kosztuje ok. 800 euro. W przypadku fitoremediacji cena ta zależnie od metalu i jego koncentracji wahać się będzie w granicach od 40 do 200 euro. Fitoremediacja jest technologią akceptowaną społecznie. Widok rosnących roślin jest odbierany jako wskaźnik, że inne organizmy mogą również przetrwać w tym środowisku. Zaletą roślin jako fitoremediantów jest równoczesne pobieranie wielu zanieczyszczeń zarówno organicznych, jak i nieorganicznych. Dodatkowy pozytywny aspekt fitoremediacji stanowi również możliwość wykorzystania maszyn i narzędzi stosowanych w rolnictwie.

 

Jak każda technologia fitoremediacja ma również słabe strony. Jedną z nich jest długotrwałość procesu, który zależy od rodzaju i poziomu zanieczyszczeń. Zwykle fitoremediacja trwa w od trzech do pięciu lat, a na ważnych stanowiskach okres ten wydłuża się do 10 lat. Jeśli ekspertyza na podstawie przeprowadzonych analiz wykaże, że fitoremediacja musi trwać dłużej, należy szukać innej (zwykle droższej) technologii. Trzeba przy tym pamiętać, że przedstawiony problem dotyczy terenów poprzemysłowych, które przywraca się do stanu używalności. W terenie zurbanizowanym mamy do czynienia z niższymi poziomami zanieczyszczeń, ale trwale się utrzymującymi za sprawą ciągłej ich emisji. W otoczeniu ulic i dróg szybkiego ruchu obserwujemy wzrost zanieczyszczeń z powodu zwiększającej się liczby pojazdów mechanicznych. Zieleń przyuliczną tras o dużym natężeniu ruchu powinny stanowić gatunki roślin o dużych zdolnościach fitoremediacyjnych, bogato ulistnione, ale i takie, które tworzą dużą biomasę. Nie może być zastosowana przy wysokich poziomach zanieczyszczeń, np. na składowiskach odpadów chemicznych. Ponadto istnieją formy zanieczyszczeń, które nie są pobierane przez rośliny i wtedy trzeba zastosować inne technologie.

Planując wykorzystanie fitoremediacji, szuka się możliwości zmniejszenia kosztów jej użycia, np.: spożytkowania roślin na opał czy na podkłady. Dla fitoremediacji w mieście takim dodatkowym walorem będzie zieleń, która ze względu na uprawę gatunków odpornych na zanieczyszczenia ma szanse prezentować swe walory estetyczne. Tak zaprojektowane tereny zieleni, które są piękne, a zarazem będą chronić nasze zdrowie, mają większe szanse na opiekę i akceptację społeczną.

 

prof. dr hab. Stanisław W. Gawroński,

Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu,

SGGW w Warszawie