Φυτά απομακρύνουν τοξικές ουσίες από το έδαφος
Είναι ευρέως γνωστό ότι οι ρύποι που προκύπτουν από τις ανθρώπινες δραστηριότητες και κυρίως από τον βιομηχανικό τομέα επιβαρύνουν, πολλές φορές μη αντιστρεπτά, το φυσικό περιβάλλον. Όσον αφορά την Ευρωπαϊκή Ένωση, τα αστικά και βιομηχανικά απόβλητα αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του προβλήματος, ενώ το ορυκτέλαιο και τα βαρέα μέταλλα αποτελούν τους πιο συχνούς μολυσματικούς παράγοντες καθώς συμβάλλουν κατά 60% στη ρύπανση του εδάφους.
Η αποκατάσταση της χημικής σύστασης και της ποιότητας του εδάφους σε περιβάλλοντα που έχουν επιβαρυνθεί από ρυπογόνες δραστηριότητες, όπως σε χώρους εξορύξεων ή σε βιομηχανικές περιοχές, είναι μια μεγάλη πρόκληση της εποχής μας. Ορισμένα είδη φυτών μπορούν να συμβάλλουν προς αυτήν την κατεύθυνση, δεσμεύοντας, απομακρύνοντας ή αδρανοποιώντας ρύπους, παρέχοντας μια εναλλακτική προσέγγιση φιλική προς το περιβάλλον.
Φυτική απορρύπανση
Ακόμα και αν οι ρύποι βρίσκονται σε χαμηλές συγκεντρώσεις μπορούν να διαπεράσουν την τροφική αλυσίδα διότι συσσωρεύονται αρχικά στα φυτά και μετά στα ζώα και εν τέλει και στον άνθρωπο, προκαλώντας τους σοβαρές βλάβες. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα βιοσυσσώρευσης παρατηρείται με τα βαρέα μέταλλα. Συνήθως εναποτίθενται στο έδαφος ως παραπροϊόν της βιομηχανικής δραστηριότητας. Επειδή δεν είναι βιοδιασπώμενα κι επομένως δεν μπορούν να αποικοδομηθούν από τους μικροοργανισμούς, συσσωρεύονται και παραμένουν εκεί για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα. Εξαιτίας της τοξικότητάς τους, αποτελούν μια σοβαρή απειλή για τα οικοσυστήματα. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι είναι ιδιαίτερα επιβλαβή για τους ζωντανούς οργανισμούς καθώς επίσης και τον άνθρωπο.
Επομένως η απομάκρυνση των ρύπων από το έδαφος είναι απαραίτητη και μπορεί πλέον να επιτευχθεί με ποικίλες μεθοδολογίες. Για παράδειγμα, τα βαρέα μέταλλα απομακρύνονται με μηχανικό τρόπο ή χημική επεξεργασία όπως η εκσκαφή, η καύση, η ταφή ή η πλύση του εδάφους. Αυτές οι συμβατικές μεθοδολογίες έχουν υψηλό κόστος και δεν είναι πάντα αποτελεσματικές στην απομάκρυνση των ρύπων. Ταυτόχρονα διαταράσσουν το οικοσύστημα, μεταβάλλοντας, συχνά μη αντιστρεπτά, τις βιολογικές και φυσικοχημικές ιδιότητες του εδάφους.
Η απομάκρυνση των ρύπων από το έδαφος, είτε οργανικών είτε ανόργανων, μπορεί να γίνει με τη βοήθεια φυτών με μια πιο φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση, ο οποία ονομάζεται «φυτική απορρύπανση» ή αλλιώς “phytoremediation”. Ορισμένα φυτά μπορούν να βοηθήσουν πολύ προς αυτήν την κατεύθυνση με την απομάκρυνση διάφορων ειδών ρύπων, όπως μέταλλα, παρασιτοκτόνα καθώς επίσης και άλλων επιβλαβών ανόργανων και οργανικών ενώσεων. Δεσμεύοντας τους ρύπους εμποδίζουν τη διασπορά τους με τον αέρα ή τη βροχή ή μέσω των υπόγειων υδάτων και έτσι επιτυγχάνεται ο περιορισμός της επιμόλυνσης σε γειτονικές περιοχές ή σε βαθύτερα στρώματα του εδάφους.
