Wpływ roślinności na rozkład substancji ropopochodnych
Wpływ roślinności na rozkład substancji ropopochodnych
Wpływ roślinności na rozkład substancji ropopochodnych
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
OchrO<strong>na</strong> ŚrOdOwiska i ZasObów <strong>na</strong>turalnych nr 50, 2011 r.<br />
Natalia Gmitrzuk*<br />
WPŁYW ROŚLINNOŚCI NA ROZKŁAD SUBSTANCJI<br />
ROPOPOCHODNYCH – POTENCJALNE MOŻLIWOŚCI<br />
W PODCZYSZCZANIU WóD OPADOWYCH<br />
CZĘŚć I. INTERAKCJE ZACHODZąCE W GLEBIE SKAŻONEJ<br />
SUBSTANCJAMI ROPOPOCHODNYMI<br />
PLANTS IMPACT TO DEGRADATION PETROLEUM SUBSTANCES –<br />
POTENTIAL OPPORTUNITIES TO CLEANING RAINWATERS<br />
PART I. THE INTERACTIONS OCCURRING IN SOIL CONTAMINATED<br />
WITH PETROLEUM SUBSTANCES<br />
Słowa kluczowe: substancje ropopochodne, biodegradacja, ryzosfera, mikroorganizmy.<br />
Key words: petroleum substances, biodegradation, rhizosphere, microorganisms.<br />
Streszczenie<br />
Tematem artykułu jest wpływ <strong>roślinności</strong> <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> przez ży-<br />
jące wśród jej korzeni mikroorganizmy.<br />
W artykule zaprezentowano kilka prac badawczych wyko<strong>na</strong>nych przez zagranicznych <strong>na</strong>ukowców<br />
dotyczących tematu niniejszego artykułu. Cytowane badania były prowadzone<br />
w różnych warunkach i przy zastosowaniu różnych roślin, jed<strong>na</strong>k otrzymane wyniki przedstawiają<br />
dość z<strong>na</strong>czący wpływ ryzosfery <strong>na</strong> żyjące w niej mikroorganizmy.<br />
Artykuł jest też studium do prowadzonych w warunkach półtechnicznych <strong>na</strong> terenie Instytutu<br />
Ochrony Środowiska - Państwowego Instytutu Badawczego badań, które są próbą<br />
wyselekcjonowania właściwej do wspomagania <strong>rozkład</strong>u <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong><br />
<strong>roślinności</strong>. Roślinność ta mogłaby być użyta <strong>na</strong> poboczach oraz przydrożnych rowach<br />
i zbiornikach retencjonujących spływy z dróg i autostrad.<br />
* Mgr inż. Natalia Gmitrzuk – Zakład Systemów Ochrony Wód, Instytut Ochrony Środowiska -<br />
Państwowy Instytut Badawczy, ul. Kolektorska 4, 01-692 Warszawa; tel.: 22 833 42 41 w. 30;<br />
e-mail: n.gmitrzuk@ios.edu.pl<br />
193
194<br />
Natalia Gmitrzuk<br />
Summary<br />
The subject of this article is the impact of vegetation on the distribution of petroleum sub-<br />
stances by microorganisms which living among the roots.<br />
The article presents some researches done by foreign scientists on the topic of this article.<br />
Cited studies were carried out in different conditions and using various plants, but the results<br />
show a quite significant impact on the living rhizosphere microorganisms in it.<br />
The article is a study to being carried out researches in semi-technical conditions in Institute<br />
of the Environment - Natio<strong>na</strong>l Research Institute, which are an attempt to assist the<br />
selection of the appropriate hydrocarbon degradation of vegetation. This vegetation would<br />
be used at the roadside, and roadside ditches and reservoirs collecting drains with roads<br />
and highways.<br />
1. WPROWADZENIE<br />
Zanieczyszczenia odprowadzane z wodami deszczowymi z dróg i autostrad to przede<br />
wszystkim zawiesiny, jed<strong>na</strong>k wraz z nimi z <strong>na</strong>wierzchni spływają do gleb i wód również<br />
węglowodory, metale ciężkie, a w okresie roztopów dochodzą jeszcze chlorki. Aby zapobiec<br />
przedostawaniu się tych zanieczyszczeń do wód powierzchniowych i podziemnych,<br />
podejmowane są liczne przedsięwzięcia mające <strong>na</strong> celu ich zatrzymanie lub ograniczenie<br />
przez podczyszczanie. Jednym z takich przedsięwzięć może być zastosowanie roślin<br />
tworzących darń. Zagospodarowanie <strong>roślinności</strong>ą trawiastą obiektów odwadniających infrastrukturę<br />
drogową, jest uzasadnione ograniczeniem ilości zanieczyszczeń w ściekach<br />
opadowych.<br />
W procesach pobierania przez tkanki roślinne metali ciężkich zmniejsza się ich zawartość<br />
w glebie, wodzie i powietrzu, przy zanieczyszczeniach <strong>ropopochodnych</strong> <strong>na</strong>tomiast roślinność<br />
