Фиторемедиация (фитоэкстракция) – это технология очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, с помощью растений. Этот метод заключается в выращивании в течение определенного периода времени на загрязненных почвах специально подобранных видов растений, способных извлекать из почвы тяжелые металлы корневой системой и накапливать их в надземной части, которая впоследствии утилизируется, а процесс может быть повторен до достижения необходимого эффекта [1].
Горные работы и рост транспортного трафика являются наиболее влияющими факторами загрязнения почвы. Тяжелые металлы и их различные химические соединения часто используются в качестве катализаторов в химических процессах; следовательно, промышленная деятельность может быть еще одним источником загрязнения почвы.
Также современность данного метода подчеркивает в своей работе М. Гаврилеску, упоминая, что фиторемедиация, в настоящее время считается новым экологически безопасным методом удаления тяжелых металлов из окружающей среды, основанным на способности растений извлекать тяжелые металлы из воды и почвы и биоаккумулировать их в различных частях (корнях, стеблях, листьях, цветках, плодах) без таких неблагоприятных последствий, как влияние на структуру почвы, плодородие и биологическую активность [2].
Методы фиторемедиации
Фитоэкстракция
Поглощение и перенос токсинов корнями растений в побеги называется фитоэкстракцией, иногда известной как фитоаккумуляция. Она включает в себя использование естественных растений-гипераккумулянтов, которые переносят элемент-загрязнитель через корни в надземную часть биомассы, тем самым удаляя загрязнитель из почвы.
Фитостабилизация
Фитостабилизация использует устойчивые к металлам растения для обездвиживания тяжелых металлов в загрязненных почвах, тем самым снижая их биодоступность в окружающей среде. В результате они не могут мигрировать в грунтовые воды или присоединиться к пищевому циклу.
Другими словами, фитостабилизация – перевод веществ из растворимой формы в нерастворимую в корневой зоне растений [6].
Ризофильтрация
Ризофильтрация — это метод, при котором корни растений используются для удаления загрязняющих веществ из сточных вод. Корневые жидкости растений могут поглощать тяжелые металлы, тем самым изменяя рН ризосферы (узкого слоя почвы, прилегающего к корням растения и попадающего под непосредственное действие корневых выделений и почвенных микроорганизмов).
Фитоулетучивание
Растения используются для преобразования различных загрязняющих веществ в менее опасные летучие вещества, которые затем выбрасываются в атмосферу через листовую систему. Эту концепцию можно использовать для удаления органических загрязнителей, а также тяжелых металлов, включая Se, Hg и As [3].
Преимущества фиторемедиации
Основным преимуществом метода является его большая экономическая эффективность. Повышенный интерес к этой новой технологии объясняется тем, что она не нуждается в экскавации почвы, и растения-ремедианты с высокой эффективностью могут быть использованы на больших площадях. Это, в свою очередь, требует, чтобы используемые для очистки загрязнённых почв растения, помимо способности к накоплению загрязняющих веществ, были приспособлены к конкретным условиям произрастания.
Фиторемедиация, как отмечает в своей работе Ц. Ши вместе с соавторами, способствует сохранению и улучшению окружающей среды, поскольку связана с выращиванием растений, улучшением почв и защитой их от эрозии. Это наиболее эстетичная технология очистки почвы, что тоже немаловажно [4].
Подпись: Зона активного проекта фиторемедиации Центр ремонта и снабжения воздушных судов, Элизабет-Сити, округ Пасквотанк, Северная Каролина, США.
Растения-фиторемендианты должны отвечать следующим требованиям: быть толерантными к высоким концентрациям металлов, способны активно поглощать их в значительных количествах и эффективно транспортировать из корневой системы в надземную пожинаемую часть, одновременно интенсивно и максимально накапливаясь в ней; отличаться быстротой роста и производить большую биомассу, иметь глубоко разрастающуюся корневую систему и высокую сопротивляемость к болезням и вредителям; выращиваться при обычной агротехнике, быть удобными для уборки и не привлекательными
для домашних и диких животных, чтобы не вызвать случаи отравления и не послужить причиной включения металлов в пищевые цепи.
Для очистки от тяжёлых металлов подходят растения семейства крестоцветных — гипераккумуляторы, способные накапливать в себе загрязнитель до 5% по массе. Эффективны также сорные амброзия, одуванчик, полынь, кукуруза, люцерна. Азотфиксаторы — бобовые культуры, люпин; чуть в меньшей мере — любые растения, поскольку используют азот для роста. Фтор усваивается многолетним разнотравьем, радионуклиды копит подсолнечник [5].
Согласно, совместному исследованию 2011 года проведенного Башкирским государственным университетом и Уфимским государственным авиационным техническим университом, кострец безостый и бархатцы прямостоячие являются более перспективными растениями для проведения фиторемедиации почв, загрязненных нефтяными углеводородами [7].
