1 Gennemgang af den nuværende viden om fytoremediering

Fytoremediering - Danske forsøgsoprensninger og international litteraturgennemgang.

1.1 Hvad er fytoremediering?

Fytoremediering er betegnelsen for en teknologi, hvor man oprenser jordforurening vha. vegetation. I et tidligere udgivet Miljøprojekt (Miljøstyrelsen, 1998) er der redegjort for eksisterende teknikker til oprensning af tungmetalforurening, herunder fytoremediering. I et andet tidligere udgivet Miljøprojekt (Miljøstyrelsen, 2001) er der redegjort for de forskellige involverede mekanismer og oprensningsteknikker for fytoremediering. Den dominerende mekanisme i de danske feltforsøg, som er indeholdt i nærværende rapport, vurderes at være bakteriel nedbrydning i planternes rodzone.

Der findes et stort antal publikationer om emnet. Flere review-artikler prøver at samle op på viden om særlige emner indenfor fytoremediering (Trapp & Karlson 2001; Campos, Merino et al 2008; Khaitan, Kalainesan et al 2006; Pilon-Smits 2005; Arthur, Rice et al 2005; Kuzovkina & Quigley 2005; Chaudhry, Blom-Zandstra et al 2005). Det nærværende sammendrag skal give et indtryk af de nyeste resultater fra forskningen, samt vurdere mulighederne for praktisk anvendelse af fytoremediering i den nærmeste fremtid. For at lette adgangen til dette komplekse emne er litteraturgennemgangen inddelt efter stofgrupper. Kommentarer er delvist indflettede i afsnittene om stofgrupper, men mest givet i den afsluttende vurdering.

1.1.1 Tjærestoffer

Tjærestoffer er en stofgruppe, der forekommer som forureninger bl.a. på gamle industrigrunde og i storbyernes jord. Vi finder dem som stofblandinger, der mest består af polycykliske aromatiske hydrokarboner (PAHer) (Karlson et al 2006; Karlson et al 2007).

Der er talrige rapporter om fjernelse af PAHer fra jord vha. planter. Typiske forsøgsopstillinger sammenligner ikke-beplantet med beplantet jord, og flertallet af rapporterne slår fast, at PAHerne fjernes hurtigere, når jorden er beplantet. De mest imponerende resultater opnås i potteforsøg med frisk tilsat PAH. Resultater fra eksperimenter med frisk tilsat PAH kan ikke overføres til forurenede lokaliteter, fordi den ”frie tilgængelighed” (accessibility) af de frisk tilsatte PAHer i starten vil være op imod 100 %, mens den frie tilgængelighed i jord fra en gammel forurenet grund vil være meget lav, muligvis helt ned mod 0 %. Dog kan denne type forsøgsopstilling bruges til at udpege den maksimalt mulige virkning af vegetation. Eksempelvis blev 96 % af benzo(a)pyren (BaP) fjernet i løbet af 90 døgn vha. en bælgplante (Mimosa monancista; på engelsk catclaw), mens kun 87 % blev fjernet i ubeplantet jord (Alvarez-Bernal et al 2007). Af tilsat pyren blev 38 % nedbrudt i løbet af 190 døgn vha. strand-svingel (Festuca arundinacea) og 30 % vha. hirse (Panicum virgatum), mens kun 4 % blev nedbrudt uden planter (Chen, Banks et al 2003). I et andet forsøg forsvandt alle 758 mg/kg pyren i løbet af 147 døgn fra jord med strand-svingel (Festuca arundinacea), mens 82 mg/kg var tilbage uden planter (Chen and Banks 2004). I et andet laboratoriestudium var det ikke muligt at dokumentere en forøget fjernelse af tilsat phenanthren, anthracen og pyren fra en jord beplantet med flere nordamerikanske træarter (rød morbær, sort pil, hybridpoppel, platan, almindelig robinie). Jorden var i forvejen kendetegnet af en høj mikrobiel aktivitet (Mueller and Shann 2006).

Mindre imponerende jordrensningseffekter opnås med jord, der stammer fra en gammel PAH-forurening, som f.eks. en gasværksgrund. Dog var det alligevel muligt i uforstyrrede jordkerner fra en gasværksgrund at vise en fremmende effekt af forskellige træer på mikrobiel nedbrydning af acenaphthen, anthracen, fluoranthen, naphthalen og phenanthren, og rækkefølgen (i faldende orde) var sort pil (Salix nigra), ask (Fraxinus pennsylvanica) og hybrid-poppel (Populus deltoides x P. nigra) (Spriggs, Banks et al 2005). Ved brug af lucerne (Medicago sativa) blev der i løbet af 3 måneder fjernet mere end 50 % af indeno(1,2,3-c,d)pyren, dibenzo(a,h)anthracen og benzo(g,h,i)perylen, og mellem 20 og 30% af fluoren, benzanthracen, crysen, benzo(b+k)fluoranthen, benzo(a)pyren og dibenzo(a,i)pyren.

