Fitorremediação

Tradução e ampliação de: en.wikipedia.org - Phytoremediation 

As tecnologias de fitorremediação utilizam plantas vivas para limpar solo, ar e água contaminados com contaminantes perigosos.[Reichenauer, 2008] Elas são definidas como "o uso de plantas verdes e os microrganismos associados, juntamente com corretivos adequados do solo e técnicas agronômicas para conter, remover ou tornar inofensivos contaminantes ambientais tóxicos".[Das, 2018] O termo é um amálgama do grego phyto (planta) e do latim remedium (restabelecimento do equilíbrio). Embora atrativa pelo seu custo, a fitorremediação não demonstrou solucionar nenhum desafio ambiental significativo na medida em que o espaço contaminado tenha sido recuperado. 

Alguns metais pesados, como cobre e zinco, são removidos do solo ao subirem para as raízes das plantas. 

A fitorremediação é proposta como uma abordagem econômica de remediação ambiental baseada em plantas, que aproveita a capacidade das plantas de concentrar elementos e compostos do ambiente e de desintoxicar vários compostos sem causar poluição adicional.[Zhong, 2024] O efeito de concentração resulta da capacidade de certas plantas, chamadas hiperacumuladoras, de bioacumular substâncias químicas. O efeito de remediação é bastante diferente. Metais pesados ​​tóxicos não podem ser degradados, mas poluentes orgânicos podem ser, e geralmente são, os principais alvos da fitorremediação. Vários ensaios de campo confirmaram a viabilidade do uso de plantas para a limpeza ambiental.[Salt, 1998]  

Fundamentos

A remediação do solo é um processo caro e complexo. Os métodos tradicionais envolvem a remoção do solo contaminado, seguida de tratamento e devolução do solo tratado.[Liu, 2024; Plamann, 2025]  

A fitorremediação poderia, em princípio, ser uma solução mais econômica.[Ali, 2013] A fitorremediação pode ser aplicada a solos poluídos ou a ambientes aquáticos estagnados. Essa tecnologia tem sido cada vez mais investigada e empregada em locais com solos contaminados por metais pesados, como cádmio, chumbo, alumínio, arsênio e antimônio.[Fulekar, 2008] Esses metais podem causar estresse oxidativo nas plantas, destruir a integridade da membrana celular, interferir na absorção de nutrientes, inibir a fotossíntese e diminuir a clorofila das plantas.[Feng, 2013]  

A fitorremediação tem sido utilizada com sucesso na restauração de minas de metal abandonadas e em locais onde bifenilos policlorados foram despejados durante a fabricação e na mitigação de descargas contínuas de minas de carvão, reduzindo o impacto de contaminantes no solo, na água ou no ar.[Karangiya, 2021] Contaminantes como metais, pesticidas, solventes, explosivos e petróleo bruto e seus derivados têm sido mitigados em projetos de fitorremediação em todo o mundo.[Thijs, 2010; Karangiya, 2021] Muitas plantas, como mostarda, agrião-alpino, cânhamo e caruru, demonstraram ser eficazes na hiperacumulação de contaminantes em aterros de resíduos tóxicos. 

Nem todas as plantas são capazes de acumular metais pesados ​​ou poluentes orgânicos devido às diferenças na fisiologia da planta.[Lone, 2008] Mesmo cultivares dentro da mesma espécie têm diferentes habilidades para acumular poluentes.[Lone, 2008]  

Vantagens e limitações 

Vantagens 

• O custo da fitorremediação é menor do que o dos processos tradicionais, tanto in situ quanto ex situ.

• A possibilidade de recuperação e reutilização de metais valiosos (por empresas especializadas em "fitominagem").

• Preserva a camada superficial do solo, mantendo sua fertilidade.[Ali, 2013] 

• Aumenta a saúde do solo, a produtividade e os fitoquímicos das plantas.[Othman, 2018] 

• O uso de plantas também reduz a erosão e a lixiviação de metais no solo.[Ali, 2013] 

• Ruído, odor e perturbação visual são geralmente menores do que com métodos alternativos. A desgaseificação de plantas hiperacumuladoras é até mesmo protegida pela legislação ambiental em muitas áreas onde ocorre.

Limitações

• A fitorremediação limita-se à área de superfície e à profundidade ocupadas pelas raízes.

• Com sistemas de remediação baseados em plantas, não é possível impedir completamente a lixiviação de contaminantes para as águas subterrâneas (sem a remoção completa do solo contaminado, o que por si só não resolve o problema da contaminação).

