Naturalni odtruwacze

W mało sprzyjającej rozwojowi roślin miejskiej przestrzeni sprawdzają się gatunki odporne na letnie upały i susze oraz – co szczególnie istotne dla fitoremediacji – tolerujące zanieczyszczenia.

Spośród kilkudziesięciu gatunków drzew, krzewów i pnączy, którym niestraszne są trudne miejskie warunki, większość to rośliny liściaste. Nie byłoby w tym niczego zaskakującego –wiadomo wszak, że mają małe wymagania co do gleby – gdyby nie to, że iglaste, jeśli chodzi o absorpcję zanieczyszczeń, są wydajniejsze. Powierzchnia igieł jest przecież o wiele większa niż liści. Dlatego cis – najwcześniej, bo już od XV wieku, objęty ochroną z uwagi na cenne drewno do wyrobu łuków – znakomicie pochłania nieczystości występujące w powietrzu. Wprawdzie dosyć wolno rośnie, a jego nasadzenia są stosunkowo drogie, ale w pełni rekompensuje to formowany z niego żywopłot, będący niezwykle efektywną barierą ochronną. Cis, który potrafi zachować igły nawet przez osiem lat, jest chlubnym wyjątkiem. Pozostałe iglaste wchłaniają tak dużo zanieczyszczeń, że same… giną.

– Ich nasadzenia w mieście nie są popularne i nie zmienia tego nawet fakt, że w zimie, gdy liściaste, z wyjątkiem bluszczu, tracą funkcje estetyczne, iglaste zachowują swoje atuty. Sadźmy więc cisy – apeluje prof. dr hab. Stanisław Gawroński ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego, który przetestował pod kątem zanieczyszczeń 22 gatunki drzew, 23 – krzewów i 6 – pnączy.

Oczyszczająca gorczyca

Nie brał pod uwagę gatunków lubiących wilgotne stanowiska, bo z uwagi na susze w mieście nie są zalecane. Prócz już wcześniej dobrze znanych, jak klon jawor, jesion wyniosły, grusza drobnoowocowa czy dąb czerwony, eksperymentował także z całkiem nowymi, dopiero wchodzącymi na rynek, jak choćby katalpa wielokwiatowa, tawlina jarzębolistna czy pęcherznica kalinolistna. Wyniki badań posłużyły mu do stworzenia pierwszej na świecie listy roślin rekomendowanych do nasadzeń w miejskich aglomeracjach. Obok swoich tradycyjnych funkcji estetycznych miałyby spełniać rolę fitoremediatorów.

– Pierwszy raz tę cechę roślin wykorzystano w jednym z amerykańskich miast, gdzie po zlikwidowanej fabryce lamp rtęciowych pozostał zanieczyszczony teren. Padł pomysł, żeby zacząć uprawiać tam gorczycę. To jeden z gatunków roślin kapustnych, o najlepszych zdolnościach do wchłaniania metali ciężkich. Po trzech latach cały teren oczyszczono do poziomu dopuszczalnego dla człowieka – prof. Gawroński opowiada o początkach fitoremediacji, dziś – jednego z działów biotechnologii środowiskowej.

Wykorzystuje się ją nie tylko na obszarach poprzemysłowych, gdzie – aby najszybciej przygotować je do zagospodarowania na park czy osiedle mieszkalne – preferowane są rośliny jednoroczne, ale przede wszystkim na terenach zurbanizowanych: w miastach i w otoczeniu autostrad. Tam głównym zagrożeniem dla człowieka jest transport, który generuje blisko 2/3 zanieczyszczeń, takich jak: pyły zawieszone, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), metale ciężkie (ołów, kadm, mangan, cynk, bar, antymon), pierwiastki szlachetne (platyna, rad), chlorowane dwufenole, benzen i jego pochodne, tlenki azotu, ozon czy dioksyny.

– One pojedynczo nie przekraczają zwykle dozwolonych norm, ale w sumie stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia i życia. Zwłaszcza w godzinach porannego i popołudniowego szczytu – podkreśla prof. Gawroński, zajmujący się tą tematyką już od 15 lat.

Wpierw koncentrował swoją uwagę na metalach ciężkich w wodzie, później rozszerzył zainteresowania na związki organiczne w glebie, natomiast w ostatnim czasie wziął na warsztat powietrze. Zespół badawczy, którym kieruje, jest jednym z nielicznych na świecie podejmujących ten właśnie aspekt fitoremediacji.

– Powietrze jest nośnikiem bardzo wielu groźnych zanieczyszczeń. Żadne nie czyni jednak takich spustoszeń, jak pyły zawieszone. W Europie skracają one życie średnio o 9 miesięcy. A w trzech miejscach: na Śląsku, na granicy Belgii, Niemiec i Holandii oraz w północnych Włoszech, żyje się przez nie aż o trzy lata krócej .

