BIOLOŠKI MONITORING ZAGAĐENOSTI ZEMLJIŠTA I
BIO(FITO)REMEDIJACIJA
MONITORING
predstavlja sistem sukcesivnih osmatranja elemenata životne
sredine u prostoru i vremenu. Cilj je prikupljanje podataka kvantitativne i kvalitativne
prirode o prisustvu i distribuciji zagađivača, prećenje emisija i imisija, izvora
zagađenja i njihovog rasporeda, transporta polutanata i određivanje njihovih
koncentracija na određenim mernim tačkama (Munn, 1973).
Nezaobilazni segment monitoring sistema je
BIOLOŠKI MONITORING
koji podrazumeva primenu živih organizama kao
BIOINDIKATORA
promena u
životnoj sredini u prostoru i vremenu.
BIOINDIKACIJU
je moguće izvoditi na svim
nivoima organizacije živih sistema, počevši od
molekularnog
, preko
biohemijsko-
fiziološkog
,
celularnog
,
individualnog
,
populacionog
,
specijskog
,
biocenološkog
(
ekosistemskog
),
biomskog
završno sa
biosfernim
. U
biološkom monitoringu
zagađenosti zemljišta
najčešće se koriste
VASKULARNE BILJKE (vrste, njihove
populacije i fitocenoze)
kao
FITOINDIKATORI
.
Potencijalno, svaka biljna vrsta može biti upotrebljena kao bioindikator stanja
životne sredine. Neophodan preduslov za to je poznavanje kako biologije, tako i
ekologije (idioekologije) svake pojedinačne vrste koja se koristi kao bioindikator.
Potrebno je takođe poznavati i širinu ekološke valence vrste za svaki pojedinačan
faktor spoljašnje sredine (temperaturu, vlažnost, svetlost, pH zemljišta, itd.).
Ekološka valenca svake organske vrste za bilo koji faktor spoljašnje sredine može biti
uža ili šira. Taj princip se može primeniti i za koncentraciju zagađujućih materija u
životnoj sredini.
STENOVALENTNI ORGANIZMI
su oni koji imaju užu ekološku valencu,
a u smislu zagađujućih materija pogodniji su za biološku indikaciju jer se koriste za
kvalitativnu analizu promena u životnoj sredini.
EURIVALENTNI ORGANIZMI
su oni koji imaju širu ekološku valencu, a u
smislu zagađujućih materija manje su pogodni za biološku indikaciju jer se koriste za
kvantitativnu analizu promena u životnoj sredini (količina, odnosno brojnost
organizama, gustina, itd.).
VASKULARNE BILJKE KAO BIOINDIKATORI
Kao stanovnici svih delova životne sredine (voda, vazduh, zemljište)
vaskularne biljke mogu precizno ukazati na ekološke uslove životne sredine. U
odnosu na osnovne abiotičke faktore staništa (kao npr. vlažnost, kiselost zemljišta,
količina azota u zemljištu, svetlost, temperatura) sve populacije bilo koje biljne vrste
mogu se grupisati u 5 osnovnih grupa (Landolt, 1977, Kojić et al., 1994). Na svaki
abiotički faktor životne sredine biljne vrste odgovaraju specifičnim kompleksom
biohemijsko-fizioloških, morfo-anatomskih adaptacija, kao i opštim izgledom
(habitusom), što uslovljava postojanje čitavog niza prelaznih oblika i formi u smislu
ekoloških grupa biljaka u
fitoindikaciji
stanja životne sredine. Zbog toga su uvedeni
BIOLOŠKI INDEKSI
za
5
NAJOSNOVNIJIH ABIOTIČKIH FAKTORA
životne sredine i definisani su
EKOLOŠKI INDEKSI
(brojčane vrednosti) za svaki
1
navedeni faktor. Na osnovu indikatorskih vrednosti biljke su grupisane u kategorije
(5-7) koje obuhvataju raspon od "najnižih" do "najviših" oblika (adaptivnih tipova) u
smislu odgovora na pojedini abiotički faktor spoljašnje sredine.