• A sobrevivência das plantas é afetada pela toxicidade do solo contaminado e pelas condições gerais do solo.

• A bioacumulação de contaminantes, especialmente metais, nas plantas pode afetar produtos de consumo como alimentos e cosméticos, e requer o descarte seguro do material vegetal afetado.

• Ao absorver metais pesados, às vezes o metal se liga à matéria orgânica do solo, o que o torna indisponível para a planta extrair.[Audet, 2007; Aryal, 2024] 

• Algumas plantas são muito difíceis de cultivar ou têm crescimento muito lento para torná-las viáveis ​​para fitorremediação, apesar de seu status de hiperacumuladoras. A engenharia genética pode melhorar as propriedades desejáveis ​​em espécies-alvo, mas é controversa em alguns países.

Processos

Uma série de processos mediados por plantas ou algas são testados no tratamento de problemas ambientais:[Kafle, 2022] 

Fitoextração 

Fitoextração (ou fitoacumulação ou fitosequestração) explora a capacidade das plantas ou algas de remover contaminantes do solo ou da água para biomassa vegetal colhível. Também é usada para a mineração de metais, como compostos de cobre (II). As raízes absorvem substâncias do solo ou da água e as concentram acima do solo na biomassa vegetal.[Ali, 2013] Organismos que podem absorver grandes quantidades de contaminantes são chamados de hiperacumuladores.[Rascio, 2011] A fitoextração também pode ser realizada por plantas (por exemplo, Populus e Salix) que absorvem níveis mais baixos de poluentes, mas devido à sua alta taxa de crescimento e produção de biomassa, podem remover uma quantidade considerável de contaminantes do solo.[Guidi, 2018] A fitoextração tem crescido rapidamente em popularidade em todo o mundo nos últimos vinte anos ou mais. Normalmente, a fitoextração é usada para metais pesados ​​ou outros inorgânicos.[Pilon-Smits, 2005] No momento do descarte, os contaminantes são normalmente concentrados no volume muito menor da matéria vegetal do que no solo ou sedimento inicialmente contaminado. Após a colheita, um nível menor do contaminante permanecerá no solo, de modo que o ciclo de crescimento/colheita geralmente precisa ser repetido em várias safras para obter uma limpeza significativa. Após o processo, o solo é remediado.[Pivetz, 2001; Vaziri, 2013]   

Processo de fitorremediação. 

É claro que muitos poluentes são tóxicos e chegam à letalidade para as plantas, portanto a fitorremediação não é uma panaceia. Por exemplo, o cromo é tóxico para a maioria das plantas superiores em concentrações acima de 100 μM·kg−1 de peso seco.[Shanker, 2005]  

Mecanismos envolvidos na fitorremediação de hidrocarbonetos.[Rohrbacher, 2016] 

A mineração desses metais extraídos por meio da fitomineração é uma forma concebível de recuperar o material.[Morse, 2020] Plantas hiperacumuladoras são frequentemente metalófitas. A fitoextração induzida ou assistida é um processo em que um fluido condicionador contendo um quelante ou outro agente é adicionado ao solo para aumentar a solubilidade ou mobilização dos metais, de modo que as plantas possam absorvê-los mais facilmente.[Doumett, 2008] Embora tais aditivos possam aumentar a absorção de metais pelas plantas, eles também podem levar a grandes quantidades de metais disponíveis no solo, além do que as plantas são capazes de translocar, causando potencial lixiviação para o subsolo ou águas subterrâneas.[Doumett, 2008] 

Exemplos de plantas que são conhecidas por acumular os seguintes contaminantes: 

• Arsênio, utilizando o girassol (Helianthus annuus),[Marchiol, 2007] ou a samambaia-chinesa (Pteris vittata).[Wang, 2002]  

• Cádmio, utilizando o salgueiro (Salix viminalis), que atua como fitoextrator de cádmio (Cd), zinco (Zn) e cobre (Cu).[Greger, 1999] 

• Cádmio e zinco, utilizando o agrião-dos-alpes (Thlaspi caerulescens), um hiperacumulador desses metais em níveis que seriam tóxicos para muitas plantas. Especificamente, as folhas do agrião-dos-alpes acumulam até 380 mg/kg de Cd.[Kirkham, 2006] Por outro lado, a presença de cobre parece prejudicar seu crescimento (ver tabela para referência). 

• O cromo é tóxico para a maioria das plantas.[Shanker, 2005] No entanto, os tomates (Solanum lycopersicum) mostram-se promissores.[Akhtar, 2020]  

• Chumbo, utilizando mostarda-da-índia (Brassica juncea), ambrósia (Ambrosia artemisiifolia), a erva-do-cânhamo (Apocynum cannabinum) ou choupos, que sequestram chumbo em sua biomassa.

