Fytoremediace: čajovník (Camellia sinensis) a pěstování čaje na znečištěné půdě
Čaj patří mezi nejoblíbenější nápoje světa a čajovník čínský (Camellia sinensis) je považován za zdravou plodinu. Co ale nastane, když se čajovník pěstuje na půdě znečištěné těžkými kovy? Tato otázka spojuje téma fytoremediace – tedy čištění půdy pomocí rostlin – s kvalitou čaje a zdravím konzumentů. V následujícím článku se zaměříme na schopnost čajovníku akumulovat těžké kovy, porovnáme různé druhy čaje a jejich zpracování z hlediska obsahu kontaminantů, probereme možná zdravotní rizika pití čaje z kontaminovaných oblastí a přiblížíme případy, kdy byl čajovník zvažován jako rostlina pro sanaci znečištěných půd. Článek je psán populárně-naučným stylem, ale detailně, aby uspokojil i náročnějšího čtenáře se zájmem o čaj, ekologii a zdraví.
Jak čajovník absorbuje a hromadí těžké kovy
Schéma ukazuje tři hlavní cesty vstupu těžkých kovů do čajovníku: (1) znečištění půdy, z níž rostlina čerpá živiny i nežádoucí prvky; (2) srážky a prach spadávající na listy z atmosféry (kontaminované deště, prachové částice nesené větrem); (3) lidské faktory čili znečištění z průmyslových exhalací či emisí z dopravy v okolí plantáží. Černé šipky znázorňují pohyb těžkých kovů z těchto zdrojů do rostliny.
Čajovník přijímá těžké kovy především kořeny ze znečištěné půdy, ale také přímo z okolního prostředí přes listy. Největším zdrojem bývá půda, odkud rostlina s živinami absorbuje i toxické kovy, jsou-li přítomny. Dalším zdrojem je spad z ovzduší – například v oblastech s prašnými větry či smogem se částice kovů z atmosféry usazují na povrchu listů a mohou se dostat dovnitř listové tkáně přes průduchy. Svou roli hraje i voda: zavlažuje-li se kontaminovanou vodou, těžké kovy pronikají do kořenové zóny a do pletiv čajovníku, přičemž rostlina je neumí vyloučit, takže se kumulují.
Kořenový systém čajovníku funguje do značné míry jako bariéra a filtr. Jemné kořínky vážou velkou část těžkých kovů ve svých buněčných stěnách pomocí pektinů a dalších látek, čímž brání jejich přenosu do nadzemních orgánů. Díky tomu kořeny zadržují podstatnou část znečištění a chrání zbytek rostliny. Neznamená to však, že by se kovy do listů nedostaly vůbec – při vyšších koncentracích v půdě se kapacita kořenové bariéry vyčerpá a kovy začnou proudit dřevními cévami směrem vzhůru.
Rozložení kovů v těle čajovníku pak není rovnoměrné – obecně platí, že nejvíce se jich hromadí v kořenech, méně ve stoncích a kůře a nejméně v listech. Vědecké studie uvádějí typické pořadí koncentrací: kořen > stonek > staré listy > mladé listy > nejmladší pupeny. Například pro olovo (Pb) bylo zjištěno, že nejjemnější kořínky akumulují nejvíce Pb, následují silnější kořeny a stonky, pak mladé výhonky, staré listy a nejméně mají vrcholové pupeny. To dokládá, že dobře vyvinutý kořenový systém čajovníku dokáže při nízké úrovni kontaminace půdy zachytit většinu kovů a zamezit jejich průniku do nadzemních částí – tím vlastně chrání kvalitu produkovaného čaje.
Je ale zajímavé, že různé kovy se v rostlině rozdělují odlišně. Třeba arzén (As) a rtuť (Hg) byly nalezeny hlavně v kořenech, kůře a starších listech, zatímco kadmium (Cd), olovo (Pb) či měď (Cu) se poměrně snadno transportují až do mladých lístků. Studie Fang Yunshan et al. ukázala, že v mladých listech čajovníků na třech různých lokalitách byly vyšší koncentrace Cd, Pb a Cu než v listech starých, zatímco u zinku (Zn) a chromu (Cr) to bylo naopak – více se jich hromadilo ve starších listech. To naznačuje, že některé toxické kovy mohou pronikat i do nových výhonků, ze kterých se vyrábějí kvalitní čaje, pokud je půda silně znečištěná. Záleží také na odrůdě čajovníku – různé kultivary mají různé schopnosti kovy přijímat a přesouvat. Stejně tak roční období a růstové podmínky ovlivňují akumulaci: obecně letní sklizně mívají nejnižší obsah těžkých prvků, zatímco v zimě bývají koncentrace vyšší (například zimní lístky v jednom pokusu obsahovaly 2–4× více As, Cd, Fe, Mn a Pb než letní).