bierze pośrednio udział w ich <strong>rozkład</strong>zie. Redukcja <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong><br />
w środowisku jest jed<strong>na</strong>k bardziej złożo<strong>na</strong> niż pobieranie pierwiastków przez rośliny, w trakcie<br />
redukcji zachodzą bowiem liczne procesy biochemiczne z udziałem różnych mikroorganizmów.<br />
Na podstawie informacji prezentowanych w niniejszym oraz w kolejnym numerze czasopisma<br />
„Ochro<strong>na</strong> Środowiska i Zasobów Naturalnych”, przedstawiony zostanie wpływ <strong>roślinności</strong><br />
<strong>na</strong> mikroorganizmy <strong>rozkład</strong>ające substancje ropopochodne, zamieszkujące przestrzenie<br />
miedzykorzeniowe, tak zwaną ryzosferę.<br />
W warstwie powierzchniowej gruntu do 30 cm głębokości, która jest uważa<strong>na</strong> za <strong>na</strong>jlepiej<br />
<strong>na</strong>tlenioną i <strong>na</strong>jliczniej zasiedloną przez mikroorganizmy, <strong>na</strong>stępuje redukcja zanieczyszczeń.<br />
W zależności od pory roku odnotowano w niej redukcję ścieków opadowych,<br />
zawierających m.in. zawiesinę, której redukcja wynosiła od 41 do 94%, ołów – redukcja <strong>na</strong><br />
poziomie od 30 do 100% oraz WWA – od 19 do 98% [Sawicka-Siarkiewicz 2004].
<strong>Wpływ</strong> <strong>roślinności</strong> <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> – potencjalne możliwości...<br />
Możliwości oczyszczania warstwy gleby przerośniętej korzeniami (a tym samym wody<br />
przez nią filtrowanej) oraz żyjące w niej mikroorganizmy i ich wpływ <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> zanieczysz-<br />
czeń <strong>ropopochodnych</strong> są przedmiotem badań, których wyniki są prezentowane w czaso-<br />
pismach krajowych i zagranicznych np. Inżynieria Ekologicz<strong>na</strong> [Garbas i in. 2003] czy Pe-<br />
troleum Science [Wang i in. 2008].<br />
W niniejszym artykule przedstawiono krótką charakterystykę interakcji zachodzących<br />
w skażonej glebie, optymalne warunki <strong>rozkład</strong>u związków <strong>ropopochodnych</strong>, jak również in-<br />
formacje dotyczące potencjalnych związków wydzielanych przez rośliny, mogących z<strong>na</strong>-<br />
cząco wpływać <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> przez mikroorganizmy.<br />
2. CHARAKTERYSTYKA PROBLEMU<br />
Substancje ropopochodne mające właściwości toksyczne i kancerogenne stanowią za-<br />
grożenie dla środowiska, a przede wszystkim dla zdrowia i życia człowieka. Aby dokładnie<br />
je scharakteryzować, <strong>na</strong>leży wyjaśnić poszczególne <strong>na</strong>zwy i pojęcia użyte w niniejszym ar-<br />
tykule. Będą tu bowiem występować zamiennie określenia substancje ropopochodne oraz<br />
węglowodory ropopochodne.<br />
W rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie<br />
<strong>na</strong>leży spełniać przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie <strong>substancji</strong><br />
szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2006, nr 137, poz. 984)<br />
używa się sformułowania „węglowodory ropopochodne”, które zastąpiło wyrażenie „substancje<br />
ropopochodne”, stosowane w poprzedniej wersji rozporządzenia z dnia 29 listopada<br />
2002 r.<br />
W literaturze krajowej występują również inne <strong>na</strong>zwy określające tę samą materię,<br />
a mianowicie „związki ropopochodne” oraz „zanieczyszczenia ropopochodne”. W literaturze<br />
zagranicznej <strong>na</strong>tomiast funkcjonują: TPH (total petroleum hydrocarbons) oraz PHC<br />
(petroleum hydrocarbon contami<strong>na</strong>tion), w skład których wchodzą WWA – wielopierścieniowe<br />
węglowodory aromatyczne, i<strong>na</strong>czej zwane PAH (petroleum aromatic hydrocarbons).<br />
Zanieczyszczenia ropopochodne to przede wszystkim węglowodory, w skład których<br />
wchodzą alkany (zwane parafi<strong>na</strong>mi), alkeny (olefiny) oraz cykloalkany i węglowodory aromatyczne.<br />
Te ostatnie dzielą się <strong>na</strong> jednopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz<br />
wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Wszystkie one <strong>na</strong>leżą do niepolarnych i bardzo<br />