• Cevada e/ou beterraba tolerantes ao sal (moderadamente halófitas) são comumente utilizadas para a extração de cloreto de sódio (sal comum) para recuperar campos que foram previamente inundados pela água do mar.

• Césio-137 e estrôncio-90 foram removidos de um lago utilizando girassóis após o acidente de Chernobyl.[Adler, 1996]

• Mercúrio, selênio e poluentes orgânicos, como bifenilas policloradas (PCBs), foram removidos dos solos por plantas transgênicas contendo genes para enzimas bacterianas.[Meagher, 2000]

• O tálio é sequestrado por algumas plantas.[LaCoste, 2006] 

Choupo negro - Populus nigra - Wikipedia

Fitoestabilização

A fitoestabilização reduz a mobilidade de substâncias no ambiente, por exemplo, limitando a lixiviação de substâncias do solo.[Lone, 2008] Ela se concentra na estabilização e contenção a longo prazo do poluente. A planta imobiliza os poluentes ligando-os às partículas do solo, tornando-os menos disponíveis para absorção vegetal ou humana.[Hawaii, 2025] Ao contrário da fitoextração, a fitoestabilização se concentra principalmente no sequestro de poluentes no solo próximo às raízes, mas não nos tecidos vegetais. Os poluentes se tornam menos biodisponíveis, resultando em exposição reduzida. As plantas também podem excretar uma substância que produz uma reação química, convertendo o poluente de metal pesado em uma forma menos tóxica.[Ali, 2013] A estabilização resulta na redução da erosão, do escoamento superficial e da lixiviação, além de reduzir a biodisponibilidade do contaminante.[Pilon-Smits, 2005] Um exemplo de aplicação da fitoestabilização é o uso de uma cobertura vegetal para estabilizar e conter rejeitos de mineração.[Mendez, 2008] Algumas alterações no solo diminuem a mobilidade da fonte de rádio, enquanto que em algumas concentrações as mesmas alterações aumentam a mobilidade.[Fesenko, 2012; Fesenko, 2016] Foi descoberto que as esteiras de raízes das gramíneas dos prados são eficazes na desmobilização de materiais de fonte de rádio, especialmente com certas combinações de outras práticas agrícolas.[Vidal, 2000; Fesenko, 2012; Fesenko, 2016] Também foi descoberto que a mistura específica de grama faz uma diferença significativa.[Fesenko, 2012; Fesenko, 2016] 

Fitodegradação 

A fitodegradação (também chamada de fitotransformação) utiliza plantas ou microrganismos para degradar poluentes orgânicos presentes no solo ou no corpo da planta. Os compostos orgânicos são decompostos por enzimas secretadas pelas raízes da planta, e essas moléculas são então absorvidas pela planta e liberadas pela transpiração.[UNEP, 2019] Esse processo funciona melhor com contaminantes orgânicos como herbicidas, tricloroetileno e éter metil terc-butílico.[Pilon-Smits, 2005]  

As raízes secretam enzimas que degradam (quebram) poluentes orgânicos no solo. 

A fitotransformação resulta na modificação química de substâncias ambientais como resultado direto do metabolismo vegetal, frequentemente resultando em sua inativação, degradação (fitodegradação) ou imobilização (fitoestabilização). No caso de poluentes orgânicos, como pesticidas, explosivos, solventes, produtos químicos industriais e outras substâncias xenobióticas, certas plantas, como a Cannabis, tornam essas substâncias atóxicas por meio de seu metabolismo.[Kvesitadze, 2006] Em outros casos, microrganismos que vivem em associação com as raízes das plantas podem metabolizar essas substâncias no solo ou na água. Esses compostos complexos e recalcitrantes não podem ser decompostos em moléculas básicas (água, dióxido de carbono, etc.) pelas moléculas vegetais e, portanto, o termo fitotransformação representa uma mudança na estrutura química sem a decomposição completa do composto. O termo "Fígado Verde" é usado para descrever a fitotransformação,[Sanderman, 1994] visto que as plantas se comportam de forma análoga ao fígado humano ao lidar com esses compostos xenobióticos (composto estranho/poluente).[Burken, 2004; Ramel, 2012] Após a absorção dos xenobióticos, as enzimas vegetais aumentam a polaridade dos xenobióticos adicionando grupos funcionais, como grupos hidroxila (-OH).[Kaur, 2025; Singh, 2025]  

