Težke kovine, zastrupljena zemlja

V našem okolju je čedalje več težkih kovin. O tem ni nobenega dvoma. Vprašanje pa je, kaj lahko naredimo? Lahko se držimo za glavo, lahko zapremo oči, lahko ukrepamo. Jaz sem za slednje.

Industrija, umetna gnojila, pesticidi, odplake, so naše okolje v zadnjih desetletjih zastrupila s težkimi kovinami. Nesreče, kot je bila nedavna v vrhniškem Kemisu, stanje še poslabšajo. Težke kovine ne izginejo, akumulirajo se v tleh, od koder prehajajo v rastline, od tam pa v ljudi. Delno pronicajo skozi tla tudi v podtalnico. Tako vstopajo v prehranjevalno verigo in nas zastrupljajo. Posledic za naše zdravje in življenje se pogosto sploh ne zavedamo. Onesnaženje s težkimi kovinami ogroža kakovost zemlje, preživetje rastlin in zdravje ljudi.

Onesnaženje zemlje s težkimi kovinami ima poguben vpliv na življenje mikroorganizmov in biološko raznolikost v zemlji. Onesnaženje zemlje s težkimi kovinami predstavlja nevarnost za okolje in zdravje ljudi še posebej zaradi biomagnifikacije (t.j. kopičenje določenih strupenih snovi v tkivu; višje, ko je organizem v prehranski verigi, večja je v njem koncentracija strupov).

Nekateri od teh elementov so pomembni za žive organizme, drugi ne. Celo koncentracije pomembnih elementov, ki so višje od določenega nivoja, imajo pogubne posledice za zdravje, ker vplivajo na normalen metabolizem živih organizmov. Raziskave o onesnaženju s težkimi kovinami se osredotočajo na naslednje elemente: arzenik (As), kadmij (Cd), krom (Cr), živo srebro (Hg) in svinec (Pb), saj so le-ti toksične in za žive organizme ne nujne težke kovine, in na baker (Cu), nikelj (Ni) in cink (Zn), ki lahko, čeprav so pomembni za življenje organizmov, pri visokih koncentracijah povzročijo zdravstvene težave pri ljudeh ali fitotoksičnost.

Remediacija zemlje je zato nujna, a je težavna naloga, ker je bila zaradi doslej uporabljenih metod povezana z velikimi stroški. Uporaba biooglja in fitoremediacija (vezanje in odstranjevanje težkih kovin s pomočjo posejane ali posajene vegetacije) sta varni in relativno poceni okoljski tehniki, ki imata odličen potencial pri reševanju problematike onesnažene zemlje.

Na fotografiji: remediacija zemlje, obremenjene s težkimi kovinami (področje rudnika) julij 2010 – avgust 2011, s pomočjo biooglja in rastlinskega komposta.

Biooglje

Biooglje je porozen pretežno čisti ogljik, ki ga s pomočjo pirolize pridobimo iz organskih materialov. Biooglje ima značilno visoko sposobnost izmenjave kationov (CEC = cation exchange capacity) in je alkalno. Biooglje ima številne potencialne koristi za zemljo: poveča zemljino biološko aktivnost, zmanjša emisije toplogrednih plinov iz kmetijskih virov in poveča sekvestracijo ogljika v zemlji. Dodano biooglje spremeni kakovost zemlje in omogoči večji pridelek. Večkratne koristi, ki jih prinaša biooglje kot dodatek zemlji, so bile zbrane v knjigi Lehmanna in Josepha (2009), vendar je v njej malo podatkov o učinkih bioooglja na težke kovine v zemlji. Leta 2011 je bila objavljena raziskava o vlogi biooglja pri remediaciji onesnažene zemlje, s posebnim poudarkom na metaloidnem arzeniku (Beesley in ost., 2011). V zadnjih letih je bilo objavljenih še več raziskav o povezavah med bioogljem, težkimi kovinami v zemlji in vegetacijo na njej.

Mehanizem povezav med bioogljem in težkimi kovinami

Lastnosti, ki jih ima biooglje, so odvisne od več dejavnikov: vrste materiala, iz katerega pridelamo biooglje, velikosti delcev, temperature in pogojev, ki vladajo tekom pirolize. Biooglje vpliva na biorazpoložljivi del težkih kovin v zemlji in lahko zmanjša njihovo sposobnost pronicanja. Ena od lastnosti biooglja je, da ima veliko površino, zaradi česar ima veliko kapaciteto vezave težkih kovin. Površinska privlačnost težkih kovin na biooglje je bila že večkrat dokazana z uporabo elektronskega mikroskopa. Alkalnost biooglja je prav tako lahko odgovorna za manjšo razpoložljivost težkih kovin v zemlji, ki smo ji dodali biooglje. Vrednost pH biooglja narašča s temperaturo pri pirolizi. Biooglje lahko zmanjša tudi mobilnost težkih kovin, ker spremeni njihovo redoks stanje.

