Fütoremediatsioon

Fütoremediatsioon ehk taimtervendamine (inglise keeles phytoremediation) on rohetaimede ja nendega seonduvate mikroorganismide kasutamine keskkonnale kahjulike saasteainete lagundamiseks, eemaldamiseks või kahjutuks tegemiseks. Tegemist on in situ biotervenduse liigiga^[1].

Endise tankla asukoha taimtervendamine Taanis

Fütoremediatsiooni on hakatud rohkem kasutama, kuna tegemist on väga efektiivse ning rahaliselt kokkuhoidlikku viisiga pinnaste tervendamiseks, mis on saastunud naftasaaduste või metalliosakestega.

Taimtervendamist saavad teostada nii taimed kui ka nendega seonduvad mikroorganismid. Kõige tähtsam lagundamine toimub taimede ja mikroorganismide vahel risosfääris (juurestiku ümber). Macek et al. (2000) näitasid, et taimed saavad stimuleerida mikroorganismide kasvu eritades juurte kaudu keskkonda eritisi, mis sisaldavad süsinikku, ensüüme, toitaineid ja hapnikku, mis põhjustasid 100-kordse kasvu mikroobikooslustes. Protsess on ka taimedele kasulik – mikroobid võivad saasteainete fütotoksilisust vähendada ning taimekasv saab jätkuda ebasoodsates tingimustes^[2].

Klassifikatsioon

Fütoremediatsiooni saab üldiselt klassifitseerida järgmiselt^[3]:

• fütoekstraktsioon, kus taimed omandavad orgaanilisi või anorgaanilisi reoaineid;
• fütoimmobilisatsioon ehk fütostabilisatsioon, kus taimed takistavad saasteainete levimist keskkonnas;
• fütodegradatsioon, kus saasteaine osaliselt laguneb taimerakus;
• risodegradatsioon ehk taimlagundamine, kus taimed soodustavad mikroobide kasvu reostunud pinnases oma juurestiku kaudu;
• fütoakumulatsioon, mis põhineb taimeliigi võimel reoaineid oma rakkudesse koguda;
• risofiltratsioon, kus taimejuured absorbeerivad kahjulikud osakesed saastekeskkonnast;
• fütolendumine, kus taimed akumuleerivad mullast saasteaine ning eralduvad lenduvad mürgised ühendid atmosfääri.

Raskmetallide puhul kasutatakse fütoekstraktsiooni pinnasest ja veest. Sellisel puhul akumuleeruvad saasteaine taimeosadesse ilma, et need kontsentratsioonid taimele toksilised oleksid. Protsessis on kolm olulist asjaolu: taimed eemaldavad juurte kaudu suurtes kogustes metalliosakesi, raskmetallid transporditakse maapealsetesse osadesse ning taim suudab kasvatada piisavalt palju kergesti eemaldatavad biomassi^[4].

Fütoremediatsiooni protsessid

Fütoakumulatsioon

Fütoremediatsiooni protsess

Taimeliike (sh päevalill, tubakas, sinep, mais, paju, haab), mis suudavad pinnasest akumuleerida raskmetalle (nt Ni, Co, Pb, Zn, Mn, Cd), tuntakse üle neljasaja. Neid hüperakumulaatoriteks nimetavatel taimedel, mida tihti leitakse kasvamas rohkesti metalle sisaldaval mullal, on tõhus transportvalkudel põhinev metalliomastamissüsteem, mis koosneb metalle siduvatest molekulidest (siderofooridest) ja keskkonda eritatavatest ühenditest. Kui ühendid jõuavad taimerakku, siis ei toimu lagunemine vaid oksüdatsioonieastme muutmine või orgaaniliste hapetega sidumine. Pärast pinnase tervendamist tuleb need taimed juurtega eemaldada ning ohtlike jäätmetena ladustada^[5].

Fütolendumine ehk taimlendumine

Teatud anorgaanilisi elemente (Hg, As, Se) võivad taimed toimetada juurtest lehtedesse, kust nad atmosfääri lenduvad. Arseen lendub taimedest arsenaadina (AsO₄^3-) ja arseniidina (AsO₂^-). Ka orgaanilised reoained võivad mullast liikuda taimejuurtesse, -vartesse ja -lehtedesse ning teatud ühendid õhulõhede kaudu atmosfääri lenduda^[5]. Saasteainete kuju lihtsalt muundatakse lenduvasse vormi ning siis paisatakse atmosfääri. Seetõttu ei kao saasteained täielikult süsteemist^[6].

