Teršalai į dirvožemį patenka iš įvairių taršos šaltinių, tarp kurių – ir žemės ūkis. Kaip juos išvalyti? Vienas iš būdų – fitoremediacija arba fitovalymas, kuriam pastaruoju metu skiriama vis daugiau dėmesio. Šios žaliosios technologijos esmė – sunkiųjų metalų susikaupimas augalų biomasėje augimo laikotarpiu ir pašalinimas iš dirvožemio kartu su augalų biomase.

Žemės ūkio paskirties dirvožemiuose su augalų apsaugos produktais ir mineralinėmis bei organinėmis trąšomis (ypač nuotekų dumblu) įterpiamas tam tikras kiekis sunkiųjų metalų (vario, chromo, nikelio, švino, cinko – Cu, Cr, Ni, Pb ir Zn), kurie kaupiasi dirvožemyje. Dėl padidėjusio poveikio natūraliai aplinkai ir su tuo susijusios rizikos žmonių sveikatai dirvožemio užterštumas ekotoksiškais metalais tapo aštria problema, kurią reikia spręsti.

Ne visi augalai gali augti sunkiaisiais metalais užterštame dirvožemyje. Tai lemia augalo fiziologiniai ypatumai, ypač šaknų sistemos išsivystymas, metalų koncentracija ir judrumas, dirvožemio aplinka, t. y. dirvožemio pH, organinės medžiagos kiekis, drėgmės režimas ir kt. Iki šiol mūsų šalyje fitoremediacijos technologija dar nėra iki galo ištirta ir plačiai netaikoma.

Šia tema 2019 m. pradėtas vykdyti tarptautinis projektas, orientuotas į fitoremediacijos proceso derinimą su biomasės gamyba ir jos, kaip energijos šaltinio, panaudojimu bei CO2 emisijų mažinimu. Projekto konsorciumą sudaro septynios Lenkijos, Švedijos ir Lietuvos institucijos, jam vadovauja Linėjaus universitetas Švedijoje. Projektas skatins žaliųjų technologijų naudojimą Pietų Baltijos regione, siekiant sumažinti neigiamą taršos poveikį aplinkai, o vienas iš uždavinių – įvertinti sunkiųjų metalų kaupimąsi augalų biomasėje, tręšiant nuotekų dumblu.

Eksperimentai Vėžaičiuose

LAMMC Žemdirbystės instituto Vėžaičių filiale 2020 m. įrengtas lauko bandymas, kuriame vertinamas daugiau nei dešimties augalų, tarp jų maistinės paskirties vienmečių sėjamųjų grikių (Fagopyrum esculentum L.), ir daugiamečių ne maistinės paskirties augalų – stambiastiebių geltonžiedžių legėstų (Silphium perfoliatum L.) ir gluosninių žilvičių (Salix viminalis L.) potencialas biomasėje sukaupti sunkiuosius metalus.

Eksperimentinis laukas įrengtas Vakarų Lietuvai tipingame labai rūgščiame dirvožemyje – moreninio priemolio nepasotintajame balkšvažemyje, kurio ariamojo sluoksnio pH 4,3–4,6; judriojo aliuminio 13,7–34,2 mg/kg, organinės anglies 1,19–1,25 proc. (mažai). Dirvožemis mažai fosforingas (50,3–68,3 mg/kg) ir labai kalingas (251–303 mg/kg).

Grikiai tręšti (2020 m.) vieną kartą 15 t/ha, o legėstai ir žilvičiai taip pat tręšti vieną kartą (2014 m.), tačiau, palyginti su grikiais, keletą kartų didesnėmis nuotekų dumblo normomis – 45 ir 90 t/ha. Granuliuotas nuotekų dumblas, t. y. atliekinė vandenvalos žaliava, buvo gauta iš bendrovių „Šilutės vandenys“ (tręšti legėstai ir žilvičiai) ir „Klaipėdos vanduo“ (tręšti grikiai).

Nuotekų dumble, kuriuo tręšti grikiai, sausosiose medžiagose nustatyta 54,6 g/ kg suminio azoto, 40,0 g/kg suminio fosforo, pH 7,2, o legėstai ir žilvičiai tręšti dumblu, kuriame maisto medžiagų buvo gerokai mažiau. Abiejų telkinių nuotekų dumble organinės medžiagos kiekis sudarė apie 65 procentus.

Vertinant vien pagal šiuos cheminius rodiklius, galima teigti, kad nuotekų dumblas yra palyginti vertinga organinė trąša, tačiau jo sudėtyje esantys patogeniniai mikroorganizmai ir sunkieji metalai kelia daug abejonių dėl šios medžiagos naudojimo maistui skirtų augalų sėjomainoje, ypač rūgščiuose dirvožemiuose, kuriuose sunkiųjų metalų judrumas ir prieinamumas augalams yra labai geras.

Abiejų vadenvalų nuotekų dumble iš sunkiųjų metalų daugiausia buvo nustatyta cinko (Zn) – 70–78 proc., vario (Cu) – 13– 22 proc. ir švino (Pb) – 2–4 proc. Likusią dalį (5–6 proc.) sudarė chromas (Cr), nikelis (Ni), kadmis (Cd) ir gyvsidabris (Hg). Nuotekų dumble iš vandenvalos įmonės Klaipėdoje yra nuo 2 iki 5 kartų daugiau sunkiųjų metalų negu dumble iš Šilutės. Šie duomenys parodo telkinio svarbą nuotekų dumblo cheminei sudėčiai, o kartu lemia ir jo panaudojimo galimybes.

