Pencemaran arsenik dalam tanah dan air menjadi masalah alam sekitar dan kesihatan di banyak negara. Menariknya, satu spesies paku pakis, Pteris vittata, mempunyai keupayaan luar biasa untuk menyerap arsenik dari tanah dan menyimpannya dalam pelepahnya. Keupayaan ini menjadikannya calon utama untuk fitoremediasi, iaitu penggunaan tumbuhan untuk membersihkan pencemaran.
Artikel ini meneliti kajian tentang keupayaan Pteris vittata mengumpul arsenik, ujian lapangan jangka panjang, serta had teknologi ini.
Penyerap Hiper Arsenik Pertama
Penemuan. Satu ulasan menyatakan P. vittata ialah penyerap hiper (hyperaccumulator) arsenik pertama yang ditemui berkembang secara semula jadi [1]. Satu kajian di China menyatakan penyerap hiper ini pertama kali ditemui di China melalui tinjauan lapangan dan penanaman rumah hijau [2].
Corak luar biasa. Kajian di China mendapati turutan kandungan arsenik dalam bahagian paku pakis ialah daun > tangkai daun > akar, yang berbeza sama sekali daripada tumbuhan biasa [2]. Dalam penanaman rumah hijau di tanah tercemar dari kawasan perlombongan, daun mengumpul arsenik sehingga 5,070 mg/kg berat kering [2].
100 kali ganda. Satu ulasan menyatakan paku pakis ini mengumpul arsenik dalam pelepahnya sehingga kira-kira 100 kali ganda kepekatan dalam tanah [3]. Menuai pelepah secara berturut-turut membuang arsenik dari tanah dengan gangguan tapak dan kos yang rendah [3].
Mengapa Ia Mengumpul Arsenik?
Satu ulasan mencadangkan arsenik sebenarnya memberikan manfaat kepada P. vittata, termasuk menggalakkan pertumbuhan dan pertahanan [4]. Pengkaji membuat hipotesis bahawa paku pakis ini telah berevolusi dengan keupayaan menyerap dan memindahkan arsenik yang kuat untuk mendapatkan manfaat tersebut [4]. Ia juga membangunkan keupayaan menyimpan arsenik dalam vakuol untuk menyahtoksik arsenik berlebihan [4].
Kajian genetik telah mengenal pasti rangkaian yang terdiri daripada enam famili pengangkut utama dan laluan ketahanan dalam paku pakis ini [5].
Ujian Lapangan Jangka Panjang
8 tahun di Jepun. Satu kajian di ladang pertanian tercemar arsenik berhampiran lombong emas terbiar di timur laut Jepun menanam P. vittata setiap musim bunga dan menuainya setiap musim luruh selama 8 tahun [6]. Dapatannya [6]:
-
Kepekatan arsenik dalam pelepah kekal pada 100 hingga 150 mg/kg berat kering.
-
Lebih 2.82 kg arsenik sehektar dibuang dari ladang.
-
Jumlah arsenik dalam tanah tidak menunjukkan pengurangan yang signifikan.
-
Namun, arsenik larut air, iaitu bentuk yang mudah diserap tanaman, menurun ke paras standard kualiti alam sekitar Jepun.
3 tahun dengan bakteria. Satu ujian lapangan selama tiga tahun mendapati inokulasi bakteria Pseudomonas vancouverensis meningkatkan biojisim, kepekatan arsenik dan pengumpulan arsenik dalam paku pakis [7]. Namun, trend ini kadangkala menurun, mungkin disebabkan kepekatan arsenik tanah yang lebih rendah dan jumlah hujan [7].
Bakteria tanah tempatan. Satu kajian mendapati lebih banyak bakteria tahan arsenik di sekitar akar paku pakis berbanding tanah tanpa tumbuhan, dan sesetengah bakteria berpotensi dibangunkan untuk meningkatkan fitoremediasi [8].
Membersihkan Air Bawah Tanah
Satu kajian di Amerika Syarikat mendapati satu pokok P. vittata yang ditanam dalam 600 mL air bawah tanah mengurangkan kepekatan arsenik daripada 46 kepada kurang 10 ?g/L dalam 3 hari [9]. Paku pakis muda lebih cekap berbanding yang tua [9]. Namun, penambahan nutrien fosfat mengurangkan keupayaan penyingkiran arsenik dengan ketara [9].
Spesies Lain
Satu kajian mendapati Pteris multifida, paku pakis zon sederhana, dapat menyingkirkan 90% plumbum, 50% arsenik dan 36% kadmium dalam ujian hidroponik jangka panjang [10]. Spesies ini juga dapat menyerap arsenik(III), bentuk arsenik yang paling toksik, yang tidak dapat diserap oleh P. vittata dalam ujian jangka pendek [10].
Kajian terhadap 10 spesies paku pakis mendapati Nephrolepis cordifolia dan Hypolepis muelleri berpotensi untuk fitostabilisasi tanah yang tercemar tembaga, plumbum, nikel atau zink [11]. Dalam kajian ini, P. vittata bertolak ansur dengan kadmium, kromium dan tembaga, tetapi tidak mengumpul secara hiper logam tersebut [11].
Had Teknologi
Bergantung kepada tanah. Kajian terhadap 21 tanah tercemar arsenik di UK mendapati penyingkiran arsenik oleh tiga tanaman berturut-turut P. vittata hanya antara 0.1% hingga 13% daripada jumlah arsenik tanah [12]. Tanah dengan fosfat tersedia yang tinggi mengurangkan penyerapan arsenik [12].