Kromě zmíněných kovů je zvláštní kapitolou hliník (Al). Ten sice formálně nepatří mezi „těžké kovy“ (má nízkou hustotu), ale v kyselých půdách čajových plantáží bývá vysoce mobilní a čajovník ho masivně absorbuje a snáší bez zjevné újmy. O čajovníku se dokonce uvádí, že je hyperakumulátor hliníku – v listech se běžně nachází ve stovkách až tisících mg/kg a jde o hlavní „toxický prvek“ přítomný v čajových lístcích. Spolu s Al se ve vyšších koncentracích objevuje také esenciální mangan (Mn) a další prvky. Čajovník si vyvinul strategie, jak nadbytečný hliník zneškodnit – například ho komplexuje s organickými kyselinami a ukládá do vakuol buněk, čímž si chrání metabolismus. Tato výjimečná odolnost vůči Al umožňuje čajovníku růst na půdách, které by pro jiné plodiny byly toxické. Z pohledu fytoremediace to znamená, že čajovník dokáže přežívat i na půdách silně kontaminovaných některými kovy a částečně je vytahovat ze země do svých tkání – otázkou ovšem je, co pak s takovou sklizní.
Vliv typu čaje a zpracování na obsah kontaminantů
Z hlediska konzumenta nás zajímá, kolik těžkých kovů se nakonec dostane do šálku čaje. Zde hraje roli jak samotná rostlina a půda, tak i typ čaje (druh zpracování lístků) a způsob přípravy. Čajovník poskytuje různé druhy čajů – zelený, černý, polozelený (oolong), bílý, tmavý (např. pu-erh) – které vznikají odlišným zpracováním lístků. Zpracování (fermentace, oxidace či stárnutí) však nemění samotný obsah kovových prvků v listech nijak dramaticky; těžké kovy jsou prvky, které při běžném zpracování nevyprchají ani se chemicky nerozloží. Studie analyzující obsah 15 prvků v zelených a černých čajích z evropských plantáží ukázala, že rozdíl mezi zeleným a černým čajem z hlediska prvkového složení nebyl statisticky významný. Jinými slovy, fermentace (oxidace) lístků na černý čaj oproti zastavení oxidace u čaje zeleného neovlivnila množství těžkých kovů.
Rozdíly však plynou z výběru lístků pro různé čaje. Zelené a bílé čaje se obvykle vyrábějí z nejmladších lístků a pupenů, zatímco na čaj černý či tmavý (pu-erh) se často použijí i starší a větší listy. Jak jsme uvedli výše, starší listy mohou mít vyšší kumulaci některých kovů (Zn, Cr aj.), ale naopak pro Pb či Cd mohou být rizikové i lístky mladé, pokud rostlina roste na kontaminované půdě. Obecně ovšem platí, že čaje z nejmladších lístků (bílé, kvalitní zelené) mívají nižší obsah kovových kontaminantů než čaje z listů starších. Například nezávislá testovací organizace ConsumerLab zjistila, že největší problémy s olovem byly v minulosti u čajů z Číny vyrobených z velkých starších listů (typicky levnější černé a oolong čaje), zatímco čaje z mladých lístků (zelené) vykazovaly mnohem nižší kontaminaci. Při testech populárních zelených čajů se v nich žádné závažné množství Pb nenašlo. To dává smysl – starší list může během svého delšího vývoje nasbírat více kovů z prostředí a také pochází často z nižších částí keře (blíže k půdě), kde může být více prachu.
Dalším faktorem je typ čaje a geografický původ. Pu-erh (tmavý fermentovaný čaj) z čajovníků v čínské provincii Jün-nan je někdy zmiňován v souvislosti s těžkými kovy, protože jde o velkolistou odrůdu a čaj se často vyrábí z listů starších stromů. Nicméně studie 150 vzorků Pu-erhů z Jün-nanu ukázala, že obsah kovů byl v bezpečných mezích podle čínských norem – například olovo se pohybovalo v rozmezí 0,26–3,2 µg/g a kadmium 0,006–0,085 µg/g sušiny, což jsou velmi nízké koncentrace (pro srovnání, 1 µg/g = 1 ppm). Ani arzen ani rtuť nepřekročily zlomky µg na gram. Fermentační proces u pu-erhu tedy zdá se nezvyšuje obsah toxických prvků, a dokonce se doporučuje dodržovat tradiční postup „prolití“ pu-erhu prvním nálevem (který se vylije), čímž se odstraní povrchové nečistoty – případně malé množství kovů – z lisovaného čaje. Celkově se dá říci, že různé druhy čaje nemají výrazně odlišný obsah těžkých kovů, pokud pocházejí ze stejné zahrady. Rozdíl často činí spíše kvalita a stáří použitých lístků a lokalita pěstování než metoda zpracování.