PAHer forekommer også i råolie og kan forurene kystnære havsedimenter, f.eks. efter en tankerulykke. Det blev observeret i et laboratorieeksperiment med akvarier (Huesemann, Hausmann et al 2004), at beplantning med ålegræs (Zostera marina) bevirkede nedbrydning af 59 % af PAHerne (2- og 3-ringede samt fluoranthen) i løbet af 5 måneder, mens kun 24 % (og kun 2- og 3-ringede PAHer) blev nedbrudt uden planter. Nedbrydningen skete i de øverste 3 cm af sedimentet. Iltmålinger i sedimentet viste, at virkningen af planterne var baseret på en iltningseffekt af sedimentet ved planterødderne. Mikrobiel nedbrydning af PAHer anses som en aerob (ilt-krævende) process. Bortset fra de øverste få millimeter er sedimenter normalt anaerobe (uden ilt).

Også i grundvand anses iltmangel for at være hovedårsag til manglende nedbrydning af PAHer og andre olieprodukter. I modsætning til sedimenter forventer man dog ikke, at beplantning kan bevirke iltning af grundvand i betydeligt omfang, hvilket mest skyldes at grundvandet ligger dybt i jorden, og at rødderne normalt ikke vil vokse i den vandmættede zone. Det er derfor bemærkelsesværdigt, at in situ målinger på en kreosotforurenet grund både om sommeren og om vinteren viste kraftigt forøgede respiration af naphthalen i grundvandet under popler (Pitterle, Andersen et al 2005). På den samme grund viste en anden undersøgelse (Widdowson, Shearer et al 2005), at PAH koncentrationer i den øverste del af grundvandet og i jordprøver fra de tilsvarende mættede og umættede zoner begyndte at falde, så snart rødderne var kommet frem, dvs. efter den tredje vækstsæson, dog var nedbrydningen i løbet af 7 år stort set begrænset til naphthalen, acenaphthylen og acenaphthen, dvs. de let nedbrydelige 2- og 3-ringede PAHer. Desuden var alle PAH-koncentrationer efter 7 år uændrede i den nederste del af grundvandet, hvor der stadig lå en 30 cm tyk oliefase af kreosot. Dette betyder at in situ fytoremediering af kreosotolie-forureningen i grundvandet vil tage betydeligt længere end 7 år, sandsynligvis mange årtier, selv hvis man kun regnede med de letnedbrydelige 2- og 3-ringede PAHer. Den begrænsende faktor for PAH fjernelsen er frigivelse af PAH fra den koncentrerede oliefase. Situationen i dette amerikanske studie minder om det danske feltforsøg i Vassingerød, hvor PAHerne også ligger koncentreret i et jordlag med en forurenet oliefase, dog ligger forureningen i Vassingerød i den umættede zone.

Nogle af resultaterne fra de citerede laboratorieforsøg rejser spørgsmålet om, i hvilken udstrækning forbehandlingen (opgravning, homogenisering, påfyldning i potter, gødning, osv.) af forsøgsjorden har en ”priming effect” på fjernelse af forureningsstofferne, dvs. om forbehandlingen bevirker utilsigtet forøgelse af mikrobiel aktivitet, fotokemiske reaktioner samt fordampning af forureningsstoffer ved ødelæggelse af aggregater, belysning og lufttilføjelse. Spørgsmålet er altså i hvilken udstrækning resultater fra potteforsøg kan overføres til in situ behandling? Præcist dette blev undersøgt med jord fra en kreosot-forurenet grund (Joner, Hirmann et al 2004) med konklusionen, at ”priming effects” ofte har større betydning end effekten af den eksperimentelle beplantning. Derfor bør resultaterne fra potteforsøg til fjernelse af PAHer, tolkes forsigtigt, fordi den samlede PAH-fjernelse vha. planter er større, end det kan forventes ved in situ beplantning af en forurenet grund (altså feltforsøg, især feltforsøg uden bearbejdelse eller gødning af de eventuelt dybereliggende forurenede jordlag).

1.1.2 Olieprodukter

I et laboratorieforsøg med kunstig dieselforurening (Kim, Kang et al 2006), blev mikrobiel nedbrydning i løbet af 7 uger forøget fra 59 % til 83 % ved at så lucerne (Medicago sativa). Effekten skyldtes en betydelig forøgelse af antallet af jordbakterier (14 gange), især bakterier der nedbryder hydrokarboner (172 gange). Tilsvarende viste et jordløst laboratorieforsøg (Escalante-Espinosa et al. 2005), hvor jordforbedringsmidlet perlite var blevet kontamineret med olie fra en gammel olieforurening, at sump-planten Cyperus laxus voksede hurtigere, og at olienedbrydningen forgik dobbelt så hurtigt i løbet af 60 døgn, når planterne var podet med en blanding af olienedbrydende bakterier. Efter 180 døgn var oliefjernelsen 90 % vha. podede planter, og 85 % vha. ikke-podede planter. Dette viser, at podning med olienedbrydende bakterier i kunstige laboratoriesystemer i forsøgets indledende fase har en signifikant forbedrende effekt, hvilket fremhæver, at nedbrydningen er mikrobiel. Men det er tvivlsomt, om podning vil have en gavnlig effekt i en naturlig jord med en ældre forurening, hvor bakteriefloraen allerede har adapteret sig til forureningen. I et andet forsøg (Dominguez-Rosado & Pichtel 2004) i jord, som var kunstigt forurenet med 1,5 % brugt motorolie, medførte frøsåning en betydelig forøgelse af olienedbrydning i løbet af 150 døgn. Især en frøblanding af kløver (Trifolium pratense og Trifolium repens) og en frøblanding af solsikke og indisk sennep (Helianthus annus og Brassica juncea) var effektiv.

