5.1 Scelta della pianta
La scelta della specie fitoriparatrice è il fattore principale che influenza la portata della rimozione di metallo. Sebbene il potenziale per l’estrazione di metallo sia di primaria importanza, anche altri criteri, come la protezione dell’ecosistema, devono essere considerati quando si scelgono le piante riparatrici. Come regola generale, le specie native sono preferite alle piante esotiche, che possono essere invasive e mettere in pericolo l’armonia dell’ecosistema. Per impedire la propagazione di specie selvatiche, si preferiscono in genere le colture, anche se alcune colture possono essere troppo appetitose e rappresentare un rischio per gli animali da pascolo.
Il grado di rimozione del metallo dipende dalla biomassa raccolta e dalla concentrazione del metallo in essa. Una delle controversie più discusse nel settore si riferisce alla scelta delle specie rimediatici: iperaccumulatrici di metallo e comuni specie non accumulatrici.
Nelle comuni specie non accumulatrici il basso potenziale per la bioconcentrazione di metallo è spesso compensata dalla produzione di biomassa (Ebbs e al., 1997). Chaney e al. (1999) hanno analizzato il grado di rimozione di Zn e Cd e sono arrivati alla conclusione che le colture non accumulatrici non rimuovono abbastanza metallo per sostenere la fitoestrazione. In più, questi autori affermano che in molti siti la contaminazione del metallo è abbastanza alta da causare tossicità alle specie da coltura e una significativa riduzione della biomassa. A supporto di questo, alcune linee innate di mais (una delle colture più
produttive) che sono state identificate possono accumulare alti livelli di Cd (Chaney e al., 1999).
Alcune specie, come Apocynum cannabinum, Ambrosia artemisiifolia, Carduus nutans e Commelina communis hanno proprietà accumulatrici di Pb (Berti e Cunningham, 1993). Sono state sviluppate pratiche per aumentare il potenziale delle comuni piante non accumulatrici per la fitoestrazione di Pb. In particolare, le proprietà che inducono l’assorbimento di chelanti sintetici offrono la possibilità di usare colture altamente produttrici di biomassa per la fitoestrazione di Pb. In condizioni indotte da chelanti, il mais (Huang e Cunningham, 1996) e la mostarda indiana (Blaylock e al., 1997) sono stati usati con successo per togliere Pb rispettivamente dalla coltura in soluzione e dal terreno contaminato.
Per la riparazione dei terreni contaminati in superficie, sarebbe appropriato usare quelle specie di piante dalla radice poco profonda, mentre piante con radice profonda sarebbero ottime per una contaminazione più profonda.
5.2 Fertilizzazione e trattamento del terreno
La fitoriparazione è essenzialmente un approccio agronomico ed il suo successo dipende dalle pratiche agronomiche applicate al luogo. L’importanza dell’uso di pratiche agronomiche efficaci è stato discusso da Chaney e al. (1999). Questi autori hanno studiato l’effetto dell’acidificazione del terreno sulla fitoestrazione di Zn e Cd e hanno proposto l’uso di (NH4)2SO4 come additivo del terreno per fornire i nutrienti (N e S) necessari per un alto rendimento, e per acidificare il terreno per aumentare la biodisponibilità ai metalli. Si dovrebbe considerare che possono esserci alcuni effetti negativi associati con l’acidificazione del terreno. Per esempio, a causa della crescente solubilità, alcuni metalli tossici possono lisciviare nell’acqua del terreno, creando un ulteriore rischio ambientale. Chaney e al. (1999) hanno indicato che seguendo la fitoestrazione del metallo, nel terreno può essere introdotta calce per portare il pH vicino a un valore neutro, così che possa recuperare i normali usi agricoli e lo sviluppo dell’ecosistema. Comunque, un prematuro uso di calce può accrescere la capacità del terreno per l’adsorbimento di metalli e diminuire il potenziale per la fitoestrazione.
Possiamo aspettarci un simile effetto a seguito dell’aggiunta di fertilizzanti organici. Inoltre, l’aumento del pH può stimolare la formazione di ioni di idrossido di metallo, come ZnOH+, che è maggiormente assorbito dal terreno. Il fosforo è uno dei maggiori nutrienti, e le piante rispondono in modo favorevole all’applicazione di P accrescendo la produzione di biomassa. L’aggiunta di P, comunque, può anche inibire l’assorbimento dei maggiori contaminanti metallici, come il Pb, a causa della precipitazione come piromorfite e cloropiromorfite (Chaney e al., 2000). Ciò sottolinea l’importanza di trovare nuovi approcci per l’applicazione. Un’alternativa potrebbe essere l’applicazione al fogliame. Questo metodo potrebbe portare a un miglioramento dello stato della pianta da P senza inibire la mobilità di Pb nel terreno.
5.3 Semina
Come già detto più volte l’estensione dell’estrazione del metallo dipende dalla quantità di biomassa della pianta prodotta. Un importante fattore che controlla la produzione di biomassa è la densità di semina. La densità di semina influenza sia il raccolto per pianta che il raccolto per ettaro. In generale, una più alta densità tende a ridurre al minimo il raccolto per pianta e a rendere al massimo il raccolto per ettaro. E’ anche probabile che la densità influenzi il concetto di crescita e sviluppo della pianta. Per esempio, a un alto livello di densità, le piante competeranno più vigorosamente per la luce. Un lungo periodo di crescita può essere benefico se l’assorbimento e l’accumulo del metallo nella pianta dipendono dai processi di crescita. In più, la distanza tra le piante può probabilmente influenzare l’architettura del sistema delle radici con possibili ulteriori implicazioni sull’assorbimento del metallo. Comunque, l’effetto di questa interazione è sconosciuto e attende di essere studiato.
