Fitoremediacja
„…Ziemi nie dziedziczymy po naszych rodzicach, pożyczamy ją od naszych dzieci…”
Antoine Marie Roger de Saint-Exupéry
Rośliny stanowią nawet 99,9% masy wszystkich organizmów żywych na Ziemi, więc powinny być dominującą częścią otaczającego nas środowiska, a wydaje się, że tak wcale nie jest. Pomimo szerokiej edukacji ekologicznej nie przypisujemy „wegetującej” roślinności zbyt doniosłej roli, przez większość jest ona uważana postrzegana jako nieożywiony element przyrody, bez statusu jaki mają zwierzęta. Tymczasem rola „rachitycznych paprotek” czy „mimoz” w środowisku jest bezcenna. Parafrazując starą dewizę: „… rośliny żywią i bronią…”
Fitoremediacja to słowo utworzone z greckiego przedrostka fito, oznaczającego roślinę i łacińskiego remedium – „oczyszczenie” lub „przywrócenie”. Termin ten odnosi się do różnorodnego zestawu technologii, które wykorzystują rośliny – występujące w naturze lub modyfikowane genetycznie – do degradacji, ekstrakcji, magazynowania lub unieruchamiania
zanieczyszczeń z gleby i wody, w tym metali, pestycydów, węglowodorów i chlorowanych rozpuszczalników.
W książce opisano możliwość wykorzystania roślin do usuwania różnych zanieczyszczeń nieorganicznych (jak jony metali i metaloidów) oraz organicznych (np. związki ropopochodne). Czytelnik znajdzie w niej m.in.: źródła, charakterystykę i sposoby migracji zanieczyszczeń obecnych w środowisku gruntowym; charakterystykę poszczególnych procesów pobierania, transportu i metabolizmu zanieczyszczeń na poziomie komórek i tkanek roślinnych, opis poszczególnych technik fitoremediacji; szczegółowy opis roślin zdolnych do akumulacji/rozkładu zanieczyszczeń; opis stosowanych technologii, możliwości wykorzystania roślin transgenicznych, możliwości wykorzystania mikroorganizmów (metagenomów) zdolnych do intensyfikacji procesów; problem wzbogacania gleb zdegradowanych i zanieczyszczonych na których procesy fitoremediacji są prowadzone, modelowanie procesu, projektowanie (wykorzystanie GIS);
fitosekwestracja dwutlenku węgla, bilans ekonomiczny i aspekty społeczne, problem zagospodarowania biomasy roślinnej (
rośliny energetyczne).
Książka przeznaczona jest m.in. dla studentów kierunków biologia, biotechnologia, ochrona środowiska, inżynieria środowiska, energetyka, rolnictwo i pokrewnych; pracowników dydaktycznych i naukowych zajmujących się problemem zanieczyszczeń i ochrony środowiska glebowego; pracowników samorządów, właścicieli terenów zanieczyszczonych; firm zajmujących się remediacją/rekultywacją/rewitalizacja terenów zniszczonych; ekologów, leśników.
Z recenzji:
„Zaletą publikacji jest szeroki zakres tematyczny, który nie tylko porządkuje dotychczasową wiedzę, ale również uogólnia ją i popularyzuje. Autorom udało się przedstawić fitoremediację w różnych aspektach jako interdyscyplinarną i złożoną metodę oczyszczania środowiska.”