Specjaliści od czarnej roboty

Pyły zawieszone są produktem spalania masy organicznej (benzyny albo ropy) oraz ścierania się tarcz i klocków hamulcowych, opon, asfaltu. Niewidoczne gołym okiem, potrafią utrzymywać się w powietrzu nawet kilka tygodni. Co więcej, wiatr przenosi je w różne miejsca, nawet na odległość kilkudziesięciu metrów od źródła emisji. By stwarzać zagrożenie, wcale nie muszą więc występować w postaci niosącego śmiercionośne żniwo smogu, takiego jak choćby przed ponad półwieczem w Londynie. Rozproszone też są niebezpieczne, wywołując astmę, choroby układu krążenia czy nowotwory. Na ich powierzchni bardzo często osadzają się bowiem inne groźne zanieczyszczenia, np. metale ciężkie czy WWA.

– W Polsce rocznie umiera na nowotwory około 50 tysięcy osób. Połowa – na raka płuc, z czego jakieś 15 tysięcy od palenia tytoniu, a sprawcą pozostałych zgonów są w dużej części właśnie pyły zawieszone – szacuje prof. Gawroński.

Do przeciwdziałania zjawiskom związanym z zanieczyszczeniem atmosfery spróbowano więc zaprząc florę. Już wcześniej było wiadomo, że część gatunków nie stroni od miejsc skażonych. Przez to są zdolne do równoczesnego wchłaniania wielu różnych zanieczyszczeń. Pobierając z wodą składniki pokarmowe, otwierają się tym samym na niepożądane składniki środowiska. Szkodliwe metale ciężkie wykorzystują tę sytuację jako okazję do wtargnięcia do wnętrza rośliny.

– Człowiek czy zwierzę może opuścić zagrożone miejsce, rośliny natomiast prowadzą osiadły tryb życia. W toku ewolucji musiały wykreować mechanizmy obronne, żeby przetrwać w trudnych warunkach. Przed metalami ciężkimi chronią je metalotioneiny, czyli małe białka, oraz fitochelatyny (peptydy) – zawierające grupy tiolowe, odpowiedzialne m.in. za wyłączenie z metabolizmu kadmu i innych metali, jeśli tylko ich poziom staje się toksyczny. Przechwytując, zatrzymując, a w końcu detoksyfikując te zanieczyszczenia rośliny wykonują więc za nas „czarną robotę”. Żeby się jednak dowiedzieć, które z nich najlepiej nadają się do tych celów, należało przeprowadzić badania laboratoryjne .

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne jako związki lipofilne zatrzymywane są w większości przez wosk, który pokrywa liście drzew czy krzewów, ich łodygi i korę. Podobnie rzecz się ma z pyłami zawieszonymi. Wosk ten służy roślinom do ochrony przed wodą, a tym samym – pojawieniem się chorobotwórczych grzybów i bakterii. Okazało się, że stanowi też niezwykle korzystne środowisko do zatrzymywania z powietrza cząsteczek toksycznych związków. W zależności od ilości i struktury tego wosku – tego czy jest on bardziej chropowaty, czy gładki – jedne gatunki są bardziej podatne na gromadzenie zanieczyszczeń, a inne mniej. Generalnie jednak w wosku gromadzą się przeważnie drobniejsze cząsteczki. Te o większych średnicach czepiają się z kolei włosków występujących dodatkowo u niektórych roślin, np. na liściach czy na pędach.

Badania przeprowadzane w Samodzielnym Zakładzie Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa na Wydziale Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu SGGW miały na celu stwierdzenie, ile pyłów – w przeliczeniu na 1 cm kwadratowy – są w stanie zatrzymać konkretne gatunki. Ponieważ każde miejsce w mieście jest inaczej eksponowane na zanieczyszczenia, liście pochodziły ze szkółki, w której warunki były jednakowe. Miarodajną wielkość „plonu” ustalono dla każdego gatunku na 400 cm2. I tak np. w przypadku lipy było to dziesięć liści, a dla klonu już tylko trzy. Wszystkie zmywane były najpierw wodą – podobnie w naturalnych warunkach działa deszcz – a następnie chloroformem, który w celu oddzielenia zanieczyszczeń sączono, odparowywano, a pozostały wosk ważono. Pyły zbierano bowiem zarówno z powierzchni, jak i z warstwy wosku. Ponieważ różnią się wielkością, dzielono je na trzy frakcje – w zależności od stopnia toksyczności. Te największe aerozole (powyżej 10 μm) są wychwytywane i usuwane przez górne drogi oddechowe. Średnie, o wielkości 10-2,5 μm, mogą penetrować głębiej, do tchawicy, oskrzeli i oskrzelików. Najmniejsze (poniżej 2,5 μm), widoczne dopiero pod mikroskopem elektronowym, wnikają do krwioobiegu i, co gorsza, mają silne właściwości rakotwórcze.

