Fitoremediacja — konopie w oczyszczaniu skażonej gleby

Fitoremediacja to wykorzystanie roślin do usuwania, unieruchamiania albo rozkładania zanieczyszczeń w gruncie i w wodzie, a konopie siewne (Cannabis sativa L.) należą od trzydziestu lat do najczęściej badanych w tej roli gatunków. Powody są prozaiczne: gatunek szybko przyrasta, w jednym sezonie wegetacyjnym wytwarza kilkanaście ton suchej masy nadziemnej na hektarze, znosi zawartości metali, przy których większość roślin rolniczych zamiera, a korzeń palowy sięga poniżej warstwy ornej. Nie jest natomiast hiperakumulatorem — gromadzi metale w ilościach o dwa do trzech rzędów wielkości mniejszych niż gatunki, którym ten status przysługuje. Z tej jednej liczby wynikają wszystkie ograniczenia opisane dalej.

Ten tekst dotyczy inżynierii środowiska: gruntów poprzemysłowych, hałd i pól odkształconych przez dziesięciolecia emisji pyłu. Rośliną roboczą są w nim odmiany włókniste z katalogu wspólnotowego, selekcjonowane pod długą, mało rozgałęzioną łodygę i minimalną zawartość kannabinoidów — dziś próg wynosi 0,3 procent THC. Populacje, z których wywodzi się większość haseł katalogu tego serwisu, powstawały pod przeciwnym naciskiem: Afghani to materiał z suchych dolin górskich o krępym pokroju, Thai pochodzi ze strefy równikowej i ma odpowiednio wydłużony cykl, a Mexican reprezentuje populacje wyżynne Ameryki Środkowej. Żadna z nich nie występuje w badaniach fitoremediacyjnych; różnicę między obiema gałęziami porządkuje osobny materiał o chemotypach konopi.

Fitoremediacja to nie jedna metoda, tylko cztery różne mechanizmy

Słowo „fitoremediacja” zbiera pod jednym dachem procesy, które robią z zanieczyszczeniem cztery różne rzeczy, a mylenie ich jest źródłem większości nieporozumień wokół tematu — także tych, które krążą o Czarnobylu. Metal ciężki jest pierwiastkiem: nie da się go rozłożyć ani zniszczyć, można go wyłącznie przenieść albo unieruchomić. Związek organiczny da się rozbić na prostsze cząsteczki. To jedno rozróżnienie dzieli mechanizmy na dwie rodziny.

Mechanizm	Co się dzieje	Gdzie trafia zanieczyszczenie	Dla czego działa
Fitoekstrakcja	Korzeń pobiera pierwiastek z roztworu glebowego, roślina przemieszcza go do łodygi i liści	Do zbieranej masy nadziemnej, którą trzeba usunąć z terenu	Kadm, cynk, nikiel, w mniejszym stopniu miedź
Fitostabilizacja	Metal zostaje zatrzymany w korzeniach albo wytrącony w strefie korzeniowej, okrywa roślinna wiąże grunt	Nigdzie — zostaje na miejscu, ale przestaje migrować	Ołów, chrom, arsen, wszystko o niskiej ruchliwości
Ryzofiltracja	Korzenie zanurzone w wodzie sorbują i pobierają jony z roztworu	Do systemu korzeniowego, wyjmowanego z wody	Wody kopalniane, odcieki, stawy osadowe
Fitodegradacja i ryzodegradacja	Enzymy rośliny albo mikroflora ożywiona wydzielinami korzeni rozbijają cząsteczkę	Do produktów rozkładu, w najlepszym razie do dwutlenku węgla i wody	Węglowodory ropopochodne, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, część pestycydów

Piątym mechanizmem bywa fitowolatylizacja, czyli przeprowadzenie pierwiastka w postać lotną i oddanie go do atmosfery przez aparaty szparkowe; opisano ją dla selenu i rtęci, a przy konopiach nie odgrywa roli.

