Untersuchung invasiver Pflanzen als Werkzeuge zur Beseitigung von Schadstoffen am Straßenrand

Hohe, dicht wachsende Phragmites und Rohrkolben (Typha) sind bekannte Pflanzen entlang von Autobahnen und Nebenstraßen im Norden der Vereinigten Staaten und gedeihen an salzigen Straßenrändern und degradierten Feuchtgebieten, die durch Chemikalien, die in den kälteren Monaten auf Straßen aufgetragen werden und als Enteisungsmittel bezeichnet werden, entstehen.

Kürzlich hat ein Forscherteam des UConn College of Agriculture, Health, and Natural Resources und der Loyola University Chicago beschlossen, zu untersuchen, ob diese invasiven Arten dazu beitragen können, einige der Salz- und Metallverunreinigungen entlang derselben Straßen zu entfernen. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Ökologische Technik.

Die außerordentliche Professorin des Ministeriums für natürliche Ressourcen und Umwelt, Beth Lawrence, hat mit Forschern in Loyola zusammengearbeitet, die sich für die Bewirtschaftung und Wiederherstellung von Feuchtgebieten in der Region der Großen Seen interessieren, und sich dabei vor allem auf invasive Pflanzenarten konzentriert. Nachdem Feuchtgebiete von großen, nährstoffliebenden und salztoleranten Arten wie Phragmiten und Rohrkolben befallen sind, werden die Bedingungen zu schattig und überfüllt, als dass einheimische Arten gedeihen könnten, was schließlich zu einer homogenisierten Umgebung führt, die die Lebensfähigkeit des Lebensraums der Wildtiere verringert, den Nährstoffkreislauf verändert usw verändert die Treibhausgasemissionen.

„Wenn diese invasiven Arten hinzukommen, verändern sie die Natur des Ökosystems. Wir sind daran interessiert, die Artenvielfalt zu fördern, und oft möchten Manager diese invasiven Arten loswerden“, sagt Lawrence.

Üblicherweise werden Herbizide eingesetzt, um invasive Pflanzen abzutöten, aber dieser Ansatz ist nur begrenzt wirksam, sagt Lawrence. Daher waren die Forscher daran interessiert, herauszufinden, ob mechanische Erntemethoden eine nachhaltige Option für die Wiederherstellung des Ökosystems sein könnten.

Lawrence sagt, dass nach dem Zweiten Weltkrieg die Menge der Streusalzausbringung exponentiell zugenommen hat und die Besorgnis über deren Auswirkungen auf die Umwelt wächst. Straßenrandökosysteme sind zunehmend salzhaltig und enthalten große Mengen an Schwermetallen wie Zink und Blei aus Autos und deren Emissionen. Die Chemie der Salzionen mobilisiert Schwermetalle im Boden, wodurch sie sich leichter in der Umwelt bewegen und Probleme verursachen können.

„Die Öffentlichkeit und Umweltverbände üben Druck aus, die Auswirkungen von Streusalz zu mildern. Als Gesellschaft fordern wir befahrbare Straßen nach Stürmen, aber es entstehen klare Kosten für die Umwelt. Sobald Streusalz in die Umwelt gelangt, kann es unsere Grundwasserleiter, das Grundwasser usw. verunreinigen Oberflächengewässer“, sagt Lawrence.

Sobald das Salz in der Umwelt ist, ist es sehr schwierig, es zu entfernen; Einige Pflanzen, die unter Brackwasserbedingungen wachsen, nehmen jedoch Salz auf und speichern es in ihrem Gewebe. Die Forscher fragten sich, ob Rohrkolben und Phragmiten entlang stark befahrener Straßen Salze und Metalle aufnehmen und wenn ja, ob die Ernte des Pflanzenmaterials die Schadstoffe in der Umwelt reduzieren würde.

Das Team arbeitete mit dem Illinois Tollway zusammen, um zehn Feuchtgebietsrückhaltebecken zu identifizieren, die alle zwischen einem halben und eineinhalb Hektar groß waren. Laut Lawrence ist das Einzigartige an dieser Studie der Umfang: Viele dieser Arbeiten wurden experimentell im Gewächshaus in kleinen Töpfen durchgeführt, aber die Forscher hier mussten mit Hektar Land arbeiten.

Die Standorte wurden alle entweder von Rohrkolben oder Phragmiten dominiert, und das Team schätzte die jeweiligen Prozentsätze. Die Hälfte der Standorte wurde nach dem Zufallsprinzip als Kontrollstandorte bestimmt und das Team erntete zwei Vegetationsperioden lang Biomasse von der anderen Hälfte. Sie haben vor Beginn des Experiments auch verschiedene Bedingungen gemessen, beispielsweise die Biomasse, die Bodenchemie und die Chemie des Pflanzengewebes.

Nach der Ernte analysierten die Forscher das Pflanzenmaterial auf Salze und Metalle und stellten fest, dass Rohrkolben Salze effektiver aufnahm und die höchsten Mengen im grünen Gewebe gespeichert waren.