A) VLAŽNOST - "V"
Indikatorska
vrednost
Ekološka grupa biljaka
1
Kserofite
(biljke adaptirane na uslove ekstremne suše)
2
Subkserofite
(biljke koje se nalaze kako u ekstremno sušnim, tako i u
mezofilnim fitocenozama)
3
Submezofite
(biljke koje preferiraju mezofilna staništa, ali se mogu naći i u
kserofilnim fitocenozama)
4
Mezofite
(biljke umereno vlažnih staništa u kojima se ne javlja sušni period)
5
Higro-helofite
6
Amfibijske i flotantne
(akvatične biljke kod kojih se listovi nalaze u vazduhu
ili na površini vode)
7
Submerzne hidrofite
(akvatične biljke koje su potpuno potopljene u vodu)
B) KISELOST ZEMLJIŠTA - "K"
Indikatorska
vrednost
Ekološka grupa biljaka
1
Acidofilne biljke
koje se uvek nalaze na kiselom zemljištu
2
Prelazna grupa između acidofilnih i neutrofilnih biljaka
3
Neutrofilne biljke
koje se uvek nalaze na neutralnom, do slabo kiselom
zemljištu
4
Prelazna grupa između neutrofilnih i bazofilnih biljaka
5
Bazofilne biljke
koje se uvek nalaze na alkalnom zemljištu
C) KOLIČINA AZOTA U ZEMLJIŠTU - "N"
Indikatorska
vrednost
Ekološka grupa biljaka
1
Oligotrofne
(
nitrofobne
) biljke koje su adaptirane na zemljišta koja su
siromašna mineralnim materijama
2
Prelazna grupa između oligotrofnih i mezotrofnih biljaka
3
Mezotrofne
biljke koje se nalaze na zemljištima koja su srednje bogata
mineralnim materijama
4
Prelazna grupa između mezotrofnih i eutrofnih biljaka
5
Eutrofne
(
nitrofilne
) biljke koje mogu opstati jedino na zemljištu koje je
izuzetno bogato mineralnim materijama
2
količine teških metala u podlozi, ali značajan broj vrsta opstaje na staništima koji se
odlikuju velikim količinama teških i toksičnih metala. Takve biljke su, tokom
evolucije, razvile brojne adaptivne mehanizme na osnovu kojih savladavaju
nepovoljne uslove staništa..." (Stevanović & Janković, 2001).
"...Sposobnost biljaka da razviju otpornost na teške metale u zemljištu je
genetički određena, a u posebnim situacijama u prirodi, može da bude adaptivno
stimulisana. Zemljišta bogata teškim metalima javljaju se kao rezultat geoloških i
klimatskih promena tokom pedogeneze. U prirodnim uslovima, na ovakvim mestima,
naročito iznad rudnih ležišta, razvijaju se specijalizovane vrste ili genetički
diferencirani "
hemoekotipovi
", koji specifično ukazuju na prisustvo teških metala ili
nekog posebnog hemijskog elementa u podlozi. Generalno, biljke adaptirane na
ovakva zemljišta bogata različitim metalima su označene kao
metalofite
i mogu biti
indikatori
tačno određenih mineralnih, odnosno rudnih naslaga na različitim
mestima na Zemlji. U današnjim uslovima civilizacijskog i tehnološkog razvoja, vrste
prilagođene opstanku na zemljištima bogatim teškim metalima mogu se naći i na
mestima gde su slične situacije nastale antropogenom kontaminacijom. U ovom
slučaju,
indikatorske vrste
mogu da budu veoma pogodne i za sađenje i
revitalizaciju prostora oko rudnika i industrijskih postrojenja ili na mestima gde je
zemljište zagađeno teškim metalima..." (Stevanović & Janković, 2001).
Indikatori
teških metala
su one vrste (mahovine, kopnene i vodene biljke, itd.) koje svojim
prisustvom ukazuju na postojanje, a eventualno i povećane koncentracije, pojedinih
teških metala u zemljištu.
Tako na primer,
vrste indikatori
serpentinistskih staništa, ukazuju na tla
siromašna
KALCIJUMOM
(
Ca
) a obogaćena
MAGNEZIJUMOM
(
Mg
), kao i
NIKLOM
(
Ni
)
HROMOM
(
Cr
) i
KOBALTOM
(
Co
) u zemljištu. Na Balkanu to
su npr.
Halacsya sendtneri
,
Cheilanthes marantae
,
Asplenium cuneifolium
,
Silene
paradoxa
,
Echium rubrum
,
Alyssum murale
itd.
Viola arsenica
je vrsta koja je indikator zemljišta koja su bogata
ARSENOM
.
Urtica dioica
i
Urtica urens
ukazuju na povećanu koncentraciju
NITRATA
i
NITRITA
u zemljištu i obično naseljavaju nitrifikovana staništa u gradskim i
seoskim uslovima.
Različite vrste halofita (
halos
= so,
phytos
= biljka), kao što su:
Salsola kali
,
Salsola soda
,
Camphorosma annua
,
Camphorosma monspeliaca
,
Limonium gmelini
,
Salicornia herbacea
,
Salicornia fruticosa
,
Suaeda maritima
mogu da budu, kada su
obilno razvijene,
indikatori
zaslanjenih
i
slanih staništa
(kao što su morske obale i
kontinentalne slatine). Ove biljke najbolje uspevaju na jako zaslanjenim staništima,
dok ih na nezaslanjenim staništima uopšte nema. "...U ćelijskom soku halofita se
nalaze rastvoreni hloridi i sulfati. Može se reći da su halofite "skupljači" ovih soli
koje koncentrišu u svojim tkivima..." (Stevanović & Janković, 2001). Ne samo da
pojedinačne vrste halofita mogu biti dobri indikatori slanih staništa, nego i određene
kombinacije halofilnih vrsta, pa i čitave zajednice mogu najpogodnije da pokazuju
kakva je slatina u pitanju.