słabo rozpuszczalnych w wodzie związków, tworzących cienką warstwę <strong>na</strong> jej powierzchni<br />
[Zanieczyszczenia <strong>na</strong>ftowe… 2000].<br />
Powodem obecności węglowodorów <strong>na</strong> powierzchniach utwardzonych np. <strong>na</strong> parkingach,<br />
<strong>na</strong> stacjach paliw oraz <strong>na</strong> jezdniach i poboczach są przede wszystkim wycieki olejów,<br />
smarów z samochodów oraz pozostałości po startej <strong>na</strong>wierzchni bitumicznej i produkty<br />
niecałkowitego spalania, wydobywające się z rur wydechowych samochodów. Te dwa<br />
ostatnie zanieczyszczenia <strong>na</strong>jczęściej wchodzą w skład zawiesin.<br />
195
196<br />
Natalia Gmitrzuk<br />
W zależności od udziału atomów węgla budujących łańcuchy danych <strong>substancji</strong> roz-<br />
różnia się benzyny, o przeciętnej zawartości od 5 do 12 atomów węgla w cząsteczce, oraz<br />
oleje (np. <strong>na</strong>pędowe, zawierające do 25 atomów węgla), które podlegają licznym podzia-<br />
łom skupiającym się <strong>na</strong> dwóch zasadniczych cechach, tj. ich zastosowaniu oraz pocho-<br />
dzeniu [Nechay, Szyprowska 2009; www.vestoil.com.pl/index.html]. Rozróżnia się także<br />
oleje silnikowe i przekładniowe, jak również smary – półpłynne produkty pochodzenia ropopochodnego.<br />
Do produktów, które mogą wydostawać się z pojazdów do środowiska zaliczyć <strong>na</strong>leży<br />
również płyny hamulcowe i chłodnicowe, nie są to jed<strong>na</strong>k zwykłe paliwa i oleje.<br />
Te powszechnie stosowane produkty składają się właśnie z <strong>substancji</strong>, w skład których<br />
wchodzą węglowodory ropopochodne, dostające się często do środowiska w sposób<br />
niekontrolowany.<br />
3. INTERAKCJE SUBSTANCJI ROPOPOCHODNYCH I ŚRODOWISKA<br />
GLEBOWEGO<br />
Odporność gleby <strong>na</strong> degradację, spowodowaną węglowodorami, metalami ciężkimi, jak<br />
również innymi substancjami, zależy od wielu czynników. Jednym z nich jest tzw. sorpcja glebowa,<br />
polegająca <strong>na</strong> zatrzymywaniu przez fazę stałą różnych jonów oraz cząsteczek wody<br />
i gazów. W zależności od pojemności sorpcyjnej gleb i minerałów róż<strong>na</strong> jest ich odporność<br />
<strong>na</strong> degradację. Przykładowo pojemność sorpcyj<strong>na</strong> próchnicy wynosi 200 cmol/kg s.m., minerału<br />
ilastego (montmorylonitu) – 80 cmol/kg s.m., <strong>na</strong>tomiast gleby bielicowej wytworzonej<br />
z piasku jedynie 1,08 do 2,22 cmol/kg s.m. Wynika stąd, że <strong>na</strong>jszybciej oczyszczanymi<br />
w procesach biologicznych glebami będą zbudowane w przeważającej części z materiałów<br />
mineralnych gleby lekkie, o niewielkiej ilości próchnicy, od której w dużym stopniu zależy pojemność<br />
sorpcyj<strong>na</strong> (czyli wiązanie zanieczyszczeń i detoksykacja środowiska) [Fotyma, Mercik<br />
1995; Gleboz<strong>na</strong>wstwo... 1998; Zanieczyszczenia <strong>na</strong>ftowe… 2000]. Efekt zanieczyszczenia,<br />
a tym samym możliwość biodegradacji, mogą być różne w zależności od rodzaju gleby.<br />
Zarówno metale ciężkie, jak i węglowodory łatwiej da się usunąć ze środowiska, jeżeli<br />
nie są zaabsorbowane, jak ma to miejsce w glebach o dużej zawartości próchnicy lub minerałów<br />
ilastych. Mogą być wtedy łatwiej <strong>rozkład</strong>ane, przetwarzane oraz pobierane przez<br />
różne organizmy. Ważne staje się więc określenie wyżej opisanej sorpcji gleby oraz składu<br />
granulometrycznego odpowiadającego w głównej mierze za jej pojemność wodną i powietrzną.<br />
Z tego powodu np. piaski jako gleby o dużej średnicy ziaren frakcji granulometrycznej<br />
są bardziej przewietrzone, co wpływa <strong>na</strong> wzrost aktywności i ilości z<strong>na</strong>jdujących<br />
się w nich mikroorganizmów. Przekłada się to <strong>na</strong> zwiększenie możliwości usuwania węglowodorów<br />
<strong>ropopochodnych</strong>, <strong>na</strong>tomiast w glebach żyznych lub gliniastych potencjał biodegradacji<br />
może być już z<strong>na</strong>cznie mniejszy [Podstawy i skutki… 1999; Gleboz<strong>na</strong>wstwo....<br />
1998; Zanieczyszczenia <strong>na</strong>ftowe.... 2000].