Effektiviteten nåede 100 %, hvis planterne samtidigt blev gødet med NPK. Gødning alene, dvs. jordbehandling uden planter, havde dog også en gavnlig effekt, hvilket stemmer overens med ældre erfaringer fra såkaldt ’landfarming’, hvor forurenet jord blev tilsat gødning, holdt fugtig og behandlet med en fræser for at fremme mikrobiel nedbrydning. I andre laboratorieforsøg (Liste & Felgentreu 2006; Liste & Prutz 2006), hvor der blev anvendt jord fra en gammel gasværksgrund, der var forurenet med petroleum-hydrokarboner (total petroleum hydrocarbons, TPH, op til 23.200 mg/kg) og PAHer (op til 2194 mg/kg), blev TPH og PAHer nedbrudt i kontrolprøver uden planter, mens beplantning af hamp, ærteblomster eller hvid sennep yderligere fremmede nedbrydning af TPH. Samtidigt blev antallet af TPH-nedbrydende bakterier i planternes rodzone forøget. I et feltforsøg blev piletræer (Salix viminalis) plantet i jord med et øvre lag af forurenet havneslam (Vervaeke, Tack et al 2005). Olieindholdet blev i løbet af 1,5 år reduceret med 57 %, og endda med 80 % i rodzonen af træerne, men kun med 15 % i den ikke-beplantede kontrol. Nedbrydning af PAHer i den samme jord, uden og med piletræerne, udgjorde 32 % i løbet af 1,5 år.

Der har været interesse for, om fytoremediering kan anvendes i troperne. I et laboratoriestudium blev nedbrydning af olien i løbet af 180 døgn fremmet ved de tropiske græsarter Brachiaria brizantha og Cyperus aggegatus i jord kunstigt kontamineret med 5 % tung råolie (Merkl, Schultze-Kraft et al 2005a). PAHerne, der var indeholdt i råolien, blev nedbrudt hurtigere i jord, der var beplantet med Brachiaria brizantha. I et andet laboratoriestudium (Sun, Lo et al 2004) blev adskillige hawaiiske plantearter testet for deres evne til at vokse i og fremme nedbrydningen af en kraftig (op til 10 g/kg) dieselforurening. Træerne kiawe (Prosopis pallida), milo (Thespesia populnea) og kou (Cordia subcordata) viste sig velegnede. Det interessante ved forsøget var, at de gavnlige effekter også blev observeret, når man brugte saltvand (1 % NaCl) til vanding af planterne. Salt hæmmer de fleste plantearter, men mange steder i verden indeholder jorden salt, og det kan i enkelte tilfælde blive svært at skaffe ferskvand til vanding ifm. fytoremedieringsprojekter.

1.1.3 Organiske tinforbindelser

Organiske tinforbindelser, som f.eks. tributyltin (TBT), er tidligere blevet brugt ved bundmaling af skibe. Havneslam, som er forurenet med TBT, anses for miljøfarligt affald og skal derfor behandles. Under aerobe forhold nedbrydes TBT langsomt ved dannelse af mellemprodukterne, di- og monobutyltin. Der forskes derfor i fytoremediering af deponeret havneslam, hvor planternes rolle vil være at fremme nedbrydningen af TBT, bl.a. ved at forbedre iltningen af slammet. I feltforsøg viste det sig at byg, hirse, raps, siv og en kløver-græs blanding var tilstrækkelig salttolerante til at blive dyrket i frisk deponeret havneslam (Novak & Trapp 2005). Under byg blev TBT nedbrudt betydeligt hurtigere. Der blev observeret minimal optagelse af TBT og dets mellemprodukter i bygplanterne, men ingen i bygkorn. Planterne viste ingen tegn på følsomhed overfor TBT. I separate laboratorieundersøgelser viste det sig, at TBT ikke kan optages i hybridpil (Salix viminalis x schwerinii) (Ciucani, Mosbæk et al 2004), og at TBT ikke er toksisk overfor hybridpil (Trapp et al 2004).

Det må konkluderes, at TBT forureninger sandsynligvis ikke kan fjernes ved fytoekstraktion – fordi TBT ikke optages i planter -- men at der kan anvendes bygplanter til at fremme mikrobiel nedbrydning (fytoremediering) af TBT i deponeret havneslam.

1.1.4 Cyanid

Cyanidforurenet jord forekommer på gasværksgrunde samt på gamle grunde fra den galvaniske industri og guldindustrien. Selvom cyanid er ekstremt giftigt, kan planter optage cyanid og omdanne det til en aminosyre, dvs. til noget ugiftigt (Trapp & Christiansen 2003; Larsen et al 2005). Omdannelsen i planter fremmes af varme, men optagelsen er lige så hurtig ved lavere temperaturer (Yu, Trapp et al 2005). Planter kan optage og fjerne cyanid fra jorden mindst så hurtigt som den opløses i jordvandet. Dette betyder, at vegetation ikke kun kan anvendes til fyto-ekstraktion af cyanid-forurenet jord, men også til ”fytostabilisering” (mere om fytostabilisering nedenfor).