Kokių sunkiųjų metalų susikaupia daugiausia?

Sunkiųjų metalų koncentracija grikių antžeminėje biomasėje nustatyta jų žydėjimo tarpsniu, legėstų – bręstant sėkloms, o žilvičių biomasėje – ketvirtais jų augimo metais. Gauti tyrimų duomenys parodė, kad visų trijų augalų, o ypač žilvičių, augusių natūraliai rūgščiame netręštame dumblu dirvožemyje, antžeminėje biomasėje nustatytos didžiausios Zn ir Cu koncentracijos, atitinkamai 23–48 ir 4–7 mg/kg.

Gauti tyrimų duomenys parodė, kad įterptas 45 ir 90 t/ha nuotekų dumblo kiekis neturėjo neigiamo poveikio geltonžiedžių legėstų ir gluosninių žilvičių vystymuisi, priešingai – skatino jų biomasės augimą ir sunkiųjų metalų susikaupimą joje.

Praėjus ketveriems metams po nuotekų dumblo įterpimo, palyginti su dirvožemiu be nuotekų dumblo, legėstų ir žilvičių biomasėje nustatyta 2,2 bei 2,5 karto didesnis Zn ir gerokai didesnis kiekis kitų sunkiųjų metalų – Cd, Cr, Ni bei Pb, o praėjus septyneriems metams po dumblo įterpimo, didesnė šių metalų koncentracija biomasėje, palyginti su kontroliniu netręštu variantu, jau nenustatyta.

Geltonžiedžių legėstų sausųjų medžiagų biomasėje, palyginti su kontroliniu netręštu variantu, daugiausia sunkiųjų metalų Zn, Cd, Cr, Ni ir Pb buvo sukaupta, kai jie augo dirvožemyje, į kurį prieš 7 metus buvo įterpta 90 t/ha nuotekų dumblo. Sukauptas šių sunkiųjų metalų kiekis buvo 1,6–3,1 karto didesnis nei biomasėje, užaugusioje nuotekų dumblu netręštame dirvožemyje.

Geltonžiedžių legėstų biomasėje sukaupti didžiausi kiekiai Zn (įterpus 45 t/ ha nuotekų dumblo, sukaupta 140 g/ha, o patręšus 90 t/ha, sukaupta 1,6 karto daugiau). Vario biomasėje daugiausia sukaupė legėstai, augdami dirvožemyje, kuris prieš 7 metus buvo patręštas 45 t/ha nuotekų dumblo norma.

Gauti duomenys rodo, kad stambiastiebiai žoliniai augalai (geltonžiedžiai legėstai) ir trumpos apyvartos miško želdiniai (gluosniniai žilvičiai) augimo laikotarpiu savo antžeminėje biomasėje gali sukaupti nemažą kiekį sunkiųjų metalų (ypač Zn, Cu, Ni ir Cr) ir taip išvalyti dirvožemį.

Vienmečių augalų (grikių), augusių dirvožemyje, kuriame prieš sėją buvo įterpta 15 t/ha nuotekų dumblo, antžeminėje biomasėje cinko koncentracija padidėjo dvigubai ir nustatyta iš esmės didesnė chromo bei nikelio koncentracija, palyginti su netręštu dirvožemiu. Grikių žydėjimo tarpsniu daugiausia sunkiųjų metalų Ni, Cr, o ypač Zn, sukaupta antžeminėje biomasėje augalų, augusių dirvožemyje, patręštame 15 t/ha nuotekų dumblo.

Tai rodo, kad maistinės paskirties augalai – sėjamieji grikiai – turi didesnį akumuliacinį gebėjimą kaupti sunkiuosius metalus (Zn, Ni ir Cr) savo antžeminėje biomasėje, todėl gali būti naudojami užterštam dirvožemiui valyti. Tačiau maistui skirtus grikius tręšti nuotekų dumblu yra labai rizikinga, nes sunkieji metalai per maisto grandinę lengvai patenka į žmogaus organizmą ir gali turėti neigiamų padarinių sveikatai.

Cinkas ir varis yra du iš svarbiausių mikroelementų, būtinų augalų fiziologiniams procesams palaikyti. Mažų šių metalų koncentracijų augalams reikia ir tai skatina jų augimą, o didesnės dozės gali sukelti slopinamąjį poveikį.

Tyrimai rodo, kad daugiamečiai augalai, patręšti vienkartine nuotekų dumblo norma, sunkiuosius metalus antžeminėje biomasėje labiausiai akumuliuoja pirmais–ketvirtais augimo metais. Tuo tarpu augalų antžeminės biomasės derliui nuotekų dumblo poveikis yra ilgalaikis, nes dirvožemyje, kuriame prieš septynerius metus buvo įterptas dumblas, užaugo gerokai (1,3–1,6 karto) didesnis biomasės kiekis, su kuriuo iš dirvožemio paimama 62–343 g/ ha vario (Cu) ir 227–4 173 g/ha cinko (Zn).