Fytomykoremediace půdy kontaminované rizikovými prvky po aplikaci kalů z čistíren odpadních vod

Štěpánka Remutová

Bachelor's thesis

Phytomycoremediation of soil contaminated with risk elements after application of sewage sludge

Abstract:

V dnešní době přibývá snaha o využití veškerých odpadů, ať už komunálních odpadů, odpadních vod či s nimi spojených čistírenských kalů. Ani v případě kalů tato vize není vzdálená realitě, avšak také má svá úskalí. Čistírenské kaly lze využít jako náhradu organických hnojiv. Půda je tak obohacena o potřebné živiny, ale hrozí zde riziko kontaminace půdy či povrchové a podzemní vody rizikovými prvky (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn), které mnohdy kaly obsahují i ve významném množství. Tato rizika lze však snížit aplikací vhodných bioremediačních opatření, jako jsou rostliny (v tomto případě se jedná o fytoremediaci), houby (mykoremediace) či jejich kombinace (fytomykoremediace). Rostliny a houby, stejně jako jsou schopné přijímat živiny, mají schopnost akumulovat z prostředí i zmíněné rizikové prvky. Přijaté prvky mohou bez svého ohrožení zabudovat do svých tkání nebo jsou schopné produkovat takové látky, které z toxických forem těchto prvků vytvoří netoxické. V případě rostlin je velká část rizikových prvků přijata kořenovým systémem, avšak dále do nadzemní části rostliny, jak ukazují výsledky této práce, je transportováno pouze malé množství, a to zejména mobilních prvků (Cu, Ni, Zn). Co se týče hub, důležitou roli hraje mycelium vylučující řadu látek (extracelulární enzymy a kyseliny, intracelulární ligandy), díky kterým je houba schopna rizikové prvky buď přijmout nebo je v půdě imobilizovat, čímž je zabráněno šíření kontaminace dále do půdního profilu. Existují dokonce druhy mikroskopických hub, které svým myceliem prorůstají buněčnou stěnou kořenů rostlin, čímž vytvoří aktivní výměnu látek, a to i v případě rizikových prvků, které mohou být v půdě ve formě pro rostliny nedostupné. V této práci bylo zkoumáno chování ligninolytických hub, konkrétně Pleurotus ostreatus (hlíva ústřičná) a rostlin Zea mays L. (kukuřice setá) v půdě kontaminované právě těmito rizikovými prvky (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn). Samostatné použití rostliny bylo v otázce bioremediace zhruba na stejné úrovni efektivity jako samostatné použití houby. Avšak jejich kombinace poukázala na vysoký potenciál tohoto bioremediačního opatření. Příjem rizikových prvků rostlinou byl v několika případech významně podpořen právě aplikací houbového substrátu. Do budoucna je zapotřebí výzkum více druhů rostlin a hub, ale i přesto lze tuto bioremediační technologii považovat za velmi efektivní. Současný tlak na ekologické chování nejen v průmyslu, dopravě či právě zemědělství také hraje do karet prosazení této bioremediační technologie zejména proto, že je šetrná k životnímu prostředí.

Abstract:

Nowadays, there is an increasing effort to use all waste, whether it is municipal waste, wastewater or associated sewage sludge. Even in the case of sludge, this vision is not far from reality, but it also has its pitfalls. Sewage sludge can be used as a substitute for organic fertilizers. The soil is thus enriched with the necessary nutrients, but there is a risk of contamination of the soil or surface and underground water with risk elements (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn), which the sludge often contains in significant quantities. However, these risks can be reduced by applying appropriate bioremediation measures, such as plants (in this case it is phytoremediation), fungi (mycoremediation) or their combination (phytomycoremediation). Plants and fungi, just as they are capable of receiving nutrients, have the ability to accumulate the aforementioned risk elements from the environment. Accepted elements can be incorporated into their tissues without endangering themselves, or they are able to produce such substances that create non-toxic ones from toxic forms of these elements. In the case of plants, a large part of the risk elements is taken up by the root system, but further to the above-ground part of the plant, as the results of this work show, only a small amount is transported, especially mobile elements (Cu, Ni, Zn). As far as fungi are concerned, an important role is played by the mycelium, which secretes a number of substances (extracellular enzymes and acids, intracellular ligands), thanks to which the fungus is able to either accept risk elements or immobilize them in the soil, thereby preventing the contamination from spreading further into the soil profile. There are even species of microscopic fungi that use their mycelium to grow through the cell wall of plant roots, thereby creating an active exchange of substances, even in the case of risky elements that may be unavailable to plants in the soil. In this work, the behavior of ligninolytic fungi, namely Pleurotus ostreatus (oyster mushroom) and Zea mays L. plants (corn seed) was investigated in soil contaminated with precisely these risk elements (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn). The separate use of the plant was roughly at the same level of effectiveness as the separate use of the sponge in terms of bioremediation. However, their combination pointed to the high potential of this bioremediation measure. The intake of risk elements by the plant was in several cases significantly supported precisely by the application of the fungal substrate. In the future, research on more species of plants and fungi is needed, but even so, this bioremediation technology can be considered very effective. The current pressure on ecological behavior not only in industry, transport or agriculture also plays into the cards for the promotion of this bioremediation technology, especially because it is environmentally friendly.

Keywords

Rizikové prvky, Bioremediace, Čistírenský kal

Keywords

Bioremediation, Risk elements, Sewage sludge

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Zdeněk Košnář, Ph.D.
• Reader: Jiřina Száková, prof. Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Landscape Conservation and Use of Natural Resources