Nová nádej pre kontaminované územia?

Z opustených baní sa na Slovensku dodnes uvoľňujú nebezpečné látky. Aj niektoré polia sú zamorené toxickými zlúčeninami a príležitostne sa objavujú informácie o znečistených podzemných vodách a úložiskách nebezpečných materiálov. Alternatívnym riešením týchto problémov je očisťovanie prostredia rastlinami, tzv. fytoremediáciou.

Halda po ťažbe medených rúd v Španej Doline, foto M. Vaculík.

Do životného prostredia sa v posledných desaťročiach dostáva čoraz viac nebezpečných látok, ktoré ovplyvňujú všetky živé organizmy na Zemi vrátane človeka. Prirodzenou cestou, tzv. geogénnymi procesmi, sa pedosféra (pôdny obal Zeme), hydrosféra (vodný obal Zeme) a atmosféra (plynný obal Zeme) obohacujú o rôzne chemické prvky alebo ich zlúčeniny. Omnoho viac cudzorodých látok sa však v našom okolí hromadí v dôsledku ľudských aktivít. Medzi najväčší zdroj znečistenia životného prostredia patrí banská činnosť, spracovanie rúd a iných nerastných surovín. Keďže baníctvo bolo na Slovensku v minulosti dôležitým odvetvím priemyslu, stopy po banskej činnosti možno nájsť v mnohých regiónoch. Zdrojom kontaminácie pôd, vôd a atmosféry sú však aj iné odvetvia priemyslu, najmä produkcia rôznych chemických látok, plastov a liekov. Aj poľnohospodárstvo prispieva svojou mierou ku kontaminácii prostredia aj rastúci tlak na dopravu, energetiku a odpadové hospodárstvo.

Priečny rez koreňom so zvýraznením (červenou farbou) vodivých pletív, ktorými sa do nadzemných častí rastlín dostávajú živiny a súčasne aj toxické látky, foto A. Lux.

Prečisťovanie pôd
Klasické remediačné technológie, založené najmä na chemickom prečisťovaní pôdy, sa ukázali ako nie celkom efektívne. Na jednej strane výrazne zasahujú do celého ekosystému tým, že narúšajú ekologické vzťahy v pôde, na druhej strane náklady na takéto sanačné technológie sú pomerne vysoké. Preto sa popri zaužívaných spôsoboch očisťovania pôd v posledných rokoch do popredia dostali nové prístupy, založené na využití obnoviteľných prírodných zdrojov – rastlín, ktoré súhrnne označujeme ako fytoremediácie. Týmto pojmom  označujeme metódy a technológie využívajúce rastliny na stabilizovanie alebo dekontamináciu znečisteného životného prostredia. Predstavujú progresívny typ bioremediačných postupov a keďže hlavnú úlohu v nich zohrávajú rastliny, zvyknú sa označovať tiež pojmom zelené fytotechnológie.

Metódy a technológie
Azda najpoužívanejšou metódou v praxi je tzv. fytoextrakcia, ktorá je založená na schopnosti extrakcie bioprístupných látok z pôdy pomocou koreňov a ich ďalšieho premiestnenia a akumulácie v pletivách nadzemných častí rastlín, ako sú stonka, listy alebo plody. Niekedy sa zvyknú do pôdy pridávať rôzne látky, ktorých úlohou je mobilizovať prvky a zvýšiť tak ich bioprístupnosť pre rastliny.
Ďalšou metódou je fytofiltrácia, ktorá sa využíva vo vodných ekosystémoch. Na jej princípoch sú založené tzv. koreňové čističky vodných nádrží a biobazénov. Znečisťujúce látky sa zachytávajú najmä v koreňovej sústave rastlín, ktoré plávajú na vodnej hladine alebo sú zakorenené na dne nádrže. Progresívnou metódou je tiež biodegradácia, ktorou možno degradovať výlučne organické látky pomocou rastlinných enzýmov priamo v rastlinnom tele alebo v okolí koreňov. Neraz je proces degradácie spätý s činnosťou rôznych pôdnych mikroorganizmov vytvárajúcich s rastlinami dôležité vzťahy.
Princíp fytovolatilizácie spočíva v príjme látok koreňmi a ich uvoľnením do atmosféry pomocou listov. Nejde však o priamu dekontamináciu, ale skôr o rozptýlenie znečisťujúcich látok do okolia.
Nie všetky fytoremediačné metódy sú založené na princípe dekontaminácie. Často na povrchu nachádzame také miesta, kde miera znečistenia daným prvkom alebo nebezpečnou látkou je taká vysoká, že použitie rastlín na vyčistenie takéhoto územia nie je pri súčasných možnostiach a našich poznatkoch reálne. Je preto vhodnejšie zabrániť rozšíreniu takéhoto znečistenia formou veternej alebo vodnej erózie a zvýšiť environmentálnu hodnotu územia jednoduchým zazelenením. Takýto fytoremediačný postup sa označuje ako fytostabilizácia.
V posledných rokoch sa do popredia dostáva nová metóda, tzv. fytodesalinizácia. Je založená na odsoľovaní slaných pôd, keďže tlak na obhospodarovanie doteraz nevyužiteľných pôd vďaka rastúcej celosvetovej populácii stúpa.