<strong>Wpływ</strong> <strong>roślinności</strong> <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> – potencjalne możliwości...<br />
Charakteryzując glebę pod kątem jej właściwości mogących wpłynąć <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> wę-<br />
glowodorów, za ważny czynnik <strong>na</strong>leży uważać tlen, którego obecność zależy m.in. od<br />
wspomnianej frakcji glebowej. Jest on potrzebny do <strong>rozkład</strong>u zanieczyszczeń, który zachodzi<br />
przy udziale mikroorganizmów. Problemem są jed<strong>na</strong>k same substancje ropopochodne,<br />
które mogą ograniczać ilość tlenu w glebie przez zatykanie glebowych porów i przestrzeni<br />
między gruzełkami gleby, co odbija się również <strong>na</strong> jej pojemności wodnej. Często powstające<br />
w ten sposób warunki beztlenowe mogą zmieniać środowisko glebowe.<br />
Oprócz warunków glebowych ważny jest również klimat, w którym da<strong>na</strong> gleba występuje.<br />
Jest on głównym czynnikiem wpływającym <strong>na</strong> jej właściwości, a więc i <strong>na</strong> reakcje<br />
w niej zachodzące, tym samym <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong>.<br />
W klimacie gorącym występuje wzmożo<strong>na</strong> biodegradacja, <strong>na</strong>tomiast w zimnym <strong>rozkład</strong><br />
<strong>na</strong>stępuje bardzo wolno, a substancje w dużym stopniu rozprzestrzeniają się z wodą lub<br />
wsiąkają w głąb profilu glebowego. Przekłada się to także <strong>na</strong> pory roku w klimacie umiarkowanym,<br />
w jakim z<strong>na</strong>jduje się Polska np. przy wysokich temperaturach – latem, zachodzi<br />
parowanie <strong>substancji</strong> lekkich oraz wsiąkanie reszty związków.<br />
Humifikacja i mineralizacja to kolejne etapy redukcji <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong>, przy<br />
czym stopień humifikacji w wysokich temperaturach dochodzi do 40%, <strong>na</strong>tomiast w klimacie<br />
chłodnym i wilgotnym jest o połowę mniejszy.<br />
Ropopochodne niszczą również inne właściwości fizykochemiczne gleby, do których<br />
<strong>na</strong>leżą układy koloidalne. Obecność <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> ogranicza wymianę jonową<br />
oraz pochłanianie i oddawanie wody przez koloidy glebowe, co z kolei negatywnie<br />
wpływa <strong>na</strong> pojemność sorpcyjną. Także odczyn gleby ulega zmianie w kierunku odczynu<br />
kwaśnego (pH od 5,4 do 6,0), co może uaktywniać metale ciężkie. Spotyka się również<br />
doniesienia o możliwości alkalizowania środowiska w trakcie degradacji <strong>ropopochodnych</strong><br />
(może to być spowodowane sezonowym <strong>rozkład</strong>em materii organicznej, gdzie pierwszy<br />
etap charakteryzuje zwiększo<strong>na</strong> produkcja amoniaku) [Siuta 2003; Steliga i in. 2003; Zanieczyszczenia<br />
<strong>na</strong>ftowe... 2000].<br />
Problem wzajemnego oddziaływania <strong>na</strong> siebie gleby oraz <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong><br />
jest więc bardzo złożony. Wymaga uwzględnienia wielu czynników i odpowiedniego ich<br />
połączenia. Opisane wyżej właściwości gleby warunkują <strong>rozkład</strong> węglowodorów, ale też<br />
charakteryzują warunki i zjawiska tam zachodzące. Stają się więc wskaźnikami pośrednio<br />
odzwierciedlającymi życie roślin i mikroorganizmów w danym skażonym środowisku.<br />
4. MOŻLIWOŚCI UDZIAŁU ROŚLIN W OCZYSZCZANIU ŚRODOWISKA<br />
Z SUBSTANCJI ROPOPOCHODNYCH<br />
Możliwości udziału roślin w usuwaniu związków <strong>ropopochodnych</strong> są praktycznie znikome,<br />
