Doktoritöö: mullast saab haruldased muldmetallid kätte segaviljelusega | Loodus

Tere tulemast Eestisse! Doktoritöö “Mullast saab haruldased muldmetallid kätte segaviljelusega” on tekitanud suurt elevust meie riigis. See uurimus keskendub sellele, kuidas saab mullaharimise abil kätte haruldasi muldmetalle ning millised on sellel keskkonnale ja põllumajandusele mõjud. Uurimus avab uusi perspektiive mullaharimise meetoditele ning võib tulevikus märkimisväärselt mõjutada meie põllumajandust. Loodame, et see doktoritöö toob kaasa olulisi arenguid nii keskkonna kui ka põllumajanduse valdkonnas ja loob uusi võimalusi Eesti mulla ressursside kasutamiseks.

“Fütoekstraktsioonil püüame taimede abil eraldada pinnasest meile tarvilikke elemente: eriti neid, mis pakuvad majanduslikku huvi,” ütleb värske geoloogiadoktor Nthati Lillian Monei. Liide füto- tähendab siinkohal ‘taime’. Õigeid taimeliike külvates saab sõltuvalt eesmärgist nii saastunud pinnast metallidest puhastada kui ka ammutada kehva kvaliteediga maagist mõnda majanduslikult väärtuslikku elementi. Sel juhul on tegu vastavalt taimtervendamise või fütokaevandamisega.

“Fütoekstraktsioonil püüame taimede abil eraldada pinnasest meile tarvilikke elemente: eriti neid, mis pakuvad majanduslikku huvi.”

Oma hiljuti kaitstud doktoritöös keskendus Monei haruldaste muldmetallide (HMM) fütokaevandamisele. Ta uuris mullaprotsesside dünaamikat ja elementide vastastikmõju mullas nii välitingimustes katselapil kui ka laborioludes. “Muld, taimed ja mulla mikroorganismid on omavahel tugevas seoses. Niisiis peame aru saama, kuidas nende suhted mõjutavad seda, kuidas taimed elemente pinnasest oma biomassi üles korjavad,” selgitab värske doktor.

Sobiv taim on lopsakas ja vastupidav

Päris iga taim fütokaevandamiseks siiski ei sobi. Enamasti kasutatakse selleks niinimetatud hüperakumulaatoritest taimi. “Sisuliselt on see taim, mis suudab endasse kokku koguda suure koguse mingit elementi, ilma et see taime ära tapaks,” selgitab Nthati Lillian Monei. Haruldaste muldmetallide puhul pole Monei sõnul teada, et need taimedele tingimata mürgised oleks.

“[Maisil] on muu hulgas omadusi, mis võimaldavad haruldasi muldmetalle koguda ja talletada.”

Temas sõnul on peamine nende võime vastu võtta suures koguses HMM-e. “Näiteks oma uuringus kasutasin tavalise põllumajandustaimena maisi. Sellel on muu hulgas omadusi, mis võimaldavad haruldasi muldmetalle koguda ja talletada,” toob värske doktor välja. Taimede kogumisomadusi saabki tema sõnul hästi välja selgitada väikesel katselapil tehtavate uuringutega.

“Teiseks vaatasime taimi, mis võivad meile teadaolevat endasse koguda elemente, millel on haruldaste muldmetallidega sarnased keemilised omadused. Selle järgi teame, et need suudavad endasse kindlasti HMM-e kuhjata,” lisab Monei. Viimaks on taimeliigi valikul oluline seegi, et see toodaks elementide kogumise kõrval ohtralt biomassi ehk kasvaks lopsakalt.

Kui taimed on suureks kasvanud, saab elemendid neist kätte mitmel moel. Näiteks võib taimi endid kasutada biokütuste toomiseks. “Selle protsessi lõpuks jääb alles biosüsi, millest saab eraldada järeltöötluses meile huvipakkuvaid elemente,” kirjeldab Monei. Teine võimalus on taimed pulbriks purustada. Sel kujul saab need viia keemilisse eraldamisse või tuhastada ja tuhka järeltöödelda.

Segaviljeluse mitu võitu

Oma doktoritöös vaatles Nthati Lillian Monei sedagi, kuidas mõjutab fütokaevandamist taimede segaviljelus: “Teisisõnu kasvatasime elemente koguvaid akumulaatortaimi koos teiste taimedega, mis olid võimelised toitaineid üles korjama.” 

Nimelt külvatakse akumulaatortaimi endistele kaevandusmaastikele, kus muld ei paku neile normaalseks talitluseks piisavalt toitaineid. Sel juhul tuleb Monei sõnul külvata samal ajal mõnd teist liiki taime, mis teeks toitained akumulaatoritele kättesaadavaks. “Meie kasutasime valget lupiini ja kasvatasime seda koos odraga. Valge lupiin korjab tõhusalt toitaineid, nagu fosforit. See omakorda muutis fosfori odrale kättesaadavaks,” meenutab ta. Ühes fosforiga korjas oder katses üles ka väärtuslikke haruldasi muldmetalle.