„Pflanzen haben unterschiedliche Strategien im Umgang mit Salz und Rohrkolben ist ein Salzspeicher“, sagt Lawrence. „Dies macht sie zu einer idealen Zielpflanze für die Salzsanierung, insbesondere im grünen Gewebe, da wir im grünen lebenden Gewebe einen viel höheren Natrium- und Chloridgehalt festgestellt haben als in der veralterten Einstreu oder abgestorbenem Pflanzenmaterial aus früheren Jahren.“

Im Gegensatz dazu, sagt Lawrence, neigten Phragmiten dazu, Metalle besser anzusammeln und enthielten höhere Mengen an Zink und Kupfer, die gleichmäßig zwischen dem grünen und toten Gewebe gespeichert waren.

„Ihre Zielverunreinigung sollte bestimmen, wann und was geerntet werden soll. Wenn Sie sich auf Metalle konzentrieren, konzentrieren Sie sich vielleicht auf Phragmites, und Sie könnten wahrscheinlich im Winter ernten, wohingegen es sinnvoller ist, Rohrkolben während des Winters zu ernten, wenn Sie sich auf die Entfernung von Salzen konzentrieren.“ die Vegetationsperiode.

Diese Ergebnisse klingen vielversprechend, aber Lawrence sagt, wenn man die Menge an Salz, die jedes Jahr auf Straßen ausgebracht wird, mit der Menge an Salz vergleicht, die diese Pflanzen aufnehmen, ist diese Methode kein Allheilmittel für die Entfernung von Streusalzen und Metallen.

„Wir müssen uns wirklich darauf konzentrieren, die Salzmenge zu reduzieren, die wir diesem ohnehin schon sehr salzigen System zuführen“, sagt Lawrence. „Unter der Annahme, dass die Salzausbringungsraten zusammen mit unseren Schätzungen über das Wachstum der Biomasse berücksichtigt werden, würde eine vollständige Entfernung der gesamten oberirdischen Biomasse innerhalb eines Ein-Hektar-Beckens weniger als ein halbes Prozent der Salze entfernen, die entlang eines Ein-Hektar-Beckens ausgebracht wurden Kilometerabschnitt des Illinois Tollway. Der Prozentsatz der entfernten Salze hängt von der Ausbringungsrate, der Robustheit der Pflanzen und der Verweilzeit des Wassers ab.“

Glücklicherweise, sagt Lawrence, wird in vielen Gegenden von Connecticut weniger Salz auf die Straßen gegeben als auf Straßen im Raum Chicago, so dass durch die Ernte von Rohrkolben wahrscheinlich ein höherer Prozentsatz des Salzes in weniger städtischen Gebieten des Nutmeg State entfernt werden würde.

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist, was mit der kontaminierten Biomasse nach der Ernte geschehen soll.

„Bei unserer Arbeit im letzten Jahrzehnt, die sich mit invasiven Arten und der Biomasseernte befasst, haben wir verschiedene Möglichkeiten verfolgt, was wir daraus machen können. Wir versuchen, den Kreislauf zu schließen und nachhaltiger zu sein“, sagt Lawrence.

„Wir hatten Projekte, bei denen wir Pellets für Pelletöfen aus der Biomasse invasiver Arten hergestellt haben, und das ist potenziell machbar, aber es muss in großem Maßstab mit einem Industriepartner durchgeführt werden, um voranzukommen. Wir haben Biomasse invasiver Arten verwendet und.“ Ich habe es in anaeroben Fermentern im Mittleren Westen verdaut und es ist ein brauchbarer Rohstoff, aber es hängt wirklich davon ab, wo der Rohstoff oder die Biomasse gesammelt wird, denn das Potenzial für Verunreinigungen ist eine große Sache. Wenn sich Salz und Metall in Ihrem Pflanzengewebe befinden, müssen Sie es nicht tun. „Ich möchte es nicht unbedingt kompostieren und dann in einem Garten verteilen, weil man das Salz und die Metalle nur woanders verteilt, sondern nur das Problem verschiebt.“

Lawrence sagt, dass ihre wichtigste Botschaft aus dem Projekt darin besteht, dass Pflanzensanierung durch Ernten von Pflanzen entlang von Straßenrändern eine praktikable Strategie sein könnte, um die Salz- und Schwermetallfrachten weiter unten zu reduzieren, aber was wir wirklich tun müssen, ist, die Menge an Salz zu reduzieren, die wir tragen trägt in erster Linie zur Umwelt bei.

„Es braucht viel Energie, um die Ernteausrüstung zu betreiben und die Biomasse zu bewegen. Können wir dann die Schadstoffe aus der Biomasse entfernen? Ja, ich bin mir sicher, dass wir das könnten, aber auch hier wird es viel Energie kosten.“ Wir müssen vorsichtiger damit umgehen, wie viel Salz wir überhaupt in die Umwelt freisetzen, aber dies ist ein Werkzeug im Werkzeugkasten des Straßenbetreibers, um die Umweltqualität zu verbessern.“