Praktyczne znaczenie tego podziału jest takie: fitoekstrakcja i fitostabilizacja to dwie przeciwstawne strategie, nie dwa warianty tej samej. Pierwsza chce, żeby roślina pobierała jak najwięcej i żeby metal wędrował w górę; druga chce dokładnie odwrotnie — żeby został na dole, a powierzchnia gruntu przestała pylić. Odczyn gleby i dodatki mineralne działają w tych dwóch scenariuszach w przeciwne strony, więc projekt, który nie rozstrzygnął na wstępie, którą z nich prowadzi, zwykle nie prowadzi żadnej.

Fitoremediacja konopiami: co roślina pobiera i gdzie ten metal ląduje

Zestaw pierwiastków, wokół których obraca się większość publikacji, jest krótki: kadm, ołów, nikiel, cynk, rzadziej miedź, chrom i arsen. Każdy zachowuje się inaczej, bo o pobraniu decyduje nie „ciężkość” metalu, lecz jego chemia w roztworze glebowym i to, czy roślina ma dla niego czynny system transportowy.

Kadm jest tu przypadkiem szczególnym. Nie pełni żadnej funkcji fizjologicznej, ale wnika do rośliny drogami przeznaczonymi dla cynku, żelaza i manganu — transportery z rodziny ZIP nie odróżniają go od pierwiastków, które mają przenosić. Skutek jest taki, że kadm wędruje z korzenia w górę stosunkowo swobodnie i to on daje w badaniach konopnych najkorzystniejsze wskaźniki. Cynk podlega temu samemu mechanizmowi, jest jednak mikroelementem, więc roślina reguluje jego pobranie i przy nadmiarze przestaje go wpuszczać. Nikiel jest ruchliwy w roztworze, ale w glebach o odczynie obojętnym niewiele go w tym roztworze bywa.

Ołów zachowuje się przeciwnie i najlepiej pokazuje, że sam pomiar w glebie o niczym nie przesądza. Wiąże się z fosforanami, węglanami i materią organiczną w formy praktycznie nierozpuszczalne, a to, co mimo wszystko wejdzie do korzenia, zostaje w nim zatrzymane w ścianach komórkowych i w wakuolach. Grunt może zawierać tysiąc miligramów ołowiu na kilogram i mieć w części nadziemnej rośliny zawartość liczoną w pojedynczych miligramach. Dla ołowiu konopie są więc kandydatem do fitostabilizacji, a nie do ekstrakcji — publikacje przedstawiające je jako narzędzie usuwania ołowiu mylą te dwa mechanizmy.

Drugie ustalenie, powtarzane niezależnie od kraju i rodzaju skażenia, dotyczy rozkładu metalu wewnątrz rośliny. Badania Lingera i współpracowników opublikowane w 2002 roku w Industrial Crops and Products, prowadzone na gruncie skażonym w sąsiedztwie zakładów metalurgicznych, oraz praca Angelovej i współpracowników z 2004 roku, wykonana w Bułgarii wokół huty metali nieżelaznych, dają ten sam obraz: najwięcej metalu jest w liściach, potem w korzeniach, najmniej w tkankach łodygi. Praca Citterio i współpracowników z 2003 roku, na gruncie wzbogaconym osadem ściekowym, dorzuciła obserwację cytologiczną — rośliny przeżywały, ale zmieniał się u nich indeks mitotyczny i pojawiała się endopoliploidyzacja, więc tolerancja miała swoją cenę na poziomie komórki.

Wynikają stąd dwie rzeczy. O rzeczywistym pobraniu decyduje udział liści w zbieranej masie, a nie średnia z całej rośliny — dwa pomiary z tego samego pola potrafią różnić się kilkukrotnie tylko dlatego, że materiał zebrano w innym momencie sezonu. I druga: liście opadają. Jeżeli spadną na miejscu i zostaną wmieszane w wierzchnią warstwę, znaczna część pobranego metalu wraca tam, skąd przyszła, a bilans zabiegu robi się bliski zeru.