Μηχανισμοί απομάκρυνσης των ρύπων
Τα φυτά μπορούν να απομακρύνουν τους ρύπους με διάφορους τρόπους, ανάλογα με το είδος των φυτών και με τη χημική σύσταση των ρύπων. Αρχικά απορροφούν με το ριζικό τους σύστημα το νερό μαζί με τους ρύπους που βρίσκονται στο έδαφος, ενώ στη συνέχεια τους αποθηκεύουν ή τους διασπούν σε λιγότερο επιβλαβείς χημικές ενώσεις. Μια τη διαδικασία της φυτικής συσσώρευσης, ορισμένα φυτά προσλαμβάνουν και αποθηκεύουν στα κύτταρά τους μέταλλα που βρίσκονται σε υψηλή συγκέντρωση στο έδαφος στο οποίο βρίσκονται. Μέχρι στιγμής έχουν περιγραφεί εκαντοντάδες φυτικά είδη που μπορούν να συσσωρεύσουν μέταλλα όπως το νικέλιο, ο υδράργυρος, το μαγγάνιο και το αρσενικό, στα φύλλα, στις ρίζες ή στους βλαστούς τους, σε πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις σε σχέση με τα υπόλοιπα φυτά. Έχει βρεθεί ότι η συσσώρευση των μετάλλων στα φύλλα αποτρέπει έντομα από το να τα καταναλώσουν και προσδίδει ανθεκτικότητα όσον αφορά την προσβολή τους από μύκητες και βακτήρια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το φυτό Thlaspi caerulescens που συσσωρεύει στα φύλλα του μεγάλες ποσότητες ψευδαργύρου χωρίς να επηρεάζεται η ανάπτυξή του, ενώ ταυτόχρονα θεωρείται ότι έτσι προστατεύεται απέναντι σε έντομα και μικροοργανισμούς.
Κάποια άλλα φυτά μπορούν να διασπάσουν επιβλαβείς χημικές ενώσεις, είτε απελευθερώνοντας στο έδαφος ειδικά για το σκοπό αυτό ένζυμα, είτε προσλαμβάνοντας τις χημικές ουσίες και διασπώντας τες στο εσωτερικό των κυττάρων τους. Σε κάθε περίπτωση το αποτέλεσμα είναι το επιθυμητό: οι τοξικοί ρύποι όχι μόνο απομακρύνονται αλλά και καθίστανται λιγότερο βλαβεροί για το περιβάλλον και τους οργανισμούς. Στην περίπτωση των μετάλλων, που δεν μπορούν να διασπαστούν, τα φυτά αναλαμβάνουν να τα τροποποιήσουν ώστε να μειώσουν τη δραστικότητά τους και να τα αποθηκεύσουν. Άλλα φυτά διευκολύνουν τη διαδικασία της απορρύπανσης με διαφορετικό τρόπο: τροφοδοτούν τους μικροοργανισμούς, όπως για παράδειγμα βακτήρια που ζουν στο έδαφος, με θρεπτικά συστατικά έτσι ώστε να αναλαμβάνουν εκείνα να δεσμεύσουν τους ρύπους. Οι ρύποι συγκεντρώνονται στις ρίζες των φυτών και παραμένουν εκεί, συχνά αφού έχουν διασπαστεί σε λιγότερο τοξικές χημικές ενώσεις.
Επιπρόσθετα, ορισμένα φυτά και μικροοργανισμοί μπορούν να μετατρέπουν τοξικές ουσίες σε λιγότερο επιβλαβή αέρια, τα οποία απελευθερώνονται στον αέρα. Η μέθοδος αυτή έχει σημαντικά πλεονεκτήματα διότι τα αέρια που απελευθερώνονται δεν παρουσιάζουν την ίδια τοξικότητα και δεν χρειάζεται να υποστούν περαιτέρω επεξεργασία. Τα φυτά που συσσωρεύουν υδράργυρο και σελήνιο ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία. Η διάσπαση με την απελευθέρωση ενζύμων στις ρίζες ή μέσω χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό των φυτών αφορά κυρίως τους οργανικούς ρύπους. Η λεύκα αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα φυτού που έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για αυτόν τον σκοπό.