jed<strong>na</strong>k wydzielane do środowiska glebowego substancje korzeniowe <strong>na</strong>dają im duże<br />
z<strong>na</strong>czenie.<br />
197
Natalia Gmitrzuk<br />
Poniżej zaprezentowano potencjał tkwiący we współzależnościach pomiędzy opisy-<br />
wanymi dwoma królestwami: rośli<strong>na</strong>mi i mikroorganizmami <strong>rozkład</strong>ającymi substancje ro-<br />
popochodne. Dzięki nim, przy właściwym doborze roślin, możliwe byłoby poprawienie ja-<br />
kości <strong>na</strong>szego środowiska.<br />
Substancje wydzielane przez korzenie są dla bakterii źródłem składników nieosiągal-<br />
nych w glebie bez <strong>roślinności</strong>. Zdarza się, że ich budowa jest zbliżo<strong>na</strong> do zanieczyszczeń<br />
organicznych np. węglowodorów aromatycznych, tak więc mikroorganizmy żyjące w takiej<br />
ryzosferze w pewien sposób mogą być przystosowane lub uodpornione <strong>na</strong> toksyczne dzia-<br />
łanie <strong>ropopochodnych</strong>. Do przykładowych <strong>substancji</strong> wydzielanych przez rośliny, <strong>na</strong>leżą<br />
m.in. kumaryny oraz flawonoidy (rys. 1) [Escalante-Espinosa i in. 2005; Wang i in. 2008].<br />
a) b) c) d)<br />
Rys. rys. 1. 1. Rodzaje Rodzaje związków wydzielanych przez przez rośliny: a) a) kumary<strong>na</strong>, b) b) flawon flawon oraz oraz budowa wy- wybranych WWa:<br />
c) <strong>na</strong>ftalen, branych d) fe<strong>na</strong>ntren. WWA: c) <strong>na</strong>ftalen, d) fe<strong>na</strong>ntren<br />
Fig. 1. the The types of compounds exuding by plants: a) coumarin, b) the flavone and the construction construc- of selected<br />
Pahs: c) tion <strong>na</strong>phthalene, of selected d) PAHs: phe<strong>na</strong>nthrene. c) <strong>na</strong>phthalene, d) phe<strong>na</strong>nthrene<br />
Usuwanie węglowodorów z gruntu, a dokładnie ich <strong>rozkład</strong> przez mikroorganizmy,<br />
Usuwanie węglowodorów z gruntu, a dokładnie ich <strong>rozkład</strong> przez mikroorganizmy, może<br />
mieć również duży związek z cyklem życiowym samych roślin, czyli z okresem ich<br />
wegetacji. Może się to wiązać z różnym wydzielaniem <strong>substancji</strong> korzeniowych, a przez to<br />
z różną Ryzosfera aktywnością jest obszarem bakterii. zapewniającym Potwierdzają właściwą to autorzy wilgotność prac, (polepszenie które zaprezentowane wilgotności będą w II<br />
części tego artykułu, w kolejnym numerze „Ochrony Środowiska i Zasobów Naturalnych”.<br />
Ryzosfera jest obszarem zapewniającym właściwą wilgotność (polepszenie wilgotności<br />
<strong>na</strong>wet do 5% w stosunku do gleb bez darni) oraz składniki odżywcze [escalante-espinosa i in<br />
2005; Phillips 2009]. Wzrost korzeni oraz ich śmierć powoduje również poprawę warunków<br />
tlenowych, przyczyniając się do zwiększenia ilości mikroorganizmów, a tym samym do<br />
zwiększenia <strong>rozkład</strong>u węglowodorów <strong>ropopochodnych</strong>. Mikroorganizmy wytwarzają różne<br />
substancje, Innymi ważnymi które ułatwiają substancjami, im <strong>rozkład</strong> które świadczą omawianych o aktywności związków. mikroorganizmów W przebadanych są en- glebach<br />
oz<strong>na</strong>czano np. biosurfaktanty – substancje powierzchniowo czynne, zmniejszające <strong>na</strong>pięcie<br />
może mieć również duży związek z cyklem życiowym samych roślin, czyli z okresem ich<br />
wegetacji. Może się to wiązać z różnym wydzielaniem <strong>substancji</strong> korzeniowych, a przez to<br />
z różną aktywnością bakterii. Potwierdzają to autorzy prac, które zaprezentowane będą w II<br />