Dwie liczby rozstrzygają o tym, czy metoda ma sens

Skuteczność fitoremediacji opisuje się dwoma bezwymiarowymi ilorazami i warto je znać, bo bez nich każda wypowiedź o „skuteczności” jest pusta.

• Współczynnik biokoncentracji (BCF). Iloraz zawartości pierwiastka w tkance rośliny i jego zawartości w gruncie. BCF większy od jedności znaczy, że roślina zagęszcza metal względem podłoża; mniejszy od jedności — że go rozcieńcza.
• Współczynnik przemieszczenia (TF, translokacji). Iloraz zawartości w części nadziemnej i zawartości w korzeniu. TF większy od jedności oznacza, że metal wędruje w górę i da się go zebrać. TF wyraźnie mniejszy od jedności oznacza, że zostaje pod ziemią.

Fitoekstrakcja ma sens dopiero wtedy, gdy oba współczynniki przekraczają jedność. Sam wysoki BCF nie wystarcza: roślina, która zgromadziła metal w korzeniach i nie wypuściła go dalej, jest znakomitym stabilizatorem i bezużytecznym ekstraktorem. Odwrotnie też — wysoki TF przy znikomym BCF oznacza, że roślina sprawnie przemieszcza w górę bardzo niewiele.

Progi hiperakumulacji, wprowadzone przez Bakera i Brooksa pod koniec lat osiemdziesiątych i używane do dziś, wyznaczają skalę odniesienia: sto miligramów kadmu, tysiąc miligramów niklu, ołowiu, miedzi lub kobaltu albo dziesięć tysięcy miligramów cynku i manganu na kilogram suchej masy części nadziemnej. Gatunki, które to osiągają — warzucha alpejska, smagliczki z rodzaju Odontarrhena, południowoafrykańskie Berkheya — są zwykle drobne i wolno rosnące. Konopie mieszczą się w innej klasie liczb: pojedyncze albo kilkanaście, wyjątkowo kilkadziesiąt miligramów metalu na kilogram suchej masy. Nadrabiają ilością biomasy, ale najwyżej częściowo.

Jest jeszcze pułapka metodyczna, która czyni znaczną część literatury nieporównywalną. W doświadczeniach wazonowych grunt wzbogaca się rozpuszczalną solą metalu tuż przed siewem. Taki pierwiastek jest w całości ruchliwy i daje BCF wielokrotnie wyższy niż ten sam metal w polu, gdzie leży od dekad i zdążył związać się z tlenkami żelaza, węglanami i materią organiczną — proces nazywany starzeniem zanieczyszczenia. Wyniki wazonowe i polowe opisują dwie różne sytuacje.

Czarnobyl 1998 — co się naprawdę wydarzyło i skąd wzięła się legenda

Zdanie „konopie oczyściły ziemię wokół Czarnobyla” jest jednym z najtrwalszych twierdzeń krążących o tej roślinie i w obiegowej postaci jest nieprawdziwe. Warto prześledzić, skąd się wzięło, bo to instruktywna historia o tym, jak komunikat prasowy zastępuje wynik badawczy.

Fakty dają się odtworzyć dość dokładnie. W latach dziewięćdziesiątych amerykańska firma PhytoTech, wywodząca się z prac Ilyi Raskina na Uniwersytecie Rutgers, prowadziła badania nad roślinnymi metodami usuwania zanieczyszczeń. Wcześniejszy i lepiej udokumentowany eksperyment w czarnobylskiej strefie dotyczył słoneczników, a nie konopi: rośliny osadzono na pływających tratwach na stawie w pobliżu elektrowni, korzenie zwisały w skażonej wodzie, a mechanizmem była ryzofiltracja — sorpcja cezu-137 i strontu-90 z roztworu wodnego. To zupełnie inny proces niż wyciąganie pierwiastka z gleby.

