Rośliny energetyczne wykorzystywane do rekultywacji terenów skażonych metalami ciężkimi
Badania pokazują, że gatunki uprawiane jako rośliny energetyczne do produkcji biomasy mogą być również wykorzystywane do usuwania metali ciężkich z zanieczyszczonej gleby lub do zabezpieczenia dalszego rozprzestrzeniania się tych zanieczyszczeń na glebę, powietrze i wodę. W ramach finansowanej przez UE inicjatywy Phyto2Energy opracowano innowacyjną koncepcję fitoremediacji zanieczyszczonych terenów, łącząc i testując korzystne właściwości gatunków roślin energetycznych. Oprócz produkcji biomasy niektóre z nich mogą akumulować metale ciężkie w swoich częściach nadziemnych, podczas gdy inne mogą rosnąć na zanieczyszczonych glebach bez pochłaniania metali ciężkich. Mimo że jest to proces długotrwały, fitoremediacja umożliwia przywrócenie zanieczyszczonej gleby ornej nawet do stanu umożliwiającego normalne użytkowanie jej w rolnictwie, w tym w uprawach żywności i roślin paszowych. Z kolei fitostabilizacja ogranicza mobilność substancji w środowisku, skupiając się na długoterminowej stabilizacji i powstrzymaniu zanieczyszczenia i jest stosowana na silnie zanieczyszczonych gruntach marginalnych, które nigdy nie byłyby wykorzystywane do celów rolniczych. „Jednak dzięki właściwościom niektórych gatunków roślin energetycznych odpornych na wchłanianie metali ciężkich ziemia ta mogłaby być wykorzystywana do »czystej« produkcji biomasy”, wyjaśnia koordynatorka projektu Izabela Ratman-Kłosińska z Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych (IETU) w Katowicach. Wchłanianie metali ciężkich Badacze zbadali na dwóch polach wstępnie wyselekcjonowane gatunki roślin energetycznych, które najlepiej nadają się do produkcji roślin energetycznych opartej na fitoremediacji: Miscanthus x giganteus, Sida hermaphrodita, Spartina pectinata i Panicum virgatum. Pierwsze z pól obejmowało grunty orne zanieczyszczone metalami ciężkimi, a drugie było obszarem do odwadniania osadów ściekowych. Wyniki wykazały, że zawartość materii organicznej determinuje poziom biodostępności metali ciężkich, a tym samym poziom pobierania metali ciężkich przez gatunki energetyczne. „Niezależnie od lokalizacji najbardziej obiecujące wyniki pod względem najniższego poboru metali i najwyższej produkcji biomasy odnotowano w przypadku Spartina pectinata”, twierdzi dr Marta Pogrzeba z IETU, która koordynowała badania roślin i próby terenowe. „To sprawia, że jest to gatunek nadający się do bezpiecznej produkcji biomasy, nawet w miejscach silnie zanieczyszczonych, o wysokim poziomie biodostępności metali ciężkich”, dodaje. Najwyższy pobór ołowiu stwierdzono w przypadku Miscanthus x giganteus, natomiast najwyższy pobór kadmu i cynku stwierdzono w przypadku Sida hermaphrodita. Gatunki te przyniosły również zadowalający plon biomasy, co czyni je odpowiednimi kandydatami do produkcji roślin energetycznych opartej na fitoremediacji. Mikroorganizmy glebowe zwiększają pulę biomasy Naukowcy z powodzeniem zademonstrowali również potencjał drobnoustrojów glebowych w zakresie zwiększenia plonu biomasy, badając ponad 140 szczepów bakterii wyizolowanych z systemu korzeniowego badanych gatunków roślin energetycznych. „Spośród 140 badanych szczepów zidentyfikowano 3 szczepy bakterii z rodziny Pseudomonas putida, które po dalszym sekwencjonowaniu genomu okazały się unikalne pod względem ułatwiania wzrostu roślin i zwiększania odporności na metale ciężkie. Dzięki tym cechom są obiecującymi kandydatami do prototypowego nawozu biostymulacyjnego dedykowanego roślinom energetycznym”, mówi profesor Grażyna Płaza z IETU, odpowiedzialna za koordynację badań mikrobiologicznych. Ponadto, zespół badał bezpieczną konwersję biomasy w energię z wykorzystaniem procesu zgazowania. „Uzyskaliśmy dogłębną wiedzę na temat właściwości paliwa, jego parametrów zgazowania, losów zanieczyszczeń i właściwości wytwarzanych produktów końcowych”, mówi dr Sebastian Werle z Politechniki Śląskiej, który prowadził eksperymenty zgazowania. „Ta nowa, skonsolidowana wiedza tworzy solidne podstawy do projektowania przyszłych instalacji odpowiednich do oczyszczania biomasy zanieczyszczonej metalami ciężkimi”. Wyniki inicjatywy Phyto2Energy mogą przynieść korzyści inżynierom pracującym nad projektami fitoremediacyjnymi na dużą skalę, jak również projektami związanymi z gospodarką gruntami. „Trzy wybrane szczepy bakterii P. putida mogą być również wykorzystane jako składniki mikrobiologicznych inokulantów kompozytowych przeznaczonych do stymulowania wzrostu roślin, potencjalnie znajdując szersze zastosowanie w przemysłowej inżynierii metabolicznej”, podsumowuje prof. Płaza.
Słowa kluczowe
Phyto2Energy, metale ciężkie, biomasa, fitoremediacja, zgazowanie, fitostabilizacja
