Tarımsal alanlardaki sürdürülebilirliğin sağlanması ve kirliliğin engellenmesinde yeni yaklaşımlardan biri; Fitoremediasyon

Fitoremediasyon teknolojisi uygulanabilirlik ve süreç bazında değerlendirildiğinde farklı gruplar şeklinde incelenmektedir (Çizelge 1). 

Çizelge 1. Kirleticiler ve Bulundukları Ortama Göre Yapılan Uygulamalar (EPA, 1995)

Uygulama	Kirletici	Ortam	Bitki(ler)
Fitoekstraksiyon ve Rizodegradasyon	Petrol ürünleri ve hidrokarbonlar	Toprak ve yer altı suyu	Yonca, kavak, ardıç
Fitostabilizasyon	Ağır metaller	Toprak	Hibrid kavak, çim
Rizofiltrasyon	Radyoaktif maddeler	Yeraltı suyu	Ayçiçeği
Fitoekstraksiyon	Radyoaktif maddeler	Toprak	Hind hardalı, lahana
Fitodegradasyon	Patlayıcı madde atıkları	Yeraltı suyu	Su mercimeği

Fitoremediasyon, bitki yetiştirilerek kirlenmiş alanların kirleticilerden temizlenmesi işlemi olarak tanımlanmaktadır. Bitkiler organik ve inorganik kirleticileri bünyelerine alarak, biriktirerek, depolayarak veya parçalayarak kirli alanların temizlenmesini sağlarlar. Bu sayede kirlenmiş arazilerin düzenlenmesi veya stabilize edilmesi amaçlanmaktadır. Fitoremediasyon, diğer ıslah yöntemlerine göre sürdürülebilir, uygun maliyetli ve çevre dostu bir teknik olması nedeniyle önem taşımaktadır. Ancak fitoremediasyonda başarılı olabilmek için toprağın kolloidal yapısının cins ve miktarı çok önemlidir. İnorganik toprak kolloidleri içerisinde kil mineralleri önemli bir role sahiptir. Kil minerallerinin miktarı diğer elementlerin tutulmasının yanı sıra, ağır metallerin topraktaki tutulumunda da önemli bir yere sahiptir. Fitoremediasyonda başarılı olabilmenin diğer bir şartı ise uygun bitkilerin geliştirilmesi ve bitkilerin ağır metale olan tolerans mekanizmalarının belirlenmesidir.

Fitoremediasyon sürecinin işleyiş mekanizmasını gösteren Şekil 1’de, fitoekstraksiyon, fitostabilizasyon ve rizofiltrasyon olmak üzere üç sınıf halinde fitoremediasyon teknolojilerinin incelendiği görülmektedir. 

 

 

Fitoekstraksiyon teknolojilerinde, topraktaki metalleri köklerine ve hasat edilebilen kısımlarına ileten hiperakümülatör bitkiler kullanılırken, Fitostabilizasyonda topraktaki metallerin mobilitelerini ve yarayışlılıklarını sınırlayan bitkiler öncelikli olmaktadır. Fitostabilizasyon bitkileri, ortamdaki yüksek metal düzeylerini tolere ederek, metalleri sorpsiyon, çöktürme, kompleksleşme veya metallerin indirgenmesiyle toprakta immobilize edebilmekte, aynı zamanda gövdelerinde düşük seviyede birikim olması nedeni ile hasattan sonra kalıntıların tehlikeli atık haline gelmesi de engellenmiş olmaktadır. Toprakta bulunan metalleri stabilize etmelerinin yanında, toprak erozyonunu ve sedimentlerin göçünü de durdurabilmektedirler. Fitoremediasyonun diğer bir çeşidi olan rizofiltrasyonda ise metalleri sorpsiyon yoluyla uzaklaştıran bitkiler kullanılmaktadır. Genellikle atık sulardaki metallerin bitki kökleriyle absorblanmasını, konsantre edilmesini ve çökeltilmesini içeren bir yöntemdir.

Fitoremediasyon teknolojisi, biyolojik alt yapılı ve düşük maliyetli olması nedeni ile kirlenmiş toprakların temizlenmesinde kullanılan alternatif bir yöntemdir. Toprak kirliliğinin arıtımında kullanılan bazı fizikokimyasal teknolojiler, topraktaki biyolojik aktiviteyi yok edebilmekte ve toprağı bitki büyümesi için uygun olmayan bir ortam haline dönüştürebilmektedir. Fitoremediasyon ise toprağın biyolojik özellikleri ve fiziksel yapısını  koruyan bir yöntemdir. 