W 1998 roku PhytoTech wraz z firmą Consolidated Growers and Processors oraz ukraińskim Instytutem Roślin Łykowych w Głuchowie założył na terenie skażonym poletka doświadczalne obsiane konopiami przemysłowymi. Skala była właśnie taka: poletka, powierzchnia rzędu ułamka hektara, jeden sezon. Cytowany wówczas Slavik Dushenkov powiedział, że konopie okazują się jedną z najlepszych roślin fitoremediacyjnych, jakie udało się znaleźć — i to jedno zdanie z materiału prasowego zaczęło żyć własnym życiem. Powielane przez ponad dwadzieścia lat urosło do „setek hektarów”, „rekultywacji strefy” i „oczyszczenia terenu wokół reaktora”.

Czego w tej historii nie ma: recenzowanej publikacji z wynikami liczbowymi z tych poletek, danych o zmierzonym ubytku aktywności w gruncie, kontynuacji programu. Consolidated Growers and Processors wkrótce potem straciło finansowanie i projekt się urwał. Kto szuka pierwotnego źródła twierdzenia, dochodzi zwykle do artykułu popularnego z końca lat dziewięćdziesiątych, który cytuje inny artykuł popularny.

Nie znaczy to, że próba była bezwartościowa ani że jej autorzy kogokolwiek wprowadzali w błąd — eksperyment poletkowy jest normalnym pierwszym krokiem, a wypowiedź badacza dla dziennikarza nie jest artykułem naukowym. Znaczy to natomiast, że między tym, co zrobiono, a tym, co się o tym mówi, leży różnica kilku rzędów wielkości. Zwłaszcza że tuż obok stoi argument obalający mocną wersję twierdzenia niezależnie od jakichkolwiek pomiarów.

Dlaczego cezu z gleby żadna roślina nie zabierze

Głównymi izotopami, które po awarii z 1986 roku zostały w gruncie na dziesięciolecia, są cez-137 i stront-90. Cez chemicznie przypomina potas, stront — wapń, i rośliny pobierają je właśnie dlatego, że układ transportowy ich nie odróżnia. Na tym jednak podobieństwo się kończy.

Cez ma w glebach mineralnych własność, która przesądza sprawę: wchodzi w przestrzenie międzypakietowe minerałów ilastych, przede wszystkim illitu, i zostaje tam zablokowany. Miejsca wiążące na postrzępionych krawędziach pakietów mają dla jonu cezu powinowactwo znacznie wyższe niż dla potasu czy wapnia, a raz zajęte praktycznie nie oddają ładunku do roztworu. Zjawisko nazywa się fiksacją i sprawia, że dostępność radiocezu dla korzeni spada w ciągu pierwszych lat po opadzie o rząd wielkości i dalej maleje. Wyjątkiem są gleby organiczne i torfowe, ubogie w minerały ilaste — tam cez pozostaje ruchliwy dłużej, a współczynniki przejścia do roślin bywają kilkadziesiąt razy wyższe.

Do tego dochodzi arytmetyka, której nie da się obejść doborem gatunku. Stosunek zawartości cezu w roślinie do zawartości w gruncie mineralnym mieści się dla roślin rolniczych zwykle w przedziale od 0,01 do 0,1. Przy zbieranej masie rzędu dziesięciu ton suchej masy z hektara i masie warstwy o miąższości trzydziestu centymetrów rzędu czterech tysięcy ton na hektarze jeden sezon usuwa więc od jednej setnej do kilku setnych procenta zasobu. Tymczasem czas połowicznego rozpadu cezu-137 wynosi około 30 lat. Naturalny rozpad zmniejsza aktywność szybciej, niż zrobiłaby to jakakolwiek liczba sezonów fitoekstrakcji — i robi to bez kosztów, bez sprzętu i bez wytwarzania promieniotwórczej biomasy do zagospodarowania.

Rachunek ma niezależne potwierdzenie z drugiej katastrofy. Po awarii w Fukushimie japońskie ministerstwo rolnictwa przetestowało w 2011 roku fitoekstrakcję cezu słonecznikami i ogłosiło wynik: rośliny usunęły z gruntu około jednej dwutysięcznej zawartego w nim cezu, czyli mniej więcej pięć setnych procenta. Zdejmowanie i wywóz wierzchniej warstwy gleby okazały się jedyną metodą dającą efekt w skali lat. Przy skażeniach promieniotwórczych fitoremediacja zachowała sens tam, gdzie mechanizmem jest ryzofiltracja — czyli w wodzie.

