ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ: ВИДЫ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Фиторемедиация это совокупность технологических методов с использованием живых растений и связанные с ними микроорганизмы к оздоровлению почвы, воды и воздуха.

Технологии фиторемедиации используют естественную способность некоторых растений поглощать, концентрировать и метаболизировать элементы и химические соединения, которые присутствуют в окружающей среде в качестве загрязнителей. Растения можно использовать для экстракции, иммобилизации и стабилизации, разложения или улетучивания загрязнителей.

Рисунок 1. Фиторемедиация в полевых условиях. Источник.: Flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Почва, поверхностные и подземные воды, а также атмосфера могут быть загрязнены в результате некоторых естественных процессов, таких как геологическая эрозия, вулканическая активность и др., А также в результате деятельности человека (промышленная, сельскохозяйственная, сточные и др.) горное дело, строительство, транспорт).

Промышленные выбросы и сточные воды, отходы, взрывчатые вещества, агрохимикаты (удобрения, гербициды, пестициды), дожди или кислотные осаждения, радиоактивные материалы, среди многих других, являются факторами загрязнения, возникающими в результате деятельности человека.

Фиторемедиация представляет собой недорогую, эффективную, общепринятую технологию для борьбы с различными видами загрязнения окружающей среды.

Слово «фиторемедиация» происходит от греческого «фито», что означает живое растение, и от латинского «remediare», что означает восстановление баланса; то есть восстановить состояние равновесия за счет использования растений.

Виды фиторемедиации

Технологии фиторемедиации основаны на физиологических процессах растений и связанных с ними микроорганизмов, таких как питание, фотосинтез, метаболизм, эвапотранспирация и другие.

В зависимости от типа загрязнителя, степени загрязнения места и необходимого уровня удаления или обеззараживания методы фиторемедиации используются в качестве механизма сдерживания загрязнения (методы фитостабилизации, ризофильтрация) или в качестве механизма удаления (методы фитоэкстракции, фитодеградации и фитоволатилизации).

Рисунок 2. Виды фиторемедиации. Источник: Townie (Арулнангай и Ксавье Денгра из оригинала в расширении .png), из Wikimedia Commons

Эти методы фиторемедиации включают:

Phytodegradation

Этот метод, также называемый фитотрансформацией, заключается в выборе и использовании растений, способных разлагать поглощенные ими загрязнители.

При фитодеградации специальные ферменты, которые есть у некоторых растений, вызывают расщепление молекул загрязняющих соединений, превращая их в более мелкие, нетоксичные или менее токсичные молекулы.

Растения также могут минерализовать загрязнители до простых усвояемых соединений, таких как диоксид углерода (CO ₂ ) и вода (H ₂ O).

Примерами ферментов этого типа являются дегалогеназа и оксигеназа; первый способствует удалению галогенов из химических соединений, а второй окисляет вещества.

Фитодеградация использовалась для удаления взрывчатых веществ, таких как тротил (тринитротолуол), хлорорганические и органофосфатные пестициды, галогенированные углеводороды и другие загрязнители.

Rhizoremediation

Когда разложение загрязняющих веществ происходит под действием микроорганизмов, обитающих в корнях растений, метод восстановления называется ризоремедиацией.

Phytostabilization

Этот вид фиторемедиации основан на использовании растений, которые поглощают загрязняющие вещества и удерживают их внутри.

Известно, что эти растения снижают биодоступность загрязняющих веществ за счет производства и выделения корнями химических соединений, которые инактивируют токсичные вещества посредством механизмов абсорбции, адсорбции или осаждения-отверждения.

Таким образом, загрязняющие вещества больше не доступны в окружающей среде для других живых существ, предотвращается их миграция в грунтовые воды и их распространение на большие площади почв.

Некоторые растения, которые использовались для фитостабилизации: Lupinus albus (для иммобилизации мышьяка, As и кадмия, Cd), Hyparrhenia hirta (иммобилизация свинца, Pb), Zygophyllum fabago (иммобилизация цинка, Zn), Anthyllis Vulneraria (иммобилизация цинка). , свинец и кадмий), Deschampia cespitosa (иммобилизация свинца, кадмия и цинка) и Cardaminopsis arenosa (иммобилизация свинца, кадмия и цинка) и другие.

Phytostimulation

В этом случае используются растения, стимулирующие развитие микроорганизмов, разлагающих поллютанты. Эти микроорганизмы обитают в корнях растений.

фитоэкстракция

Фитоэкстракция, также называемая фитоаккумуляцией или фитосеквестрацией, использует растения или водоросли для удаления загрязняющих веществ из почвы или воды.

После того, как растение или водоросли поглотили загрязняющие химические вещества из воды или почвы и накопили их, их собирают в виде биомассы и обычно сжигают.

