Pencemaran tanah dan air oleh arsenik merupakan isu alam sekitar dan kesihatan di banyak negara. Arsenik boleh datang daripada sumber semula jadi, aktiviti perlombongan, racun perosak lama dan industri. Kaedah konvensional untuk membersihkan tanah tercemar, seperti mengorek dan membuang tanah, sangat mahal. Di sinilah sejenis paku-pakis, Pteris vittata, menarik perhatian saintis. Ia mampu menyerap arsenik dalam jumlah yang sangat tinggi tanpa mati. Artikel ini meneliti potensi dan had paku-pakis ini sebagai “pembersih” tanah semula jadi.
Apa Itu Hiperakumulator?
Hiperakumulator ialah tumbuhan yang boleh bertolak ansur, memindahkan dan mengumpul kepekatan bahan pencemar yang sangat tinggi dalam tisunya [1]. Pteris vittata, juga dikenali sebagai paku-pakis brek Cina, ialah hiperakumulator arsenik semula jadi pertama yang dikenal pasti [2].
Sifat ini menjadikannya calon untuk fitoremediasi, iaitu teknik menggunakan tumbuhan untuk membersihkan pencemaran [1]. Fitoremediasi dianggap kaedah yang lebih mesra alam dan menjimatkan kos berbanding kaedah konvensional [3].
Berapa Banyak Arsenik yang Boleh Diserap?
Dalam eksperimen pasu, kepekatan arsenik tertinggi dalam daun P. vittata mencecah 13.3 g/kg berat kering apabila ditanam dalam tanah yang ditambah 1.0 g arsenat/kg [3]. Faktor bioakumulasi maksimum (27.3) dicapai pada tanah dengan kepekatan arsenik yang lebih rendah [3].
Ulasan terkini menjelaskan bahawa P. vittata mempunyai keupayaan menyerap dan memindahkan arsenik yang kuat, dan keupayaan menyimpan arsenik dalam vakuol daun yang membolehkannya mengumpul kepekatan yang sangat tinggi tanpa keracunan [4].
Membersihkan Air Bawah Tanah
Satu kajian di Amerika Syarikat menanam P. vittata secara hidroponik dalam air bawah tanah tercemar arsenik [5]. Satu pokok dalam 600 mL air bawah tanah menurunkan kepekatan arsenik daripada 46 kepada kurang 10 µg/L dalam masa 3 hari [5]. Pokok muda lebih berkesan berbanding pokok tua yang sama saiz, dan penambahan fosfat mengurangkan penyingkiran arsenik [5].
Ujian Lapangan Jangka Panjang
Jepun: 8 Tahun
Satu kajian di ladang pertanian tercemar arsenik berhampiran lombong emas terbiar di Jepun menanam P. vittata setiap musim bunga dan menuainya setiap musim luruh selama 8 tahun [6]. Dapatannya [6]:
Kepekatan arsenik dalam daun kekal sekitar 100–150 mg/kg berat kering.
Lebih 2.82 kg arsenik sehektar telah disingkirkan.
Arsenik larut air dalam tanah, iaitu bentuk yang mudah diserap tanaman, menurun kepada piawaian kualiti alam sekitar Jepun (10 µg/L).
Namun, jumlah arsenik dalam tanah tidak berkurangan dengan ketara.
P. vittata mengumpul lebih banyak arsenik berbanding Pteris cretica, paku-pakis asli setempat yang juga hiperakumulator.
United Kingdom: 21 Jenis Tanah
Kajian pada 21 tanah tercemar di UK mendapati tiga tuaian berturut-turut P. vittata menyingkirkan antara 0.1% hingga 13% daripada jumlah arsenik tanah [7]. Tanah yang menerima enap cemar kumbahan jangka panjang menunjukkan pengambilan arsenik yang lebih rendah kerana kandungan fosfat yang tinggi [7].
Faktor yang Mempengaruhi Keberkesanan
Pengambilan arsenik oleh P. vittata bergantung kepada faktor tanah dan tumbuhan [1]:
Faktor tanah: kepekatan arsenik, ketersediaan biologi, potensi redoks, kepekatan fosfat dan kehadiran bahan cemar lain.
Faktor tumbuhan: umur pokok, nutrisi, rembesan akar dan hubungan biologi.
Fitoremediasi paling berkesan di tanah dengan oksida besi/aluminium rendah, potensi redoks rendah dan fosfat tersedia yang rendah [1]. Bakteria tanah tertentu juga boleh membantu meningkatkan penyerapan arsenik oleh paku-pakis ini [3].