Arytmetyka jednego hektara: ile lat trwa taka remediacja

Ten sam rachunek warto przeprowadzić dla metalu, przy którym konopie wypadają najlepiej, czyli dla kadmu. Liczby są proste i każdy może je sprawdzić.

Hektar ma dziesięć tysięcy metrów kwadratowych; warstwa o miąższości trzydziestu centymetrów to trzy tysiące metrów sześciennych gruntu. Przy gęstości objętościowej 1,4 tony na metr sześcienny daje to 4200 ton gleby na hektarze. Jeżeli zawartość kadmu wynosi 5 miligramów na kilogram — wartość spotykana wokół starych hut cynku i wielokrotnie przekraczająca dopuszczalną dla gruntów rolnych — zasób pierwiastka w tej warstwie wynosi około 21 kilogramów na hektarze.

Teraz strona roślinna. Przy dziesięciu tonach suchej masy nadziemnej i zawartości kadmu 5 miligramów na kilogram, czyli przy współczynniku biokoncentracji równym jedności, jeden sezon wynosi z pola 50 gramów kadmu. Podzielenie 21 kilogramów przez 50 gramów daje ponad czterysta sezonów na usunięcie całości i około 250 na obniżenie zawartości o trzy piąte. Wariant optymistyczny — piętnaście ton biomasy i BCF równy dwa, czyli 150 gramów rocznie — skraca to do stu czterdziestu sezonów. Wariant pesymistyczny, z BCF na poziomie 0,3, wykracza poza tysiąc.

Rachunek liniowy jest przy tym zbyt łaskawy, bo krzywa ubytku nie jest prostą. Roślina sięga wyłącznie po frakcję ruchliwą, a ta stanowi zwykle kilka do kilkunastu procent zawartości całkowitej. Pierwsze sezony zdejmują ją stosunkowo szybko, po czym tempo spada do rytmu, w jakim frakcja związana przechodzi do roztworu. Wykresy z doświadczeń wieloletnich mają charakterystyczny kształt: wyraźny spadek na początku i długie, prawie poziome plateau.

Wniosek nie brzmi „metoda nie działa”, tylko: fitoekstrakcja metali ciężkich nie jest techniką oczyszczania terenu, lecz techniką powolnego obniżania zawartości tam, gdzie przekroczenia są umiarkowane, a czasu jest dużo. Przy ogniskach o wysokich zawartościach i wszędzie, gdzie termin liczy się w latach, pozostaje wykop i wywóz albo metody chemiczne. Europejskie projekty nazywają remediację roślinną „metodą łagodną” właśnie dlatego, i słowo to opisuje zarówno jej zaletę, jak i granicę.

Głębokość, biodostępność i inne granice metody

Poza czasem metodę ograniczają cztery rzeczy, o których streszczenia zwykle milczą.

Zasięg korzenia

Konopie mają korzeń palowy, który w gruncie luźnym i przewiewnym schodzi na metr, wyjątkowo głębiej. Tereny wymagające remediacji rzadko są jednak luźne: grunty pohutnicze i nasypowe bywają zagęszczone mechanicznie i przewarstwione gruzem, a wtedy zasadnicza masa korzeni mieści się w górnych trzydziestu, czterdziestu centymetrach. Wszystko, co leży niżej — a przy starych składowiskach skażenie sięga metrów — jest poza zasięgiem rośliny w sensie dosłownym.

