Fitoremediacija: dirvožemio valymas gėlėmis

Davidas Troodas / Getty Images

Pagal Tarptautinė fitotechnologijų draugija svetainėje, fitotechnologija apibrėžiama kaip mokslas apie augalų naudojimą sprendžiant aplinkos problemas, tokias kaip tarša, miškų atsodinimas, biokuras ir šalinimas sąvartynuose. Fitoremediacija, fitotechnologijos subkategorija, naudoja augalus teršalams iš dirvožemio ar vandens absorbuoti.

Susiję teršalai gali būti sunkieji metalai , apibrėžiamas kaip bet kokie metalu laikomi elementai, galintys sukelti taršą arba aplinkos problemų ir kurie negali būti toliau skaidomi. Didelis sunkiųjų metalų susikaupimas dirvožemyje ar vandenyje gali būti laikomas toksišku augalams ar gyvūnams.

Kodėl verta naudoti fitoremediaciją?

Kitos metodikos, naudojamos sunkiaisiais metalais užteršto dirvožemio valymui, gali kainuoti 1 mln.

Kaip veikia fitoremediacija?

Ne kiekviena augalų rūšis gali būti naudojama fitoremediacijai. Augalas, kuris sugeba pasisavinti daugiau metalų nei įprasti augalai, vadinamas hiperakumuliatoriumi. Hiperakumuliatoriai gali absorbuoti daugiau sunkiųjų metalų, nei yra dirvoje, kurioje jie auga.

Visiems augalams reikia kai kurių sunkiųjų metalų nedideliais kiekiais; geležis, varis ir manganas yra tik keletas sunkiųjų metalų, būtinų augalų funkcionavimui. Be to, yra augalų, kurie savo sistemoje gali toleruoti didelį metalų kiekį, net daugiau, nei reikia normaliam augimui, užuot rodančių toksiškumo simptomus. Pavyzdžiui, rūšis Thlaspi turi baltymą, vadinamą „toleruojančiu metalu baltymu“. Cinkas labai pasisavinamas Thlaspi dėl sisteminio cinko trūkumo atsako suaktyvėjimo. Kitaip tariant, metalo tolerancijos baltymas praneša augalui, kad jam reikia daugiau cinko, nes jam „reikia daugiau“, net jei to nereikia, taigi jis sunaudoja daugiau!

Specializuoti metalo vežėjai augale taip pat gali padėti pasisavinti sunkiuosius metalus. Transporteriai, būdingi sunkiajam metalui, prie kurio jis jungiasi, yra baltymai, kurie padeda transportuoti, detoksikuoti ir sekvestruoti sunkiuosius metalus augaluose.

Rizosferoje esantys mikrobai prilimpa prie augalų šaknų paviršiaus, o kai kurie gydantys mikrobai gali suskaidyti organines medžiagas, pvz. naftos ir pakelti sunkiuosius metalus iš dirvožemio. Tai naudinga ir mikrobams, ir augalui, nes šis procesas gali būti šablonas ir maisto šaltinis mikrobams, kurie gali skaidyti organinius teršalus. Vėliau augalai išskiria šaknų eksudatus, fermentus ir organinę anglį, kad mikrobai galėtų maitintis.

Fitoremediacijos istorija

Fitoremediacijos ir hiperakumuliacinių augalų tyrimo „krikštatėvis“ gali būti R. R. Bruksas Naujosios Zelandijos. Vieną pirmųjų straipsnių apie neįprastai didelį sunkiųjų metalų pasisavinimą augaluose užterštoje ekosistemoje parašė Reevesas ir Brooksas 1983 m. Jie nustatė, kad švino koncentracija in Thlaspi esantis kasybos zonoje buvo nesunkiai didžiausias kada nors užregistruotas bet kurio žydinčio augalo.