części tego artykułu, w kolejnym numerze „Ochrony Środowiska i Zasobów Naturalnych”.<br />
<strong>na</strong>wet do 5% w stosunku do gleb bez darni) oraz składniki odżywcze [Escalante-Espinosa<br />
i in. 2005; Phillips 2009]. Wzrost korzeni oraz ich śmierć powoduje również poprawę warun-<br />
ków tlenowych, przyczyniając się do zwiększenia ilości mikroorganizmów, a tym samym do<br />
zwiększenia <strong>rozkład</strong>u węglowodorów <strong>ropopochodnych</strong>. Mikroorganizmy wytwarzają różne<br />
substancje, które ułatwiają im <strong>rozkład</strong> omawianych związków. W przebadanych glebach<br />
oz<strong>na</strong>czano np. biosurfaktanty – substancje powierzchniowo czynne, zmniejszające <strong>na</strong>pięcie<br />
międzyfazowe. Są to związki, które jako pierwsze działają <strong>na</strong> substancje ropopochodne,<br />
emulgując je, a tym samym ułatwiając dostęp kolejnym mikroorganizmom do <strong>rozkład</strong>u<br />
łańcuchów węglowych [Grabas i in. 2003; Papciak, Zamorska 2001].<br />
zymy. Potwierdzono, że <strong>na</strong> stanowiskach skażonych substancjami ropopochodnymi obsa-<br />
międzyfazowe. Są to związki, które jako pierwsze działają <strong>na</strong> substancje ropopochodne,<br />
198<br />
emulgując je, a tym samym ułatwiając dostęp kolejnym mikroorganizmom do <strong>rozkład</strong>u<br />
łańcuchów węglowych [grabas i in. 2003; Papciak, zamorska 2001.].
<strong>Wpływ</strong> <strong>roślinności</strong> <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> – potencjalne możliwości...<br />
dzonymi <strong>roślinności</strong>ą wzrost dehydroge<strong>na</strong>z był od 1,61 do 2,20 razy większy niż <strong>na</strong> glebie<br />
bez roślin, <strong>na</strong>tomiast wzrost katalaz do 0,93 razy [Wang i in. 2008].<br />
Mikroorganizmy wydzielają, oprócz wyżej wymienionych czynników, również swoiste<br />
związki chroniące rośliny przed stresem spowodowanym zanieczyszczeniami. Będą to np.<br />
antybiotyki, mogące zabezpieczać osłabione zanieczyszczeniami rośliny przed różnymi<br />
patoge<strong>na</strong>mi.<br />
Wspólne tolerowanie zanieczyszczeń, a w konsekwencji umiejętne ich wykorzystanie,<br />
umożliwiły pewną formę symbiozy między mikroorganizmami i rośli<strong>na</strong>mi, zwanymi czasem<br />
<strong>na</strong>ftofitami. Rośliny te tolerują duże stężenia <strong>ropopochodnych</strong>, a ich rozrastające się<br />
w gruncie korzenie zapewniają miejsce do życia mikroorganizmom (w tzw. ryzosferze). Mikroorganizmy<br />
konsekwentnie pozbywają się skażenia w trakcie różnych procesów biochemicznych,<br />
tym samym oczyszczają środowisko oraz poprawiają miejsce bytowania innych<br />
organizmów wyższych.<br />
Ilość mikroorganizmów w jednym gramie gleby z pozbawionego <strong>roślinności</strong> obszaru,<br />
a więc i bez ryzosfery, jest od 10 do 100 razy mniejsza niż z obszaru zajętego przez rośliny<br />
[Gerhardt Karen i in. 2009]. W glebie zawierającej dużo korzeni populacja bakterii może<br />
osiągnąć miano 1012 komórek/g gleby.<br />
Do <strong>na</strong>jczęściej oz<strong>na</strong>czanych mikroorganizmów od<strong>na</strong>jdowanych w środowiskach zanieczyszczonych<br />
ropopochodnymi <strong>na</strong>leżą m.in. bakterie z rodzaju: Pseudomo<strong>na</strong>s, Acetobacter,<br />
Corynebacterium oraz grzyby, np. z rodzaju: Candida i Aspergillus [Kołoczek, Kaszycki<br />
2004; Mohsenzadeh 2010; Nowak 2008; Papciak, Zamorska 2001, 2004; Zanieczyszczenia<br />