Hiperakumulatori
se definišu kao one vrste koje su sposobne da talože
(akumuliraju) metale u koncentracijama koje su i do
100 puta veće
od koncentracija
koje su izmerene kod ostalih biljaka koje ne akumuliraju teške metale. Tako npr. neki
4
hiperakumulatori
će taložiti više od:
10 ppm Hg; 100 ppm Cd; 1.000 ppm Co, Cr,
Cu, Pb; 10.000 ppm Ni i Zn (ppm = part per milion)
. Do danas je detektovano
preko
400 biljnih
vrsta iz oko
45
familija
koje su definisane kao hiperakumulatori
jednog ili više teških metala. Najveći broj biljaka hiperakumuliraju
NIKL (Ni)
, oko
30 biljaka
absorbuju ili
KOBALT (Co)
ili
BAKAR (Cu)
i/ili
CINK (Zn)
, a mali
broj biljaka akumuliraju
MANGAN (Mn
) i
KADMIJUM (Cd)
.
"...
Metalofite
magaciniraju ogromne količine teških metala (0,5 g/kg, čak do
25 g/kg suve težine biljke), otprilike u količinama u kojima usvajaju osnovne
makroelemente, a što je i po
1000 puta više
od količine neophodnih
mikroelemenata..." (Stevanović & Janković, 2001).
Verovatno najpoznatiji hiperakumulator teških metala je vrsta
Thlaspi
caerulescens
. Dok najveći broj biljaka pokazuje simptome toksičnosti pri
koncentraciji
CINKA
od oko
100 ppm
, ova biljka akumulira
Zn
u koncentraciji od
26.000 ppm
bez ikakvih oštećenja. Mnoge biljke, uključujući i
T. caerulescens
pokazuju sposobnost naseljavanja (kolonizacije) staništa (zemljišta) koja su
obogaćena
olovom
(
Pb
),
cinkom
(
Zn
) i
kadmijumom
(
Cd
), tzv.
KALAMINSKA
zemljišta. Ova vrsta zajedno sa vrstom
Brassica juncea
predstavlja model za
istraživanje fiziologije i biohemije usvajanja teških metala. Zbog ovakvih njihovih
sposobnosti intenzivno se proučavaju one biljke hiperakumulatori i/ili indikatori koje
su endemične za pojedine tipove zemljišta obogaćenim metalima.
BAKAR
(
Cu
) u velikim količinama podnose
Minuartia verna
, ekotipovi
Silene vulgaris
, zatim
Gypsophila patrinii
u centralnoj Aziji,
Polycarpaea spirostylis
u Australiji, neke vrste roda
Gladiolus
u Africi, itd.
Na
CINK
(
Zn
) su otporni ekotipovi vrsta
Minuartia verna
, zatim vrste
Silene
vulgaris
,
Armeria maritima,
Thlaspi alpestre
subsp.
calaminare
,
Viola calaminaria
itd. (ime
calaminare
potiče od španske reči "
calamine
" koje ukazuje na tip podloge
bogate cinkom i silicijumovim oksidima).
OLOVO
(
Pb
) akumuliraju
Agrostis tenuis
,
Minuartia verna
i
Festuca ovina
.
KADMIJUM
(
Cd
) akumuliraju
Minuartia verna
i
Thlaspi alpestre
subsp.
calaminare
.
"...Pojedine biljke koje nagomilavaju izuzetno štetne hemijske elemente kakvi
su
ARSEN
ili
SELEN
, nazivaju se i
toksikofite
. Tako
Jasione montana
,
Calluna
vulgaris
, kao i
Agrostis tenuis
akumuliraju
ARSEN
, dok se u listovima
Astragalus
racemosus
,
Xylorhiza tortifolia
, ili vrsta iz roda
Stanleya
mogu naći velike količine
SELENA
. Izuzetnu mogućnost akumulacije raznovrsnih jona teških metala (pre
svega
OLOVA
) i drugih toksičnih supstanci ima i tropska flotantna biljka
Eichhornia
crassipes
zbog čega se danas široko primenjuje u prečišćavanju jezera i drugih
vodenih ekosistema..." (Stevanović & Janković, 2001).
Jedna od najinteresantnijih i najkontroverznijih biljaka za biološku indikaciju
zagađenosti zemljišta u urbanim ekosistemima je
Ailanthus altissima
- kiselo drvo
(pajasen)
(Jovanović et al, 1997). Ova vrsta je introdukovana iz jugoistočne Azije u
Evropu (London) sredinom 18-tog veka sa prvobitnom namerom da služi kao hrana
za uzgoj svilene bube. Danas je kiselo drvo jedna od najbolje prilagođenih
adventivnih lišćarskih vrsta na kompleksne uslove zagađenih gradskih biotopa. Stoga
su i rađena istraživanja ukupne brojnosti, populacione strukture, kao i uporedna
5
