Rośliny walczą ze smogiem

Poniższy tekst stanowią fragmenty artykułu pt. „Fitoremediacja - rośliny jako narzędzia w oczyszczeniu powietrza w terenach zurbanizowanych” autorstwa prof. dr hab. Stanisława W. Gawrońskiego z Samodzielnego Zakładu Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu, SGGW w Warszawie

W terenach zurbanizowanych zanieczyszczenie powietrza jest jednym z największych wyzwań dla ochrony środowiska, zarówno z powodu łatwego przemieszczania się tych zanieczyszczeń jak i trudności z ich usunięciem. Powietrze zanieczyszczają zarówno występujące w nim substancje naturalne, jeśli pojawią się w nadmiarze, jak i substancje obce, normalnie niewchodzące w jego skład. W krajach uprzemysłowionych nawet podczas podstawowej działalności życiowej człowieka do powietrza emitowanych jest szereg groźnych zanieczyszczeń, takich jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), pyły zawieszone (PM od angielskiego zwrotu: particulate matter), tlenki azotu (NO_X), dwutlenek węgla (CO₂) i tlenek węgla (CO) czyli czad, ozon (O₃) i metale ciężkie, które przez pewien okres czasu są również unoszone w powietrzu.

Warte podkreślenia jest to, że rośliny są jedyną grupą organizmów wyższych, które z powodzeniem opanowały środowiska silnie skażone zarówno metalami ciężkimi jak i związkami organicznymi. Jako organizmy prowadzące osiadły tryb życia w trakcie procesu ewolucji musiały wykształcić mechanizmy obronne pozwalające im na przetrwanie nawet w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Same również starają się wpływać na przebiegające w środowisku procesy chemiczne, fizyczne oraz biologiczne i ukierunkowują je tak, aby naprawić środowisko czyniąc je jak najbardziej zbliżonym do optymalnego.

Wykorzystanie roślin do „naprawy” zdegradowanego środowiska zwane jest fitoremediacją. Nazwa „fitoremediacja” wywodzi się od greckiego wyrazu phyto znaczy roślina oraz łacińskiego wyrazu remedium – środek przeciwko złu. Idea użycia roślin do ograniczenia zanieczyszczeń w środowisku była znana od dawna i trudno przypisać jej konkretne pochodzenie. Dokonana w ostatnich latach seria fascynujących odkryć naukowych, w tym szczególnie w obszarze poznania fizjologicznych i molekularnych podstaw mechanizmów pobierania tych substancji z środowiska wraz z odpowiednimi podstawami wiedzy o uprawie roślin pozwoliły na opracowanie pierwszych technologii oczyszczających środowisko opartych na znajomości tych procesów.

Zaletą roślin jest zdolność do równoczesnego pobierania wielu różnych zanieczyszczeń: metali i związków organicznych z gleby, a z powietrza – gazów i pyłów zawieszonych. Technologie przemysłowe usuwają zwykle jedną grupę zanieczyszczeń, co stanowi dodatkową zaletę fitoremediacji. Pozyskana z terenów skażonych biomasa roślinna zawiera zanieczyszczenia, jest jednak materiałem biologicznym, a to pozwala na przeprowadzenie jej utylizacji. Preferowaną metodą jest spalenie w odpowiednich piecach (spalarniach, elektrociepłowniach, cementowniach), gdzie związki organiczne ulegają degradacji, do CO₂ a metale ciężkie pozostają w popiołach, z których są odzyskiwane lub składowane w starych kopalniach skąd były kiedyś wydobyte.

Bardzo przyszłościowym miejscem zastosowania fitoremediacji są tereny w sąsiedztwie tras komunikacyjnych, gdzie właściwie fitoremediacja powinna być procesem ciągłym, na bieżąco usuwającym zanieczyszczenia. W otoczeniu tras komunikacyjnych skażone jest powietrze, gleba oraz spływająca z jezdni i chodników woda. Ten dział fitoremediacji opiera się na wykorzystaniu tolerancyjnych na zanieczyszczenia roślin wieloletnich, przede wszystkim drzewiastych ze względu na dużą powierzchnię gromadzącą zanieczyszczenia zawarte w powietrzu.

Obecnie na terenach zurbanizowanych głównym źródłem zanieczyszczeń są środki transportu emitujące szereg groźnych toksyn takich jak: metale ciężkie, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, tlenki azotu, ozon oraz uznane w ostatnich latach za jedno z najgroźniejszych zanieczyszczeń powietrza pyły zawieszone. W mniejszych miejscowościach paleniska domowe oraz piece grzewcze spalające węgiel i inne paliwa stałe, te ostatnie wyraźnie zwiększają emisję zanieczyszczeń zimą. W ostatnich latach rola przemysłu jako dużego truciciela przyrody została wyraźnie ograniczona nadal jednak elektrociepłownie są jednym z głównych źródeł emisji zanieczyszczeń na terenach zurbanizowanych.