Φυτά-σύμμαχοι στην αποκατάσταση του εδάφους
Η επιλογή των φυτών που μπορούν να επιτελέσουν το έργο της απορρύπανσης του εδάφους έχει απασχολήσει την επιστημονική κοινότητα και αποτελεί ένα κομβικό σημείο για την εξυγίανσή του. Τα φυτά πρέπει να είναι ανθεκτικά σε υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων ή άλλων ρύπων. Θα πρέπει, επίσης, να έχουν την ικανότητα να αποσπούν τους ρύπους από το περιβάλλον χωρίς να επηρεάζεται ο ρυθμός ανάπτυξής τους, κάτι που επιτυγχάνουν με τη βοήθεια πυκνών ριζικών συστημάτων. Θα πρέπει επίσης, να αναπτύσσονται γρήγορα και να παράγουν σημαντικές ποσότητες βιομάζας έτσι ώστε να μπορούν να καλύψουν μεγάλες εκτάσεις στις επιβαρυμένες περιοχές. Αρκετά φυτά πληρούν τις προαναφερθείσες προδιαγραφές. Ορισμένα είδη φτέρης αποτελούν άριστα παραδείγματα τέτοιων φυτών διότι έχουν εξελιχθεί έτσι ώστε να μεγαλώνουν αρκετά γρήγορα σε περιβάλλον γεμάτο τοξικούς ρύπους. Σε άλλες περιπτώσεις επιστρατεύονται μεθοδολογίες γενετικής τροποποίησης προκειμένου να δημιουργηθούν φυτά με αυξημένη ικανότητα πρόσληψης και αποθήκευσης τέτοιων ουσιών.
Τα οφέλη από τη χρήση των φυτών στην απορρύπανση είναι σημαντικά. Το βασικότερο ίσως πλεονέκτημα είναι ότι αξιοποιούνται οι φυσικές διαδικασίες και οι μηχανισμοί των φυτών. Δεν επιστρατεύεται ειδικός ενεργειοβόρος εξοπλισμός, το κόστος είναι σημαντικά χαμηλότερο σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους και δεν απαιτείται επιπρόσθετη επιβάρυνση της περιοχής με σκάψιμο του εδάφους ή με άντληση των μολυσμένων υπόγειων υδάτων. Η διάβρωση του εδάφους περιορίζεται και η βελτίωση του περιβάλλοντος διευκολύνεται σημαντικά. Ένα ακόμα σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι εκτός από το έδαφος όλο το οικοσύστημα που σχετίζεται με αυτό ανακτά σιγά σιγά τις φυσικοχημικές ιδιότητές του. Με τη συσσώρευση και αποθήκευση των ρύπων εντός των φυτών περιορίζεται η διασπορά τους και η επιμόλυνση γειτονικών περιοχών. Σε κάποιες περιπτώσεις τα μέταλλα μπορούν να ανακτηθούν από τα φυτά και να επαναχρησιμοποιηθούν.
Τα εμπόδια στην εφαρμογή
Ο χρόνος που χρειάζεται για να καθαριστεί το έδαφος από τους ρύπους με αυτήν την προσέγγιση συνήθως αποθαρρύνει τις επιχειρήσεις διότι θεωρείται ότι η επιλογή άλλων λιγότερο περιβαλλοντικά φιλικών μεθόδων επιφέρει γρηγορότερα αποτελέσματα. Παρόλο που εργαστηριακά και επιστημονικά έχει αποδειχθεί η ικανότητα ορισμένων φυτών να καθαρίζουν περιοχές σχετικά γρήγορα και με χαμηλό κόστος, εν τούτοις δεν εφαρμόζεται ακόμα η φυτική απορρύπανση σε ευρέα κλίμακα, σε μολυσμένες εκτάσεις. Αυτό οφείλεται εν πολλοίς στην έλλειψη εξοικείωσης και στην άγνοια γύρω από τη φυτική απορρύπανση που ωθεί στην επικράτηση των συμβατικών μεθόδων.