Hypermakulátor peniažtek modrastý s plodmi z okolia Banskej Štiavnice, foto A. Lux.
Hyperakumulátory

Pre optimalizáciu fytoremediačného procesu je dôležité neustále hľadať nové rastlinné druhy, ktoré sa vyznačujú vysokou prispôsobivosťou a toleranciou pre danú znečisťujúcu látku. Jednou zo študovaných skupín takýchto rastlín sú tzv. hyperakumulátory. Ide o rastliny, ktoré dokážu tolerovať prítomnosť zvýšeného množstva prvkov a aj ich aktívne prijímať a ukladať v nadzemných častiach v koncentráciách, ktoré iné rastlinné druhy zabijú. Pre zaujímavosť môžeme uviesť, že často ide o neesenciálne toxické prvky ako kadmium, olovo alebo arzén. Napriek tomu sa pri tejto špecifickej skupine rastlín vytvorili určité tolerančné mechanizmy, ktoré im umožňujú prežiť v takom nehostinnom prostredí.
Mechanizmy hyperakumulácie ešte nie sú úplne objasnené, ale vie sa, že tieto rastlinné druhy sa snažia toxické prvky ukladať na miesta, kde najmenej škodia, čo v prípade rastlín je najmä pokožka, kôra alebo trichómy (výrastok pokožkovej bunky) a tŕne. Na bunkovej úrovni sa snažia tieto látky ukladať do bunkovej steny alebo vakuol. Zistilo sa, že toxické látky prítomné v takej vysokej koncentrácii v pletivách rastlín môžu slúžiť ako obranný mechanizmus proti rôznym rastlinným predátorom, napr. fytofágnemu hmyzu.
Nevýhodou týchto unikátnych rastlín je však zvyčajne ich malý vzrast a nízka tvorba biomasy. Jeden z takýchto hyperakumulátorov, peniažtek modrastý (Thlaspi (Noccaea) caerulescens), rastie aj na Slovensku. Práve ten sa stal cieľom porovnávacích anatomických a fyziologických štúdií na Katedre fyziológie rastlín Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave a vo Vedeckom parku UK v Bratislave. Štúdiu tolerantných rastlín sa dlhodobo venujú aj pracovníci z Botanického ústavu Centra biológie rastlín a biodiverzity SAV v Bratislave.

Výtok zo štôlne Budúcnosť v Pezinku s obsahom oranžovo sfarbených okrov obsahujúcich arzén a antimón, foto M. Vaculík.

Rýchlorastúce dreviny ako alternatíva
Alternatívu k hyperakumulátorom predstavujú tzv. rýchlorastúce dreviny. Hoci príjem a presun znečisťujúcich látok do nadzemných častí rastlín nie je taký obdivuhodný ako pri hyperakumulátoroch, ich výhodou je nepomerne väčšia tvorba rastlinnej biomasy a ich kontinuálny rast. V našich podmienkach ide zväčša o rôzne druhy topoľov a vŕb. Väčšina našich prác, aj v spolupráci s partnermi zo Štokholmskej univerzity, Viedenskej univerzity, Univerzity aplikovaných vied o živote (BOKU) vo Viedni a z Univerzity v talianskej Pise, má charakter základného výskumu. Ten je však nevyhnutný pred priamym umiestnením selektovaných rastlinných druhov, ich klonov a ekotypov na znečistených územiach. Na optimálny priebeh fytoremediačných procesov je potrebná spolupráca odborníkov z rôznych oblastí, nielen z fyziológie rastlín alebo biológie, ale aj geológov, pedológov, geochemikov, environmentálnych inžinierov a odborníkov v oblasti sanačných technológií.

RNDr. Marek Vaculík, PhD.
Katedra fyziológie rastlín PRIF UK v Bratislave
Botanický ústav Centra biológie rastlín a biodiverzity SAV

prof. RNDr. Alexander Lux, CSc.
Katedra fyziológie rastlín PRIF UK v Bratislave
Vedecký park Univerzity Komenského v Bratislave

Chemický ústav SAV

Literatúra: M. Vaculík: Základné princípy fytoremediácií. Vydavateľstvo UK, 2018.
Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 7/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

 

Komentáre