Určité rozdíly mohou nastat i při louhování čaje. Ne všechny kovy přítomné v suchém listu přejdou do nálevu. Například olovo se z listů uvolňuje jen zčásti (studie uvádějí extrakci kolem 30–50 % Pb do nálevu při běžném louhování). Černé a tmavé čaje, díky svému zpracování (rolování lístků, fermentace), mohou mít otevřenější póry, a uvolňují tak kovy do vody o něco více než neoxidované zelené čaje. To však neznamená, že by pití černého čaje bylo nutně rizikovější – celkové množství škodlivin v nálevu je pořád velmi nízké. Zajímavostí je, že suché čajové lístky lze využít i jako přírodní filtr: studie z Northwestern University zjistila, že čajové lístky dokáží na sebe navázat těžké kovy z vody (např. znečištěné vodovodní vody) a tím ji částečně vyčistit. V kontextu našeho tématu to ukazuje, že struktura lístků umí kovy zachytit – ať už z vody v konvici, nebo z půdy a deště na keři.
Zdravotní rizika pití čaje z kontaminovaných oblastí
Je známo, že nadměrný příjem těžkých kovů může způsobit vážné zdravotní problémy – olovo (Pb) poškozuje nervový systém a krvetvorbu, kadmium (Cd) kumulující se v ledvinách je spojeno s poškozením ledvin a kostí, arsen (As) je karcinogenní při dlouhodobé expozici a hliník (Al) je podezříván z podílu na neurodegenerativních onemocněních. Nakolik ale reálně hrozí, že se z šálku čaje znečištěného kovem otrávíme? Naštěstí většina studií uklidňuje: úrovně těžkých kovů v běžně konzumovaném čaji zůstávají hluboko pod bezpečnostními limity. Provádějí se hodnocení zdravotních rizik, v nichž se počítá tzv. hazard quotient (HQ) nebo hazard index (HI) – poměr přijaté dávky k bezpečné dávce. Pro čaje po celém světě vycházejí tyto indexy výrazně menší než 1, často v setinách. Například jedna celonárodní analýza v Číně stanovila průměrný HI pro příjem kovů z čaje na 0,04 (nejvyšší regionální hodnota 0,18), což znamená, že i největší pijáci čaje jsou řádově pod hranicí rizika. Podobné závěry přinesly i studie jinde – např. testy čajů na polském trhu zjistily, že při modelové konzumaci jsou nekarcinogenní rizika zanedbatelná (HI < 1).
Samozřejmě, existují výjimky a odchylky v závislosti na lokalitě. Pokud je čaj pěstován v silně znečištěné oblasti, může obsahovat nadlimitní množství některých prvků. Příkladem mohou být čaje z plantáží v blízkosti průmyslových podniků, dolů či rušných silnic. Indie: Studie v Assamu poukázala na to, že čajové zahrady poblíž frekventované státní silnice vykazovaly zvýšené obsahy těžkých kovů v půdě i čajových listech vinou emisí z automobilové dopravy. Olovo z výfuků (dříve z benzínu), zinek a měď z opotřebení pneumatik a brzd – to vše se může usazovat v okolí silnic a čaj to následně absorbuje. Čína: V Číně se při monitoringu ukázalo, že čaje z provincie Chu-nan měly nejvyšší koncentrace kovů ze sedmi zkoumaných oblastí – pravděpodobně kvůli místnímu průmyslu a geologii bohaté na kovy. Oproti tomu např. provincie Jün-nan nebo Fu-ťien na tom byly lépe. Čínské úřady a vědci situaci sledují a pravidelně uvolňují normy a doporučení; např. pro čaj platí v Číně hygienické limity pro olovo, arzén, kadmium či rtuť v sušině čaje (typicky v jednotkách mg/kg).
