ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ: ВИДИ, ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ - БІОЛОГІЯ

Фіторемедіація це сукупність технологічних методів з використанням живих рослин та пов'язані з ними мікроорганізми до оздоровлення грунту, води і повітря.

Фіторемедіаційні технології використовують природну здатність деяких рослин поглинати, концентрувати та метаболізувати елементи та хімічні сполуки, які присутні у навколишньому середовищі як забруднювачі. Рослини можуть бути використані для вилучення, іммобілізації та стабілізації, деградації або випаровування забруднень.

Малюнок 1. Фіторемедіація в полі. Джерело .: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Грунт, поверхневі та ґрунтові води та атмосфера можуть бути забруднені як наслідок деяких природних процесів - таких як геологічна ерозія, вулканічна активність, серед інших -, а також завдяки дії людської діяльності (промислових, сільськогосподарських, стічних вод, видобуток, будівництво, транспортування).

Промислові викиди та стоки, відходи, вибухові речовини, агрохімікати (добрива, гербіциди, пестициди), осадження дощу чи кислоти, радіоактивні матеріали, серед багатьох інших, є чинниками забруднення, що виникають внаслідок діяльності людини.

Фіторемедіація постає як недорога, ефективна, загальновизнана технологія боротьби з різними видами забруднення навколишнього середовища.

Слово "фіторемедіація" походить від грецького "фіто", що означає жива рослина, і від латинського "remediare", що означає відновити рівновагу; тобто відновити стан рівноваги за рахунок використання рослин.

Види фіторемедіації

Технології фіторемедіації засновані на фізіологічних процесах рослин та пов'язаних з ними мікроорганізмах, таких як харчування, фотосинтез, метаболізм, випаротранспірація тощо.

Залежно від типу забруднювача, ступеня забруднення ділянки та рівня видалення чи дезактивації, який необхідний, методи фіторемедіації використовуються як механізм утримання забруднюючих речовин (методи фітостабілізації, ризофільтрація) або як механізм видалення (методики) фітоекстракції, фітодеградації та фітоволатилізації).

Малюнок 2. Види фіторемедіації. Джерело: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra з оригіналу у розширенні .png) від Wikimedia Commons

Ці методи фіторемедіації включають:

Фітодеградація

Ця методика, яка також називається фітотрансформацією, полягає у відборі та використанні рослин, які мають здатність до деградації забруднених ними речовин.

При фітодеградації спеціальні ферменти, які мають деякі рослини, викликають розпад молекул забруднюючих сполук, перетворюючи їх на менші, нетоксичні або менш токсичні молекули.

Рослини також можуть мінералізувати забруднювачі до простих, засвоюваних сполук, таких як вуглекислий газ (CO ₂ ) та вода (H ₂ O).

Прикладами цього типу ферменту є дегалогеназа та оксигеназа; перший сприяє видаленню галогенів з хімічних сполук, а другий окислює речовини.

Фітодеградація використовується для видалення вибухових речовин, таких як ТНТ (тринітротолуол), хлорорганічні та фосфорорганічні пестициди, галогеновані вуглеводні, серед інших забруднень.

Ризоремедіація

Коли деградація забруднюючих речовин виробляється дією мікроорганізмів, які живуть у коренях рослин, техніка відновлення називається ризоремедіацією.

Фітостабілізація

Цей тип фіторемедіації заснований на рослинах, які поглинають забруднюючі речовини та іммобілізують їх всередині.

Ці рослини, як відомо, знижують біодоступність забруднюючих речовин при виробництві та екскреції корінням хімічних сполук, які інактивують токсичні речовини за допомогою механізмів поглинання, адсорбції або осадження твердіння.

Таким чином забруднювачі більше не доступні в навколишньому середовищі для інших живих істот, запобігається міграція їх у ґрунтові води та їх розпорошення на більші площі ґрунтів.

Деякі рослини, які використовувались у фітостабілізації, це: Люпин альбус (для іммобілізації миш'яку, Ас та кадмію, Кд), Гіпаренія гірта (іммобілізація свинцю, Pb), Зигофіллум фабаго (іммобілізація цинку, Zn), Антіліс Вульнерарія (іммобілізація цинку , свинцю та кадмію), Deschampia cespitosa (іммобілізація свинцю, кадмію та цинку) та кардамінопсис аренаси (іммобілізація свинцю, кадмію та цинку), серед інших.

Фітостимуляція

У цьому випадку використовуються рослини, які стимулюють розвиток мікроорганізмів, які руйнують забруднювачі. Ці мікроорганізми живуть у коренях рослин.

Фітоекстракція

Фітоекстракція, яка також називається фітоакумуляцією або фітосеквестрацією, використовує рослини або водорості для видалення забруднювачів з ґрунту чи води.