5.4 Rotazione delle colture
Un altro principio agronomico, che è stato dimenticato dalla ricerca sul fitorecupero, è la rotazione delle colture. A causa della proliferazione di erbacce, predatori e malattie, che possono causare una notevole riduzione del raccolto, le
colture, incluse quelle usate per il recupero del terreno, devono essere ruotate. In generale, le colture sono ruotate meno frequentemente di 30 anni fa.
La monocoltura (uso della stessa specie in stagioni consecutive) a breve termine (2-3 anni) può essere accettata per il fitorecupero dal metallo. Comunque, per applicazioni a lungo termine, come sono anticipati molti progetti di fitoestrazione di metallo, è improbabile che si possa raggiungere una ripulitura di successo solo con una specie di recupero usata esclusivamente in monocoltura. La rotazione delle piante è perfino più importante quando sono progettate colture multiple all’anno.
5.6 Mantenimento della coltura: controllo dei pesticidi e irrigazione
Il controllo delle erbacce e l’irrigazione sono le principali pratiche di mantenimento della coltura. Le erbacce possono essere controllate con metodi meccanici o chimici. Gli erbicidi possono essere applicati prima o dopo l’apparizione delle specie di fitorecupero. L’applicazione degli erbicidi precedente al danno assicura un buon controllo delle erbacce, veloce apparizione, e stabilimento di piante selezionate. Gli erbicidi (applicati dopo) controllano le erbacce che si presentano più tardi nella stagione nascente. Poiché l’assorbimento di metallo nelle radici dipende dal movimento della soluzione dal terreno alla superficie della radice, mantenere un’adeguata umidità del terreno è importante. A seconda del clima locale, l’irrigazione può essere richiesta per raggiungere un’adeguata umidità del terreno. Il volume di acqua trasportato deve essere considerato attentamente. Questo volume deve compensare le perdite dovute all’evaporazione e alla traspirazione. Un eccessivo trasporto d’acqua non solo dà grossi costi di operazione, ma può anche diminuire la crescita della pianta e abbassare la percentuale di estrazione di metallo. Anche il metodo di irrigazione deve essere considerato attentamente. Per esempio, le perdite dovute all’evaporazione sono ridotte al minimo quando l’acqua è trasportata a bassa pressione direttamente al terreno, come attraverso gocciolamento. Inoltre, questo metodo avrà poco effetto sull’umidità dell’aria. In contrasto, l’acqua trasportata sotto pressione da un annaffiatoio eleverà l’umidità dell’aria e forse inibirà la traspirazione della foglia. Visto che il movimento della linfa contenente metallo
dalla radice ai germogli dipende dalla traspirazione, il trasporto e il grado di accumulo di metallo nei germogli può essere quindi influenzato.
5.6 Manipolazione ed eliminazione dei rifiuti contaminati
Un concetto associato con l’applicazione della fitotecnologia è la manipolazione ed eliminazione dei rifiuti contaminati delle piante. Il bisogno di raccogliere la biomassa contaminata, e possibilmente disporre di questa come rifiuto casuale soggetto agli standard RCRA, crea un costo aggiuntivo e rappresenta un potenziale passo indietro nella tecnologia. Una soluzione è l’eliminazione della biomassa contaminata in una discarica regolare. Per diminuire la manipolazione, processo di lavorazione ed eventuali costi di discarica, il volume del rifiuto può essere ridotto con mezzi termali, microbiologici, fisici o chimici. Con alcuni metalli (Ni, Zn e Cu), il valore del metallo recuperato può fornire un ulteriore incentivo per la fitoestrazione. Chaney e al. (1999) hanno proposto l’incenerimento della biomassa della pianta per concentrare ulteriormente il biominerale. Questi autori hanno mostrato che il valore del metallo recuperato nella biomassa poteva fronteggiare il costo della tecnologia. In più, Watanabe (1997) ha mostrato che Zn e Cd, recuperati da un tipico sito contaminato, poteva avere un valore di rivendita di $1.060/ettaro.
5.7 Necessità della ricerca
La ricerca futura dovrà indirizzarsi verso l’ottimizzazione delle pratiche agronomiche per portare al massimo il potenziale di ripulitura delle piante da recupero. Poiché in molte istanze l’assorbimento di metallo nelle radici è limitato dalla bassa solubilità nella soluzione di terreno, è importante studiare ancora l’uso di ammendanti chimici per indurre una maggiore biodisponibilità del metallo. Risultati significativi sono stati ottenuti in questa area. Comunque, c’è bisogno di trovare componenti chimici più economici benevoli per l’ambiente e con proprietà chelanti per il metallo. Inoltre è necessario identificare le specie fitoriparatrici capaci di essere ruotate per sostenere il grado di estrazione del metallo. Maggiori informazioni sono necessarie per ottimizzare il tempo del raccolto. Inoltre, le piante devono essere raccolte prima che il grado di accumulo del metallo declini.
Questo porterà al minimo la durata di ciascun ciclo di crescita e permetterà a più colture di essere raccolte nella stagione di crescita.