Санкт–Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Факультет 1
Курс I
Группа 135
Реферат
Тема: – Ремедиация почв и использование растений для этих целей
Студент /______________ / /Веселов С. Л./
Личная подпись Расшифровка подписи
Руководитель, /______________/ /Шугалей И.В./
должность Личная подпись Расшифровка подписи
Оценка
за реферат /____________/
Подпись
руководителя
Санкт–Петербург
2014 г
В настоящее время активно разрабатываются несколько областей фиторемедиации -- "зеленой технологии" очистки окружающей среды:
- Фитоэкстракция -- использование естественных растений-аккумуляторов, способных накапливать металлы в надземных органах специально выведенных сортов растений, и определенных обработок почвы для переноса элемента-загрязнителя в надземные части растения, которые затем утилизируются;
- Фитодеградация -- использование ферментов растений для разрушения органических загрязнителей;
- Фитофильтрация -- использование корней взрослых растений (ризофильтрация) и проростков (бластофильтрация) для поглощения загрязнителя, главным образом тяжелых металлов, из водных растворов;
- Фитостабилизация -- использование растений для перевода веществ-загрязнителей в малодоступную форму и др.;
Технология фиторемедиации имеет как преимущества, так и недостатки. Последние связаны с небольшой биомассой растений-аккумуляторов, их низкой скоростью роста, а также с проблемами утилизации полученной биомассы.
В данной работе приведены некоторые примеры использования растений для борьбы с загрязнителями окружающей среды. Цель работы: раскрыть понятие фиторемедиации и ее значение в экологии. Поставленная цель предполагает выполнение следующих задач:
- дать определение фиторемедиации;
- выявить области применения фиторемедиации;
- описать основные технологии фиторемедиации;
- привести примеры использования фиторемедиации в экологии;
- привести примеры новых разработок в области фиторемедиации.
1. Понятие фиторемедиации
Фиторемедиация -- комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферного воздуха с использованием зеленых растений. В этой технологии используются природные процессы, с помощью которых растения и ризосферные микроорганизмы деградируют и накапливают различные поллютанты. Первые научные исследования в этой области были проведены в 50-х годах в Израиле, однако активное развитие методики произошло только в 80-х годах XX века. Фиторемедиация является высокоэффективной технологией очистки от ряда органических и неорганических поллютантов.
Органические поллютанты в окружающей среде представлены, главным образом, веществами антропогенного происхождения, и для большинства организмов являются чужеродными (ксенобиотиками); многие из них токсичны, некоторые канцерогенны. В зависимости от их свойств, органические поллютанты могут или разрушаться в корневой зоне растений, или поглощаться с последующим разрушением, изолированием или испарением. Фиторемедиация успешно применяется для очистки от таких органических поллютантов как органические растворители (например, трихлорэтилен, наиболее распространённый поллютант подземных вод), гербициды (атразин), взрывчатые вещества (тринитротолуол- ТНТ), углеводороды (нефть, бензин, бензол, толуол, полициклические ароматические углеводороды), полихлорбифенилы (ПХБ).
Неорганические поллютанты встречаются как естественные составляющие земной коры или атмосферы, а человеческая деятельность способствует их высвобождению в окружающую среду, приводя к её загрязнению. Неорганические поллютанты не могут быть деградированы, однако фиторемедиация может привести к очистке среды от этих поллютантов путём их стабилизации или изолирования в тканях растения. Фиторемедиация может быть успешно применена для очистки от ряда неорганических поллютантов, включая макроэлементы растений (нитраты, фосфаты), микроэлементы (такие как Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn), несущественные для растения элементы (Cd, Co, F, Hg, Se, Pb, V, W) и радиоактивные изотопы (U238, Cs137 и Sr90).
Фиторемедиация стала эффективным и экономически выгодным методом очистки окружающей среды только после того, как обнаружили растения-гипераккумуляторы тяжелых металлов, способные накапливать в своих листьях до 5% никеля, цинка или меди в пересчете на сухой вес - то есть в десятки раз больше, чем обычные растения. Биологическое значение этого феномена еще до конца не раскрыто: можно, например, предположить, что высокое содержание токсичных элементов защищает растения от вредителей и делает их более устойчивыми к болезням.
Большинство дикорастущих гипераккумуляторов относится к семейству крестоцветных - близких родственников капусты и горчицы; один из видов горчицы, называемой индийской, оказался весьма эффективным накопителем свинца, меди и никеля. Свинец способны накапливать также кукуруза и известный сорняк амброзия.
Растения слабо усваивают многие тяжелые металлы - например, тот же свинец - даже при их высоком содержании в почве из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг, и даже индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжелых металлов, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг, даже если растет на почве, сильно загрязненной этим элементом.
Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжелых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетрауксусная кислота), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, при внесении подобного вещества в почву, содержащую свинец в концентрации 1200 мг/кг, концентрация тяжелого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1600 мг/кг.
К сожалению, еще мало известно о механизмах накопления растениями тяжелых металлов, потому что до сих пор основное внимание уделялось усвоению соединений азота, фосфора и других элементов питания.
Успешные эксперименты с этилендиаминтетрауксусной кислотой позволяют предположить, что растения усваивают малорастворимые соединения тяжелых металлов в результате того, что их корни выделяют в почву природные вещества-комплексообразователи. Например, известно, что при недостатке в растениях железа их корни выделяют в почву так называемые фитосидерофоры, которые переводят в растворимое состояние содержащиеся в почве железосодержащие минералы. Однако было замечено, что фитосидерофоры способствуют и накоплению в растениях меди, цинка, марганца. Лучше всего изучены фитосидерофоры ячменя и кукурузы - мугеиновая и дезоксимугеиновая кислоты, а также выделяемая овсом авениковая кислота; роль фитосидерофоров, предположительно, играют и некоторые белки, обладающие способностью связывать тяжелые металлы и делать их более доступными для растений.
О механизме переноса тяжелых металлов из корней в наземные части растений известно еще меньше. Ясно лишь, что обычно малорастворимые соли тяжелых металлов перемещаются по сосудистой системе в виде комплексных соединений - возможно, с органическими кислотами типа лимонной.
Для очистки воды неоднократно пытались использовать растения, способные накапливать тяжелые металлы не только в стеблях и листьях, но и в корневой системе; наиболее подходящими для этой цели оказались некоторые сорта подсолнечника. Выращиваемые в специальной фильтрационной системе, они активно поглощали из воды загрязняющие вещества, производя в месяц до 1,5 кг сухого вещества корней на квадратный метр. Особенность этой установки заключалась в том, что для укоренения растений служил слой искусственной почвы толщиной всего в несколько сантиметров и через него к корням подавались минеральные соли; основная же часть корней развивалась под слоем искусственной почвы в проточной воде, поглощая из нее тяжелые металлы.
Возможность очистки почвы и воды от радионуклидов с помощью проростков подсолнечника была успешно продемонстрирована на территории бывшего завода по обогащению урана в США, в штате Огайо, а также на Украине, на небольшом водоеме в километре от четвертого реактора Чернобыльской АЭС. Концентрация урана в растениях в тридцать тысяч раз превышала его концентрацию в почве и воде, а для цезия-137 и стронция-90 эта величина составила в восемь и две тысячи раз соответственно.