<strong>na</strong>ftowe... 2000], przy czym bakterie <strong>na</strong>jskuteczniej <strong>rozkład</strong>ają ropopochodne. Nowak [2008]<br />
podaje, że <strong>na</strong>jliczniejszymi szczepami z przebadanych zaolejonych próbek okazały się być<br />
bakterie z rodzaju Arthrobacter, <strong>na</strong>tomiast <strong>na</strong>jbardziej aktywne w biodegradacji węglowodorów<br />
<strong>ropopochodnych</strong> okazały się być bakterie m.in. z rodzaju Pseudomo<strong>na</strong>s i Arthrobacter.<br />
Optymalne pH dla mikroorganizmów <strong>rozkład</strong>ających ropopochodne mieści się od 5,5<br />
do 8. Wszystkie wyżej wymienione mikroorganizmy są tlenowe lub fakultatywne (obligatoryjnie<br />
beztlenowe). Mikroorganizmy beztlenowe również potrafią <strong>rozkład</strong>ać węglowodory,<br />
jed<strong>na</strong>k odbywa się to 4 razy wolniej niż w środowisku tlenowym. Rozkładane w środowisku<br />
beztlenowym substancje to głównie benzen, toluen, etylobenzen, ksylen (BTEX) oraz heksadekan<br />
i <strong>na</strong>ftalen [Kołoczek, Kaszycki 2004; Nowak 2008].<br />
Substancje, jakie wydzielają rośliny do gruntu, oraz odpowiednie <strong>na</strong>tlenienie i wilgotność<br />
w glebie przerośniętej korzeniami stwarzają lepsze środowisko do bytowania mikroorganizmów<br />
mogących <strong>rozkład</strong>ać więcej <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> niż w miejscach bez<br />
<strong>roślinności</strong>. Informacje te w przyszłości mogą umożliwić wyłonienie roślin, które wydzielają<br />
do środowiska substancje (np. kumaryny), podobne w budowie np. do WWA, bądź też roślin<br />
mające dużą masę korzeniową lub predyspozycje do porastania terenów z ograniczoną ilością<br />
tlenu. Jak wynika z prezentowanego artykułu, degradacja związków <strong>ropopochodnych</strong><br />
zachodzi w ryzosferze roślin i zależy od wielu czynników.<br />
199
200<br />
Natalia Gmitrzuk<br />
5. PODSUMOWANIE<br />
Usuwanie węglowodorów ze środowiska za pośrednictwem roślin i mikroorganizmów<br />
warte jest rozpatrzenia, ponieważ wykorzystanie <strong>na</strong>jprostszych rozwiązań, jakie podsu-<br />
wa <strong>na</strong>m przyroda, może w przyszłości przynieść wymierne korzyści. Udział roślin w pod-<br />
czyszczaniu ścieków sprawdził się już m.in. w hydrofitowych oczyszczalniach ścieków<br />
bytowych.<br />
Niewiele jest w polskiej literaturze publikacji dotyczących zagadnień związanych z fi-<br />
toremediacją <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong>. Jeszcze mniej jest publikacji prezentujących ba-<br />
dania zgłębiające wiedzę <strong>na</strong> ten temat, a te które są przedstawiają głównie wyniki z prac<br />
zagranicznych. Może więc warto zwrócić uwagę <strong>na</strong> potencjał roślin w stymulowaniu mikro-<br />
organizmów <strong>rozkład</strong>ających substancje ropopochodne i podjąć działania mające <strong>na</strong> celu<br />
ich wdrożenie np. do podczyszczania spływów powierzchniowych z dróg i autostrad.<br />
PIŚMIENNICTWO<br />
ESCALANTE-ESPINOSA E., GALLEGOS-MARTINEZ M.E., FAVELA-TORRES E., GUTI-<br />
ERREZ-ROJAS M. 2005. Improvement of the hydrocarbon phytoremediation rate by<br />
Cyperus laxus Lam. inoculated with a microbial consortium in a model system. Che-<br />
mosphere Vol. 59, Issue 3: 405–413.<br />
FOTYMA M., MERCIK S. 1995. Chemia rol<strong>na</strong>. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.<br />
GERHARDT KAREN E., HUANG XIAO-DONG, GLICK BERNARD R., GREENBERG<br />
BRUCE M. 2009. Phytoremediation and rhizoremediation of organic soil contami<strong>na</strong>nts:<br />