Raziskave o učinku biooglja na težke kovine v zemlji

Poglejmo nekaj raziskav o vplivu biooglja na zemljo, obremenjeno s težkimi kovinami:

• Fellet in ost. (2011): biooglje so uporabili za remediacijo zemlje na področju rudnika, ki je bila obremenjena s številnimi težkimi kovinami. Dodano biooglje je zmanjšalo biorazpoložljivost kadmija (Cd), svinca (Pb) in cinka (Zn) in mobilnost kadmija (Cd), kroma (Cr) in svinca (Pb).
• Park in ost. (2011): biooglje, pripravljeno iz zelenega odpada, je bilo učinkovito pri zmanjševanju vseh težkih kovin, ki so jih preučevali (Cd, Pb, Cu). Po dodanem bioglju se je povečala vezava težkih kovin na organske snovi. Prav tako se je zmanjšala prisotnost Cd in Pb v vodi v zemlji.
• Uchimiya in ost. (2012a): bioglje, pripravljeno na 700 °C, je bilo bolj učinkovito pri vezavi težkih kovin. Ugotovila sta, da je Cu in Pb relativno lahko stabilizirati v zemlji, medtem ko je odziv Cd in Ni odvisen od vrste bioogjla, dodanega zemlji.
• Beesley in Marmiroli (2011): ugotovljeno je bilo zadržanje arzenika (As), kadmija (Cd) in cinka (Zn) na površini biooglja. Avtorja sta dokazala, da je bila težka kovina vezana na površje biooglja in da ta proces ni bil takoj reverzibilen.
• Namgay in ost. (2010): koncentracije Cd, As and Pb v mladih poganjkih koruze so se zmanjšale po dodajanju biooglja v zemljo.
• Beesley in ost. (2013): ugotovili so zanimivo dejstvo, da se je količina arzenika (As) v vodi v zemlji povečala po dodajanju biooglja, a se je njegov prenos v rastline zmanjšal.
• Karami in ost. (2011): dodali so biooglje v zemljo v rudnikih, obremenjeno s svincem (Pb) in bakrom (Cu). Ugotovili so, da je dodano biooglje zmanjšalo vsebnost svinca v vodi v zemlji na polovico. Ko so biooglju dodali še kompost iz zelenega rastlinskega odpada, so bile koncentracije svinca (Pb) v porah v zemlji 20-krat nižje kot v kontrolnem vzorcu.

Zaključek

S težkimi kovinami onesnažena zemlja bo po dodajanju biooglja varnejša za rastline, ki bodo zrastle v njej, in za ljudi in živali, ki bodo te rastline zaužili. Raziskave so glede tega jasne, vendar je možnosti za nadaljnje raziskave še zelo veliko. Kljub temu lahko zaključimo, da je uporaba biooglja tudi s stališča razstrupljanja zemlje pomemben dejavnik v ohranjanju in vračanju zdravja v okolje. Nadaljne raziskave potekajo v smeri kombiniranja uporabe biooglja in fitoremediacije. Tak način remediacije zemlje je najcenejši od vseh – fitoremediacija je v primerjavi s postopki odkopavanja in odvažanja zemlje veliko cenejša, stane le 5 % njihove cene. Biooglje, ki ga izberemo za razstrupljanje tal, mora biti varno, kar se tiče vsebnosti strupov (ekološko pridelano), pripravljeno na visoki temperaturi in rahlo alkalno. Biooglje, ki je že obogateno z mikroorganizmi, mikorizo, algami in glistino, bo ne le zmanjšalo možnosti, da bi težke kovine iz zemlje prešle v rastline, pač pa bo tudi pomembno pripomoglo k živosti zemlje in rasti rastlin, ki bodo zrastle na njej (primer takšnega izdelka je Biooglje kompleks blagovne znamke GroChar).

Poglejte še: Biooglje za 1000 let rodovitne prsti

Vir podatkov za članek: Use of phytoremediation and biochar to remediate heavy metal polluted soils: a review

* * *