Công nghệ thực vật: Cây dương có khả năng làm sạch môi trường ô nhiễm

Dùng thực vật để làm sạch đất, nước

Phytoremediation là thuật ngữ chung cho nhóm những công nghệ sử dụng thực vật để tái tạo đất, bùn, trầm tích và nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và vô cơ độc hại. Phytoremediation được định nghĩa là sử dụng hiệu quả thực vật để loại bỏ, khử độc hoặc phong tỏa những chất gây ô nhiễm môi trường trong một quá trình tăng trưởng cây cối. Bằng cách sử dụng thực vật để làm sạch đất và nước bị ô nhiễm, phytoremediation được khẳng định là phương thức chống ô nhiễm thân thiện với môi trường và tạo cảnh quan tươi đẹp hơn.

Thực vật là sinh vật có khả năng trao đổi chất và hấp thụ dinh dưỡng độc đáo, có hệ thống vận chuyển có thể lấy chất dinh dưỡng hoặc chất gây ô nhiễm một cách chọn lọc từ ma trận tăng trưởng, đất hoặc nước. 

Phytoremediation liên quan đến việc trồng cây trong một ma trận môi trường phát triển bị ô nhiễm, qua một thời gian tăng trưởng cần thiết sẽ loại bỏ các chất gây ô nhiễm hoặc phong tỏa hay giải độc các chất ô nhiễm. Những thực vật này sau đó sẽ được thu hoạch, xử lý hoặc tiêu hủy trong một điều kiện có lợi hơn cho môi trường và cung cấp năng lượng.

Thực vật, được trồng trong vòng đời ngắn từ 20 năm trở xuống, đặc biệt là cây dương rất phù hợp với giải pháp phytoremediation do những đặc điểm di truyền (cây thường được lai tạo cho phù hợp với điều kiện phát triển, có thể chuyển những đặc điểm ưu thế qua các thế hệ), những đặc trưng sinh lý học (tăng trưởng nhanh, ra rễ rộng, sử dụng nhiều nước) và dễ dàng thực hiện các quy tắc trồng cây khác nhau trong môi trường (ví dụ, cắt rễ so với không cắt rễ, khoảng cách cây trồng...).

Các nhà nghiên cứu nhân giống cây dương, tạo ra các dòng cây nhân bản vô tính có những tính năng ưu việt, hoạt động tốt trong những điều kiện địa hình khác nhau hoặc phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu của một khu vực cụ thể. Các dự án phytoremediation hiện nay lựa chọn phương án quay vòng định kỳ nhằm đánh giá và lựa chọn các dòng thực vật nhân bản vô tính ưu việt, dựa trên hoạt động của cây và hiệu quả của chúng với những địa điểm và điều kiện ô nhiễm khác nhau.

Thay đổi lớn trong sản xuất nhiên liệu sinh khối

Lựa chọn các cây nhân bản vô tính để có hiệu suất vượt trội trong điều kiện địa hình cụ thể giúp tối đa hóa các dịch vụ mà  hệ thống phytoremediation cung cấp cho hệ sinh thái khu vực cụ thể. Một trong những thách thức chính đối với các chương trình phytoremediation là giám sát và thu thập dữ liệu dài hạn.

Trang WIREs Năng lượng và Môi trường công bố thông tin thu thập được từ dịch vụ hệ sinh thái của cây dương tại các địa điểm phytoremediation thời gian dài ở Trung Tây và Đông Nam nước Mỹ, giải quyết thách thức bằng việc công bố những dữ liệu làm sạch môi trường của các cây dương có độ tuổi 5-15 tuổi được trồng trong các đồn điền phytoremediation.

Công trình này sử dụng phương pháp nghiên cứu tiệm cận để tóm tắt dữ liệu cho hai dịch vụ hệ sinh thái (sản xuất nhiên liệu sinh khối và phân bổ carbon dưới đất) của cây dương trong 15 đồn điền phytoremediation dài hạn ở Mỹ. Tổng cộng có 55 cây dương được thử nghiệm, theo các nhà nghiên cứu, những cây dương này là tập hợp đa dạng lớn nhất của các chủng loại nhân bản vô tính, được thu thập dữ liệu nghiên cứu về các phytoremediation thời gian dài.

Sản xuất sinh khối và phân bổ carbon của cây dương tại các vị trí bị ô nhiễm cho thấy tương tự như các địa bàn không bị ô nhiễm. Ngoài ra, các đơn thuốc lâm sinh (công thức phát triển một loại dương nhân bản vô tính nhất định) cần được thử nghiệm trong các điều kiện và địa điểm khác nhau để có được lựa chọn tốt nhất nhằm tăng cường hơn nữa hiệu quả các dịch vụ cho hệ sinh thái.

Phytoremediation và phytotechnologists (công nghệ tế bào thực vật học) là phương pháp được sử dụng thành công trên toàn thế giới nhằm thu hẹp khoảng cách suy thoái sinh thái và sự phục hồi hệ sinh thái dọc theo ranh giới sự chênh lệch môi trường từ đô thị đến nông thôn.

Triển khai rộng rãi giải pháp phytoremediation sẽ làm thay đổi lớn trong sản xuất nhiên liệu sinh khối trên mặt đất, cô lập carbon trong đất, giảm đáng kể độ dốc sinh thái đô thị và nông thôn, từng bước trả lại sức sống cho đất bị ô nhiễm và phục hồi lại những hậu quả từ sự suy thoái trầm trọng của môi trường.