Det bemærkelsesværdige ved anvendelse af vegetation på cyanidforurenet jord er, at cyanid virker som kvælstofgødning for planterne. Ved fyto-ekstraktionsprojektet på Søllerød gasværk er poplernes vækst fremragende, og på Hasselager genbrugsplads voksede pil tydeligt bedst på de delarealer, hvor cyanidforurening var kortlagt. Der findes dog endnu ikke tilstrækkelige erfaringer for, hvor lang tid det vil tage at oprense jorden for cyanid. Pga. af de kemiske forhold ved cyanidforbindelser i jord er det forventet, at frigivelseshastigheden af cyanid fra den bundne til den frit tilgængelige form er den begrænsende faktor, og at rensningsprocessen derfor vil tage mange år. Anvendelse af vegetation til fytostabilisering af cyanid ser dog lovende ud.

1.1.5 MTBE

Methyl-tert-butylether (MTBE) er blevet brugt som tilsætningsstof i blyfri benzin og har i en periode været det mest producerede syntetiske stof i verden. Ved spild af benzin kan grundvand blive forurenet med MTBE, hvorefter vandet ikke længere kan drikkes, især pga. lugtgener. Anvendelse af planter til rensning af vand for MTBE er derfor blevet undersøgt. Det viste sig, at hverken MTBE eller dets mellemprodukt, tert-butylalkohol, ved realistiske koncentrationer er toksiske overfor hybridpil (Salix viminalis x schwerinii) (Trapp et al 2003) eller hængepil (Salix babylonica L.) (Yu & Gu, 2006). Desuden findes der intet tegn på nedbrydning af MTBE i planter. Men det viste sig, at træer, f.eks. fyr (Pinus sp.) (Arnold, Parfitt & Kaltreider 2007) eller hybrid popler (Ma, Richter et al 2004) hurtigt optager MTBE for derefter at fordampe det som en del af deres normale transpiration.

Dette betyder, at vegetation kan anvendes til fyto-ekstraktion af MTBE, og at afgrøderne ikke vil indeholde MTBE, fordi den er fordampet fra planterne. Mulighederne for in situ jordrensning vil dog være begrænsede, idet MTBE fordeler sig i grundvandet. Det er sjældent, at planterødder vokser i grundvand. Anvendelse af vegetation til fytostabilisering af MTBE kunne dog være en mulighed. Ligeledes er rensning af vand for MTBE i rodzoneanlæg eller ”constructed wetlands” en nærliggende mulighed, i forbindelse med overfladevand.

1.2 Fytoremedieringens gavnlige effekt (rensnings-mekanisme)

Der er enighed om, at fytoremediering af hydrofobe organiske stoffer er baseret på et samspil mellem planterne og nedbrydende bakterier i rodzonen (Trapp & Karlson 2001; Sheng & Gong 2006). Hvordan præcist samspillet fungerer, er endnu ikke helt afklaret, dog har det i flere feltforsøg vist sig, at jordens fysisk-kemiske egenskaber kan have stor indflydelse (Sung, Munster et al 2004). Men det er også blevet påpeget, at hver enkelt planteart danner sin egen type af f.eks. phenanthren-nedbrydende (Rugh, Susilawati et al 2005) eller diesel-nedbrydende (Palmroth, Munster et al 2005) bakterieflora. Afklaring af dette kan have betydning for, hvilken planteart man vælger for hvilke stoffer, og for hvilken type jord.

I et laboratorieforsøg med en gammel PCB-forurenet jord skete der en langsom nedbrydning af PCB efter beplantning med piletræer, dog kun hvis trærødderne var blevet podet med en særlig rodzone-koloniserende PCP-nedbrydende bakterie (Aguirre et al 2007). Podning af bakterier på jord uden planter havde ingen gavnlig effekt. PCB, især fra gamle forureninger, er svært nedbrydelig, og derfor antyder resultatet, at samspillet mellem planterødder og rodzone-bakterier kan blive særligt vigtig, når jorden er forurenet med tungt nedbrydelige organiske forureninger.

Virkningen af lucerne, strand-svingel, byg og hundegræs på nedbrydning af anthracen blev sammenlignet i et laboratoriestudium (Kim, Park et al 2004). Anthracen er forholdsvis svært nedbrydelig i jord pga. dets lave opløselighed i vand (Karlson et al 2006), og det viste sig, at lucerne kan fremme nedbrydningen af anthracen ved at opløse stoffet i jorden vha. udskillelse af rodeksudater. Et andet laboratoriestudium (Mayer, Fernqvist et al 2007) har afprøvet rodeksudater fra pil med et negativt resultat, hvilket støtter formodningen om, at virkningen er afhængig af plantearten.

