Технологии фиторемедиации

Растения и ризосферные микроорганизмы в процессе фиторемедиации могут использоваться различными путями.

Растения могут применяться как фильтры в созданных искусственно заболоченных участках или в промышленных установках. К данным технологиям в частности относится ризофильтрация - использование растений в специальных установках для фильтрации загрязнённой воды. Для фиторемедиации в искусственно созданных заболоченных территориях применяются различные водные виды: ряска (Lemna sp. и Azolla sp.) - для неорганических поллютантов (хорошие накопители металлов и лёгкий сбор биомассы), виды родов Myriophyllum (перистолистник) и Elodea (элодея) -для органических поллютантов (высокий уровень деградирующих ферментов). В процессе ризофильтрации осуществляется интенсивное аэрирование, что позволяет использовать также наземные растения (часто используются горчица Brassica juncea и подсолнечник Helianthusannuus). Искусственно созданные заболоченные территории применяются для очистки от широкого круга неорганических (металлы, цианиды, нитраты, фосфаты) и некоторых органических (гербициды, взрывчатые вещества) поллютантов. Ризофильтрация по причине своей дороговизны пригодна для очистки небольших количеств сточных вод содержащих опасные неорганические поллютанты, такие как радионуклиды.

Древесные виды растений могут использоваться в фиторемедиации в качестве барьера для воды, чтобы создать восходящий ток воды в корневую зону, препятствуя утечке загрязнения вглубь, и препятствовать горизонтальному распространению загрязнённых грунтовых вод. Для этого применяются виды с хорошо развитой корневой системой и высоким уровнем транспирации (например, тополь).

Другая технология, называемая фитоэкстракцией, заключается в использовании растений для экстрагирования поллютантов и аккумулирования их в тканях, после чего надземная растительная биомасса собирается. Растительный материал может далее либо использоваться для непищевых целей (производство дерева, картона) либо сжигаться с последующим вывозом золы на свалку или, в случае ценных металлов, рециркуляцией накопленных элементов. Данная технология главным образом используется для очистки от неорганических поллютантов (металлы, селен, мышьяк, радионуклиды). Для фитоэкстракции часто применяют горчицу Brassica juncea и подсолнечник Helianthus annuus из-за их быстрого роста, большой биомассы и высокой устойчивости к неорганическим поллютантам. Также обнаружен ряд растений-гипераккумуляторов, способных накапливать один или несколько элементов (некоторые металлы, As, Se) до уровня в два порядка выше, чем другие виды (до 0,1-1% сухой биомассы). Так, растение, гипераккумулирующее никель, Alyssum bertolonii (Бурачок Бертолони), уже применялось в полевых условиях для фитоэкстракции.

Технология фитостимуляции состоит в применении растений для стимуляции биодеградации поллютантов микробами в ризосфере. Такая стимуляция биодеградации осуществляется за счёт секреции растениями органических веществ, используемых ризосферными микроорганизмами в качестве источника энергии и углерода, а также различных вторичных метаболитов, активирующих гены, ответственные за синтез деградирующих ферментов. Для фитостимуляции микробов-деструкторов корневой зоны применяются растения обладающие обширной плотной корневой системой и секретируюшие специфические вещества, способствующие росту микробов. В частности используются различные травы (например, овсянница Festuca sp., плевел Lolium sp.) из-за их обширной и плотной корневой системы и шелковица (тутовое дерево) из-за секреции фенольных соединений - индукторов генов микроорганизмов вовлечённых в разрушение циклических углеводородов. Фитостимуляция применяется для очистки от гидрофобных органических поллютантов (ПХБ, углеводороды нефтепродуктов), которые не могут быть поглощены растениями, но могут быть деградированы микробами.

Также растения могут напрямую деградировать органические поллютанты с помощью своих ферментов, обычно внутри тканей, до неорганических соединений, накапливающихся в растении. Технология использования растений для деградации поллютантов получила название фитодеградация. Она эффективна против органических поллютантов обладающих хорошей подвижностью в растении (гербициды, ТНТ, трихлорэтилен). Применяемые для фитодеградации виды характеризуются наличием обширной плотной корневой системы и высоким уровнем синтеза ферментов деградации (наиболее часто применяют растения тополя).

Технология, получившая название фитоиспарение, основывается на том, что после поглощения некоторые поллютанты могут покидать растение в летучей малотоксичной форме. Например, неорганический селен ассимилируется растением в форме селеноаминокислот - селеноцистеина и селенометионина. Последний может метилироваться с образованием летучего диметилселенида на 2-3 порядка менее токсичного, чем неорганический селен. Если летучее соединение всё же токсично, то после испарения растением оно разбавляется в атмосфере до уровня не представляющего угрозы. Фитоиспарение может быть использовано для летучих органических соединений (трихлорэтилен) и некоторых неорганических веществ, способных переводиться растением в летучее состояние (селен, ртуть). Обычно в данной технологии применяют всё тот же тополь благодаря высокому уровню транспирации.

Еще статьи по экологии

Солнечная радиация и ее влияние на природные и хозяйственные процессы
Под солнечной радиацией понимается весь испускаемый Солнцем поток радиации, который представляет собой электромагнитные колебания различной длины волны. В гигиеническом отношении особый интерес предст ...

Особенности антропогенного преобразования черноморского побережья и его эколого-геоморфологические последствия на примере Краснодарского края
Краснодарский край является уникальным регионом с наиболее благоприятными для рекреационной деятельности ресурсами, и, в связи с использованием этих ресурсов, наибольшую нагрузку испытывает ...

Организация заповедного дела в России
Развитие человеческого общества никогда не было бесконфликтным, непротиворечивым процессом. На протяжении всей истории существования разумной жизни на Земле неизменно возникали вопросы, отве ...