Europejska Agencja Środowiska uznała pyły zawieszone za najgroźniejsze  zanieczyszczanie powietrza i szacuje, że są sprawcą 348 000 zgonów obywateli UE wywołanych przez choroby spowodowane ekspozycją na te zanieczyszczenia. Średnio pyły zawieszone skracają życie obywateli UE o 8,6 miesiąca, życie przeciętnego Polaka skrócone jest o 10,7 miesiąca.

Największe obniżenie długości życia odnotowuje się w Belgii (15 miesięcy) i Holandii (13,5 miesiąca), natomiast najmniejsze w Finlandii (2,5 miesiąca) i w Estonii (3,8 miesiąca). Przedstawione dane są średnimi dla danych krajów; niestety do trzech najbardziej zanieczyszczonych obszarów w Europie obok Północnych Włoch i pogranicza belgijsko-holenderskiego zaliczany jest Górny Śląsk, na terenie którego za sprawą pyłów zawieszonych życie skrócone jest o 2 lata.

Gatunki roślin o dużych zdolnościach fitoremediacyjnych posadzone na terenach skażonych oraz w miejscach emisji zanieczyszczeń obok walorów estetycznych czy ochrony przed hałasem maja szansę odegrania istotnej roli prozdrowotnej. Nie ulega wątpliwości, że w każdym mieście są miejsca, gdzie ochronna rola roślin przed zanieczyszczeniami wysuwa się na pierwsze miejsce. Pozytywna rola roślin na terenach zurbanizowanych jest znana od dawna, jednak odkrycie u szeregu gatunków wysokich zdolności fitoremediacyjnych wskazuje, iż powinny być bardziej docenione.

Rośliny ze swoimi zdolnościami fitoremediacyjnymi mają szansę na znaczną poprawę środowiska, w którym żyjemy. Obserwuje się jednak duże zróżnicowanie gatunkowe (a nawet odmianowe) w przydatności do fitoremediacji w zależności od poziomu i rodzaju dominujących zanieczyszczeń.

Gatunki iglaste w większości źle znoszą zanieczyszczenia . Do bardzo tolerancyjnych należą natomiast: platan klonolistny, modrzew japoński, topole, jesiony, klon polny czy amorfy i derenie. W przeprowadzonych w SGGW badaniach nad zdolnością drzew do zatrzymywania pyłu zawieszonego stwierdzono, iż największe ilości gromadziła brzoza zwisła posiadająca również najgrubszy nalot woskowy. Gatunek ten, rosnący w Warszawie na ulicy o średnim natężeniu ruchu na 1 cm kwadratowy liścia gromadził 43,8 µg pyłu zawieszonego, podobnie 43,4 µg tych zanieczyszczeń na tym stanowisku gromadziła grusza drobnoowockowa posiadająca również znaczny nalot woskowy.

Do grupy dobrych fitoremediantów pyłu zawieszonego należą gatunki posiadające pokryte włoskami liście: jarząb szwedzki 42,4 µg/cm kw. oraz jesion pensylwański gromadzący 28,8 µg/cm kw. Obowiązujące dzisiaj w Unii Europejskiej normy zanieczyszczenia pyłem zawieszonym, dopuszczają średnia roczną zawartość 40 µg pyłu zawieszonego w 1 m sześc., dopuszczalne jest zarazem przekroczenie tej normy do poziomu 50 µg/m sześc. przez 35 dni w roku. Gatunki roślin o wysokich zdolnościach do gromadzenia zanieczyszczeń potrafią zatrzymać ich na 1 cm kw. swej powierzchni więcej, niż dopuszczone jest do obecności w 1m sześc. zanieczyszczonego powietrza.

Należy pamiętać, iż nie tylko cząsteczki pyłu zawieszonego są groźne dla żywych organizmów ich powierzchnia stanowi bowiem punkty kondensacji innych zanieczyszczeń, np. metali ciężkich. Zdolność wybranych gatunków roślin do pobierania metali ciężkich, gromadzenia w nalocie woskowym wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych oraz pyłów zawieszonych ( PM10 i PM2,5) głównych produktów zanieczyszczeń komunikacyjnych czyni fitoremediację bardzo atrakcyjną technologią dla terenów zurbanizowanych. Uprawa na stanowiskach skażonych i w ich otoczeniu gatunków roślin o dużych zdolnościach fitoremediacyjnych pozwala, obok szeregu funkcji (estetycznych, dostarczania tlenu, podnoszenia wilgotności powietrza, tłumienia hałasu), pełnić w środowisku zurbanizowanym funkcję "zielonej wątroby".