Fütodegradatsioon ehk taimlagundamine

Toimub kolmes etapis: ühendi muundumine, sidumine ja paigutumine. Muundumisetapis modifitseeritakse reoaine keemiliselt ensüümide abil polaarsemaks, vees paremini lahustuvaks ühendiks. Sidumisetapis seotakse tekkinud ühend suhkru või ensüümide vahendusel peptiidimolekuliga, muutes reoaine taimele vähem toksiliseks. Paigutumisetapis transporditakse tekkinud ühend kas raku vakuooli või seotakse rakuseina, võib aga liikuda ka rakust välja ning lõpuks juurte kaudu pinnasesse jõuda. Taimed suudavad väga väheseid orgaanilisi reoaineid täielikult mineraliseeruda. Taimede metabolismeerimisvõimet on võimalik tõhustada, kui kasutada geenmuundatud taimi, millesse on viidud konkreetse reoaine lagundamisel osalevaid ensüüme kodeerivaid geene^[6].

Juurestiklagundamine

Juurestiklagundamise korral soodustavad taimejuured orgaaniliste reoainete bioloogilist lagundamist pinnasel eri viisidel^[3]:

• juurte läheduses on bakterite arvukus suur;
• tänu juureeritistena saadavale suuremale energiakogusele toodavad mikroobid rohkem reoainet lagundavaid ensüüme;
• tõenäoliselt toimivad lagubakterid sümbioosis juure mükoriisaseentega;
• mõnikord võivad juured toota ühendeid, mis toimivad looduslike kaassubstraatidena, indutseerides lagundavaid geene ka siis, kui pinnase reoainesisaldus on väike;
• mitmeaastased taimed tagavad nendega assotsieerunud bakterite pikaajalise ellujäämise keskkonnas;
• juured läbivad kasvades eri mullakihte ning kannavad niimoodi mikroobe edasi ilma pinnast mehaaniliselt segamata.

Fütostabiliseerimine

Saasteained muudetakse taime poolt väheliikuvateks ehk immobiliseeritakse. Selle tehnika eripära on see, et saasteained ei liigu süsteemis nii vabalt ringi ning seeläbi väheneb nende biosaadavus. Väheneb raskmetallide imbumine põhjavette ja toiduahelasse. Taimed saavad eritada redoksensüüme, mis muudavad raskmetallide valentsust ja metalliosakesed muudetakse vähem toksiliseks. Näiteks Cr⁶⁺ muundatakse Cr³⁺, mis on vähem toksiline ja liikuvam ning seetõttu ei tekita taimedele nii palju stressi^[6].

Kriitika

Fütoremediatsiooni puuduseks on see, et seda saab rakendada vaid siis, kui töödeldaval maa-alal ei ole suurt majanduslikku väärtust ning on piisavalt aega oodata, et puhastusprotsess saavutaks oma eesmärgi. Lisaks sellele toimub akumuleerumine ainult juurelähedases piirkonnas, seega tuleb efektiivseks tervendamiseks istutada palju taimi. Samuti on akumuleerijataimede arv ja levik väike. Kui fütoremediatsioon on toimunud, siis tuleb taimed ladustada või neid edasi töödelda.

Siiski on tegemist kõige odavama tervendusmeetodiga, mis ei riku mulla struktuuri, kvaliteeti ega viljakust. Piirkond muutub fütoremediatsiooni tagajärjel looduslikumaks ning meetod on keskkonnasõbralik ja ühiskondlikult heakskiidetud^[5].

Viited

1. X. Zhu, A.D. Venosa, M. T. Suidan, K. Lee (2001). Guidelines for the bioremediation of marine shorelines and freshwater wetlands. Lk 79.
2. X. Zhu, A.D. Venosa, M. T. Suidan, K. Lee (2001). Guidelines for the bioremediation of marine shorelines and freshwater wetlands. Lk 80.
3. M. Kriipsalu, A. Maastik, J. Truu (2016). Jäätmekäitlus ja pinnase tervendamine. Tallinn: TTÜ. Lk 314.
4. Padmavathiamma, P. K. and Li, L. Y. (2004). Phytoremediation technology: hyperaccumulation metals in plants. – Water Air Soil Pollution. Lk 105.
5. M. Kriipsalu, A. Maastik, J. Truu (2016). Jäätmekäitlus ja pinnase tervendamine. Tallinn: TTÜ. Lk 314.
6. Rohma Razzaq. "Phytoremediation: An Environmental Friendly Technique – A Review". Journal of Environmental Analytical Chemistry.