Artykuły
Postępujący rozwój rolnictwa oraz zwiększenie światowego zapotrzebowania na produkty żywnościowe z uwagi na intensywnie przyrastającą populację ludzkości, powodują, iż wiele rolników podczas zarządzania sposobem uprawy roli, jest w dużej mierze nastawiona na jak największą maksymalizację plonów oraz zminimalizowanie potencjalnych strat w produkcji roślinnej. Nadzieje na zwiększenie plonowania, poprawę jakości uprawianych roślin i pozostawienie gleby w jak najlepszej kulturze rolnej, w dużej mierze wymagają od gospodarzy użycia rozmaitych nawozów organicznych lub mineralnych, niekiedy również z zastosowaniem odpowiednich środków ochrony roślin. Pomimo zbawiennego oddziaływania wcześniej wspomnianych substancji na środowisko glebowe oraz wzrost i rozwój roślin hodowlanych, praktyki te bardzo często skutkują przedostawaniem się do gleby wielu szkodliwych i toksycznych związków, utrudniających rozwój cennej mikroflory i mikrofauny środowiska. Do grup pierwiastków oddziaływujących negatywnie na prawidłowe funkcjonowanie roślin zaliczamy metale ciężkie, w tym kadm, pozostający jednym z najczęściej spotykanych pierwiastków szkodliwych, skumulowanych w środowisku glebowym.
Kadm występuje w środowisku w postaci minerałów siarczkowych, rud miedzi oraz cynku. Posiada zdolności do akumulacji w niektórych paliwach kopalnych – węglu brunatnym, węglu kamiennym oraz ropie naftowej. Znajdziemy go również w osadach fosforanowych. Do środowiska może przedostawać się za sprawą różnorakich procesów naturalnych m.in. pożarów lasów, erupcji wulkanów czy wietrzenia minerałów skał macierzystych bogatych w ten pierwiastek. Warto pamiętać, że ilość kadmu w roztworze glebowym regulowana jest za pomocą odczynu gleby oraz jej potencjału oksydacyjnego. Przy silnej oksydacji gleby kadm może przechodzić w związki CdO oraz CdCO3, jednak najczęściej występującą formą tego pierwiastka w środowisku jest forma na drugim stopniu utlenienia (Cd2+). Co ciekawe naukowcy stwierdzili pewną zależność pomiędzy koncentracją iłu w glebie oraz aktywnością kadmu. Na sorpcję kadmu ma bowiem wpływ zawartość materii organicznej w glebie oraz jej zasobność w minerały ilaste. Zwiększona ilość iłu skutkuje obniżeniem zawartości tego metalu ciężkiego w glebie, a dodatkowo zmniejsza również poziom koncentracji kadmu w roślinach.
Najwyższą rozpuszczalność kadmu uzyskamy przy pH gleby od 4,0 do 4,5. Przyjmuję się, że średnie zmniejszenie wartości pH o 0,2 jednostki może powodować aż 3-5 krotny przyrost rozpuszczalności kadmu w środowisku glebowym. Pierwiastek ten jest metalem ciężkim o dużej toksyczności w stosunku do wszystkich organizmów żywych. Dla roślin kadm jest pierwiastkiem o zerowym znaczeniu biologicznym i fizjologicznym, a jego pobranie następuje w wyniku zablokowania centrów enzymów aktywnych, w reakcjach z grupami -SH. Pobieranie kadmu następuje więc w wyniku współzawodnictwa o miejsce w przenośniku transbłonowym z innymi jonami np. potasu, magnezu, żelaza czy cynku. Kadm przedostaje się do wnętrza rośliny poprzez system korzeniowy lub za pośrednictwem liści.
Niektóre rośliny wykształciły jednak szereg reakcji obronnych, powodujących ograniczenie szkodliwego wpływu kadmu na ich prawidłowe funkcjonowanie. Jednym z mechanizmów wytworzonych przez rośliny jest przede wszystkim wiązanie większości metalu ciężkiego ze ścianą komórkową zawartą w roślinach. Innymi mechanizmami adaptacji organizmów roślinnych do negatywnego wpływu metali ciężkich są mechanizmy pozakomórkowego wydzielania substancji organicznych utrudniających wnikanie szkodliwych pierwiastków poprzez tworzenie z nimi kompleksów lub obniżenie powinowactwa białek transportowych błon do jonów metali, a więc strategii, w myśl której, szkodliwe jony są usuwane z komórek na drodze aktywnego transportu lub w postaci kompleksów. Jak podają niektórzy badacze, rośliny wykształciły także efektywne mechanizmy detoksykacyjne, polegające na tolerancji na wysokie, wewnątrzkomórkowe stężenia metali ciężkich.
Warto pamiętać, że metale ciężkie łatwo przenikają przez błony biologiczne, tworzą połączenia z białkami, lipidami, kwasami nukleinowymi, powodują uszkodzenia budowy DNA i RNA, zaburzają metabolizm oraz mogą odkładać się w organach miąższowych. Kadm u roślin powoduje również zaburzenia procesu fotosyntezy, przemiany związków azotowych czy zmiany przepuszczalności błon komórkowych. Do podstawowych objawów wysokiej szkodliwości kadmu w środowisku glebowym są widoczne na blaszkach liściowych charakterystyczne plamy chlorotyczne, zaczerwienia unerwienia, skręcanie liści oraz widoczne skrócenie korzeni.
Najczęstszym sposobem eliminacji metali ciężkich, w tym kadmu z gleby, jest zastosowanie metody fitoremediacji, polegającej na wprowadzeniu na zdegradowany grunt odpowiednich gatunków roślin, charakteryzujących się właściwościami poprawiającymi środowisko glebowe oraz wykazującymi wysokie zdolności do kumulacji szkodliwych pierwiastków w swoim wnętrzu. Do takich roślin zaliczamy m.in. pokrzywę, koniczynę białą czy topinambur. Powinniśmy pamiętać jednak, że resztki pożniwne, jakie otrzymujemy po wykonaniu zabiegu fitoremediacji, nie nadają się do spożycia ani przetworzenia na cele żywieniowe, a grunt, na którym zastosowaliśmy tę metodę, powinien być jak najdokładniej wyczyszczony ze wszelkich resztek roślin fitosanitarnych, zanim przystąpimy do zasiewów innych roślin uprawnych.