Dr hab. inż. Zygmunt Mariusz Gusiatin, prof. UWM
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Wstęp 1
Rozdział 1 5
Źródła, charakterystyka i sposoby migracji zanieczyszczeń obecnych w środowisku 5
1.1. Grupy zanieczyszczeń w środowisku 6
1.1.1. Pierwiastki śladowe a metale ciężkie. Występowanie, toksyczność 6
1.1.2. Substancje organiczne 21
1.1.3. Emerging contaminants 32
1.1.4. Specyficzne zanieczyszczenia powietrza 36
1.1.5. Mikroplastiki 42
1.1.6. Mikroorganizmy chorobotwórcze 44
1.2. Migracja zanieczyszczeń 46
1.2.1. Atmosfera 46
1.2.2. Woda 53
1.2.3. Gleba 54
Literatura 66
Rozdział 271
Rośliny i ich mechanizmy pobierania, transportu i metabolizmu zanieczyszczeń na poziomie komórek i tkanek 71
2.1. Mechanizmy odpowiedzi roślin na toksyczne działanie metali ciężkich 71
2.2. Pobieranie jonów metali przez rośliny 77
2.2.1. Transportery metali 77
2.2.2. (Bio-)aktywacja (uruchamianie) w ryzosferze i wiązanie jonów metali z wydzielinami pozakomórkowymi i ścianą komórkową 85
2.2.3. Transport jonów metali poprzez błony biologiczne w korzeniu 88
2.2.4. Transport w ksylemie 88
2.2.5. Chelatory metali 89
2.2.6. Detoksykacja metali w komórce 94
2.3. Hiperakumulacja i hiperakumulatory 98
2.3.1. Charakterystyka najważniejszych roślin hiperakumulatorowych 101
2.3.2. Mechanizmy hiperakumulacji 108
2.4. Biodegradacja zanieczyszczeń organicznych 111
2.4.1. Mechanizmy degradacji zanieczyszczeń organicznych 112
2.4.2. Metabolizm organicznych zanieczyszczeń w komórkach 116
2.4.3. Rośliny w remediacji zanieczyszczeń organicznych 118
Literatura 120
Rozdział 3 123
Mechanizmy i technologie fitoremediacji 123
3.1. Mechanizmy fitoremediacji 129
3.1.1. Fitosekwestracja w obrębie korzeni 129
3.1.2. Ryzodegradacja/fitostymulacja 131
3.1.3. Fitohydraulika 134
3.1.4. Fitoekstracja 134
3.1.5. Fitodegradacja 140
3.1.6. Fitowolatylizacja 143
3.2. Technologie fitoremediacji 146
3.2.1. Fitostabilizacja 147
3.2.2. Zadrzewienia jako specyficzne okrywy fitoremediacyjne 151
3.3. Charakterystyka skażonego terenu 151
3.3.1. Wskaźniki fitoremediacji 156
Literatura 159
Rozdział 4 161
Wspomaganie fitoremediacji 161
4.1. Nawożenie i nawadnianie 162
4.1.1. Nawożenie organiczne i mineralne 162
4.1.2. Substancje chelatujące 185
4.1.3. Nawadnianie, stosowanie wody szarej i ścieków oczyszczonych 193
4.2. Mikroorganizmy 194
4.2.1. Bakterie 199
4.2.2. Grzyby 219
Literatura 235
Rozdział 5 243
Rola modyfikacji genetycznych w fitoremediacji 243
5.1. Manipulacje genetyczne 243
5.2. Fitoremediacja metali i metaloidów 253
5.3. Fitoremediacja zanieczyszczeń organicznych 258
5.4. Ograniczenia stosowania roślin zmodyfikowanych genetycznie w celu oczyszczenia środowiska 261
Literatura 262
Rozdział 6 267
Oczyszczalnie (złoża) hydrofitowe 267
6.1. Zasada działania złóż hydrofitowych 267
6.2. Rośliny złóż hydrofitowych 273
6.3. Usuwanie zanieczyszczeń poprzez systemy złóż hydrofitowych 276
6.3.1. Usuwanie azotu i fosforu jako głównych sprawców eutrofizacji 276
6.3.2. Usuwanie metali ciężkich 278
6.3.3. Usuwanie zanieczyszczeń organicznych 281
6.3.4. Usuwanie patogenów 281
6.3.5. Zalety i ograniczenia stosowania systemów hydrofitowych do usuwania zanieczyszczeń 283
Literatura 283
Rozdział 7 287
Fitoremediacja w koncepcji gospodarki obiegu zamkniętego 287
7.1. Fitokopalnictwo i agrokopalnictwo 288
7.1.1. Rośliny selekcjonowane do fitokopalnictwa/agrokopalnictwa 289
7.2. Rośliny energetyczne i energia odnawialna 298
7.3. Fitosekwestracja dwutlenku węgla 309
Literatura 313
Rozdział 8 319
Fitozarządzanie 319
8.1. Modele fitoremediacji 322
8.2. Zastosowanie systemu informacji geograficznej 331
Literatura 335
Rozdział 9 337
Oczyszczanie środowiska życia człowieka 337
9.1. Rośliny w przestrzeni mieszkalnej, budynkach użyteczności publicznej 339
9.2. Rośliny a kształtowanie środowiska lokalnego 352
Literatura 356
Podsumowanie 359