Isso é conhecido como metabolismo de Fase I, semelhante à forma como o fígado humano aumenta a polaridade de fármacos e compostos estranhos (metabolismo de fármacos). Enquanto no fígado humano enzimas como o citocromo P450 são responsáveis ​​pelas reações iniciais, nas plantas enzimas como peroxidases, fenoloxidases, esterases e nitroredutases desempenham o mesmo papel.[Kvesitadze, 2006]  

Na segunda etapa da fitotransformação, conhecida como metabolismo de Fase II, biomoléculas vegetais, como glicose e aminoácidos, são adicionadas ao xenobiótico polarizado para aumentar ainda mais a polaridade (conhecido como conjugação). Isso é, novamente, semelhante aos processos que ocorrem no fígado humano, onde a glucuronidação (adição de moléculas de glicose pela classe de enzimas UGT, por exemplo, UGT1A1) e as reações de adição de glutationa ocorrem em centros reativos do xenobiótico.[PASSEL, 2025]  

As reações de Fase I e II servem para aumentar a polaridade e reduzir a toxicidade dos compostos, embora muitas exceções à regra sejam observadas. O aumento da polaridade também permite o fácil transporte do xenobiótico através dos canais aquosos.[Johnson, 2012]  

No estágio final da fitotransformação (metabolismo da Fase III), ocorre o sequestro do xenobiótico dentro da planta. Os xenobióticos polimerizam-se de forma semelhante à lignina e desenvolvem uma estrutura complexa que é sequestrada na planta. Isso garante que o xenobiótico seja armazenado com segurança e não afete o funcionamento da planta. No entanto, estudos preliminares demonstraram que essas plantas podem ser tóxicas para pequenos animais (como caracóis) e, portanto, as plantas envolvidas na fitotransformação podem precisar ser mantidas em um recinto fechado.[Talukder, 2015] 

Portanto, as plantas reduzem a toxicidade (com exceções) e sequestram os xenobióticos na fitotransformação. A fitotransformação do trinitrotolueno foi extensivamente pesquisada e uma via de transformação foi proposta.[Subramanian, 2006]  

Fitoestimulação 

Fitoestimulação (ou rizodegradação) é o aumento da atividade microbiana do solo para a degradação de contaminantes orgânicos, normalmente por organismos que se associam às raízes.[UNEP, 2019] Esse processo ocorre na rizosfera, a camada do solo que envolve as raízes.[UNEP, 2019] As plantas liberam carboidratos e ácidos que estimulam a atividade dos microrganismos, resultando na biodegradação dos contaminantes orgânicos.[Dzantor, 2007] Isso significa que os microrganismos são capazes de digerir e decompor as substâncias tóxicas em formas inofensivas.[UNEP, 2019] A fitoestimulação demonstrou ser eficaz na degradação de hidrocarbonetos de petróleo, PCBs e HAPs.[Pilon-Smits, 2005] A fitoestimulação também pode envolver plantas aquáticas que sustentam populações ativas de degradadores microbianos, como na estimulação da degradação da atrazina pela antócero.[Rupassara, 2002] 

Fitovolatilização 

Fitovolatilização é a remoção de substâncias do solo ou da água com liberação no ar, às vezes como resultado da fitotransformação em substâncias mais voláteis e/ou menos poluentes. Nesse processo, os contaminantes são absorvidos pela planta e, por meio da transpiração, evaporam para a atmosfera.[UNEP, 2019] Esta é a forma mais estudada de fitovolatilização, onde a volatilização ocorre no caule e nas folhas da planta; no entanto, a fitovolatilização indireta ocorre quando os contaminantes são volatilizados da zona da raiz.[Limmer, 2007] Selênio (Se) e mercúrio (Hg) são frequentemente removidos do solo por meio da fitovolatilização.[Lone, 2008] Os choupos são uma das plantas mais bem-sucedidas na remoção de COVs por meio desse processo devido à sua alta taxa de transpiração.[Pilon-Smits, 2005]  

Os contaminantes absorvidos são então decompostos e os fragmentos são posteriormente transformados e volatilizados na atmosfera. 