Το μέγεθος του προβλήματος, δηλαδή οι συγκεντρώσεις και το είδος των ρύπων στο έδαφος, το βάθος και η έκταση της μόλυνσης, καθώς και οι κλιματολογικές συνθήκες επηρεάζουν τις δυνατότητες για εξυγίανση των επιβαρυμένων περιοχών με τη χρήση φυτών. Παράλληλα μπορεί να δημιουργείται η ανάγκη καλλιέργειας πολλών, διαφορετικών φυτικών ειδών για μεγάλα, συνεχόμενα χρονικά διαστήματα, κατά τα οποία θα πρέπει να απαγορεύεται η βόσκηση για να αποτραπεί το φαινόμενο της βιοσυσσώρευσης. Τέλος παρόλο που συγκεντρώνονται οι ρύποι στα φυτά και μειώνεται η διασπορά τους, παραμένει το πρόβλημα της διαχείρισης των μολυσμένων πια φυτών, μετά τη συγκομιδή τους. Στην περίπτωση χρήσιμων μετάλλων, η εξαγωγή και επαναχρησιμοποιήσή τους φαίνεται ότι συντελεί προς την κατεύθυνση μιας οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμης απορρύπανσης.
Παρά, λοιπόν, τη μεγάλη εργαστηριακή επιτυχία και τον ενθουσιασμό που προκαλεί η φυτική απορρύπανση στην επιστημονική κοινότητα, οι μελέτες στο πεδίο που να αναδεικνύουν το μειωμένο κόστος και τον απαιτούμενο χρόνο για τη φυτική απορρύπανση είναι πολύ περιορισμένες. Μέχρι το 2015 υπήρχαν περισσότερες από 600 επιστημονικές δημοσιεύσεις πάνω στο θέμα. Από αυτές μόλις οι 40 αφορούσαν μελέτες στο πεδίο. Η έλλειψη της κατανόησης σε βάθος των βιολογικών διαδικασιών με τον οποίο τα φυτά επιτελούν την απορρύπανση είναι ένας ακόμα ανασταλτικός παράγοντας για την καθιέρωσή και την εφαρμογή της σε ευρεία κλίμακα σε αστικές και βιομηχανικές περιοχές. Παρόλα αυτά έχει εφαρμοστεί σε λίγες περιοχές, κυρίως σε επιβαρυμένα περιβάλλοντα των ΗΠΑ. Στην πολιτεία Μέριλαντ έχουν αξιοποιηθεί φυτά για να αποκατασταθεί μια περιοχή όπου απορρίπτονταν και καίγονταν βιομηχανικά απόβλητα, που συσσωρεύονταν εκεί για δεκαετίες, από το 1940 μέχρι το 1970 και που είχαν ως αποτέλεσμα την μόλυνση των υπόγειων υδάτων. Στην Ευρώπη και στην Κίνα επιχειρείται πιλοτικά και με τη συνεργασία 18 χωρών η ανάπτυξη σύγχρονων μεθόδων απορρύπανσης μολυσμένων εδαφών, που περιλαμβάνουν και τη χρήση φυτών, μέσα από το πρόγραμμα EiCLaR (Enhanced In Situ Bioremediation for Contaminated Land Remediation).
Η αποκατάσταση του εδάφους με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον και με την αξιοποίηση του θαυμαστού κόσμου των φυτών είναι αδιαμφισβήτητα μια προσέγγιση που αξίζει να διερευνηθεί και να αξιοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα. Το έδαφος υποστηρίζει τη ζωή και αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι των οικοσυστημάτων, τα οποία εξυπηρετεί με πολλές, ζωτικής σημασίας, λειτουργίες. Επομένως η απορρύπανσή του οφείλει να αποτελεί δέσμευση και προτεραιότητα σε διεθνές επίπεδο. Η ενίσχυση της έρευνας είναι επίσης επιβεβλημένη για την κατανόηση των σύνθετων αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στους ρύπους, στα φυτά και στους μικροοργανισμούς προκειμένου να αξιοποιηθούν και να προκύψουν νέες δυνατότητες εξυγίανσης του εδάφους με περιβαλλοντικά βιώσιμο τρόπο.
Πηγές:
https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/phytoremediation-17359669/.
Yan Α et al. Phytoremediation: A Promising Approach for Revegetation of Heavy Metal-Polluted Land. Front. Plant Sci., 30 April 2020.
