Skażenie gleb to problem, z którym zmaga się większość krajów świata. Problem dotyczy również wielu regionów Polski. W jego rozwiązaniu może pomóc fitoremediacja. Badania wskazują, że niektóre rośliny zaskakująco skutecznie radzą sobie z oczyszczaniem środowiska z toksycznych substancji.
Ostre papryczki to cenny zasób światowej gastronomii. Okazuje się, że poza walorami smakowymi, mają również wartość ekologiczną. Pod koniec października Kentucky State University poinformował o wynikach eksperymentu z papryczkami odmiany Georgia Flame.
Badacze uprawiali je na polu doświadczalnym w Lexington, w glebie wzbogaconej m.in. wermikompostem (nawóz naturalny), osadem ściekowym, obornikiem kurzym i końskim oraz nawozami sztucznymi. W niektórych wariantach działo się to z dodatkiem biowęgla. Rośliny wykazały się zaskakującymi zdolnościami. Papryczki pobierały z podłoża kadm, nikiel, miedź i cynk, a dodatek biowęgla zwiększał ich skuteczność. Co istotne, stężenia niebezpiecznych substancji w samych owocach pozostały poniżej limitów.
Miliony skażonych terenów w Europie
Wyniki eksperymentu są obiecujące, choć autorzy studzą emocje. Badanie objęło tylko jeden sezon wegetacyjny. Do wiarygodnych wniosków potrzebne są wieloletnie próby w różnych warunkach klimatycznych. Przedsięwzięcie wpisuje się jednak w koncepcję, nad którą naukowcy pracują od ponad trzech dekad. To fitoremediacja, czyli wykorzystanie roślin do oczyszczania skażonej ziemi.
Potrzeba „porządków” jest ogromna. Europejska Agencja Środowiska szacuje, że w krajach UE skażonych może być nawet 2,8 mln lokalizacji. W 2016 r. państwa członkowskie zarejestrowały 1,38 mln takich obszarów. Do najczęściej wykrywanych zanieczyszczeń gleby należą metale ciężkie i oleje mineralne.
Te pierwsze, w odróżnieniu od wielu związków organicznych, nie ulegają biodegradacji. Mogą zalegać w glebie przez stulecia, przenikać do wód gruntowych i trafiać do łańcucha pokarmowego za pośrednictwem roślin uprawnych. W Polsce problem jest dobrze znany. Przykładem są złoża cynkowo-ołowiowe w rejonie olkuskim. Należały one do najbogatszych w Europie, a ich eksploatacja trwała od XII w. Efekt? Gleby wokół Olkusza, Bukowna czy w centralnej części Górnego Śląska wciąż zawierają podwyższone ilości cynku, ołowiu i kadmu.
Problem zyskuje na znaczeniu również w sensie prawnym. W grudniu 2025 r. weszła w życie unijna dyrektywa o monitorowaniu gleb – pierwsza w historii UE regulacja tego typu. Państwa członkowskie mają m.in. sporządzić publiczny wykaz potencjalnie skażonych terenów i ograniczyć zagrożenie dla zdrowia i środowiska, które one stwarzają. Oznacza to wzrost zapotrzebowania na metody rekultywacji – najlepiej tanie i nieinwazyjne.
- Czytaj na SmogLab: Oczyszczalnie sobie z nim nie radzą. Przez to jest zagrożeniem dla naturalnych biofiltrów
Na czym polega fitoremediacja?
Fitoremediacja – od greckiego „phyton” (roślina) i łacińskiego „remedium” (lekarstwo) – to pojęcie będące w naukowym obiegu od 1991 r. Zaproponował je Ilya Raskin z Rutgers University. Dotyczy wykorzystania roślin – często przy wsparciu mikroorganizmów glebowych – do usuwania, unieruchamiania lub neutralizowania zanieczyszczeń.
Pomysł szybko został sprawdzony w praktyce. W połowie lat 90. w pobliżu Czarnobyla przetestowano rizofiltrację – wiązanie toksyn przez korzenie roślin. Słoneczniki umieszczono na pływającej tratwie, z korzeniami zanurzonymi w wodzie niewielkiego stawu niedaleko reaktora. W ciągu 12 dni usunęły z niej ok. 90 proc. radioaktywnego cezu i ok. 80 proc. strontu.
Z kolei w 2001 r. na łamach „Nature” opisano paproć gromadzącą w liściach duże ilości arsenu. Kilka lat później w chińskiej prowincji Hunan prowadzono pilotażowe oczyszczanie skażonego pola za pomocą tej rośliny. Dziś fitoremediację testuje się na terenach pogórniczych, przemysłowych i rolniczych – z różnym skutkiem.
