Canapa e metalli pesanti: come ripulire i terreni in modo sostenibile.

La Canapa sativa L., dopo anni di proibizionismo, è stata recentemente rivalutata grazie ai numerosi studi di ricerca che hanno portato alla luce le sue effettive potenzialità in campo medico e tessile, oltre che in settori innovativi, come la bioedilizia, la produzione di biomateriali e il fitorisanamento. La potenziale polivalenza della canapa ha portato la giurisprudenza ad una necessaria revisione legislativa che sostenesse il rientro di tale coltura sul mercato e nell’industria. Con la crescita continua delle problematiche legate all’inquinamento da metalli pesanti e indrocarburi, in Italia e nel mondo, a causa delle più svariate attività umane, l’utilizzo della canapa nella tecnica del fitorisanamento ha assunto un ruolo particolarmente interessante per la possibilità offerta da queste specie di abbinare la riqualificazione del terreno ad un riutilizzo industriale della biomassa vegetale. La sua corretta valorizzazione attraverso processi di bioraffinazione per il recupero sequenziale di prodotti utili, necessita di una approfondita conoscenza dei processi di assorbimento, traslocazione e compartimentalizzazione degli inquinanti nei diversi organi della pianta.

La problematica dei metalli pesanti nell’ambiente

I metalli pesanti sono elementi chimici ampiamente diffusi nell’ambiente, molti dei quali rappresentano microelementi essenziali per il funzionamento degli organismi animali e vegetali. Gli elementi che determinano più frequentemente fenomeni di inquinamento a causa dei loro molteplici impieghi industriali sono: Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Rame (Cu), Manganese (Mn), Molibdeno (Mo), Nichel (Ni), Piombo (Pb), Selenio (Se), Zinco (Zn), Ferro (Fe), Mercurio (Hg) e Stagno (Sn).

Le possibili fonti di metalli pesanti possono essere di origine naturale o antropica. La principale fonte naturale è il substrato geologico. I metalli pesanti si trovano naturalmente nel suolo, in genere a basse concentrazioni, come risultato della degradazione e dei processi pedogenetici che hanno agito sulle rocce dalle quali il suolo si è sviluppato. In genere le argille e gli scisti sono tra le rocce sedimentarie a maggior contenuto di questi elementi.

Concentrazioni maggiori sono quasi sempre dovute a diverse attività antropiche, come l’applicazione di fanghi, fertilizzanti e pesticidi nei quali i metalli si trovano come impurezze, scorie di allevamenti intensivi (1); la metallurgia, la produzione di energie; la microelettronica e l’eliminazione dei rifiuti; le emissioni industriali; la gestione impropria di sostanze pericolose (es. errato stoccaggio); la non corretta dismissione di siti industriali, militari, minerari; gli sversamenti accidentali; la dispersione di rifiuti industriali, urbani, militari nell’ambiente; il traffico veicolare (2). Ad esempio durante la combustione dei carburanti e dei lubrificanti necessari ai mezzi di trasporto si libera Pb, mentre l’usura degli pneumatici diffonde Zn: in entrambi i casi vi è associata una liberazione di Cd.

Molti studi hanno mostrato che i metalli pesanti sono estremamente persistenti nell’ambiente, non biodegradabili e facilmente accumulabili nell’organismo a livelli tossici. Anche basse concentrazioni di metalli pesanti sono tossiche perché non esiste un buon meccanismo per la loro eliminazione dal corpo. I metalli pesanti possono accumularsi nel suolo a livelli fitotossici, soprattutto nei terreni a basso pH, questo riduce la crescita delle piante e favorisce la loro entrata nella catena alimentare quando le piante sono consumate come alimento da animali.

Il contenuto totale degli elementi dipende dalle proprietà chimico-fisiche del suolo e e del metallo, quindi dalla loro solubilità. Pb, Zn, Cu e As sono gli elementi più frequentemente studiati per quanto riguarda i potenziali rischi dovuti alla loro presenza nel suolo. Il Pb è classificato nella lista degli inquinanti prioritari dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti con carcinogenicità B (probabile cancerogeno per l’uomo) (3)