 

Bazı bitkiler Fitoremediasyon amaçlı kullanılabilirler… 

 

Bazı bitkiler, toprak üstü organlarında, topraktaki metal konsantrasyonundan 50-500 kat daha fazla metal biriktirebilme özelliğine sahiptir. Bu bitkilere hiperakümülatör bitki denir. Ağır metalleri herhangi bir toksisite semptomu olmaksızın toprak üstü organlarında biriktirebilirler. Yaklaşık 450 bitki türü hiperakümülatör olarak tanımlanmaktadır. Asteraceae, Brassicaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Scrophulariaceae, Euphorbiaceae familyaları bu özelliğe sahip bazı örneklerdir. Hiperakümülatör bitkiler, Thlaspi L. genusuna ait bitki türlerinde olduğu gibi birden fazla ağır metali aşırı miktarda bünyesinde biriktirebilen fakat az miktarda biyokütle oluşturan hiperakümülatör bitkiler ile Helianthus annuus L., Nicotiana tabacum L. Brassica juncea L. ve Zea mays L. gibi orta seviyede ağır metal biriktirebilen fakat yüksek miktarda biyokütle oluşturan bitki türleri olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır. 

Hiperakümülatör bitkiler, ağır metalleri hücre zarlarındaki taşıyıcı proteinler aracılığıyla alırlar. Taşıyıcı proteinler ağır metallerin taşınımını gerçekleştirecek şekilde, hiperakümülatör olmayan bitkilere göre daha farklı yapıdadır. Örneğin Thlaspi caerulescens bitkisi, kuru ağırlığının %3’ü oranında çinkoyu, hiçbir toksisite belirtisi göstermeksizin depolayabilir yada bir eğrelti türü olan Pteris vittata, toprakta bulunanın 100 katı kadar arseniği, kendi dokuları içinde biriktirme özelliğine sahiptir. 

 

Sonuç olarak diyebiliriz ki….

 

Fitoremediasyon yöntemi yeni bir teknolojidir ve gelişim safhasında olması nedeni ile performansı ve maliyetiyle ilgili veriler oldukça sınırlıdır. Bu yöntemde iklim şartları ve metallerin yarayışlılık durumları göz önüne alınmalıdır.  Fitoremediasyonda kullanılan yüksek metal içerikli bitkilerin kurutma, yakma, gazifikasyon, piroliz, asit ekstraksiyonları, anaerobik çürütme gibi yöntemlerle uzaklaştırılma işlemleri de ayrıca önemli ve dikkat edilmesi gereken bir konudur. Bu yöntemin en büyük dezavantajı, diğer metodlara göre işleyiş sürecinin çok daha uzun sürede tamamlanmasıdır. Ayrıca bitki tarafından ekstrakte edilebilen metal miktarlarının arttırılması amacıyla daha fazla genetik çalışmaların yapılması gerekmektedir.  Fitoremediasyon teknolojisinin kullanılabilirliği, ağır metallerin bitki bünyesinde birikimini karakterize eden moleküler, biyokimyasal ve fizyolojik süreçlerin tam olarak açıklığa kavuşması ile artacak veya azalacaktır.

 

Kaynaklar

Claire, L.C., Adriano D.C., Sajwan K.S., Abel S.L., Thoma, D.P. and Driver J.T., 1991. Effects of selected trace metals on germinating seeds of six plant species. Water,Air,and Soil Pollution, 59,.231-240 pp.

EPA (Environmental Protection Agency), 1995. Contaminants and Remedial Options at Select Metals – Contaminated Sites, EPA/540/R-95/512.

Kabata Pendias, A., Pendias, H., 1992. Trace Elements in Soils and Plants, 2 nd. Edition CRC Press, Boca Raton, Ann Arnbor London.

Kocaer, F. O., Başkaya, H.S., 2003. Metallerle Kirlenmiş Toprakların Temizlenmesinde Uygulanan Teknolojiler. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 8, Sayı 1.

Özay, C., Mammadov, R., 2013. Ağır Metaller ve Süs Bitkilerinin Fitoremediasyonda Kullanılabilirliği,  BAÜ Fen Bil. Enst. Dergisi Cilt 15(1) 67-76 .