Profesoriaus Brookso darbas apie sunkiųjų metalų hiperakumuliaciją augaluose sukėlė klausimų, kaip šias žinias būtų galima panaudoti valant užterštą dirvožemį. Pirmąjį straipsnį apie fitoremediaciją parašė Rutgerso universiteto mokslininkai apie specialiai atrinktų ir sukonstruotų metalą akumuliuojančių augalų, naudojamų užterštoms dirvoms valyti, naudojimą. 1993 metais a Jungtinių Amerikos Valstijų patentas pateikė bendrovė „Phytotech“. Patente, pavadintame „Metalų fitoremediacija“, buvo atskleistas metalų jonų pašalinimo iš dirvožemio naudojant augalus metodas. Kai kurios augalų rūšys, įskaitant ridikus ir garstyčias, buvo genetiškai modifikuotos taip, kad išreikštų baltymą, vadinamą metalotioneinu. Augalinis baltymas suriša sunkiuosius metalus ir juos pašalina, kad neatsirastų toksinis poveikis augalams. Dėl šios technologijos genetiškai modifikuoti augalai, įskaitant Arabidopsis , tabakas, rapsai ir ryžiai buvo modifikuoti taip, kad būtų sutvarkytos gyvsidabriu užterštos vietos.

Išoriniai veiksniai, turintys įtakos fitoremediacijai

Pagrindinis veiksnys, turintis įtakos augalo gebėjimui hiperakumuliuoti sunkiuosius metalus, yra amžius. Jaunos šaknys auga greičiau ir pasisavina maistines medžiagas greičiau nei senesnės šaknys, o amžius taip pat gali turėti įtakos cheminių teršalų judėjimui augale. Natūralu, kad mikrobų populiacijos šaknų srityje turi įtakos metalų įsisavinimui. Transpiracijos greitis dėl saulės / šešėlio poveikio ir sezoninių pokyčių taip pat gali turėti įtakos augalų sunkiųjų metalų pasisavinimui.

Fitoremediacijai naudojamos augalų rūšys

Daugiau nei 500 augalų rūšių pranešama, kad jie turi hiperakumuliacinių savybių. Natūralūs hiperakumuliatoriai apima tarpinis iberis ir Thlaspi spp. Skirtingi augalai kaupia skirtingus metalus; pavyzdžiui, Brassica juncea kaupia varį, seleną ir nikelį, tuo tarpu Arabidopsis teigia kaupia kadmį ir Lemna yra viršuje kaupia arseną. Augalai, naudojami suprojektuotos pelkės apima viksvų, meldų, nendrių ir kačiukų, nes jie yra atsparūs potvyniams ir gali sugerti teršalus. Genetiškai modifikuoti augalai, įskaitant Arabidopsis , tabakas, rapsai ir ryžiai, buvo modifikuoti taip, kad būtų sutvarkytos gyvsidabriu užterštos vietos.

Kaip tikrinami augalų hiperakumuliaciniai gebėjimai? Augalų audinių kultūros dažnai naudojami fitoremediacijos tyrimuose, nes jie gali numatyti augalų reakciją ir sutaupyti laiko bei pinigų.

Fitoremediacijos tinkamumas parduoti

Fitoremediacija teoriškai populiari dėl mažų įrengimo sąnaudų ir santykinio paprastumo. Dešimtajame dešimtmetyje buvo keletas įmonių, dirbančių su fitoremediacija, įskaitant Phytotech, PhytoWorks ir Earthcare. Kitos didelės įmonės, tokios kaip „Chevron“ ir „DuPont“, taip pat kūrė fitoremediacijątechnologijas. Tačiau pastaruoju metu įmonės atliko mažai darbų, o kai kurios mažesnės įmonės pasitraukė. Technologijos problemos apima tai, kad augalų šaknys negali pasiekti pakankamai toli į dirvožemio šerdį, kad susikauptų kai kurie teršalai, ir augalų pašalinimas po hiperakumuliacijos. Augalų negalima suarti atgal į dirvą, vartoti žmonėms ar gyvūnams arba išmesti į sąvartyną. Dr. Brooksas vadovavo novatoriškam darbui, susijusiam su metalų gavyba iš hiperakumuliacinių įrenginių. Šis procesas vadinamas fitominavimu ir apima metalų lydymą iš augalų.