Bagaimana Paku-Pakis Ini Menyerap Arsenik?
Kajian molekul telah mula mendedahkan mekanisme di sebalik keupayaan luar biasa P. vittata. Satu ulasan menyatakan proses utama termasuk pengambilan arsenik melalui akar, penurunan arsenat kepada arsenit, pemindahan dari akar ke daun, dan penyimpanan dalam vakuol daun [4]. Ulasan yang sama mencadangkan bahawa arsenik mungkin memberi manfaat kepada paku-pakis ini, seperti merangsang pertumbuhan dan bertindak sebagai pertahanan unsur [4].
Ulasan kritikal oleh Luu dan rakan-rakan pula buat pertama kalinya menilai kapasiti P. vittata untuk memulihkan tanah tercemar dalam keadaan lapangan, dan membincangkan penyelesaian untuk meningkatkan keupayaan pemulihannya [8]. Pemahaman mekanisme ini membuka ruang untuk meningkatkan kecekapan fitoremediasi pada masa depan [2].
Had dan Cabaran
Walaupun menjanjikan, fitoremediasi mempunyai had:
Prosesnya perlahan; jumlah arsenik tanah mungkin tidak berkurangan dengan ketara walaupun selepas bertahun-tahun [6].
Keberkesanan sangat berbeza mengikut jenis tanah [7].
Daun yang dituai mengandungi arsenik tinggi dan perlu diurus dengan selamat.
Kaitan dengan Malaysia
Genus Pteris turut terdapat di Malaysia; contohnya, Pteris umbrosa dan Pteris cretica direkodkan sebagai rekod baharu di Hutan Simpan Ayer Hitam, Johor [9]. Namun, sumber yang dirujuk dalam artikel ini tidak melaporkan kajian fitoremediasi arsenik menggunakan P. vittata di Malaysia.
Panduan Praktikal
Jangan sesekali memakan paku-pakis yang tumbuh di kawasan tercemar, seperti bekas lombong atau tapak industri.
Bagi tapak tercemar, dapatkan nasihat Jabatan Alam Sekitar dan pakar sebelum memilih kaedah pemulihan.
Uruskan biojisim tumbuhan yang dituai dari tanah tercemar mengikut peraturan sisa.
Bagi petani, elakkan penggunaan racun perosak yang tidak berdaftar. Gunakan hanya racun perosak berdaftar dengan Lembaga Racun Makhluk Perosak dan ikut arahan label, serta dapatkan nasihat Jabatan Pertanian dan MARDI tentang kualiti tanah.
Kesimpulan
Pteris vittata ialah hiperakumulator arsenik semula jadi pertama yang dikenal pasti, mampu mengumpul arsenik sehingga lebih 13 g/kg dalam daunnya. Ia berkesan menurunkan arsenik dalam air bawah tanah dan arsenik larut air dalam tanah, seperti ditunjukkan dalam ujian lapangan 8 tahun di Jepun. Namun, prosesnya perlahan, keberkesanannya bergantung kepada jenis tanah, dan biojisim yang dituai perlu diurus dengan selamat.
Penafian: Artikel ini untuk pengetahuan umum berdasarkan kajian saintifik terpilih. Pemulihan tanah tercemar memerlukan penilaian pakar. Rujuk Jabatan Alam Sekitar atau pakar berkaitan untuk nasihat lanjut.
Rujukan
[1] Abioye O. Fayiga et al. (2016). Arsenic hyperaccumulating fern: Implications for remediation of arsenic contaminated soils. Geoderma. DOI: 10.1016/j.geoderma.2016.09.003.
[2] Qing-En Xie et al. (2009). The arsenic hyperaccumulator fern Pteris vittata L. Environmental science & technology. DOI: 10.1021/es9014647.
[3] R. Abou-Shanab 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.
[4] Fei Zhao 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.
[5] S. Tu et al. (2004). Phytoremediation of Arsenic-Contaminated Groundwater by the Arsenic Hyperaccumulating Fern Pteris vittata L. International Journal of Phytoremediation. DOI: 10.1080/16226510490439972.
[6] Y. Kohda 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.
[7] P. Shelmerdine 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.
[8] D. Luu et al. (2014). A Critical Review of the Arsenic Uptake Mechanisms and Phytoremediation Potential of Pteris vittata. International Journal of Phytoremediation. DOI: 10.1080/15226514.2013.798613.
[9] Farah Alia Nordin (2022). A Note on New Records of Ferns at Ayer Hitam Forest Reserve, Johor, Malaysia. Borneo Journal of Resource Science and Technology. DOI: 10.33736/bjrst.4656.2022.