Potential and challenges, Plant Science Vol. 176, Issue 1: 20–30.<br />
Gleboz<strong>na</strong>wstwo. 1998. (Red. R. TURSKI) Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie,<br />
Lublin.<br />
GRABAS K., KOŁWZAN B., ŚLIWKA E. 2003. Zastosowanie surfaktantów do stymulacji<br />
biodegradacji produktów <strong>na</strong>ftowych. Inżynieria Ekologicz<strong>na</strong> nr 8 „Technologie odoleja-<br />
nia gruntów, odpadów, ścieków”. Warszawa.<br />
KOŁOCZEK H. KASZYCKI P. 2004. Biologiczne mechanizmy oczyszczania skażeń orga-<br />
nicznych w glebie: 28–40, Akademia Rolnicza, Kraków.<br />
MOHSENZADEH F., NASSERI S., MESDAGHINIA A., NABIZADEH R., ZAFARI D, KHO-<br />
DAKARAMIAN G., CHEHREGANI A. 2010. Phytoremediation of petroleum-polluted-<br />
soils: Application of Polygonum aviculare and itsroot-associated (penetrated) fungal<br />
strains for bioremediation of petroleum-pollutedsoils. Ecotoxicology and Environmental<br />
Safety. Vol. 73, Issue 4: 613 – 619.<br />
NOWAK J. 2008. Bioremediacja gleb z ropy i jej produktów. Biotechnologia 1 (80): 97–108.<br />
NECHAY A., SZYPROWSKA E. 2009. Badanie osadów powstających w procesie oczyszczania<br />
ścieków opadowych. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa; maszynopis.
<strong>Wpływ</strong> <strong>roślinności</strong> <strong>na</strong> <strong>rozkład</strong> <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> – potencjalne możliwości...<br />
PAPCIAK D., ZAMORSKA J. 2004. Możliwość zastosowania biopreparatu DBC-Plus<br />
do wspomagania procesów biodegradacji <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong>. Zeszyty <strong>na</strong>uko-<br />
we Politechniki Rzeszowskiej nr 218. Rzeszów.<br />
PAPCIAK D., ZAMORSKA J. 2001. Wybrane zagadnienia biotechnologii środowiskowej.<br />
Oficy<strong>na</strong> Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów.<br />
PHILLIPS L.A., GREER C.W., FARRELL R.E., GERMIDA J.J. 2009. Field-scale assess-<br />
ment of weathered hydrocarbon degradation by mixed and single plant treatments. Ap-<br />
plied Soil Ecology Volume 42, Issue 1: 9–17.<br />
Podstawy i skutki chemizacji agroekosystemów. 1999. Red. Filipek Wydawnictwo Aka-<br />
demii Rolniczej w Lublinie. Lublin.<br />
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków,<br />
jakie <strong>na</strong>leży spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w spra-<br />
wie <strong>substancji</strong> szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U. nr 137,<br />
poz. 984 z póź. zm.).<br />
SAWICKA-SIARKIEWICZ H. 2004. Ograniczenie zanieczyszczeń w spływach powierzch-<br />
niowych z dróg. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa.<br />
SIUTA J. 2003. Ekologiczne, technologiczne i prawne aspekty rekultywacji gruntów zanie-<br />
czyszczonych produktami ropy <strong>na</strong>ftowej. „Technologie odolejania gruntów, odpadów,<br />
ścieków”. Inżynieria Ekologicz<strong>na</strong> nr 8, Warszawa.<br />
STELIGA T., KAPUSTA P., ŻAK H. 2003. Biodegradacja <strong>substancji</strong> <strong>ropopochodnych</strong> w odpadach<br />
kopalnianych z zastosowaniem bakterii autochtonicznych. Inżynieria Ekologicz<strong>na</strong><br />
nr 8, Warszawa.<br />
WANG JING, ZHANG ZHONGZHI, SU YOUMING, HE WEI, HE FENG AND SONG HONG-<br />
GUANG. 2008. Phytoremediation of petroleum polluted soil. Petroleum Science Vol.<br />
5, Issue 2: 167–171.<br />
Zanieczyszczenia <strong>na</strong>ftowe w gruncie. 2000. Red. J. Surygała. Oficy<strong>na</strong> Wydawnicza Politechniki<br />
Wrocławskiej, Wrocław.<br />
http://www.vestoil.com.pl/index.html<br />
201