Biodostępność, czyli dlaczego ten sam wynik analizy znaczy różne rzeczy

Analiza zawartości całkowitej mówi mało o tym, ile metalu roślina pobierze. Ekstrakcja sekwencyjna, wprowadzona przez Tessiera i współpracowników w 1979 roku, rozdziela pierwiastek na frakcje: wymienną, związaną z węglanami, z tlenkami żelaza i manganu, z materią organiczną oraz rezydualną, zamkniętą w sieci krystalicznej minerałów. Do rośliny idzie praktycznie wyłącznie pierwsza i część drugiej. Ich udział zależy od odczynu — spadek pH o jednostkę potrafi zwielokrotnić ilość kadmu w roztworze — a także od zawartości próchnicy i pojemności sorpcyjnej. Dwa pola o identycznym wyniku analizy całkowitej mogą się różnić pobraniem dziesięciokrotnie.

Wspomaganie chemiczne i cena, jaką za nie płaci wodociąg

Skoro o pobraniu decyduje frakcja ruchliwa, nasuwa się pomysł, żeby ją sztucznie zwiększyć. Robi się to czynnikami kompleksującymi: EDTA, EDDS, kwasem cytrynowym albo zakwaszeniem. Efekt bywa spektakularny, ale ma drugą stronę. EDTA jest w środowisku trwały i słabo rozkładalny, a kompleks metalu z nim jest ruchliwy nie tylko w kierunku korzenia — znaczna część schodzi w głąb profilu z wodą przesiąkającą i trafia do warstw wodonośnych. Prace Kosa i Leštana z początku wieku pokazały tę zależność wyraźnie i od tego czasu kierunek europejski przesunął się ku czynnikom biodegradowalnym oraz dawkom dzielonym. Ryzyko przeniesienia problemu z gleby do wody pozostaje wpisane w tę metodę.

Fitotoksyczność i sprzeczność między zawartością a masą

Ilość usuniętego pierwiastka jest iloczynem zawartości w tkance i masy zebranego materiału, a te dwa czynniki działają przeciwnie: im wyższe skażenie, tym więcej metalu w tkance, ale tym słabszy przyrost rośliny. Powyżej pewnego progu przyrost załamuje się szybciej, niż rośnie zawartość, i całkowite pobranie zaczyna spadać. Dlatego doniesienia o rekordowych zawartościach z ognisk skażenia bywają mylące — pochodzą z roślin karłowatych, których łączna masa nie znaczy nic w bilansie. Podobnie działa zmienność odmianowa: różnice między odmianami włóknistymi bywają dwu-, trzykrotne, ale nie wywracają rzędu wielkości.

Biomasa po zbiorze — problem, który przesądza o całym bilansie

Tu leży prawdziwa trudność praktyczna fitoekstrakcji, mało obecna w popularnych opisach, a rozstrzygająca o tym, czy projekt się domknie. Roślina niczego nie unicestwia. Kadm pobrany z hektara nie znika — przenosi się z rozproszonej matrycy mineralnej do skoncentrowanej masy roślinnej, którą trzeba z terenu wywieźć i gdzieś umieścić. Zebrany materiał jest odpadem zawierającym metale ciężkie i podlega prawu odpadowemu: klasyfikacji, ewidencji, wymaganiom wobec instalacji przyjmującej i kosztowi zagospodarowania.

Kierunki, w których taki materiał realnie idzie, mieszczą się w gospodarce odpadami i energetyce, a każdy ma własne komplikacje:

• Spalanie z odzyskiem energii. Redukuje objętość do popiołu stanowiącego zwykle kilka procent masy wyjściowej, ale metal jest w tym popiele zagęszczony proporcjonalnie i frakcja ta wymaga traktowania jako odpad o podwyższonym ryzyku. Kadm i cynk są przy tym lotne w temperaturach panujących w komorze, więc część ładunku wędruje do spalin i musi zostać zatrzymana w układzie oczyszczania — inaczej instalacja emituje to, co miała zabezpieczyć.
• Piroliza i zgazowanie. Prowadzone bez dostępu tlenu, zatrzymują większość metali w stałej pozostałości węglowej. Pozostałość jest jednak nośnikiem tych metali i jej dalsza droga to to samo pytanie, tylko postawione o rząd wielkości mniejszej masie.
• Fermentacja beztlenowa. Odzyskuje energię z części organicznej, ale metale w całości przechodzą do pofermentu — problem zostaje przeniesiony, a nie rozwiązany.
• Składowanie. Najprostsze i najczęstsze przy małych ilościach, obciążone kosztem opłat i wymaganiami wobec składowiska.