I et andet laboratoriestudium blev det undersøgt, hvilken effekt rodeksudater fra flere forskellige plantearter har på bakterier, der kan nedbryde PAHer. Det viste sig, at rodeksudater faktisk kan nedsætte aktiviteten på enkeltcelle-niveau af de gener, der er ansvarlige for nedbrydning af naphthalen (Kamath, Schnoor et al 2004) og phenanthren (Rentz, Alvarez et al 2004). Men samtidig stimulerer rodeksudater bakterievæksten og det totale antal af bakterier forøges så meget, at den samlede bakterielle nedbrydningsaktivitet forøges. På den anden side blev bakteriel cometabolisme af benzo(a)pyren stimuleret af rodeksudater fra bl.a. hybridpil (Salix alba x matsudana), men ikke af salicylsyre, som ellers er anset som en aktivator af PAH-nedbrydningsgener (Rentz, Alvarez et al 2005). De forskellige resultater bekræfter hinanden, idet de begge dokumenterer en gavnlig virkning af rodeksudater på bakterievæksten. I overensstemmelse med disse resultater antyder flere undersøgelser, at planterødderne bevirker en forøgelse af antallet af alle bakterier i PAH-forurenet jord, men at antallet og aktivitet af PAH-nedbrydende bakterier ikke målrettet bliver fremmet (Liao & Xie 2006; Chen & Banks 2004). Til gengæld viser et laboratorieforsøg med kraftig TPH-forurenet jord (31 g/kg) samt flerårig rajgræs og lucerne, at planterødderne bevirker en ændring i sammensætning af jordens mikrobielle samfund, således at antallet af bakterielle TPH-nedbrydere stiger i forhold til ikke-nedbrydere (Kirk, Klironomos et al 2005). I jord med svag bufferkapacitet kan pH-værdien falde pga. af syreproduktion under nedbrydning af TPH, hvilket kan resultere i, at det er TPH-nedbrydende svampe, der forholdsvist bliver fremmet (Merkl, Schultze-Kraft et al 2006). Det er vigtigt at fastholde, at det kun er levende planter, der har disse virkninger på jordens mikroflora og ikke rådnende plantematerialer. Der har nemlig været en del spekulation over, om rådnende rødder ligeledes kan stimulere mikrobiel nedbrydning, men dette er i to laboratorieforsøg blevet afvist (Parrish, Banks et al 2005a; Mueller & Shann 2006). Faktisk havde rådnende rødder den modsatte virkning på PAH-nedbrydning.

I jord vokser en del plantearter i symbiose med mykorrhiza-svampe. Mykorrhizaen bevirker, at planterne vokser bedre, fordi svampene forbedrer planternes nærings- og vandoptag. Det er derfor et oplagt spørgsmål, hvilken effekt tilstedeværelse af mykorrhiza har på nedbrydning af forureningsstoffer. I et laboratorieforsøg med mykorrhiza-svampen uden planter i PAH-forurenet jord bevirkede svampen, at nedbrydningen gik langsommere (Joner, Leyval et al 2006); dette skyldtes sandsynligvis, at svampen optog næringsstofferne, så de nedbrydende bakterier kom til at mangle dem. I praksis vil man kunne undgå sådan en situation ved at gøde jorden i tilstrækkelig omfang. I andre laboratorieeksperimenter (Gamal 2005; Rabie 2004; Liu, Luo et al 2004) ved dyrkning af flere forskellige plantearter i kunstigt forurenet jord, fandt man at PAH-nedbrydningen blev forøget af tilstedeværelse af mykorrhiza. Dette skyldtes, at plantevæksten var kraftigere, hvilket gav jordbakterierne et forbedret grundlag til nedbrydning af PAHerne. En tilsvarende forbedring af nedbrydning af råolie ved bønneplanter (Vicia faba) i ørkensand blev opnået ved at pode rødderne med plantevækstfremmende bakterier, fordi planterne blev større og udviklede en større rodbiomasse (Radwan, Dashti et al 2005). Den samme effekt blev opnået ved simpelthen at gøde en tropisk græsart, der blev brugt til fytoremediering af råolie (Merkl, Schultze-Kraft et al 2005b). Det er vigtigt at bemærke, at man i almen landbrugspraksis ikke behøver pode planter med mykorrhiza-svampe, fordi svampene i forvejen findes i jorden. Men på en forurenet gammel industrigrund bør man måske inkludere podning af frø eller stiklinger med mykorrhiza.

Det er en nærliggende tanke, at større planter virker bedst, fordi de har et større rodnet, og fordi nedbrydningen foregår i rodzonen. Dette viste sig at være korrekt i laboratorieforsøg med flere forskellige plantearter og med jord, der var forurenet med PAHer (Parrish, Banks et al 2004) og med tung råolie (Merkl, Schultze-Kraft et al 2005c). Nedbrydningen foregik hurtigst ved planterne med det største rodnet.