Afrika a Vietnam: U čajů z Keni nebo Vietnamu se též objevily zprávy o kontaminaci, byť spíše ojediněle. Jedna íránská studie testující importované černé čaje zjistila, že ve vzorcích z Keni a Vietnamu byly detekovány dokonce i stopy aflatoxinu B1 (plísňový jed) spolu s těžkými kovy. To ukazuje, že problémy se mohou kombinovat – špatné skladování či klimatické podmínky mohou vést k plesnivění čaje (aflatoxin) a zároveň půda mohla obsahovat kovy. Nicméně koncentrace těžkých kovů v těchto čajích nepřekročily bezpečnostní standardy a rtuť nebyla detekována vůbec. V Keni obecně čaje obsahují nějaké množství kovů, ale v mezích: např. analýza několika regionů Keni ukázala v suchém listu rozmezí olova 0,12–0,28 µg/g a kadmia <0,1 µg/g, což jsou velmi nízké hodnoty (pro srovnání brazilská legislativa stanovuje limit pro Cd v čaji 0,4 mg/kg = 400 µg/kg). Tyto koncentrace tedy nepředstavují akutní riziko.
Abychom dali čísla do kontextu: Evropská unie reguluje maximální povolené množství některých kovů v potravinách (např. pro olovo v nápojích či arsen v rýži), ale pro suchý čaj jako takový specifické limity stanoveny nejsou – uvažuje se spíše obsah v nálevu. WHO a různé státní normy však doporučují udržet obsah například arsenu v čajovině pod jednotky mg/kg a podobně pro Pb a Cd. V praxi se drtivá většina čajů na trhu do těchto mezí pohodlně vejde. Konzumenti by si přesto měli dávat pozor na čaje z evidentně znečištěných oblastí (např. pokud by vyšlo najevo, že plantáž je vedle hutě či dolu). Určitou opatrnost lze doporučit těhotným ženám, protože olovo je nebezpečné i v malých dávkách pro vyvíjející se plod – v minulosti se radilo omezit konzumaci čajů z oblastí s vyšším olovnatým spadem (některé části Číny, Indie). Dobrým zvykem může být již zmíněné „prolití“ prvního nálevu u sypaných čajů, čímž se z listů smyje prach a povrchové nečistoty včetně potenciálních kovů či pesticidů.
Celkově však platí, že benefity pití čaje (bohatého na antioxidanty, polyfenoly, minerály) převyšují případná rizika spojená s mikroskopickými množstvími těžkých kovů v nápoji. Kontaminace čaje těžkými kovy je spíše environmentální problém (svědčí o znečištění oblastí) než akutní zdravotní hrozba z šálku čaje.
Čajovník jako prostředek fytoremediace půdy – možnosti a limity
Myšlenka využít čajovník pro fytoremediaci – tedy cílené čištění půdy od těžkých kovů pomocí rostlin – je lákavá, avšak má svá specifika. Čajovník je víceletý keř až stromek s vysokou tolerancí k hliníku a schopností přežívat i na kyselých, méně úrodných půdách, kde se kovy vyskytují. V oblastech, kde je půda mírně kontaminovaná, může pěstování čajovníku sloužit dvojímu účelu: produkci čaje a současně stabilizaci půdy. Kořenový systém čajovníku zpevňuje půdu a zachytává část kovů ve svých pletivech, čímž brání jejich vyplavování do spodních vod či erozi půdy. V tomto smyslu čajovník funguje jako fytostabilizátor – udržuje kontaminanty na místě.
Pokud jde o skutečné odstranění kovů ze systému, teoreticky by k tomu docházelo sklizní listů nasycených kovy (tzv. fytoextrakce). V praxi je však tento proces u čajovníku velmi pomalý a limitovaný. Jak jsme rozebrali, významná část těžkých kovů zůstává uvězněna v kořenech – a ty se při sklizni samozřejmě neodstraňují. Do listů přechází jen určitý podíl a ještě ke všemu hlavně do starších listů. Kdybychom chtěli tímto způsobem sanovat půdu, museli bychom opakovaně sklízet a likvidovat biomasu čajovníku bohatou na kovy. Jenže listy čajovníku nejsou hyperakumulátory jako např. u některých specializovaných bylin (které umí koncentrovat kovy tisícinásobně proti půdě). Obsahy kovů v listech čajovníku jsou sice měřitelné, ale relativně nízké (v řádu jednotek až desítek µg/g pro toxické kovy v zasažených oblastech). Odvozováním tak malé frakce by čištění půdy trvalo desítky a spíše stovky let, pokud by se vůbec vyplatilo.
