Χαρακτηρισμός της ικανότητας μεσογειακών φυτών για απομάκρυνση Pb και Cd από ρυπασμένα εδάφη

Abstract

Phytoremediation is an emerging technology that employs the use of higher plantsfor the cleanup of contaminated environments (soil, sludge, sediment, ground water,surface water and wastewater). Fundamental and applied research has unequivocallydemonstrated that selected plant species posses the genetic potential to remove,degrade, metabolize, or immobilize a wide range of contaminants.In the case of heavy metals whose concentrations in the soil and water haveaccelerated dramatically during the last century as a result of global industrialization, theabove technology was based on the observation that some plant species are able touptake and accumulate in their tissues exceptionally high amounts of certain heavymetals. This technique has been highlighted as an alternative method to traditionalmethodologies for the removal of heavy metals from soils and is considered to be apromising green technology as it is a low cost method with the benefit of operating insitu. However the success of any phytoremediation technique depends upon theidentification of suitable plant species that either hyperaccumulate heavy metals in theiraerial tissues aiming at metal removal from the region (Phytoextraction), or immobilizethe metal contaminants in the rhizosphere thus preventing dispersal of the metals andleachate generation (Phytostabilization).This thesis is exploring the possibility of this environmentally friendly technique forthe remediation of contaminated soils with lead and/or cadmium, aiming not only at thecontribution in the development and optimization of this new bioremediation method,but also at the specialization of research in Mediterranean plants with final goal the finetuning of the technique for the cleanup of metal contaminated soils in Greece andgenerally in the Mediterranean region, with the use of endemic plants. TheMediterranean plants which were studied are Atriplex halimus L. (Mediterraneansaltbush), Nerium oleander L. (oleander) and Tamarix smyrnensis Bunge (saltcedar).Hydroponic and pot experiments were performed for the characterization of their metaltolerance and ability to receive, translocate and accumulate the metals, in order toexplore their final effectiveness as cleanup tools. Concisely, the experimental resultsshowed that all three plants are tolerant to lead and cadmium and can be used forphytoextraction and/or phytostabilization purposes. Furthermore, this doctoral thesisproposes a new approach of phytoremediation which we have called “Phytoexcretion” toemphasize the fact that it is an alternative phytoremediation process that should befurther explored.

Φυτοεξυγίανση ή Φυτοαποκατάσταση είναι μια τεχνολογία αιχμής πουπεριλαμβάνει τη χρήση φυτών σε ρυπασμένο περιβάλλον (έδαφος, ιλύς, ιζήματα,υπόγεια και επιφανειακά νερά και απόβλητα) με στόχο την αποκατάσταση του.Θεωρητική και εφαρμοσμένη έρευνα έχει δείξει ότι επιλεγμένα είδη φυτών διαθέτουν τογενετικό δυναμικό για να απομακρύνουν, να αποδομήσουν, να μεταβολίσουν ή ναακινητοποιήσουν ένα μεγάλο αριθμό ρύπων.Στην περίπτωση των βαρέων μετάλλων, των οποίων οι συγκεντρώσεις στα εδάφηκαι τα νερά έχουν αυξηθεί δραματικά λόγω της βιομηχανικής ανάπτυξης, η παραπάνωτεχνολογία βασίστηκε στην παρατήρηση ότι αρκετά είδη φυτών έχουν την ικανότητα ναπροσλαμβάνουν και να συσσωρεύουν στους ιστούς εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσειςορισμένων βαρέων μετάλλων. Η ικανότητα αυτή των φυτών, έχει τραβήξει τοενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τις τελευταίες δεκαετίες και θεωρείται μιαελπιδοφόρα εναλλακτική μέθοδος αποκατάστασης εδαφών από βαρέα μέταλλαδεδομένου ότι αποτελεί μια χαμηλού κόστους «πράσινη» τεχνολογία η οποία προσφέρειτα οφέλη μιας τεχνικής in-situ και είναι εύκολα αποδεχτή από το ευρύ κοινό. Η επιτυχίατης όμως, εξαρτάται πρωταρχικά από την αναγνώριση κατάλληλων φυτικών ειδών ταοποία μπορούν να αναπτύσσονται στα ρυπασμένα εδάφη και είτε να συσσωρεύουνιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων στους υπέργειους ιστούς τους μεστόχο την απομάκρυνση τους από την περιοχή (Φυτοσυσσώρευση), είτε να ταακινητοποιούν στο περιβάλλον της ρίζας με στόχο την μείωση της κινητικότητας καιβιοδιαθεσιμότητας τους στο έδαφος και επομένως του κινδύνου διασποράς τους(Φυτοσταθεροποίηση).Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, εξετάζεται η δυνατότητα αυτήςτης σημαντικά φιλικής προς το περιβάλλον τεχνολογίας αποκατάστασης εδαφώνρυπασμένων με μόλυβδο και κάδμιο, με στόχο όχι μόνο την συμβολή στην ανάπτυξη καιβελτιστοποίηση αυτής της νέας μεθόδου αποκατάστασης, αλλά και την εξειδίκευση τηςέρευνας σε μεσογειακά φυτά με απώτερο σκοπό την προσαρμογή της τεχνικής για τηνεπίλυση του προβλήματος της ρύπανσης από τοξικά μέταλλα στον ελληνικό χώρο αλλάκαι γενικότερα στην περιοχή της Μεσογείου με την χρήση ενδημικών φυτών.Επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν τα μεσογειακά φυτά Atriplex halimus L. (αλιμιά), Neriumoleander L. (πικροδάφνη) και Tamarix smyrnensis Bunge (αρμυρίκι), στα οποίαπραγματοποιήθηκαν πειράματα υδροπονικής καλλιέργειας και καλλιέργειας μεγάληςδιαρκείας σε ρυπασμένο με τα μέταλλα έδαφος, για τον χαρακτηρισμό τηςανθεκτικότητας τους στα μέταλλα και της δυνητικότητας τους για πρόσληψη, μεταφοράκαι συσσώρευση των υπό εξέταση μετάλλων, προκειμένου να διαπιστωθεί η τελικήαποτελεσματικότητα τους ως μέσα εξυγίανσης. Συνοπτικά, τα πειραματικά αποτελέσματαέδειξαν ότι πρόκειται για τρία ανθεκτικά στα μέταλλα φυτά τα οποία μπορούν ναχρησιμοποιηθούν για σκοπούς φυτοσυσσώρευσης και/ή φυτοσταθεροποίησης εδαφώνρυπασμένων με μόλυβδο και κάδμιο. Επιπλέον, αυτή η διδακτορική διατριβή συμβάλειστην διερεύνηση των γνώσεων αυτού του νέου πεδίου βιολογικής απορρύπανσης καιπροτείνει μια νέα προσέγγιση φυτοεξυγίανσης την οποία ονομάσαμε «Φυτοέκκριση» γιανα υπογραμμίσουμε το γεγονός ότι πρόκειται για μια εναλλακτική τεχνικήφυτοεξυγίανσης που αξίζει περαιτέρω διερεύνηση.