Для знешкодження отруйних органічних речовин, що потрапляють у навколишнє середовище з відходами хімічної промисловості, вже давно і досить успішно використовують різні мікроорганізми. Однак вони не здатні видаляти з грунту і води шкідливі для здоров'я важкі метали - наприклад, миш'як, кадмій, мідь, ртуть, селен, свинець, а також радіоактивні ізотопи стронцію, цезію, урану і інші радіонукліди.
- Фітоекстракція - використання природних рослин-акумуляторів, здатних накопичувати метали в надземних органах спеціально виведених сортів рослин, і певних обробок грунту для перенесення елемента-забруднювача в надземні частини рослини, які потім утилізуються;
- Фітодеградація - використання ферментів рослин для руйнування органічних забруднювачів;
- Фітофільтрація - використання коренів дорослих рослин (різофільтрація) і проростків (бластофільтрація) для поглинання забруднювача, головним чином важких металів, з водних розчинів;
- Фітостабілізації - використання рослин для перекладу речовин-забруднювачів в малодоступную форму і ін .;
Технологія фіторемедіаціі має як переваги, так і недоліки. Останні пов'язані з невеликою біомасою рослин-акумуляторів, їх низькою швидкістю росту, а також з проблемами утилізації отриманої біомаси.
У даній роботі приведені деякі приклади використання рослин для боротьби із забруднювачами навколишнього середовища. Мета роботи: розкрити поняття фіторемедіаціі і її значення в екології. Поставлена мета передбачає виконання таких завдань:
- дати визначення фіторемедіаціі;
- виявити області застосування фіторемедіаціі;
- описати основні технології фіторемедіаціі;
- навести приклади використання фіторемедіаціі в екології;
- навести приклади нових розробок в області фіторемедіаціі.
Фіторемедіація - комплекс методів очищення вод, грунтів і атмосферного повітря з використанням зелених рослин. У цій технології використовуються природні процеси, за допомогою яких рослини і ризосферні мікроорганізми деградують і накопичують різні полютантів. Перші наукові дослідження в цій області були проведені в 50-х роках в Ізраїлі, проте активний розвиток методики відбулося тільки в 80-х роках XX століття. Фіторемедіація є високоефективної технологією очищення від ряду органічних і неорганічних полютантів.
Органічні поллютанти в навколишньому середовищі представлені, головним чином, речовинами антропогенного походження, і для більшості організмів є чужорідними (ксенобіотиками); багато з них токсичні, деякі канцерогенні. Залежно від їх властивостей, органічні поллютанти можуть або руйнуватися в кореневій зоні рослин, або поглинатися з подальшим руйнуванням, ізолюванням або випаровуванням. Фіторемедіація успішно застосовується для очищення від таких органічних полютантів як органічні розчинники (наприклад, трихлоретилен, найбільш поширений поллютантами підземних вод), гербіциди (атразин), вибухові речовини (трінітротолуол- ТНТ), вуглеводні (нафта, бензин, бензол, толуол, поліциклічні ароматичні вуглеводні ), поліхлорбіфеніли (ПХБ).
Неорганічні поллютанти зустрічаються як природні складові земної кори або атмосфери, а людська діяльність сприяє їх вивільнення у навколишнє середовище, призводячи до її забруднення. Неорганічні поллютанти не можуть бути деградовані, однак фіторемедіація може привести до очищення середовища від цих полютантів шляхом їх стабілізації або ізолювання в тканинах рослини. Фіторемедіація може бути успішно застосована для очищення від ряду неорганічних полютантів, включаючи макроелементи рослин (нітрати, фосфати), мікроелементи (такі як Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn), несуттєві для рослини елементи (Cd, Co, F, Hg , Se, Pb, V, W) і радіоактивні ізотопи (U238, Cs137 і Sr90).
Більшість дикорослих гіпераккумуляторов відноситься до сімейства хрестоцвітних - близьких родичів капусти і гірчиці; один з видів гірчиці, званої індійської, виявився досить ефективним накопичувачем свинцю, міді та нікелю. Свинець здатні накопичувати також кукурудза і відомий бур'ян амброзія.
Рослини слабо засвоюють багато важкі метали - наприклад, той же свинець - навіть при їх високому вмісті в грунті через те, що вони знаходяться у вигляді малорозчинних сполук. Тому концентрація свинцю в рослинах зазвичай не перевищує 50 мг / кг, і навіть індійська гірчиця, генетично схильна до поглинання важких металів, накопичує свинець в концентрації всього 200 мг / кг, навіть якщо зростає на грунті, сильно забрудненої цим елементом.
Проблему вдалося вирішити, коли виявили, що надходження важких металів в рослини стимулюють речовини (наприклад, етилендіамінтетраоцтової кислота), що утворюють з металами в грунтовому розчині стійкі, але розчинні комплексні сполуки. Так, при внесенні подібного речовини в грунт, що містить свинець в концентрації 1200 мг / кг, концентрація важкого металу в пагонах індійської гірчиці зростала до 1600 мг / кг.
На жаль, ще мало відомо про механізми накопичення рослинами важких металів, тому що до сих пір основна увага приділялася засвоєнню сполук азоту, фосфору та інших елементів живлення.
Успішні експерименти з етилендіамінтетраоцтової кислотою дозволяють припустити, що рослини засвоюють малорозчинні сполуки важких металів в результаті того, що їх коріння виділяють в грунт природні речовини-комплексообразователи. Наприклад, відомо, що при нестачі в рослинах заліза їх коріння виділяють в грунт так звані фітосідерофори, які переводять в розчинний стан містяться в грунті залізовмісні мінерали. Однак було відмічено, що фітосідерофори сприяють і нагромадженню в рослинах міді, цинку, марганцю. Найкраще вивчені фітосідерофори ячменю і кукурудзи - мугеіновая і дезоксімугеіновая кислоти, а також виділяється вівсом авеніковая кислота; роль фітосідерофоров, імовірно, грають і деякі білки, що володіють здатністю зв'язувати важкі метали і робити їх більш доступними для рослин.
Про механізм перенесення важких металів з коріння в наземні частини рослин відомо ще менше. Ясно лише, що зазвичай малорозчинні солі важких металів переміщаються по судинній системі у вигляді комплексних сполук - можливо, з органічними кислотами типу лимонної.
Для очищення води неодноразово намагалися використовувати рослини, здатні накопичувати важкі метали не тільки в стеблах і листках, а й в кореневій системі; найбільш підходящими для цієї мети виявилися деякі сорти соняшнику. Вирощувані в спеціальній фільтраційної системі, вони активно поглинали з води забруднюючі речовини, виробляючи на місяць до 1,5 кг сухої речовини коренів на квадратний метр. Особливість цієї установки полягала в тому, що для вкорінення рослин служив шар штучної грунту товщиною всього в декілька сантиметрів і через нього до коріння подавалися мінеральні солі; основна ж частина коренів розвивалася під шаром штучної грунту в проточній воді, поглинаючи з неї важкі метали.
Можливість очищення грунту і води від радіонуклідів за допомогою проростків соняшнику була успішно продемонстрована на території колишнього заводу зі збагачення урану в США, в штаті Огайо, а також на Україні, на невеликому водоймищі в кілометрі від четвертого реактора Чорнобильської АЕС. Концентрація урану в рослинах в тридцять тисяч разів перевищувала його концентрацію в грунті і воді, а для цезію-137 і стронцію-90 ця величина склала о восьмій і дві тисячі разів відповідно.