Navíc je zde ekonomické a bezpečnostní dilema: čajovník je plodina určená k potravinářskému využití. Pěstovat jej jen za účelem fytoremediace znamená, že sklizené listy nelze uvést na trh jako potravinu (byly by nad limity kontaminace nebo by nikdo nechtěl pít „čaj z toxické plantáže“). Musely by se tedy likvidovat jako potenciálně nebezpečný odpad – například spálit v kontrolovaných podmínkách. To představuje náklad navíc a žádný přímý výnos. Proto v praxi nedává smysl vysazovat čajovník čistě pro čištění silně zamořené půdy, pokud nelze čaj prodávat.
Na druhou stranu, jsou situace, kdy se čajovník na znečištěné půdě pěstuje z historických důvodů (plantáž tam existovala dříve, než se zjistilo znečištění). V takových případech nastává otázka, co s tím – zrušit plantáž, nebo zkusit snížit přenos kontaminace do čaje? Zde přichází ke slovu tzv. fytomanagement, což je řízené hospodaření na kontaminované půdě. Například v Indii zkoušeli v oblasti Assam přidat do půdy biochar vyrobený z odřezků čajovníku (z odpadu při prořezávání keřů). Tento čajový biochar na sebe v půdě naváže část arsenů, kadmia a dalších kovů a snižuje jejich příjem kořeny čajovníku. Výsledkem bylo, že čajové lístky z ošetřených polí obsahovaly méně toxických kovů a nálev byl bezpečný. To je chytrý příklad, kdy se odpad z čaje (průklest) využije k zlepšení půdy a ochraně produkce – a lze to brát jako fytoremediační opatření in situ (neodebírají se kovy pryč, ale stabilizují se v půdě tak, aby nešly do rostlin a potravního řetězce).
Pokusy s využitím čajovníku či jeho částí pro sanaci půdy tedy existují, ale zatím spíše na experimentální bázi. Některé studie navrhují šlechtění či výběr odolných kultivarů čajovníku, které by méně převáděly kovy do listů – to by řešilo problém bezpečnosti čaje, i když kovy by zůstávaly v kořenech a půdě. Jiné uvažují o kombinaci s dalšími rostlinami: např. výsadba hyperakumulačních bylin mezi řádky čaje, které by vysály konkrétní kovy z půdy a čajovník by mezitím plnil produkční i stabilizační funkci. Tato strategie by mohla fungovat pro prvky jako kadmium nebo olovo, jež některé byliny akumulují lépe než čaj.
Přínosy využití čajovníku ve fytoremediaci tedy spočívají hlavně v tom, že: (1) čajovník snese kontaminovanou půdu a zabrání jejímu dalšímu chátrání (erozi, šíření toxického prachu); (2) umožní nadále využívat půdu ekonomicky – ovšem pouze pokud hladiny znečištění nejsou tak vysoké, aby čaj překračoval limity (jinak by produkt nebyl prodejný); (3) může postupně odčerpat menší množství kovů, zejména pokud se kontaminace koncentruje v listech, které se pravidelně odstraňují. Limity a rizika zahrnují pomalost procesu, nutnost bezpečně likvidovat kontaminované části rostlin a nebezpečí, že se toxiny dostanou do potravinového řetězce, pokud by kontaminovaný čaj někdo přece jen zkonzumoval.
V literatuře nejsou zdokumentovány mnoho případů, kdy by se záměrně vysázely čajovníky čistě pro vyčištění silně zamořené lokality – dává to smysl spíše v místech, kde už čajové plantáže jsou a řeší se, jak žít s určitou úrovní kontaminace. Tam může pomoci kombinace přístupů: fytostabilizace čajovníkem, doplněná o chemické půdní přídavky (vápnění, biochar) snižující mobilitu kovů, a případně pěstování dalších rostlin na okrajích, které zachytí kovy z okolí (tzv. ochranné pásy).
Závěrem lze říci, že čajovník je cenná rostlina i z pohledu ekologie: dokáže růst na půdách zatížených člověkem, a byť sám není super-účinným čističem, může být součástí řešení. Pro milovníka čaje z toho plyne uklidnění, že šálek oblíbeného nápoje je za normálních okolností bezpečný. Zároveň je dobré vědět, odkud náš čaj pochází – nejen kvůli chuti, ale i kvůli možným stopovým příměsím z tamního prostředí. Fytoremediace čajem zůstává spíše metaforou než realitou, ale každá konvička čaje z čisté přírody připomíná ideál, ke kterému bychom měli směřovat – aby půdy, na nichž pěstujeme, nebyly toxicky zatíženy a rostliny mohly sloužit jak nám, tak životnímu prostředí.