Wszystko, co dzieje się z tą biomasą poza wymienionymi ścieżkami, rozstrzygają przepisy o odpadach i decyzje właściwych organów, a nie autor artykułu ani wykonawca zabiegu.

Osobnym pomysłem jest fitogórnictwo, czyli odzysk metalu z popiołu jako surowca. Zamyka się ono ekonomicznie dotąd praktycznie wyłącznie dla niklu i wyłącznie przy prawdziwych hiperakumulatorach, u których zawartość w suchej masie sięga procentów, a popiół bywa nazywany bio-rudą. Konopie są od tej ekonomii oddalone o kilka rzędów wielkości.

Jest natomiast jedna korzyść realna i mierzalna. Klasyczna remediacja hektara oznacza wydobycie i wywóz 4200 ton gruntu wraz z całą infrastrukturą transportową, jaką to pociąga. Sezon fitoekstrakcji oznacza wywóz kilkunastu ton materiału roślinnego. Stosunek objętości jest jak jeden do trzystu, a tam, gdzie liczy się emisja z transportu i nienaruszenie struktury gruntu, ta proporcja bywa argumentem rozstrzygającym — pod warunkiem że po stronie czasu można pozwolić sobie na dekady.

Co robi się z tym w Europie: projekty, pilotaże i ramy prawne

Skala problemu jest duża. Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej szacowało w opracowaniach z ostatniej dekady liczbę miejsc potencjalnie zanieczyszczonych w Unii na blisko trzy miliony, przy czym w krajowych rejestrach ujęto z tego rzędu kilkuset tysięcy, a zremediowano ułamek. Prawo długo nie nadążało: projekt ramowej dyrektywy glebowej z 2006 roku został po ośmiu latach wycofany wobec braku zgody państw członkowskich, a nową propozycję dotyczącą monitorowania gleb Komisja przedstawiła dopiero w 2023 roku. W Polsce ramą pozostaje rozporządzenie z 1 września 2016 roku o sposobie prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi, wiążące dopuszczalne zawartości substancji ze sposobem użytkowania gruntu.

Najważniejszym dorobkiem badawczym jest linia projektów wokół pojęcia gentle remediation options, czyli metod łagodnych. Finansowany z siódmego programu ramowego projekt GREENLAND, prowadzony w pierwszej połowie ubiegłej dekady przez konsorcjum kilkunastu instytucji, zebrał doświadczenia z terenów badawczych w kilku krajach i zakończył się narzędziem wspomagania decyzji, a nie obietnicą technologii. Jego zasadniczy wniosek warto oddać co do sensu: metody roślinne nadają się do dużych powierzchni o umiarkowanych przekroczeniach, ich celem jest zwykle przerwanie drogi narażenia, a nie usunięcie pierwiastka, i najczęściej wygrywa stabilizacja wsparta okrywą roślinną, nie ekstrakcja. Nowsze przedsięwzięcia, jak Phy2Climate z programu Horyzont 2020, wiążą remediację terenów zdegradowanych z wytwarzaniem paliw.

Wśród pilotaży konopnych najgłośniejszy był ten z okolic Tarentu we Włoszech. Po wykryciu dioksyn w mleku i mięsie z gospodarstw sąsiadujących z tamtejszą hutą, w następstwie czego wybito stada, część hodowców — najszerzej opisano przypadek Vincenza Fornaro — obsiała skażone grunty konopiami. Przedsięwzięcie odbiło się szerokim echem, ale z punktu widzenia mechanizmu jest podręcznikowym przykładem rozjazdu między przekazem a chemią: dioksyny nie są metalem i nie podlegają fitoekstrakcji. To związki skrajnie hydrofobowe, wiążące się z materią organiczną gleby tak mocno, że ich pobór do części nadziemnych jest znikomy; jedyną drogą, którą roślina mogłaby tu cokolwiek zmienić, jest powolna ryzodegradacja mikrobiologiczna. Wartością tamtej inicjatywy było przywrócenie gruntom okrywy i wytrącenie ich z obiegu żywnościowego, nie usunięcie dioksyn.