Terhad kepada tanah kurang tercemar. Satu ulasan menyimpulkan fitoekstraksi seperti yang diamalkan sekarang terhad kepada tanah dengan kepekatan arsenik yang rendah [3]. Penanaman P. vittata juga terhad oleh iklim [3].
Masa yang panjang. Kajian 8 tahun di Jepun tidak menunjukkan pengurangan jumlah arsenik tanah yang signifikan [6], menunjukkan fitoremediasi memerlukan masa yang sangat lama.
Amaran Keselamatan
Paku pakis yang digunakan untuk fitoremediasi mengumpul arsenik pada kepekatan tinggi dalam pelepahnya, seperti yang ditunjukkan dalam kajian di atas, jadi ia tidak sesuai dijadikan makanan.
Bagi peladang yang tanahnya disyaki tercemar, gunakan hanya racun perosak berdaftar dengan Lembaga Racun Makhluk Perosak dan ikut arahan label. Dapatkan nasihat Jabatan Pertanian dan MARDI tentang ujian tanah dan pemulihan tanah.
Kesimpulan
Pteris vittata ialah penyerap hiper arsenik pertama yang ditemui, mampu mengumpul arsenik dalam pelepahnya sehingga 100 kali ganda kepekatan tanah. Ujian 8 tahun di Jepun berjaya mengurangkan arsenik larut air ke paras standard, walaupun jumlah arsenik tanah tidak berkurang dengan ketara. Keberkesanan bergantung kepada jenis tanah, kandungan fosfat dan iklim, dan teknologi ini paling sesuai untuk tanah yang kurang tercemar. Paku pakis ini menawarkan kaedah pembersihan yang murah tetapi memerlukan masa yang panjang.
Penafian: Artikel ini untuk pengetahuan umum berdasarkan ringkasan kajian dan bukan nasihat profesional.
Rujukan
[1] Qing-En Xie, Xiulan Yan et al. (2009). The arsenic hyperaccumulator fern Pteris vittata L. Environmental science & technology. DOI: 10.1021/es9014647. https://consensus.app/papers/details/229eac3f5dba5ce7aee26ea1dcb0c3fa/
[2] Tong-Bin Chen, M. Lei et al. (2020). Arsenic Hyperaccumulator Pteris vittata L. and Its Arsenic Accumulation. SpringerBriefs in Environmental Science. DOI: 10.1007/978-981-15-7820-5_1. https://consensus.app/papers/details/8198cd9abe3851809532620480bd3bef/
[3] S. Matzen and C. Pallud (2022). Critical Perspectives on Soil Geochemical Properties Limiting Arsenic Phytoextraction with Hyperaccumulator Pteris vittata. Geosciences. DOI: 10.3390/geosciences13010008. https://consensus.app/papers/details/5c22455f4ddd5d228e012fc75e9ef49e/
[4] Fei Zhao, Yu Han et al. (2023). Arsenic in the hyperaccumulator Pteris vittata: A review of benefits, toxicity, and metabolism. The Science of the total environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.165232. https://consensus.app/papers/details/0fbdf42daeec5b3d857684a1c68d280c/
[5] Hui-Li Yan, Yiwei Gao et al. (2019). Potential use of the Pteris vittata arsenic hyperaccumulation-regulation network for phytoremediation. Journal of hazardous materials. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.01.072. https://consensus.app/papers/details/bdaadc5d664b56d18f39c33a98b3ccdc/
[6] Y. Kohda, G. Endo et al. (2022). Arsenic uptake by Pteris vittata in a subarctic arsenic-contaminated agricultural field in Japan: An 8-year study. The Science of the total environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154830. https://consensus.app/papers/details/db92e35d07d157e480f27de6024e6bdd/
[7] Chong-Yang Yang, Ying-Ning Ho et al. (2020). Long-term effectiveness of microbe-assisted arsenic phytoremediation by Pteris vittata in field trials. The Science of the total environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140137. https://consensus.app/papers/details/4c62330d61265cf0922410d7e32b24e7/
[8] R. Abou-Shanab, Prince P. Mathai et al. (2020). Indigenous soil bacteria and the hyperaccumulator Pteris vittata mediate phytoremediation of soil contaminated with arsenic species. Ecotoxicology and environmental safety. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110458. https://consensus.app/papers/details/315921b49ffe546dbb9176c59df9fb56/
[9] S. Tu, L. Ma et al. (2004). Phytoremediation of Arsenic-Contaminated Groundwater by the Arsenic Hyperaccumulating Fern Pteris vittata L. International Journal of Phytoremediation. DOI: 10.1080/16226510490439972. https://consensus.app/papers/details/c41757a200ab5726b84b66b20a58e9c0/
[10] Farzana Rahman, K. Sugawara et al. (2018). Arsenic, lead and cadmium removal potential of Pteris multifida from contaminated water and soil. International journal of phytoremediation. DOI: 10.1080/15226514.2017.1375896. https://consensus.app/papers/details/2155d4548c345cd6b66121fdf761a943/
[11] A. Kachenko, Balwant Singh, and N. Bhatia (2007). Heavy metal tolerance in common fern species. Australian Journal of Botany. DOI: 10.1071/bt06063. https://consensus.app/papers/details/ea95c69e9bd45bfb9eec2831f7e297d5/
[12] P. Shelmerdine, C. Black et al. (2009). Modelling phytoremediation by the hyperaccumulating fern, Pteris vittata, of soils historically contaminated with arsenic. Environmental pollution. DOI: 10.1016/j.envpol.2008.12.029. https://consensus.app/papers/details/a66eeb91dc005fa6a3db0256ca55d457/
Kata Kunci
paku pakis, Pteris vittata, arsenik, fitoremediasi, pencemaran tanah