1.3 Optag af organiske forureninger i planter

Det er blevet undersøgt om optag af olieprodukter, PAHer eller PCBer i planter kan bidrage til rensning af jord for disse forureninger. Modelberegninger har vist, at dette ikke vil være af kvantitativ betydning (Trapp & Karlson 2001), og forskellige (bl.a. de i det følgende afsnit nævnte) målinger har vist det samme. Men i forbindelse med risikovurderingen af konkrete fytoremedierings-projekter er det vigtigt at forudsige, om overjordiske plantedele kommer til at indeholde PAHer eller PCBer fra jordforureningen. I laboratorieforsøg (White, J. C., Z. D. Parrish, et al. 2006) med jord med en gammel, dog kraftig Aroclor 1268 forurening (105 mg/kg), blev 1 mg/kg PCB akkumuleret i stænglerne af hvid lupine (Lupinus albus), 6-10 mg/kg i græskar (Cucurbita pepo ssp. ovifera) og agurk (Cucumis sativus), og 22 mg/kg i zucchini (Cucurbita pepo ssp. pepo). I en tilsvarende undersøgelse med PAH-forurenet jord (36,3 mg/kg) fra en gammel gasværksgrund fandt de samme forfattere mellem 0,2 og 2 mg/kg PAHer akkumuleret i stænglerne og bladene af græskar, agurk og zucchini (Parrish, White et al 2006). Ved dyrkning af flere andre plantearter i PAH-forurenet jord har man målt PAH-indholdet i de overjordiske plantedele og beregnet den såkaldte biokoncentrationsfaktor (BCF), dvs. forholdet mellem koncentrationen i planten og i jorden. Det viser sig, at BCF ikke er konstant, men er afhængig af den enkelte planteart og den enkelte PAH-type. Desuden er BCF-værdierne stærkt afhængig af koncentrationen i jord, fordi man ved lavere jordkoncentrationer beregner højere BCF-værdier. Eksempelvis anvender et studium (Gao & Zhu 2004) jord med 133 mg/kg phenanthren og 172 mg/kg pyren og finder ved dyrkning af 12 forskellige plantearter BCF-værdier for de overjordiske plantedele på mellem 0,006 og 0,12 for phenanthren, og på mellem 0,004 og 0,12 for pyren. I andre studier beregnede man for papegøjeamarant (Amaranthus tricolor L.) BCF-værdier for de overjordiske plantedele for phenanthren på mellem 0,95 og 0,12 (svarende til 7,5-456,5 mg/kg i jord) (Ling & Gao 2004), for pyren på mellem 0,52 og 0,08 (svarende til 8,0-488,7 mg/kg i jord) (Ling & Gao 2004), og for pyren i rajgræs (Lolium perenne L.) på mellem 4,1 og 0,2 (svarende til 4-365 mg/kg i jord) (Xu, Chen et al 2005). Idet BCF beregninger er baseret på tørvægt, er den masse af PAHer, der faktisk er ekstraheret fra jord og overført til de overjordiske plantedele, forholdsvis lille, selvom BCF-værdierne ved første indtryk virker høje (Trapp 2006). Usikkerheden i bestemmelse af BCF-værdierne fremhæver desuden problematikken, der ligger i eksperimentelt og matematisk at anvende koncentrationer af hydrofobe organiske forureninger i jord i stedet for kemiske aktiviteter, hvilket i andre sammenhæng også er blevet udpeget som et alvorligt konceptuelt problem (Reichenberg & Mayer 2006).

Forskningen i hele dette område er langt fra afsluttet. Eksempelvis er det muligt, at de omtalte BCF-målinger er urealistiske, fordi de alle er blevet gennemført med unge planter, dvs. at dyrkningsforsøgene blev afsluttet efter 28-60 døgn. Unge rødder, der kun er et par timer eller dage gamle, er mindre selektive mht. optagelse af organiske stoffer end ældre rødder, og det er tænkeligt, at forsøgsresultaterne ville være anderledes, hvis målingerne var blevet gennemført på ældre planter. En rapport om indholdet af PAHer i strandsvingel (Festuca arundinacea) og staudehirse (Panicum virgatum) efter 12, og i zucchini (Cucurbita pepo) efter 3 måneders dyrkning i potter med en kraftigt PAH-forurenet jord fra en gasværksgrund (Cofield, Schwab & Banks 2007a) viste at, i græsplanterne fandtes der ikke navneværdige PAH-koncentrationer, og i zucchini var PAHer under detektionsgrænsen. Ligeledes viste en feltundersøgelse, at koncentrationer af PCBer i den naturlige vegetation på en PCB-forurenet grund (op til 153 mg/kg) gennemgående var lave; den højeste koncentration blev fundet i strandsvingel (Festuca arundinacea) med 0,8 mg/kg, hvilket svarede til en BCF på 0,006 (Pavlikova, Macek et al 2007). Modelberegninger har vist, at den primære eksponeringsvej for overjordiske plantedele overfor hydrofobe organiske jordforureninger er gennem luften, dvs. resultatet af forsøgene er stærkt afhængig af, i hvilken udstrækning stofferne kunne nå bladene ved at fordampe fra jorden og diffundere ind i bladene. Det er indlysende, at laboratorieforsøg, der typisk gennemføres i vækstkamre, nemt kan medføre forøget optag fra jord til planter via luften.