W przypadku metali ciężkich stosuje się kilka głównych technik:
- fitoekstrakcję – roślina pobiera metal korzeniami i przenosi go do pędów, które następnie się zbiera i utylizuje,
- fitostabilizację – korzenie wiążą metal w glebie, ograniczając jego przemieszczanie się do wód i powietrza,
- fitowolatylizację – przekształcanie niektórych pierwiastków (np. rtęci czy selenu) w lotne związki uwalniane do atmosfery,
- i wspomnianą rizofiltrację – oczyszczanie wody przepływającej przez strefę korzeni.
Skuteczność roślin mierzy się dwoma wskaźnikami: współczynnikiem bioakumulacji (czyli ile metalu trafia z gleby do rośliny) i współczynnikiem translokacji (jaka część wędruje z korzeni do łodyg i liści, które można łatwo zebrać).
Hiperakumulatory – najlepsi czyściciele skażeń
Największe nadzieje budzą tzw. hiperakumulatory. To rośliny, które gromadzą w pędach metale w stężeniach potencjalnie zabójczych dla większości gatunków – w przypadku kadmu powyżej 100 miligramów na kilogram suchej masy, w przypadku cynku powyżej 10 tys. miligramów. Jak dotąd poznano ok. 720 takich gatunków, z czego ponad 500 specjalizuje się w niklu. W przypadku ołowiu hiperakumulatorów jest raptem kilkanaście.
Do najlepiej zbadanych pod kątem fitoremediacji gatunków należą rozchodnik (Sedum plumbizincicola), skuteczny w wychwytywaniu kadmu i cynku, paproć (Pteris vittata), która akumuluje arsen, i rośliny z rodzaju Odontarrhena, pobierające nikiel. Swoich specjalistów ma też Polska. Na hałdach i terenach pogórniczych Śląska i Małopolski rosną metalofity (m.in. pleszczotka górska). Te nie tylko tolerują wysokie stężenia metali, ale wręcz preferują takie siedliska.
Laboratorium versus pole. Fitoremediacja nie jest cudownym lekiem
Fitoremediacja może stanowić duże wsparcie w walce ze skażeniami, ale jej możliwości są niestety ograniczone. Przekonuje o tym synteza opublikowana w 2025 r. na łamach „Frontiers in Plant Science”. Chińscy naukowcy przeanalizowali 547 obserwacji z 82 badań. Kadm okazał się metalem najchętniej pobieranym przez hiperakumulatory – średni współczynnik bioakumulacji wyniósł 10 (pędy zawierały średnio dziesięć razy więcej tego pierwiastka niż gleba). Problem w tym, że duża część kadmu zostaje w korzeniach, których nie da się łatwo usunąć z gruntu. Rośliny akumulujące ten pierwiastek mają też zwykle niewielką biomasę.
Kolejnego rozczarowania przysporzyła dysproporcja między wynikami uzyskiwanymi w szklarniach i w terenie. Usuwanie m.in. kadmu, niklu i cynku z tego drugiego środowiska okazało się trudniejsze niż w warunkach kontrolowanych. Duże znaczenie miał odczyn gleby. Wraz ze wzrostem pH spada pobór kadmu i cynku, ale rośnie pobór ołowiu. Istnieją też progi toksyczności. Przy zawartości kadmu powyżej ok. 215 mg/kg gleby rośliny przestają efektywnie go akumulować, bo metal zaczyna zwyczajnie im szkodzić.
Do tego dochodzą ograniczenia praktyczne. Fitoremediacja trwa latami, działa wyłącznie w zasięgu korzeni, czyli zwykle w wierzchniej warstwie gleby, a skażoną biomasę trzeba bezpiecznie zebrać i zutylizować. W przeciwnym razie metale wrócą do środowiska lub trafią do organizmów zwierząt żywiących się roślinami. Dlatego metoda sprawdza się głównie na rozległych, umiarkowanie zanieczyszczonych terenach, gdzie czas nie gra kluczowej roli.
Obecnie naukowcy szukają sposobów na zwiększenie fitoremediacyjnej wydajności roślin. Testują m.in. dodatek biowęgla, szczepienie gleby bakteriami i grzybami mikoryzowymi czy modyfikacje genetyczne. Jeśli chodzi o ostre papryczki z Kentucky, warto zaznaczyć, że – niestety – nie są one hiperakumulatorem.
- Czytaj na SmogLab: Trzecia strefa przemysłowa w kraju? Trwa dyskusja
–
Zdjęcie tytułowe: Tatevosian Yana/Shutterstock
