1.1.2. Φυτοεξυγίανση βαρέων μετάλλων

Η φυτοεξυγίανση αποτελεί οικολογικά καθαρή τεχνολογία για εξυγίανση in situ, η οποία τροφοδοτείται από ηλιακή ενέργεια. Τα φυτά και οι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται μαζί τους μπορούν να χρησιμεύουν για την μερική απομάκρυνση βαρέων μετάλλων ή για την πλήρη εξυγίανση εδαφών, κατακαθισμάτων, ιζημάτων, απόβλητων και υπόγειων υδάτων από ορισμένους ρυπαντές. Κατά την φυτοεξυγίανση βαρέων μετάλλων η αρχική φάση είναι η φυτοεξαγωγή, η απορρόφηση των βαρέων μετάλλων από το έδαφος ή τα ύδατα από τις ρίζες των φυτών και η μεταφορά και συσσώρευσή τους στη βιομάζα. Η μεταφορά μετάλλων στους βλαστούς και τα κλαδιά αποτελεί βιοχημική διαδικασία με μεγάλη σημασία για την αποτελεσματική φυτοεξαγωγή. Η επόμενη ως προς τη σημασία της διαδικασία φυτοεξυγίανσης είναι η φυτοδιήθηση, η οποία περιλαμβάνει την ριζοδιήθηση, την βλαστοδιήθηση και την καυλοδιήθηση. Έτσι τα μέταλλα απορροφούνται ή προσροφούνται, ελαχιστοποιώντας την κίνησή τους στο έδαφος και τα υπόγεια ύδατα. Παράλληλα η φυτοσταθεροποίηση και η φυτοακινητοποίηση περιορίζουν την κινητικότητα και την βιοδιαθεσιμότητα των μετάλλων στο περιβάλλον. Τα φυτά ακινητοποιούν τα βαρέα μέταλλα που βρίσκονται στα εδάφη μέσω ρόφησης από τις ρίζες, κατακρήμνισης, σχηματισμού σύμπλοκων ενώσεων και μείωσης της κατάστασης σθένους των μετάλλων στην ριζόσφαιρα. Ορισμένα βαρέα μέταλλα, όπως Hg και Se, μετά από την απορρόφησή τους από τα μολυσμένα εδάφη στα φυτά, μετατρέπονται σε πτητικές μορφές και εκβάλλονται στην ατμόσφαιρα. Αυτή η διαδικασία δεν αφαιρεί τα μέταλλα πλήρως, αλλά πιο πολύ τα μεταφέρει από ένα περιβάλλον (έδαφος ή νερό) σε άλλο (η ατμόσφαιρα), από όπου μπορούν ξανά να βρεθούν στο νερό και το έδαφος.

Η απομάκρυνση βαρέων μετάλλων μέσω φυτοεξυγίανσης, ιδιαίτερα με τη βοήθεια των φυτών-υπερσυσσωρευτών για την αποδόμηση και την αποτοξικοποίηση ρύπων, χαίρει ευρύτατου ενδιαφέροντος για την υψηλή αποτελεσματικότητα και την οικονομικότητά της. Τα κριτήρια που εφαρμόζονται κατά την υπερσυσσώρευση, καθορίζονται από το είδος του μετάλλου. Τα φυτά-υπερσυσσωρευτές παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα και καλύτερες ικανότητες συσσώρευσης σε σχέση με τα υπόλοιπα φυτά. Η εφαρμογή των υπερσυσσωρευτών όμως περιορίζεται από τις δυσκολίες κατά την ανεύρεση τέτοιων φυτών, την αργή ανάπτυξή τους και την χαμηλή παραγωγή βιομάζας. Όλα αυτά κάνουν την διαδικασία χρονοβόρα και ως συνέπεια ακατάλληλη για χώρους με γρήγορο ρυθμό ρύπανσης ή για την επεξεργασία απόβλητων νερών. Οι ριζοσφαιρικοί μικροοργανισμοί όπως οι θυσσανοειδείς µυκόρριζες και τα ριζοβακτήρια, που παροτρύνουν την αύξηση των φυτών και με διάφορους μηχανισμούς παίζουν σημαντικό ρόλο για την ανθεκτικότητα σε μέταλλα, ευνοούν την ανάπτυξη σχεδίου φυτοεξυγίανσης με την επιλογή κατάλληλων πολυλειτουργικών συνδυασμών από μικροοργανισμούς της ριζόσφαιρας. Ίσως τον κύριο ρόλο στην φυτοεξυγίανση παίζει η ριζόσφαιρα και η απομάκρυνση των ρυπαντών πραγματοποιείται χάρη στην από κοινού δράση των φυτών και των μικροοργανισμών. Η βασική αιτία για την εντονότερη απομάκρυνση των μετάλλων στην ριζόσφαιρα ίσως είναι η αύξηση του αριθμού και την μεταβολιτικής δραστηριότητας των μικροοργανισμών. Κατά την διαδικασία αποδόμησης στην ριζόσφαιρα η τοξικότητα των μετάλλων προς τα φυτά μπορεί να μειωθεί με τη χρήση βακτηρίων που ενθαρρύνουν την ανάπτυξη των φυτών – εδαφικοί μικροοργανισμοί που επηρεάζουν θετικά την ανάπτυξη των φυτών. Κατά την διαδικασία αυτή τα φυτά μπορούν να αυξήσουν κατά 10 – 100 φορές την μικροβιακή δραστηριότητα με διάφορες εκκρίσεις που περιέχουν υδατάνθρακες, αμινοξέα, φλαβονοειδή κ.α. Ως αντάλλαγμα τα ριζοσφαιρικά βακτήρια τους βοηθούν για την ανάπτυξη μεγαλύτερων ριζών, συμβάλλοντας έτσι για την καλύτερη επιβίωση των φυτών.