Piante iperaccumulatrici e fitorimedio

Nel valutare la dinamica dei metalli nel sistema suolo-pianta è da considerare che le specie vegetali mostrano una diversa capacità di assorbire i metalli pesanti dal terreno e traslocarli all’interno della pianta, in funzione sia del tipo di metallo sia della specie vegetale stessa (4). Le piante, in genere, non accumulano microelementi oltre il loro fabbisogno, ma alcune piante fanno

eccezione e quando i livelli di metalli nel terreno sono molto alti, in queste piante, le radici, le foglie e i germogli giocano un ruolo fondamentale dell’accumulo di metalli ben oltre le loro necessità fisiologiche (5). Il processo attraverso il quale sostanze tossiche si accumulano all’interno di un organismo animale o vegetale, in concentrazioni superiori a quelle riscontrate nell’ambiente circostante prende il nome di “bioaccumulo”; quando le sostanze tossiche

sono metalli pesanti si parla più precisamente di iperaccumulo. Le piante iperaccumulatrici sono in grado di crescere su suoli metalliferi o da questi inquinati, senza mostrare alcun sintomo di fitotossicità. Tale adattamento eco-fisiologico, sebbene non sia ancora stato pienamente chiarito, si ipotizza che agisca come un mezzo di difesa contro gli agenti patogeni delle piante, e ne prevenga la predazione. Tali risposte includono immobilizzazione, esclusione, chelazione e compartimentazione degli ioni metallici, e l’espressione di molecole coinvolte nei meccanismi generali di risposta allo stress come l’etilene. Anche la formazione di polichelatina è uno dei fattori cruciali che favoriscono comportamento iperaccumulatorio.

Le piante iperaccumulatrici hanno attirato particolare interesse a causa del loro potenziale impiego nella decontaminazione del suolo inquinato da metalli pesanti. Esistono diversi meccanismi associati con il fitorisanamento: fitoestrazione, fitovolatilizzazione, rizofiltrazione e fitodegradazione.

La fitoestrazione è un meccanismo in cui le radici delle piante assorbono l’acqua sotterranea contaminata e quindi la trasportano dalle radici alle varie parti della pianta.

La fitovolatazione è una tecnica in cui i metalli del suolo vengono assorbiti dalle radici delle piante e dal processo di traspirazione vengono rilasciati nell’ambiente. Questo processo funziona solo quando i metalli sono di natura volatile (Hg e Se). La rizofiltrazione è una tecnologia economicamente competitiva nel trattamento di acque superficiali o sotterranee contenenti basse ma significative concentrazioni di metalli pesanti come Cr, Pb e Zn.

La rizofiltrazione può essere utilizzata per i metalli (Pb, Cd, Cu, Ni e Cr) che vengono trattenuti solo all’interno delle radici. È una tecnica progettata per la rimozione di metalli in ambienti acquatici.

La fitodegradazione, nota anche come fitotrasformazione, è un processo in cui la degradazione dei contaminanti avviene attraverso i processi metabolici all’interno della pianta o nelle immediate vicinanze della pianta attraverso le associazioni simbiotiche delle radici delle piante.

L’utilizzo della Canapa

Tra le specie iperaccumulatrici, che sono circa 400 tra alberi, colture, specie erbacee e cespugli, mettiamo in evidenza l’uso della canapa. In realtà la canapa è considerata una pianta metallo-tollerante ma non iperaccumulatrice, ciò nonostante è in grado di estrarre quantità considerevoli di metalli dal terreno in relazione alla rilevante quantità di biomassa prodotta che può arrivare anche a 13 tonnellate di peso secco per ettaro (6). Inoltre qualità della fibra non è influenzata negativamente dall’assorbimento di metallo, offre perciò ulteriori usi finali della biomassa.

Recentemente sono stati condotti diversi studi per la quantificazione dei metalli, essenziali e non, nelle foglie di alcune piante medicinali (7), tra cui alcune varietà di canapa coltivata in diversi paesi. Nelle ricerche svolte in Pakistan i metalli pesanti (Cr, Pb, Cu, Cd, Ni e Zn) sono stati determinati in C. sativa L. e nel terreno della zona di coltivazione. Nelle diverse parti della pianta, compresa la radice, gambo e foglie, è stata riscontrata una quantità di metalli pesanti metalli corrispondenti al loro contenuto nel suolo (8). In un’altra ricerca, condotta sulla distribuzione di metalli pesanti in piante di C. sativa L. provenienti dalla Nigeria, i risultati hanno dimostrato che i metalli Cd, Cr, Fe, Ni, Pb e Hg tendevano a concentrarsi maggiormente nella foglia rispetto al seme (9). Durante lo studio è stata osservata una elevata reattività della canapa allo stress da metalli pesanti con un aumento di fitochelatina, GSH e contenuto di DNA, suggerendo la capacità di C. sativa L. di evitare il danno cellulare attivando diversi meccanismi molecolari, come il sequestro del metallo nella parete cellulare e/o nei vacuoli.

