Progress in Plant Protection

Methods for recovering natural values of degraded agricultural areas
Metody przywracania walorów przyrodniczych zdegradowanym obszarom rolniczym

Jolanta Kowalska, e-mail: j.kowalska@iorpib.poznan.pl

Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Władysława Węgorka 20, 60-318 Poznań, Polska

Joanna Łukaszyk, e-mail: j.lukaszyk@iorpib.poznan.pl

Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Władysława Węgorka 20, 60-318 Pozanń, Polska
Abstract

The paper discusses soil recovering and remediation methods. It describes process for carrying heavy metals (HM) into forms inaccessible to plants, with particular emphasis on the method of stabilising chemical forms of HM in soil, methods of partial removal of HM from soil (phytoremediation, phytodegradation and bioremediation) and land usage change. It points out the benefits of using nanotechnology in environmental protection and the possibility of using hybrid nanocompounds to solidify heavy metals regardless of soil pH. Soil liming is the cheapest effective and commonly used method for immobilising heavy metals. In the case of phytoremediation, the negative factor is its very long duration and the problem of utilisation of contaminated biomass.

 

W pracy omówiono procesy rekultywacji i remediacji gleb, opisano metody przeprowadzenia metali ciężkich (MC) w formy niedostępne dla roślin, ze szczególnym uwzględnieniem metody stabilizacji form chemicznych MC w glebie, metody częściowego usunięcia MC z gleby (fitoremediację, fitodegradację i bioremediację) oraz zmiany użytkowania gruntów. Wskazano korzyści z wykorzystania nanotechnologii w ochronie środowiska oraz możliwość zastosowania hybrydowych nanozwiązków do solidyfikacji metali ciężkich niezależnie od pH gleby. Najtańszą, skuteczną i powszechnie stosowaną metodą powodującą unieruchomienie metali ciężkich jest wapnowanie gleb. W przypadku fitoremediacji negatywnym czynnikiem jest bardzo długi czas jej trwania oraz problem utylizacji powstałej zanieczyszczonej biomasy.

Key words
DDT; hemp; consortium of microorganisms; energy crops; recultivation and remediation techniques; konopie; konsorcjum mikroorganizmów; rośliny energetyczne; techniki rekultywacyjne i remediacyjne
References

Anonim 2004. Program Rządowy dla Terenów Poprzemysłowych. Ministerstwo Środowiska, Warszawa, 27 kwietnia 2004.

 

Anonim 2014. Remediacja i rekultywacja gruntów rolnych, art. 3, 75 pkt 31b, Prawo Ochrony Środowiska – przepis dodany po nowelizacji z dnia 11 lipca 2014 r. Dz. U., poz. 1101.

 

Brej T., Fabiszewski J. 2006. Plants accumulating heavy metals in the Sudety MTS. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 75 (1): 61–68.

 

Cameselle C., Gouveia S., Urréjola S. 2019. Benefits of phytoremediation amended with DC electric field. Application to soils contaminated with heavy metals. Chemosphere 229: 481–488. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.04.222

 

Cheng C.H., Jien S.H., Tsai H., Chang Y.H., Chen Y.C., Hseu Z.Y. 2009. Geochemical element differentiation in serpentine soils from the ophiolite complexes, eastern Taiwan. Soil Science 174 (5): 283–291. DOI: 10.1097/SS.0b013e3181a4bf68

 

Chen Z.S., Lee D.Y. 1997. Evaluation of remediation techniques on two cadmium-polluted soils in Taiwan. s. 209–223. W: Remediation of Soils Contaminated with Metals (I.K. Iskandar, D.C. Adriano, red.). Science Reviews, Northwood, UK.

 

Chen Y.H., Shen Z.G., Li X.D. 2004. Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA-assisted phytoextraction process. Chemosphere 57 (3): 187–196. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.05.044

 

Dermont G., Bergeron M., Mercier G., Richer-Laflèche M. 2008. Metal-contaminated soils: remediation practices and treatment technologies. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management 12 (3): 188–209. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-025X(2008)12:3(188)

 

Dzionek A., Wojcieszyńska D., Guzik U. 2016. Natural carriers in bioremediation: A review. Electronic Journal of Biotechnology 23: 28–36. DOI: 10.1016/j.ejbt.2016.07.003

 

Garbisu C., Alkorta I. 2001. Phytoextraction: a cost-effective plant-based technology for the removal of metals from the environment. Biosource Technology 77 (3): 229–236. DOI: 10.1016/s0960-8524(00)00108-5

 

Gasidło K. 1998. Problemy przekształceń terenów poprzemysłowych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Architektura 37, 199 ss.