Planter kan også uskadeliggøre monocykliske aromatiske ringforbindelser (Mithaishvili, Scalla et al 2005). Så forskellige plantearter som majs (Zea mays L), havebønner (Phaseolus vulgaris L.), ærter (Pisum sativum L.) og græskar (Cucurbita pepo L.) kan udnytte stoffer som nitrobenzen, anilin og benzoesyre i deres stofskifte og omdanne det til CO₂. Hvis planter også kan nedbryde polycykliske aromatiske ringforbindelser, vil dette have stor betydning for vores vurdering af risikoen, der udgøres af afgrøder fra fytoremedieringsprojekter. Indtil videre må det dog konkluderes, at man i forbindelse med risikovurdering bør være forsigtig, hvad angår indholdet af organiske forureninger i planter, som er blevet dyrket på forurenede grunde. Dyrkning af afgrøder, der indgår i fødekæden, bør derfor indtil videre udelukkes.

1.4 Effekt af jordforureninger på plantevækst

Det er en forudsætning for succesfuld fytoremediering, at de organiske forureninger i jorden ikke hæmmer plantevæksten væsentligt. I et laboratorieforsøg med jord fra en gasværksgrund (Liste & Felgentreu 2006) var væksten af rajgræs, ærteblomster og hvid sennep efter 95 døgn reduceret med 50 % pga. forurening med TPH (1517 mg/kg) og PAHer (71,4 mg/kg). Til sammenligning lykkedes det i et feltforsøg af 8 måneders varighed (Huang, El-Alawi et al 2005) at undgå en toksisk effekt af 5 % TPH (slam fra et olieraffinaderi) i jorden ved at pode planterne med vækststimulerende bakterier. Tid og planteart er åbenbart vigtige faktorer, idet flere publikationer nævner, at nogle planter begyndte at vokse senere. Eksempelvis døde tropiske bælgeplanter i et laboratorieforsøg, der var baseret på frisk forurening med 5 % tung råolie, indenfor 2 måneder, mens tropiske græsarter i de første 3 måneder voksede langsommere, men til gengæld i de efterfølgende 3 måneder hurtigere (Merkl, Schultze-Kraft et al 2005a). I andre laboratorieforsøg var opvæksten af en blanding af solsikke og indisk sennep (Helianthus annus og Brassica juncea) efter 150 døgn størst i jord, som var kunstigt forurenet med 1,5 % brugt motorolie (Dominguez-Rosado & Pichtel 2004), og bønneplanter (Vicia faba) voksede bedst i sand, der var forurenet med op til 1 % råolie (Radwan, Dashti et al 2005). Et større feltforsøg med prærie-vegetation i Mexico viste, at anvendelse af op til 150 g/kg råolie ikke havde en varig effekt på planternes overlevelse, selvom væksten var nedsat ved de høje koncentrationer; dog fremmede olien spiring af vilde arter, og resultatet var en forøget diversitet af vegetationen (Rivera-Cruz & Trujillo-Narcia 2004). Forurening med diesel er tidligere blevet beskrevet som ikke-toksisk overfor hybrid-piletræer (Salix viminalis x schwerinii) i laboratorie- og feltforsøg (Trapp et al 2001).

Sammenfattende må vi konkludere at organiske forureninger i jorden ikke hæmmer plantevæksten væsentligt, men til gengæld i nogle tilfælde endda fremmer den.

1.5 Fytostabilisering og vedvarende teknologi

Ved at anvende flere forskellige biologiske toksicitetstest, bl.a. overlevelse af regnorm og spiring af salatfrø, blev jordens toksicitet målt under og efter fytoremediering (Cofield, Schwab et al 2007b). Toksiciteten blev kraftigt nedsat som følge af fytoremediering, det var dog ikke relateret til den totale PAH-koncentration; dvs. toksiciteten var nedsat, fordi fytoremediering blev gennemført, ikke fordi jordens PAH indhold faldt. Der er siden kommet en klar erkendelse af, at toksiciteten af PAHer i jord er relateret til de enkelte PAH-typers kemiske aktivitet og ikke til deres koncentration (Mayer & Holmstrup 2008). Det kan formodes, at den omtalte toksicitetsnedsættelse under fytoremediering skyldes, at fytoremedieringsprocessen fjerner den frit tilgængelige fraktion af forureningen (Reichenbach & Mayer 2006).

Størrelsen af den frit tilgængelige fraktion er direkte relateret til den kemiske aktivitet, og det er derfor en nærliggende hypotese, at stoffets kemiske aktivitet vil tendere mod nul, når den frit tilgængelige fraktion af et stof fjernes ved fytoremediering. Dette kan man forestille sig som en dynamisk proces, hvorved de PAHer, der med tiden bliver frigivet fra jordens bundne fraktion (bliver frit tilgængelige), løbende bliver nedbrudt vha. fytoremediering. Hypotesen bliver støttet af en undersøgelse med PAH-forurenet jord (36,3 mg/kg) fra en gammel gasværksgrund, hvor PAHer, der blev akkumuleret i stænglerne og bladene fra græskar, agurk og zucchini, var faldende over fire vækstperioder (Parrish, White et al 2006), hvilket betyder, at de planter, der blev dyrket i frisk jord, fandt høje kemiske aktiviteter af PAHer (høje koncentrationer af frit tilgængelige PAHer) i jord, mens efterfølgende planter oplevede en meget reduceret frit tilgængelig PAH-fraktion i jorden pga. effekten af planterne fra den forrige vækstperiode.

