Nehézfémek szerepe és veszélyei a növények számára

A nehézfémek a környezetben természetes folyamatok, például a vulkanikus aktivitás, földkéreg mozgások miatt vannak jelen, azonban az emberi tevékenységek eredményeként mennyiségük növekszik. Az ipari tevékenység, bányászat, mezőgazdaság és az urbanizáció során felszabaduló nehézfémek, mint az ólom (Pb), kadmium (Cd), higany (Hg), cink (Zn), réz (Cu), nikkel (Ni) és króm (Cr), bekerülnek a talajba, vízbe és légkörbe, amely hosszú távú szennyezést eredményez. Bár egyes nehézfémek kis mennyiségben szükségesek a növények számára (pl. cink és réz mint mikroelemek), nagyobb koncentrációban toxikusak , ezzel veszélyeztetve a növények növekedését és fejlődését.

Nehézfémek forrásai a talajban és környezetben

A nehézfémek természetesen is előfordulnak a földkéregben, de az emberi tevékenységek miatt jelentősen megnövekedett a környezetben való jelenlétük az utóbbi időszakban. Az ipariszennyezőanyag kibocsátás, például a kohászat és vegyipar, valamint a járművek kipufogógázai is nagy mennyiségű ólmot, cinket és más nehézfémeket juttatnak a levegőbe. Ezek a fémek a csapadékkal a talajba és vízbe kerülnek, ahonnan a növények könnyen fel tudják venni őket.

Az intenzív mezőgazdasági tevékenységek során használt műtrágyák és növényvédő szerek szintén növelik a talaj nehézfémtartalmát. Például a foszfátműtrágyák gyakran tartalmaznak kadmiumot, amely felhalmozódik a talajban és toxikus hatást fejt ki a növényekre.

Nehézfémek jótékony szerepe a növényekben 

Bár a nehézfémek többsége toxikus a növények számára, néhányuk létfontosságú mikroelem, amely nélkülözhetetlen szerepet játszik a növények metabolizmusában. A cink (Zn) például számos enzim működéséhez szükséges, elősegíti a fehérjeszintézist és a hormonális szabályozást. A réz (Cu) szintén alapvető fontosságú mikroelem, amely részt vesz az elektrontranszportlánc megfelelő működésében és a fotoszintézisben.

A fent felsorolt mikroelemek hiánya súlyos élettani problémákhoz, például növekedési rendellenességekhez, termékenységi zavarokhoz vezethet. 

Azonban a mikroelemekre csak nagyon kis mennyiségben van szükségük a növényeknek. Ha ezek a nehézfémek meghaladják az optimális koncentrációt, toxikusak lehetnek. A növények érzékenyek a talajban felhalmozódó nehézfémekre, és ennek eredményeként változatos reakciókat mutatnak, például a növekedés visszamaradása, klorózis, a fotoszintetikus aktivitás csökkenése, valamint a víz- és tápanyagfelvétel zavarai.

Nehézfémek felhalmozódása és hatása az ökoszisztémákra

A nehézfémek nem bomlanak le a környezetben, így hosszú távon felhalmozódnak a talajban, ami komoly veszélyt jelent a növényekre és az egész ökoszisztémára nézve is A nehézfémek felhalmozódása a talajban nemcsak a növények növekedését, terméshozamát csökkenti, hanem veszélyezteti a talaj mikrobiológiai egyensúlyát is. A talaj mikroorganizmusai kulcsszerepet játszanak a szerves anyagok lebontásában és a tápanyagok újrahasznosításában, de a nehézfémek jelenlétében ezek az élőlények elpusztulhatnak vagy aktivitásuk jelentősen csökkenhet.

A felhalmozódásuk a táplálékhálózatokban is jelentős problémákat okozhat, mivel a növények által felvett és felhalmozott nehézfémek bekerülhetnek a növényevő állatok szervezetébe, majd tovább jutnak a ragadozó állatokhoz és végső soron az emberi táplálkozási láncba is.
Ez különösen veszélyes, mivel a nehézfémek, mint a kadmium, az ólom vagy a higany, az emberi szervezetben is felhalmozódnak, és súlyos egészségügyi problémákhoz, például vesekárosodáshoz, idegrendszeri problémákhoz és daganatos megbetegedésekhez vezethetnek.

A növények védekező mechanizmusai a nehézfémek ellen

A növények számos stratégiát fejlesztettek ki a nehézfémek toxikus hatásainak elkerülésére vagy mérséklésére. Az egyik ilyen mechanizmus a fémkelátképzők termelése, amelyek megkötik a fémionokat, így csökkentve azok toxikus hatásait. Például a fitokelatinok és metallotioneinek képesek megkötni a nehézfémeket, így azok kevésbé károsítják a sejtek működését. Emellett a növények különféle antioxidánsokat (például glutationt, aszkorbinsavat) termelnek, amelyek semlegesítik a nehézfémek által kiváltott oxidatív stresszt.

A nehézfémek elleni védekezés másik módja a növények hiperakkumulációs képessége, amely bizonyos fajokban kifejezetten fejlett. Az ilyen növények, mint például a fémakkumulátor növények, képesek nagy mennyiségű nehézfémet felhalmozni szöveteikbenanélkül, hogy súlyosan károsodnának.

Ezek a növények különösen érdekesek a fitoremediáció(növények általi talajtisztítás) szempontjából, hiszen felhasználhatók a szennyezett talajok nehézfémtől való megtisztítására. A hiperakkumuláció során a növények a nehézfémeket koncentrálják a sejtjeikben, elsősorban a gyökerekben és a levelekben, ahol kevésbé okoznak károsodást.

A nehézfém-szennyezés kezelési lehetőségei

A nehézfémek által szennyezett talajok és víztestek kezelése sürgető feladat, mivel ezek hosszú távú káros hatással vannak mind az ökoszisztémákra, mind az emberi egészségre.

Az egyik leghatékonyabb megoldás a fitoremediáció lehet, ahol olyan növényeket ültetnek a szennyezett területekre, amelyek képesek a nehézfémek felvételére és tárolására. Ezek a növények hosszú távon képesek csökkenteni a talaj nehézfémtartalmát.

A fitoremediáció mellett fontos a szabályozás és a megelőzés is, például a szennyező ipari tevékenységek szabályozása és a szennyezés forrásainak csökkentése révén. A zöld technológiák, a hulladékkezelési rendszerek fejlesztése, valamint a fenntartható mezőgazdasági gyakorlatok szintén hozzájárulhatnak a nehézfém-szennyezés mérsékléséhez.

A kutatás a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal „A körforgásos gazdaság megvalósíthatósága a honvédelmi tevékenységek során” című, TKP2021-NVA-22 azonosítószámú Tématerületi Kiválósági Program támogatásával valósult meg, a Körforgásos Gazdaság Elemző Központ (KGEK) vezetésével.

Szerzők:
Növényvédőszer.hu / Horotán Katalin – Eszterházy Károly Katolikus Egyetem
Növényvédőszer.hu / Kisvarga Szilvia MATE