Після того як рослина або водорості поглинули забруднюючі хімічні речовини з води або ґрунту та накопичили їх, вони збирають у вигляді біомаси та загалом спалюють.

Малюнок 3. Фіторемедіація в басейнах, реабілітація покинутого уранового рудника. Португалія. Джерело: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Попіл відкладається в спеціальних місцях або сміттєзвалищах або використовується для відновлення металів. Цей останній прийом називають трав'янистим.

Гіпернакопичувальні рослини

Організми, здатні поглинати надзвичайно велику кількість забруднюючих речовин із ґрунту та води, називають гіперакумуляторами.

Повідомлялося про гіперакумулятори миш'яку (As), свинцю (Pb), кобальту (Co), міді (Cu), марганцю (Mn), нікелю (Ni), селену (Se) та цинку (Zn).

Фітоекстракцію металів проводили з такими рослинами, як Thlaspi caerulescens (видобуток кадмію, Cd), Vetiveria zizanoides (витяг цинку Zn, кадмію Cd та свинцю Pb), Brassica juncea (витяг свинцю Pb) та Pistia stratiotis (видобуток срібла Ag , ртуть Hg, нікель Ni, свинцевий Pb та цинк Zn), серед інших.

Фітофільтрація

Цей тип фіторемедіації використовується при знезараженні підземних і поверхневих вод. Забруднювачі поглинаються мікроорганізмами або корінням, або прикріплюються (адсорбуються) до поверхонь обох.

Малюнок 4. Зростання коренів у лабораторії, у рідкому середовищі. Джерело: pixabay.com

При фітофільтрації рослини вирощують за допомогою гідропонних методик, і коли корінь добре розвинений, рослини переносять у забруднені води.

Деякі рослини, які використовуються як фітофільтри, це: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda та Polygonum punctatum.

Фітолатилізація

Ця методика працює, коли коріння рослин поглинають забруднену воду і викидають забруднювачі, перетворені в газоподібну або летючу форму в атмосферу, через транспірацію листя.

Відомо фітолатилізуючу дію селену (Se) рослин, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus та Chara canescens, а також здатність переносити ртуть (Hg), рослинного виду Arabidopsis thaliana.

Переваги фіторемедіації

Застосування фіторемедіаційних методів значно дешевше, ніж застосування звичайних методів знезараження.
Технології фіторемедіації ефективно застосовуються у великих районах із середнім рівнем забруднення.
Будучи методами знезараження in situ, забруднене середовище не потрібно транспортувати, таким чином уникаючи розпорошення забруднюючих речовин водою чи повітрям.
Застосування фіторемедіаційних технологій дозволяє відновлювати цінні метали та воду.
Для застосування цих технологій потрібна лише звичайна сільськогосподарська практика; Будівництво спеціальних споруд не потрібне, ні підготовка підготовлених кадрів для його впровадження.
Фіторемедіаційні технології не споживають електричної енергії, а також не призводять до забруднення викидів парникових газів.
Це технології, що зберігають ґрунт, воду та атмосферу.
Вони є методами знезараження з найменшим впливом на навколишнє середовище.

Недоліки та обмеження

Прийоми фіторемедіації можуть мати вплив лише в зоні, зайнятій корінням рослин, тобто на обмеженій площі та глибині.
Фіторемедіація не є повністю ефективною для запобігання вилуговування або просочування забруднень у ґрунтові води.
Методи фіторемедіації - це повільні методи знезараження, оскільки вони потребують часу очікування для росту рослин і мікроорганізмів, пов'язаних з ними.
На ріст і виживання рослин, використовуваних у цих методах, впливає ступінь токсичності забруднюючих речовин.
Застосування фіторемедіаційних методів може мати негативний вплив на екосистеми, де вони реалізовані, через біоакумуляцію забруднюючих речовин у рослинах, які згодом можуть переходити в харчові ланцюги через первинних та вторинних споживачів.

Список літератури

Carpena RO та Bernal MP. 2007. Ключі до фіторемедіації: фітотехнології відновлення ґрунту. Екосистеми 16 (2). Може.
Агентство охорони навколишнього середовища (EPA-600-R-99-107). 2000. Вступ у фіторемедіацію.
Gerhardt KE, Huang XD, Glick BR, Greenberg BM. 2008. Фіторемедіація та коренезміщення органічних забруднень ґрунту: потенціал та проблеми. Наука про рослини. ВІДМОВЛЕННЯ ВІДХОДІВ
Ghosh M та Сінгх SP. 2005. Огляд фіторемедіації важких металів та утилізації її побічних продуктів. Прикладна екологія та екологічні дослідження. 3 (1): 1-18.
Ван, Л., Джи, Б., Ху, Й., Лю, Р., і Сонце, В. (2017). Огляд фітореміації мінних хвостів in situ. Хімосфера, 184, 594–600. doi: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025

ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ: ВИДИ, ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ - БІОЛОГІЯ - 2025