W Polsce naturalnym poligonem są tereny pocynkowe i poołowiowe Górnego Śląska oraz obrzeża starych hut, a zachowanie odmian włóknistych na takich gruntach badano między innymi w poznańskim instytucie zajmującym się włóknami naturalnymi. Wyniki mieszczą się w tym samym rzędzie wielkości co europejskie: mierzalne pobranie kadmu i cynku, znikome przemieszczenie ołowiu, dobra okrywa i tolerancja gruntu, którego inne gatunki nie znoszą.

Fitoremediacja konopiami — pytania o mechanizmy, Czarnobyl i los biomasy

Czy konopie są hiperakumulatorem metali ciężkich?

Nie. Progi hiperakumulacji zaczynają się od stu miligramów kadmu albo tysiąca miligramów niklu i ołowiu na kilogram suchej masy części nadziemnej, a konopie osiągają w badaniach zawartości rzędu pojedynczych albo kilkunastu miligramów. Bywają nazywane akumulatorem umiarkowanym i nadrabiają ilością wytwarzanej masy, co zmniejsza dystans do drobnych hiperakumulatorów, ale go nie kasuje.

Czy konopie oczyściły teren wokół Czarnobyla?

Nie w żadnej weryfikowalnej skali. W 1998 roku założono tam poletka doświadczalne o powierzchni ułamka hektara, a wersja o setkach hektarów i rekultywacji strefy wyrosła z jednego cytatu prasowego. Argument rozstrzygający jest przy tym chemiczny: radiocez ulega w glebach mineralnych fiksacji w minerałach ilastych i jest dla korzeni ledwie dostępny, a jego czas połowicznego rozpadu — około trzydziestu lat — jest krótszy niż czas, w jakim fitoekstrakcja usunęłaby porównywalną część zasobu.

Który metal konopie pobierają najskuteczniej?

Kadm, a zaraz za nim cynk. Oba wchodzą do rośliny drogami transportu przeznaczonymi dla mikroelementów i przemieszczają się z korzenia w górę na tyle sprawnie, że da się je zebrać wraz z masą nadziemną. Ołów zachowuje się przeciwnie: zostaje w korzeniach i w strefie korzeniowej, więc przy nim mówimy o stabilizacji, nie o usuwaniu. Nikiel plasuje się pośrodku, a jego pobranie zależy głównie od odczynu gruntu.

Co dzieje się z rośliną po zbiorze?

Staje się odpadem zawierającym metale ciężkie i jej dalszą drogę wyznaczają przepisy o odpadach. Praktykowane kierunki mieszczą się w gospodarce odpadami i energetyce: spalanie z odzyskiem energii, piroliza lub zgazowanie, fermentacja beztlenowa albo składowanie. W każdym z nich metal pozostaje w produkcie ubocznym — w popiele, w pozostałości węglowej albo w pofermencie — więc pytanie o jego ostateczny los wraca, tylko przy znacznie mniejszej masie.

Ile lat trwa oczyszczenie skażonej działki tą metodą?

Przy typowych wartościach — zasób kadmu rzędu dwudziestu kilogramów na hektarze i pobranie rzędu pięćdziesięciu do stu pięćdziesięciu gramów rocznie — mówimy o skali od kilkudziesięciu do kilkuset sezonów, przy czym tempo maleje z każdym rokiem, bo najłatwiej dostępna frakcja schodzi jako pierwsza. Dlatego metodę stosuje się tam, gdzie przekroczenia są umiarkowane, powierzchnia duża, a horyzont czasowy liczony w dekadach.

Materiał ma charakter informacyjny i encyklopedyczny. Nie stanowi porady medycznej ani zachęty do stosowania. Medyczna marihuana jest w Polsce dostępna wyłącznie na receptę, a o doborze produktu decyduje lekarz prowadzący.