Roślinna lista referencyjna

Na stanowiskach badawczych w SGGW mierzono również, ile pyłów różnych frakcji występuje u poszczególnych gatunków. Przeważały cząsteczki o średnicy powyżej 10 μm. Jeśli chodzi o całkowitą zawartość pyłów, to zdecydowanie najpopularniejsza w polskich miastach lipa europejska bez zarzutu potwierdziła w eksperymencie swoją wartość. Równie dobrze wypadły leszczyna turecka, jarząb szwedzki, topola szara czy miłorząb dwuklapowy. Ale najcenniejsze dla fitoremediacji okazały się jesion pensylwański i brzoza brodawkowata. W obydwu przypadkach nie bez znaczenia było to, że oprócz wosku gatunki te dysponują także znaczącą ilością włosków. Dodatkowo brzoza gromadziła najwięcej cząsteczek kancerogennych.

– Brzoza czy jesion to najlepsze gatunki: gromadzą jesienią czterdzieści mikrogramów pyłów na centymetr kwadratowy, podczas gdy norma europejska wynosi czterdzieści mikrogramów w metrze sześciennym powietrza. Dla nas było to olbrzymie zaskoczenie, jaki potencjał tkwi w roślinach. Na terenach, gdzie są skrzyżowania, intensywny ruch, przystanki, wzniesienia, absolutnie powinny być posadzone gatunki o dużych zdolnościach fitoremediacyjnych. Stanowią one znacznie lepszy od ekranów akustycznych filtr zatrzymujący te zanieczyszczenia – zaznacza prof. Gawroński, zalecając do nasadzeń intensywnie rosnące drzewa, które osiągają znaczne rozmiary i dobrze znoszą cięcie, dzięki czemu coroczne usuwanie zanieczyszczeń nagromadzonych w drewnie nie będzie problemem. Dobrze też, by miały duże zielone liście. Odmiany barwne rosną bowiem znacznie wolniej.

– W naszych badaniach wskazaliśmy, jakie gatunki są najlepsze – nie kryje zadowolenia, warunkując skuteczność takiego naturalnego filtru także odpowiednim ukształtowaniem zieleni. Tak jak ma to miejsce w warszawskim Parku Łazienkowskim. Eksperymenty przeprowadzone przez jego zespół pokazały, że rośliny posadzone tam na pierwszej linii frontu zatrzymują zanieczyszczenia na poziomie 30-40 mikrogramów, czyli dopuszczalnej normy. Im dalej w głąb parku, wartości te spadają, aż po 50 metrach osiągają stabilny poziom około 10 μg. Oznacza to, że naturalna bariera z wysokich drzew przy ulicy jest bardzo wydajna, bo pochłania 3/4 zanieczyszczeń. Dzięki temu wewnątrz parku można posadzić mniejsze, dwumetrowe krzewy, np. bardzo modną tawlinę jarzębolistną. Badania potwierdziły jej wysoką wydajność w absorpcji pyłów. Podobnie jak w przypadku lilaka, hortensji krzaczastej, porzeczki złotej i… cisa pospolitego.

– On jest wiecznie zielony, nawet w zimie. Musi mieć jakiś „własny” system obronny. Tym bardziej, że gromadzi duże ilości pyłów. Gdyby nie miał tego mechanizmu, to po kilku latach jego igły byłyby czarne, a nie zielone – sugeruje prof. Gawroński, przywołując jeszcze winobluszcze, wiciokrzewy i kiwi – najlepsze gatunki spośród pnączy. W ten sposób iście pionierska lista roślin zalecanych do miejskiej przestrzeni stała się faktem.

– Wiedza na ten temat jest jeszcze mała, ale świadomość wzrasta. Niedawno byłem w Brukseli, gdzie otrzymałem propozycję kontroli nad projektem wartym 2 miliony euro. Fundusze te przyznano Bolonii na założenie nowych terenów zieleni, z tym że urzędnicy unijni zażądali nadzorcy, który trzymałby nad wszystkim pieczę – podaje wymowny przykład, dodając przy okazji, że technologia opracowana pod jego kierunkiem wspólnie z naukowcami z Instytutu Rolnictwa i Ochrony Środowiska w norweskim Stavanger ciągle nie jest satysfakcjonująca. Wprawdzie jej zaletą jest możliwość bezpośredniego zastosowania w miejscu wystąpienia skażenia, a pozyskany tutaj materiał biologiczny – w odróżnieniu od metod przemysłowych – można zutylizować, np. poprzez kompostowanie bądź wysokotemperaturowe spalanie, ale pozostaje kwestia czasu oczekiwania na efekty. Zwykle fitoremediacja trwa od 3 do 5 lat. Dla poprawienia wydajności chcą więc teraz w SGGW sięgnąć po endobakterie, czyli mikroorganizmy żyjące w komórkach roślinnych. Pomagałyby one w detoksyfikacji trujących związków z atmosfery. Pomysłów zresztą nie brakuje. Perspektywicznym kierunkiem wydaje się fitoremediacja w pomieszczeniach, która wskaże, jak poprawić roślinność w otoczeniu człowieka, a więc ile powinno być jej na tarasie, na balkonie, co powinno rosnąć między ulicą a domem, czym powinny być obsadzone dachy zielone… To są tematy, które przyciągną w najbliższych latach uwagę ogrodników. I tych z wykształcenia, i tych z zamiłowania.

Mariusz Karwowski
reprint z https://forumakademickie.pl/fa/2013/03/naturalni-odtruwacze/