Рисунок 3. Фиторемедиация в бассейнах, реабилитация заброшенного уранового рудника. Португалия. Источник: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Пепел хранится в специальных местах или на охранных свалках или используется для восстановления металлов. Этот последний прием называется травничеством.

Гипераккумулирующие растения

Организмы, способные поглощать чрезвычайно большое количество загрязнителей из почвы и воды, называются гипераккумуляторами.

Сообщалось о чрезмерном накоплении в растениях мышьяка (As), свинца (Pb), кобальта (Co), меди (Cu), марганца (Mn), никеля (Ni), селена (Se) и цинка (Zn).

Фитоэкстракция металлов проводилась с такими растениями, как Thlaspi caerulescens (извлечение кадмия, Cd), Vetiveria zizanoides (извлечение цинка Zn, кадмия Cd и свинца Pb), Brassica juncea (извлечение свинца Pb) и Pistia stratiotis (извлечение серебра Ag , ртуть Hg, никель Ni, свинец Pb и цинк Zn) и другие.

Phytofiltration

Этот вид фиторемедиации используется при обеззараживании грунтовых и поверхностных вод. Загрязняющие вещества абсорбируются микроорганизмами или корнями или прикрепляются (адсорбируются) к их поверхностям.

Рисунок 4. Рост корня в лаборатории, в жидкой среде. Источник: pixabay.com

При фитофильтрации растения выращивают с помощью методов гидропоники, и когда корень хорошо развит, растения переносят в загрязненные воды.

Некоторые растения, используемые в качестве фитофильтров: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda и Polygonum punctatum.

Phytovolatilization

Этот метод работает, когда корни растений поглощают загрязненную воду и выделяют загрязнители, преобразованные в газообразную или летучую форму, в атмосферу через транспирацию листьев.

Известно фитоволатилизирующее действие селена (Se) растений Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus и Chara canescens, а также способность выделять ртуть (Hg) растений вида Arabidopsis thaliana.

Преимущества фиторемедиации

• Применение методов фиторемедиации намного дешевле, чем применение традиционных методов дезактивации.
• Технологии фиторемедиации эффективно применяются на больших территориях со средним уровнем загрязнения.
• Поскольку используются методы обеззараживания на месте, нет необходимости транспортировать загрязненную среду, что позволяет избежать распространения загрязняющих веществ водой или воздухом.
• Применение технологий фиторемедиации позволяет извлекать ценные металлы и воду.
• Для применения этих технологий требуются только традиционные методы ведения сельского хозяйства; Нет необходимости ни в строительстве специальных сооружений, ни в обучении квалифицированного персонала для их реализации.
• Технологии фиторемедиации не потребляют электроэнергию и не производят выбросов парниковых газов.
• Это технологии, которые сохраняют почву, воду и атмосферу.
• Это методы обеззараживания с наименьшим воздействием на окружающую среду.

Недостатки и ограничения

• Приемы фиторемедиации могут дать эффект только в зоне, занятой корнями растений, то есть на ограниченной площади и глубине.
• Фиторемедиация не совсем эффективна для предотвращения вымывания или просачивания загрязняющих веществ в грунтовые воды.
• Методы фиторемедиации - это медленные методы обеззараживания, так как они требуют времени ожидания для роста растений и связанных с ними микроорганизмов.
• На рост и выживание растений, используемых в этих методах, влияет степень токсичности загрязняющих веществ.
• Применение методов фиторемедиации может иметь негативные последствия для экосистем, в которых они применяются, из-за биоаккумуляции загрязняющих веществ в растениях, которые впоследствии могут попадать в пищевые цепи через первичных и вторичных потребителей.

Ссылки

1. Карпена Р.О. и Бернал депутат. 2007. Определители фиторемедиации: фитотехнологии восстановления почв. Экосистемы 16 (2). Май.
2. Агентство по охране окружающей среды (EPA-600-R-99-107). 2000. Введение в фиторемедиацию.
3. Герхардт К.Е., Хуанг XD, Глик Б.Р., Гринберг Б.М. 2008. Фиторемедиация и ризоремедиация органических загрязнителей почвы: потенциал и проблемы. Растениеводство. ОТСУТСТВУЮЩИЕ ЛИСТЬЯ
4. Гош М. и Сингх С.П. 2005. Обзор фиторемедиации тяжелых металлов и утилизации побочных продуктов. Прикладная экология и исследования окружающей среды. 3 (1): 1-18.
5. Ван, Л., Цзи, Б., Ху, Ю., Лю, Р., и Сун, В. (2017). Обзор фиторемедиации хвостохранилищ на месте. Chemosphere, 184, 594–600. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025