Способы повышения эффективности фиторемедиации
Существует несколько путей усиления фиторемедиации: повышение биодоступности тяжелых металлов в почве для усвоения растениями, обработка семян растений-гипераккумулянтов, совмещение нескольких культур вместе и др.
1. Повышение биодоступности тяжелых металлов
Ч. Лю и соавторы провели в своей работе интересный эксперимент по повышению биодоступности фосфора и кадмия в ризосфере эндофитами (микроорганизмами, при определённых обстоятельствах населяющих ткани живых растений, не вызывая каких-либо негативных последствий для их функционирования и развития).
Дело в том, что привитые эндофиты, как показали результаты экспериментов, помогают своим хозяевам адаптироваться к неблагоприятной почвенной среде и способствуют росту растений с помощью нескольких механизмов, таких как выработка растительного гормона, увеличение количества фотосинтетических пигментов и смягчение токсического воздействия загрязняющих веществ [8].
2. Совмещение нескольких культур при фиторемедиации
Не менее интересный аспект этой темы раскрывает в своей работе Й. Ли и соавторы, приводя в пример эксперимент по совмещению ивы с люцерной при фиторемедиации загрязненной Cd почвы.
Результат показал, что фиторемедиация почвы, загрязненной кадмием, была усилена этим совмещением культур из-за увеличения содержания доступного кадмия на 25,90 %.
3. Обработка семян растений-гипераккумулянтов
Существует много обработок-усилителей для роста и ускоренного развития растений, повышающих их биомассу, устойчивость к климатическим условиям и болезням и многое другое. Для наглядности рассмотрим продолжающийся эксперимент Й. Ли и соавторов по фиторемедиации с использованием люцерны и ивы.
Авторы разработали обработку 24-эпибрассинолидом (Brs). Результаты показали, что фиторемедиация загрязненной кадмием почвы ивой и люцерной улучшилась после обработки бром из-за увеличения биомассы растений и доступного содержания кадмия на 16,32–74,15 % и на 16,91– 44,48 %. соответственно. Кроме того, экстракция Cd растениями при промежуточных обработках с Brs и без него составила 0,56 и 0,31 мг тяжелого металла в горшке соответственно [9].
Заключение
Подводя итоги, можно смело сказать, что фиторемедиация – это самый экологичный и безопасный для окружающей среды метод очистки загрязненных почв и вод тяжелыми металлами. И в силу своей относительно низкой себестоимости по сравнению с традиционными очистными сооружениями, теоретической возможности экстракции ценных веществ (Ni, Au, Cu) из зелёной массы растений и не уступающего качества очистки - является одним из эффективных инструментов в борьбе с проблемой загрязнения окружающей среды/
Источники литературы
1. Морозова М. А. Фиторемедиация как метод очистки почв // Науки о Земле. 2018. №6(33). С. 104-106.
2. Gavrilescu M. Enhancing phytoremediation of soils polluted with heavy metals // Current Opinion in Biotechnology. 2022. №73. P. 21–31.
3. Bhat S. A., Bashir O., Ul Haq S. A., Tawheed A., Asif R., Mudasir A., Juliana H. P., Sher F. Phytoremediation of heavy metals in soil and water: An eco-friendly, sustainable and multidisciplinary approach // Chemosphere. 2022. №303(1). P. 110.
4. Shi Q., Kaur P., Gan J. Harnessing the potential of phytoremediation for mitigating the risk of emerging contaminants // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2023. №23. P. 14–22.
5. Солтанов С. Х. Использование экологических свойств растений-гипераккумулянтов для снижения техногенной нагрузки на прилегающие к Московскому аэропорту Домодедово территории // Вестн. РУДН. 2019. №27(1). С. 51–58.
6. Киреева Н.А., Бакаева М.Д. Рекультивация нарушенных земель: Учеб. пособие. Уфа: РИО БашГу, 2005. 208 с.
7. Киреева, Н. А., Григориади, А. С., Водопьянов, В. В., & Амирова, А. Р. Подбор растений для фиторемедиации почв, загрязненных нефтяными углеводородами. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. 13 (5-2). С.184-187.
8. Liu C., Lin H., Dong Y., Li B. Increase of P and Cd bioavailability in the rhizosphere by endophytes promoted phytoremediation efficiency of Phytolacca acinosa // Journal of Hazardous Materials. 2022. №431. P. 172–180.
9. Li Y., Qi D., Danni W., Ying Y., Wenchao D., Hongyan G. A 24-epibrassinolide treatment and intercropping willow with alfalfa increase the efficiency of the phytoremediation of cadmium-contaminated soil // Science of The Total Environment. 2023. №854. P. 16–30.