Modelberegninger baseret på en matematisk model, der specielt blev udviklet for fytoremediering af organiske forureninger (Sung, Corapcioglu et al 2004), forklarer situationerne, hvor vegetation ikke er i stand til at fremme nedbrydningen. Det er situationerne, hvor jordens mikrobielle aktivitet allerede er høj uden planter, eller hvor nedbrydningshastigheden er begrænset af frigivelseshastigheden fra den bundne fase af forureningsstofferne. I stedet for at opfatte disse situationer som en begrænsning af fytoremediering, kunne man også se dem som en fordel: Hvis det kun er den frit tilgængelige (accessible) fraktion, der løbende bliver nedbrudt, og hvis det lykkes at forøge nedbrydningsraten af den frit tilgængelige fraktion vha. fytoremediering til det maksimalt mulige, så betyder det også, at der til enhver tid kun er en minimal frit tilgængelig fraktion tilstede, hvilket er ensbetydende med lav kemisk aktivitet og lav toksicitet af de pågældende stoffer. Præcist dette blev undersøgt i et laboratorieforsøg med PAH-forurenet jord af 12 måneders varighed (Parrish, Banks et al 2005b); den frit tilgængelige fraktion af PAHerne blev bestemt ved at ekstrahere jordprøver vha. harpiks, og det viste sig, at beplantet jord indeholdt betydeligt mindre frit tilgængeligt PAH end jord uden planter.

En del gamle industrigrunde er forurenet med både organiske og uorganiske stoffer. I et 39-måneders feltforsøg med fyrretræer (Pinus sylvestris) og hybridpoppel (Populus deltoides x wettsteinii) på jord, som var forurenet med TPH (op til 11,4 g/kg) og tungmetaller, blev toksiciteten af tungmetallerne overfor planterne reduceret ved anvendelse af kompost (Palmroth, Koskinen et al 2006). Det virkede, fordi tungmetallerne blev bundet til humus i komposten, så tungmetal-koncentrationerne i jordens vandige fase og i planterne var kraftigt nedsat. Dette bevirkede også en stærkt reduceret nedsivning af tungmetallerne i jorden. Komposten var ellers blevet anvendt som gødning til træerne og for at fremme jordens kvalitet i forbindelse med plantning af træerne. Den anførte fytostabilisering af tungmetaller er et eksempel på en sidegevinst ved fytoremediering. Tidligere havde forskerne håbet på at kunne rense tungmetalforurenet jord vha. fytoekstraktion. Erkendelsen af, at fytoekstraktion af tungmetaller foregår alt for langsomt, har nu overbevist forskerne om, at vegetation bør bruges til fytostabilisering af tungmetalforurenet jord. Denne anvendelse af vegetation er ellers ikke omfattet af nærværende litteratursammendrag.

Vi må konkludere, at der ligger gode muligheder for praktisk anvendelse af vegetation til fytostabilisering af forurenede grunde.

1.6 Fyto-oprensning og vedvarende energi

I forbindelse med observerede klimaændringer er der pres på industrilandene for at nedbringe deres CO₂-udslip. En mulighed for at gøre det er at bruge biobrændsel til biler og el-værker. F.eks. kan energi-pil i løbet af 1 vækstsæson producere biobrændsel, der kan anvendes i el-værker med et nettoenergi-udbytte (dvs. energiudbytte efter at energiforbruget for dyrkning og høst er fratrukket) på 137 GJ/ha (Jørgensen & Dalgaard 2004). Dette svarer til energiindholdet af 3,3 tons fossil brændstof. Andre plantearter, der producerer forholdsvis store mængder af biomasse per hektar og år, er poppel og hamp. Hamp er dog ikke en flerårig plante, og bør derfor muligvis fravælges. Vore danske erfaringer med feltforsøg på forurenede grunde viser, at det er besværligt at etablere vegetation på gamle industrigrunde, fordi de fleste af dem ikke har fertil overfladejord, ligesom landbrugsmarker har. Derfor bør man regne med minimum et års forsinkelse i etablering af vegetationen, i forhold til landbrugsjord. Det giver sig selv, at etårige plantearter derfor ikke er egnede til de fleste fyto-oprensningsprojekter.

Det citerede energiudbytte for pil er beregnet for landbrugsjord. På forurenede grunde vil udbyttet være mindre, især i starten. I vore danske feltforsøg har vi desværre ikke målt høstmængden af biobrændsel, men på lokaliteterne ”Valbyparken” og ”Vassingerød” vurderer vi, at pile- og poppeltræerne var mindre kraftige, end hvis de var blevet dyrket på landbrugsjord.

Mens det ikke er hensigtsmæssigt at udnytte forurenet jord til produktion af fødevarer, er der tydeligvis et lovende fremtidsperspektiv i dyrkning af energiafgrøder (Rockwood, Naidu et al 2004; Adl 2008; Weih 2004). Der kan derfor være en stor fremtidig nytteværdi i at sammenholde, hvilke energiafgrøder man har skabt gode erfaringer med ifm. fytoremediering og/eller fytostabilisering. Fra de ovenfor citerede erfaringer ser det ud til, at pil og poppel er velegnede til fytoremediering eller fytostabilisering af jord, som er forurenet med PAH, dieselolie, råolie, motorolie, cyanid, MTBE og måske PCB.