 

Ghosh M., Singh S.P. 2005. A review of phytoremediation of heavy metals and utilization of it’s by products. Asian Journal on Energy and Environment 6 (04): 214–231.

 

Grzesiak P. 2019. Badania nad technologią i ekologią środowiska. Cursiva, Poznań, 148 ss.

 

Grzesiak P., Łukaszyk J., Gabała E., Kurczewska J., Schroeder G. 2016. The influence of silica functionalized with silanes on migration of heavy metals in soil. Polish Journal of Chemical Technology 18 (1): 51–57. DOI: 10.1515/pjct-2016-0009

 

Hseu Z.-Y., Su S.-W., Lai H.-Y., Guo H.-Y., Chen T.-C., Chen Z.-S. 2010. Remediation techniques and heavy metal uptake by different rice varieties in metal-contaminated soils of Taiwan: New aspects for food safety regulation and sustainable agriculture. Soil Science and Plant Nutrition 56 (1): 31–52. DOI: 10.1111/j.1747-0765.2009.00442.x

 

https://dobrewiadomosci.net.pl/15619-uprawa-konopi-siewnych-najszybsza-naturalna-metoda-rekultywacji-terenow-poprzemyslowych/ [dostęp: 10.04.2020].

 

https://www.iwnirz.pl/strona,279.html [dostęp: 10.04.2020].

 

Järup L. 2003. Hazards of heavy metal contamination. British Medical Bulletin 68 (1): 167–182. DOI: 10.1093/bmb/ldg032

 

Kabała C., Chodak T., Szerszeń L. 2008. Influence of land use pattern on changes in copper content in soils around a copper smelter, based on a 34-year monitoring cycle. Žemės Ukio Mokslai (Agricultural Sciences, Litwa) 15 (3): 8–12.

 

Kabata-Pendias A., Pendias H. 1993. Biogeochemia pierwiastków śladowych. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 364 ss.

 

Karczewska A. 2002. Metale ciężkie w glebach zanieczyszczonych emisjami hut miedzi – formy i rozpuszczalność. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Rozprawy CLXXXIV, Nr 432, 159 ss.

 

Karczewska A. 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, 414 ss.

 

Klimont K. 2007. Ocena przydatności wybranych gatunków roślin użytkowych do rekultywacji terenów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę komunalną. [Evaluating the usability of selected plant species to reclamation of the areas degraded by industry and public utilities]. Problemy Inżynierii Rolniczej 15 (2): 27–36.

 

Kubicka H. 2014. Planowanie działań rekultywacyjnych w świetle polskich i niemieckich regulacji prawnych (praca magisterska). Politechnika Wrocławska, Wrocław.

 

Kwiatkowska-Malina J., Maciejewska A. 2011. Pobieranie metali ciężkich przez rośliny w warunkach zróżnicowanego odczynu gleb i zawartości materii organicznej. [The uptake of heavy metals by plants at differentiated soil reaction and content of organic matter]. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 49: 43–51.

 

Lai H.-Y., Chen Z.-S. 2005. The EDTA effect on phytoextraction of single and combined metals-contaminated soils using rainbow pink (Dianthus chinensis). Chemosphere 60 (8): 1062–1071. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2005.01.020

 

Maciejewska A. 2003. Problematyka rekultywacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi w świetle literatury. s. 539–550. W: Obieg pierwiastków w przyrodzie. Monografia. Tom II (B. Gworek, J. Misiak, red.). Dział Wydawnictw Instytutu Ochrony Środowiska, Warszawa, 730 ss.

 

Malewski J. 1999. Zagospodarowanie wyrobisk. Technologiczne, przyrodnicze i gospodarcze uwarunkowania zagospodarowania wyrobisk poeksploatacyjnych surowców Dolnego Śląska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 225 ss.

 

Malik A. 2004. Metal bioremediation through growing cells. Environment International 30 (2): 261–278. DOI: 10.1016/j.envint.2003.08.001

 

Meers E., Lamsal S., Vervaeke P., Hopgood M., Lust N., Tack F.M.G. 2005. Availability of heavy metals for uptake by Salix viminalis on a moderately contaminated dredged sediment disposal site. Environmental Pollution 137 (2): 354–364. DOI: 10.1016/j.envpol.2004.12.019

 

Olszak M. 2015. Fitoremediacja – biologiczna metoda oczyszczania środowiska. Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie. https://www.ebiotechnologia.pl/Artykuly/Fitoremediacja--biologiczna-metoda-oczyszczania-srodowiska/ [dostęp: 10.04.2020].