“Liigiline mitmekesisus rikastab ka mulda ja seeläbi suurendame meie oma võimalust huvipakkuvaid elemente koguda.”

Teise teemana uuris Monei oma töös, millist väetist oleks hea fütokaevandusel kasutada. Ta hindas nii fosfor- kui ka räniväetise mõju. “Räniväetist kasutatakse üha rohkem. Ühtlasi on see stressirikkas keskkonnas kasvavatele taimedele kasulikum. Kui sul juhtub olema suures koguses mürgiseid elemente, aitab räniväetis nende mürgisust vähendada ja samal ajal rohkem HMM-e koguda,” põhjendab värske doktor. 

Katsete tulemustest järeldab Monei, et teada-tuntud põllumajanduspraktikana on segaviljelus fütokaevandamises väga kasulik. Samuti soovitab ta kasutada vahelduvat külvikorda ehk ühe taimesaagi lõikuse järel külvata teist liiki taimi. “Liigiline mitmekesisus rikastab ka mulda ja seeläbi suurendame meie oma võimalust huvipakkuvaid elemente koguda,” selgitab ta.

Samuti soovitab ta töö põhjal olla avatud uutele ideedele, nagu räniväetise kasutamisele. Eriti võiksid seda kaaluda tavalisi toidutaimi, nagu maisi või kurki, kasvatavad inimesed. Monei sõnul võib inimene teha seda mullal, mis sisaldab mürgiseid metalle. “Räniväetis võib sul sel juhul aidata nende elementide sisaldust vähendada. See vähendab ohtu, et meie söödav toit on nende ainetega saastunud,” märgib ta.

Eestis oleks fütokaevandamisel potentsiaali

Nthati Lillian Monei sõnul temale teadaolevalt praegu Eestis keegi fütokaevandamisega ei tegele. Samas teab ta, et Tartu Ülikoolis on varem uuritud taimtervendamise võimalust Ida-Virumaal põlevkivi töötlemisjääkide väljakorjamiseks mullast. “Rääkisin sellega tegelenud professoriga, kelle sõnul lõpetati see ammu ära kuna tegemist on aeglase protsessiga ja taimtervendamine pole seal piirkonnas ka tingimata vajalik,” sedastab Monei.

“Samuti on vaja teha katseid võimalike tulevikumaavarade ning nende töötlemisjääkidega, et olla fütokaevandamise ja -tervendamise võimalustega kursis, kui selleks vajadus tekib.”

Monei arvates võiks fütokaevandamisele siiski Ida-Virumaal võimaluse anda. “Seda eriti arvestades Virumaa rikkust eritüübiliste kaevandusjäätme poolest, millest ringmajanduse tingimustes on saamas oluline sekundaarne toore. Samuti on vaja teha katseid võimalike tulevikumaavarade ning nende töötlemisjääkidega, et olla fütokaevandamise ja -tervendamise võimalustega kursis, kui selleks vajadus tekib,” arutleb värske doktor.

Mujal maailmas tegelevad fütokaevandamisega muu hulgas idufirmad, kes kaevandavad niimoodi näiteks kulda. Fütokaevandamist kui sellist on enim uuritud aga nikliga seoses Ameerika Ühendriikides. 

Värske doktor ise plaanib edasi uurida, kuidas segaviljelust fütokaevandamise heaks tööle panna. Kuna tegemist on end juba tõestanud põllumajandusliku meetodiga, annab see võimaluse proovida niisugust lähenemist suure põllu skaalal. “Me ei uuriks seda enam üksnes väikesel akadeemilisteks katseteks mõeldud maalapil. Vaataksime hoopis päriselt, kui kaugele saab sel moel akumulaatortaimede kogumisvõimet kasvatades minna,” ütleb Nthati Lillian Monei.

Geoloogia instituudi doktorant Nthati Lillian Monei kaitses doktoritöö “Phytomining of Rare Earth Elements: Dynamics of Rhizosphere Processes and Element Interactions in the Soil” (“Haruldaste muldmetallide fütokaevandamine: risosfääri protsesside ja geokeemiliste protsesside dünaamika pinnases”) 13. detsembril 2023. Tööd juhendasid kaasatud professor Michael William Hitch Tallinna Tehnikaülikoolist ning professor Hermann Heilmeier Freibergi Mäeakadeemiast. Tööle oponeerisid professor David Houben UniLaSalle’st ja professor Alar Astover Eesti Maaülikoolist.

Kokkuvõttes võib öelda, et antud doktoritöö tulemused näitavad, et haruldaste muldmetallide eraldamine mullast on võimalik läbi segaviljeluse. See avab uusi perspektiive keskkonnasõbralikule ja jätkusuutlikule viisile nende oluliste metallide tootmiseks. Lisaks on oluline mõista, kuidas erinevad põllumajanduslikud meetodid võivad mõjutada mulla koostist ja seeläbi ka haruldaste muldmetallide kättesaadavust. Antud uurimus aitab kaasa paremale arusaamisele mullast kui ressursist ning võimaldab planeerida tuleviku ressursikasutust jätkusuutlikumalt.