Rizofiltração

A rizofiltração é um processo que filtra a água através de uma massa de raízes para remover substâncias tóxicas ou excesso de nutrientes. Os poluentes permanecem absorvidos ou adsorvidos pelas raízes.[UNEP, 2019] Este processo é frequentemente utilizado para limpar águas subterrâneas contaminadas, plantando-as diretamente no local contaminado ou removendo a água contaminada e fornecendo-a a essas plantas em um local externo.[UNEP, 2019] Em ambos os casos, porém, as plantas são normalmente cultivadas primeiro em uma estufa sob condições precisas.[Surriya, 2015] 

Contenção hidráulica biológica

A contenção hidráulica biológica ocorre quando algumas plantas, como os choupos, puxam a água para cima, através do solo, para as raízes e para fora, através da planta, o que diminui o movimento de contaminantes solúveis para baixo, mais profundamente no local e nas águas subterrâneas.[Evans, 2010] 

Fitodessalinização

A fitodessalinização é uma técnica de fitorremediação que se concentra na remoção do excesso de sal de solos degradados. Este processo utiliza halófitas, que são plantas naturalmente adaptadas a ambientes de alta salinidade, como manguezais e desertos salgados.[Ali, 2013] 

Essas plantas possuem mecanismos fisiológicos especiais que lhes permitem absorver grandes quantidades de sal através de suas raízes e armazená-lo ou secretá-lo. Ao crescerem e serem colhidas, elas removem efetivamente o sal do solo, um processo que gradualmente o torna menos salino e mais propício para o cultivo de outras espécies. Além de reduzir a salinidade, a fitodessalinização também melhora a estrutura do solo e adiciona matéria orgânica, o que contribui para o aumento de sua fertilidade e produtividade a longo prazo.[Ali, 2013]  

Papel da genética

Programas de melhoramento genético e engenharia genética são métodos poderosos para aprimorar as capacidades naturais de fitorremediação ou para introduzir novas capacidades em plantas. Os genes para fitorremediação podem se originar de um microrganismo ou podem ser transferidos de uma planta para outra variedade mais bem adaptada às condições ambientais no local da limpeza. Por exemplo, genes que codificam uma nitroredutase de uma bactéria foram inseridos no tabaco e demonstraram remoção mais rápida de TNT e maior resistência aos efeitos tóxicos do TNT.[Hannink, 2001] Pesquisadores também descobriram um mecanismo nas plantas que lhes permite crescer mesmo quando a concentração de poluição no solo é letal para plantas não tratadas. Alguns compostos naturais biodegradáveis, como poliaminas exógenas, permitem que as plantas tolerem concentrações de poluentes 500 vezes maiores do que as plantas não tratadas e absorvam mais poluentes.[Gill, 2010]  

Hiperacumuladores e interações bióticas 

Uma planta é considerada hiperacumuladora se ela consegue concentrar os poluentes em uma porcentagem mínima que varia de acordo com o poluente envolvido (por exemplo: mais de 1000 mg/kg de peso seco para níquel, cobre, cobalto, cromo ou chumbo; ou mais de 10.000 mg/kg para zinco ou manganês).[Baker, 1989] Essa capacidade de acumulação se deve à hipertolerância, ou fitotolerância: o resultado da evolução adaptativa das plantas para ambientes hostis ao longo de muitas gerações. Uma série de interações pode ser afetada pela hiperacumulação de metais, incluindo proteção, interferências com plantas vizinhas de espécies diferentes, mutualismo (incluindo micorrizas, dispersão de pólen e sementes), comensalismo e biofilme.[Miransari, 2011; Pavlova, 2014; Visioli, 2021]  

Tabelas de hiperacumuladores

• Tabela de hiperacumuladores – 1: Al, Ag, As, Be, Cr, Cu, Mn, Hg, Mo, Naftaleno, Pb, Pd, Pt, Se, Zn  

• Tabela de hiperacumuladores – 2: Níquel 

• Tabela de hiperacumuladores – 3: Radionuclídeos (Cd, Cs, Co, Pu, Ra, Sr, U), Hidrocarbonetos, Solventes Orgânicos

Fitotriagem 

Como as plantas podem translocar e acumular tipos específicos de contaminantes, elas podem ser usadas como biossensores de contaminação subterrânea, permitindo assim que os pesquisadores delineiem plumas de contaminantes rapidamente.[Sorek, 2008; Burken, 2011] Solventes clorados, como o tricloroetileno, foram observados em troncos de árvores em concentrações relacionadas às concentrações de água subterrânea.[Vroblesky, 1998]  Para facilitar a implementação da fitotriagem em campo, métodos padrão foram desenvolvidos para extrair uma seção do tronco da árvore para posterior análise laboratorial, geralmente usando uma broca de incremento.[Vroblesky, 2008] A fitotriagem pode levar a investigações de locais mais otimizadas e reduzir os custos de limpeza de locais contaminados.[Leoncini, 2022]    

Referências 

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Palavras-chave

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