L’utilizzo di vari supplementi di canapa come alimento ha portato l’attenzione sui potenziali effetti negativi che potrebbero essere causati dalla capacità della pianta di accumulare metalli. Tuttavia, altri studi suggeriscono che l’uso di queste specie vegetali nell’alimentazione ed a fini medicali non causa tossicità da metalli pesanti (8), poiché i livelli di metalli pesanti determinati nei campioni analizzati restano sotto il limite massimo consentito.

Gli studi di Mankowski et al. (1994)(10), Baraniecki et al. (2001)(11), che affermano che le rese di steli e semi di canapa non sono stati influenzati in modo considerevole dalla coltivazione in terreni inquinati o degradati, infatti i metalli pesanti presi in esame mostrano una concentrazione inferiore nel fusto, rispetto agli altri organi della pianta. Questo fatto è di cruciale importanza per un ulteriore utilizzo industriale della biomassa contaminata. La possibilità di un’ulteriore trasformazione industriale renderà la canapa una coltura economicamente interessante per gli agricoltori interessati alla tecnologia della fitoestrazione.

La canapa potrebbe essere utilizzata nell’industria tessile, nell’industria della carta e della cellulosa, nell’industria dell’edilizia e dei mobili, nell’industria chimica e così via. Solo un eventuale aumento del contenuto di metalli pesanti nei materiali di lavorazione dell’abbigliamento rappresenterebbe un rischio salutare e dovrebbe essere attentamente monitorato. Fabbricare carta dalla canapa comporta un vantaggio anzitutto per la sua enorme produttività di massa vegetale, e in secondo luogo perché la si può ottenere da un’unica coltivazione, insieme alla fibra tessile, ai semi, alle foglie e al legno del fusto.

Bibliografia

1. Alloway B. J., 1995. Heavy Metals in Soils. Trace metals and metalloids in soils and their bioavailability. Prima edizione. Enviromental Pollution. 22.

2. Adriano D. C., 2001. Trace Elements in Terrestrial Environments: Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. Seconda edizione. Springer. 867.

3. Matini L., Ongoka P. R. & Tathy J. P., 2011. Heavy metals in soil on spoil heap of an abandoned lead ore treatment plant, SE Congo-Brazzaville. African Journal of Environmental Science and Technology. 5: 89-97.

4. Taiz L. & Zeiger E., 1996. Fisiologia vegetale. Piccin Editore

5. Girdhar M., Sharma N. R., Rehman H., Kumar A. & Mohan A., 2014. Comparative assessment for hyperaccumulatory and phytoremediation capability of three wild weeds. 3 Biotech. 4: 579-589. Ghosh M. & Singh S. P., 2005.

6. Deleuran L., 2005. Yield Potential of Hemp (Cannabis sativa L.) Cultivars in Denmark. Journal of Industrial Hemp. 10: 19-31

7. Dubale A. A., Chandravanshi, B. S. & Gebremariam K. F., 2015. Levels of major and trace metals in the leaves and infusions of Croton macrostachyus. Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia. 29: 11-26.

8. Khan M. A., Wajid A., Noor S., Khattak F. K., Akhtar S. & Rehman I., 2008. Effect of soil contamintion on some heavy metals content of C. sativa L. Journal Chemical Society Pakistan. 6: 805-809.

9. Zerihun A., Chandravanshi B. S., Debebe A. & Mehari B., 2015. Levels of selected metals in leaves of C. sativa L. cultivated in Ethiopia. SpringerPlus. 4: 359.

10. Mankowski J., Grabowska L. & Baraniecki P., 1994. Hemp and flax cultivated on the soil polluted with heavy metals a biological purification of the soil and a raw material for the pulp industry. Acta Ecologica Sinica. 33: 1347-1356.

11. Baraniecki P. & Mankowski J., 1995. Hemp fibre as a raw material for paper production in the aspect of natural environment protection. Zemedelska Technika. 3: 85-88.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *