ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ: ВИДОВЕ, ПРЕДИМСТВА И НЕДОСТАТЪЦИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В фиторемедиация е набор от технологични практики, използващи живи растения и свързаните с тях микроорганизми към околната среда канализация на почвата, водата и въздуха.

Фиторемедиационните технологии използват естествения капацитет на някои растения да абсорбират, концентрират и метаболизират елементи и химически съединения, които присъстват в околната среда като замърсители. Растенията могат да се използват за извличане, обездвижване и стабилизиране, разграждане или изпаряване на замърсители.

Фигура 1. Фиторемедиация в полето. Източник.: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Почвата, повърхностните и подземните води и атмосферата могат да бъдат замърсени като следствие от някои естествени процеси - като геологична ерозия, вулканична активност, между другото -, а също и поради ефекта от човешките дейности (промишлени, селскостопански, отпадни води и др. добив, строителство, транспорт).

Промишлените емисии и отпадъчни вещества, отпадъчни материали, експлозиви, агрохимикали (торове, хербициди, пестициди), дъжд или киселинно отлагане, радиоактивни материали, наред с други, са фактори на замърсяване, които произтичат от човешките дейности.

Фиторемедиацията се очертава като евтина, ефективна, публично приета технология за борремедиация на различни видове замърсяване на околната среда.

Думата "фиторемедиация" идва от гръцкото "phyto", което означава живо растение, и от латинското "remediare", което означава възстановяване на равновесието; тоест възстановяване на баланса чрез използване на растения.

Видове фиторемедиация

Технологиите на фиторемедиация се основават на физиологичните процеси на растенията и свързаните с тях микроорганизми, като хранене, фотосинтеза, метаболизъм, евапотранспирация и други.

В зависимост от вида на замърсителя, степента на замърсяване на мястото и нивото на отстраняване или обеззаразяване, които са необходими, техниките за фиторемедиация се използват като механизъм за ограничаване на замърсители (техники за фитостабилизация, ризофилтрация) или като механизъм за елиминиране (техники на фитоекстракция, фитодеградация и фитоволатилизация).

Фигура 2. Видове фиторемедиация. Източник: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra от оригинала в.png разширение), от Wikimedia Commons

Тези фиторемедиационни техники включват:

Phytodegradation

Тази техника, наричана още фитотрансформация, се състои в подбор и използване на растения, които имат способността да разграждат замърсителите, които са погълнали.

При фитодеградацията специалните ензими, които имат някои растения, причиняват разграждането на молекулите на замърсяващите съединения, превръщайки ги в по-малки, нетоксични или по-малко токсични молекули.

Растенията могат също да минерализират замърсителите до прости, асимилируеми съединения, като въглероден диоксид (CO ₂) и вода (H ₂ O).

Примери за този тип ензими са дехалогеназа и оксигеназа; първият благоприятства отстраняването на халогени от химичните съединения, а вторият окислява вещества.

Фитодеградацията е използвана за отстраняване на експлозиви, като TNT (тринитротолуен), органохлорни и органофосфатни пестициди, халогенирани въглеводороди, сред другите замърсители.

Rhizoremediation

Когато разграждането на замърсителите се произвежда от действието на микроорганизми, които живеят в корените на растенията, техниката на възстановяване се нарича ризоремедиация.

Phytostabilization

Този тип фиторемедиация се основава на растения, които абсорбират замърсители и ги обездвижват вътре.

Известно е, че тези растения намаляват бионаличността на замърсители чрез производството и екскрецията от корените на химичните съединения, които инактивират токсичните вещества чрез механизми на абсорбция, адсорбция или утаяване.

По този начин замърсителите вече не са достъпни в околната среда за други живи същества, предотвратява се миграцията им към подземните води и разпространението им в по-големи площи на почвите.

Някои растения, които са били използвани при фитостабилизация са: Lupinus albus (за обездвижване на арсен, As и кадмий, Cd), Hyparrhenia hirta (обездвижване на олово, Pb), Zygophyllum fabago (обездвижване на цинк, Zn), Anthyllis Vulneraria (обездвижване на цинк, олово и кадмий), Deschampia cespitosa (обездвижване на олово, кадмий и цинк) и Cardaminopsis arenosa (обездвижване на олово, кадмий и цинк).

Phytostimulation

В този случай се използват растения, които стимулират развитието на микроорганизми, които разграждат замърсителите. Тези микроорганизми живеят в корените на растенията.

фитоекстракция

Фитоекстракцията, наричана още фитоакумулация или фитосекстрация, използва растения или водорасли за отстраняване на замърсители от почвата или водата.

След като растението или водораслите абсорбират замърсяващите химикали от водата или почвата и ги натрупат, те се събират като биомаса и обикновено се изгарят.

Фигура 3. Фиторемедиация в басейни, рехабилитация на изоставена уранова мина. Португалия. Източник: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Пепелта се депонира на специални места или сметища или се използва за възстановяване на метали. Тази последна техника се нарича билколечение.

Хипер-акумулиращи растения

Организмите, които са способни да абсорбират изключително високи количества замърсители от почвата и водата, се наричат ​​хиперакумулатори.

Има съобщения за хиперакумулиращи растения от арсен (As), олово (Pb), кобалт (Co), мед (Cu), манган (Mn), никел (Ni), селен (Se) и цинк (Zn).

Фитоекстракцията на метали е проведена с растения като Thlaspi caerulescens (извличане на кадмий, Cd), Vetiveria zizanoides (извличане на цинк Zn, кадмий Cd и олово Pb), Brassica juncea (извличане на олово Pb) и Pistia stratiotis (извличане на сребро Ag, живак Hg, никел Ni, олово Pb и цинк Zn), наред с други.

Phytofiltration

Този вид фиторемедиация се използва при дезактивация на подземни и повърхностни води. Замърсителите се абсорбират от микроорганизми или от корени, или са прикрепени (адсорбирани) към повърхностите на двете.

Фигура 4. Коренен растеж в лаборатория, в течна среда. Източник: pixabay.com

При фитофилтрация растенията се отглеждат с хидропонни техники и когато коренът е добре развит, растенията се прехвърлят в замърсени води.

Някои растения, използвани като фитофилтри са: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda и Polygonum punctatum.

Phytovolatilization

Тази техника работи, когато корените на растенията абсорбират замърсена вода и освобождават замърсителите, трансформирани в газообразна или летлива форма в атмосферата, чрез транспирацията на листата.

Известно е фитоволатизиращото действие на селен (Se) на растенията, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus и Chara canescens, както и способността за трансипиране на живак (Hg) на растителния вид Arabidopsis thaliana.

Предимства на фиторемедиацията

• Прилагането на техники за фиторемедиация е много по-евтино от прилагането на конвенционалните методи за обеззаразяване.
• Технологиите за фиторемедиация се прилагат ефективно в големи райони със средни нива на замърсяване.
• Като техники за обеззаразяване in situ, замърсената среда не трябва да се транспортира, като по този начин се избягва разпръскването на замърсителите по вода или въздух.
• Прилагането на фиторемедиационни технологии позволява възстановяване на ценни метали и вода.
• За да се прилагат тези технологии, са необходими само конвенционални селскостопански практики; Не е необходимо изграждането на специални съоръжения, нито обучението на обучен персонал за прилагането му.
• Технологиите за фиторемедиация не консумират електрическа енергия, нито произвеждат замърсяващи емисии на парникови газове.
• Те са технологии, които запазват почвата, водата и атмосферата.
• Те са методи за обеззаразяване с най-ниско въздействие върху околната среда.

Недостатъци и ограничения

• Фиторемедиационните техники могат да имат ефект само в зоната, заета от корените на растенията, тоест в ограничена площ и дълбочина.
• Фиторемедиацията не е напълно ефективна за предотвратяване на излугването или просмукването на замърсители в подземните води.
• Техниките за фиторемедиация са бавни методи за дезактивация, тъй като изискват време за изчакване за растежа на растенията и микроорганизмите, свързани с тях.
• Растежът и оцеляването на растенията, използвани в тези техники, се влияят от степента на токсичност на замърсителите.
• Приложението на фиторемедиационните техники може да има отрицателно въздействие върху екосистемите, където се прилагат, поради биоакумулирането на замърсители в растенията, които впоследствие могат да преминат в хранителните вериги чрез първични и вторични потребители.

Препратки

1. Carpena RO и Bernal MP. 2007. Ключове към фиторемедиацията: фитотехнологии за възстановяване на почвата. Екосистеми 16 (2). Може.
2. Агенция за опазване на околната среда (EPA-600-R-99-107). 2000. Въведение във фиторемедиацията.
3. Gerhardt KE, Huang XD, Glick BR, Greenberg BM. 2008. Фиторемедиация и ризоремедиация на органични замърсители на почвата: потенциал и предизвикателства. Растителна наука. НЕПРАВЛЕНИ ЛИСТОВЕ
4. Ghosh M и Singh SP. 2005. Преглед на фиторемедиацията на тежки метали и използването на нейните странични продукти. Приложна екология и екологични изследвания. 3 (1): 1-18.
5. Wang, L., Ji, B., Hu, Y., Liu, R., & Sun, W. (2017). Преглед на фиторемедиацията на хвостохранилищата in situ. Химосфера, 184, 594–600. doi: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025