 

Radwańska K., Zadrożniak B., Mystkowska I., Baranowska A. 2016. Possibilities of using perennial energy crops in reclamation of degraded land. [Możliwości wykorzystania wieloletnich roślin energetycznych w rekultywacji obszarów zdegradowanych]. Studia Ekonomiczne i Regionalne 9 (4): 70–85.

 

Rosada J. 2008. Stan środowiska rolniczego w rejonie oddziaływania emisji Huty Miedzi „Głogów”. Rozprawy Naukowe Instytutu Ochrony Roślin – Państwowego Instytutu Badawczego, Zeszyt 19, 110 ss.

 

Ross S.M. 1994. Toxic metals in soil-plant system. J. Wiley and Sons Ltd., London, 152 ss.

 

Rozpondek R., Wancisiewicz K. 2016. Analiza rozkładu zanieczyszczeń w osadach dennych z zastosowaniem GIS w przybrzeżnej strefie zbiornika wodnego Ostrowy na rzece Biała Oksza. [Distribution of pollution in sediments in the coastal zone of Ostrowy water reservoir in Biała Oksza river - GIS based approach]. Inżynieria i Ochrona Środowiska 19 (1): 37–49. DOI: 10.17512/ios.2016.1.4

 

Russo F., Ceci A., Pinzarri F., Sicilliano A., Guida M., Malusa E., Tartanus M., Miszczak A., Maggi O., Persiani A.M. 2019. Bioremediation of dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT)-contaminated agricultural soils: potential of two autochthonous saprotrophic fungal strains. Applied Environmental Microbiology 85 (21): 1–61. DOI: 10.1128/AEM.01720-19

 

Rybak W. 2006. Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 411 ss.

 

Siebielec G., Stuczyński T., Trelak H., Filipiak K., Koza P., Korzeniowska-Pucułek R., Łopatka A., Jadczyszyn J. 2008. Uwarunkowaniaprodukcji rolniczej w regionach o dużym udziale gleb zanieczyszczonych metalami śladowymi. Studia i Raporty IUNG-PIB, Zeszyt 12: 123–143.

 

Siuta J. 1998. Rekultywacja gruntów. Poradnik Instytutu Ochrony Środowiska, Warszawa 203 ss.

 

Siwek M. 2008. Biologiczne sposoby oczyszczania środowiska – fitoremediacja. Wiadomości Botaniczne 52 (1/2): 23–28.

 

Sollitto D., Romic M., Castrignano A., Romic D., Bakic H. 2010. Assessing heavy metal contamination in soils of the Zagreb region (Northwest Croatia) using multivariate geostatistics. Catena 80 (3): 182–194. DOI: 10.1016/j.catena.2009.11.005

 

Tartanus M., Malusá R., Łabanowska B., Miszczak A., Szustakowska E. 2017. Ddt content in polish soils – current state and attempts of rhizo-bioremediation. [Zawartość DDT w polskich glebach – stan obecny i próba jego bioremediacji]. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 62 (4): 178–181.

 

Waraczewska Z., Niewiadomska A., Grzyb A. 2018. Wybrane metody bioremediacji in situ z wykorzystaniem mikroorganizmów. [Selected methods of bioremediation in situ using microorganisms]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 18 (3): 65–78.

 

Wolt J.D. 1994. Soil solution chemistry. Applications to environmental science and agriculture. J. Wiley and Sons, New York, 360 ss.

 

Zadroga B., Olańczuk-Neyman K. 2001. Ochrona i rekultywacja podłoża gruntowego. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 228 ss.

 

Zaleska A., Zielińska-Jurek A. 2013. Technologie remediacji gruntów. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 128 ss.

 

Żurek G., Majtkowski W. 2009. Rośliny alternatywne w fitoekstrakcji metali ciężkich z obszarów skażonych. [Alternative plant species in phytoremediation of heavy metals from polluted land]. Problemy Inżynierii Rolniczej 17 (3): 83–89.

Progress in Plant Protection (2020) 60: 128-136
First published on-line: 2020-05-22 14:35:28
http://dx.doi.org/10.14199/ppp-2020-014
Full text (.PDF) BibTeX Mendeley Back to list