Таблицы растений для фиторемедиации

Таблицы растений для фиторемедиации

Ни одно растение не очищает все загрязнения одинаково. Подбор проводят по трём параметрам:

Что загрязняет участок: металл, нефтепродукт, растворитель, радионуклид.

Где находится загрязнение: верхний слой почвы, вода, осадок или грунтовые воды.

Какой результат требуется: извлечение, стабилизация, разложение или перехват загрязнённой воды.

Фиторемедиация наиболее применима при рассеянном загрязнении слабой или средней интенсивности, расположенном в пределах корней. Сильно загрязнённые локальные пятна обычно требуют удаления, изоляции или инженерной обработки. EPA рассматривает растения как средство удаления, разложения или удержания металлов, нефтепродуктов, ПАУ, пестицидов, растворителей, взрывчатых веществ, радионуклидов и фильтратов. (US EPA)

Условные обозначения

Э — фитоэкстракция: загрязнитель накапливается в растении, биомассу убирают.

С — фитостабилизация: загрязнитель удерживается в почве и корнях.

Р — ризодеградация: загрязнитель разрушают корневые микроорганизмы.

ФД — фитодеградация внутри растения или его ферментами.

РФ — ризофильтрация загрязнённой воды.

Г — фитогидравлический перехват воды.

В — фитоволатилизация: преобразование и выделение летучей формы.

1. Кадмий, цинк, никель, медь и мышьяк

Растения для извлечения металлов из почвы

Для Zn и Cu полезны быстрорастущие ивы и тополя: они обычно не достигают концентраций специализированных гипераккумуляторов, но компенсируют это высокой биомассой и развитой корневой системой. (research.fs.usda.gov)

Лучший выбор по металлу

Важное ограничение мышьяка

Pteris vittata может эффективно накапливать мышьяк, однако растение способно изменять его химическую форму. Поэтому сбор, хранение и утилизация папоротника должны выполняться как работа с загрязнённой биомассой. (nepis.epa.gov)

2. Свинец, хром, медь и отходы шахт и металлургии

Для таких территорий чаще нужна не быстрая очистка, а устойчивая фиксация пылящих отходов и прекращение эрозии.

Растения для фитостабилизации

Растения на металлургических и шахтных отходах чаще удерживают металлы в корнях, ризосфере и осадке, чем удаляют их с участка. Например, у тростника Fe, Cu, Zn, Pb и Cd могут концентрироваться преимущественно в корневой зоне при слабом переносе в побеги. (ARS)

Хром

В исследованиях с Typha latifolia и Carex lurida растения и корневые выделения способствовали формированию восстановительных условий, при которых Cr(VI) переходил в менее подвижный Cr(III). (ARS)

Свинец

Для Pb основной набор:

овсяница;

райграс;

полевица;

мискантус;

тростник;

ива;

горчица — преимущественно для экспериментальных делянок;

подсолнечник — преимущественно для ризофильтрации или испытаний.

Свинец обычно плохо перемещается из почвы в надземные органы. Поэтому главная цель — не дать ему пылить, вымываться и попадать в пищевую цепь.

3. Нефть, дизель, ПАУ и пестициды

Органические загрязнения в основном устраняются через взаимодействие корней, бактерий и грибов.

Почвы, загрязнённые нефтью и дизелем

В одном сравнительном исследовании осока, просо и гамаграс уменьшали остатки нефтяных углеводородов эффективнее, чем древесные посадки, но результаты по ПАУ сильно зависят от почвы, доступности вещества и активности собственной микрофлоры. Даже одинаковый вид растения может давать разные результаты на разных площадках. (ARS)

Пестициды и гербициды в воде и стоках

Вегетированные канавы и искусственные болота не обязательно разрушают весь пестицид: часть вещества может временно удерживаться в растительности и осадке. Поэтому необходимы анализ воды, осадка и биомассы. (ARS)

4. Гербициды, растворители и взрывчатые вещества

Хлорированные растворители и BTEX

EPA указывает, что фитотехнологии применялись или испытывались для TCE, других хлорированных растворителей, BTEX, нефтепродуктов и загрязнённых грунтовых вод. (US EPA)

Взрывчатые вещества

Видовой выбор для TNT и RDX нельзя делать только по литературной таблице: EPA отмечает необходимость учитывать побочные продукты, плотность посадки, глубину загрязнения и поведение вещества в грунтовой воде. (nepis.epa.gov)

5. Металлы, радионуклиды и загрязнённые стоки

Ризофильтрация воды

При очистке воды металлы часто не переходят высоко в листья, а связываются с корнями, железистым налётом на корнях и донным осадком. Это означает, что периодически приходится удалять не только растения, но иногда и загрязнённый осадок. (ARS)

Радиоактивные загрязнения

Для радионуклидов растение нельзя выбирать без радиологического проекта. IAEA подчёркивает, что перенос цезия и других радионуклидов зависит от свойств почвы и вида растений; во многих случаях более надёжными оказываются снижение поступления в культуры, выращивание непищевой продукции, внесение связывающих материалов или снятие верхнего слоя грунта, а не попытка полной фитоэкстракции. (www-pub.iaea.org)

6. Загрязнённые грунтовые воды и фильтраты

Древесные растения для фитогидравлического контроля

Ограничение глубины

Деревья действуют только там, куда реально достигают их корни или капиллярно поднимающаяся вода. В старых рекомендациях EPA для ив и тополей рассматривается ориентировочная рабочая глубина порядка нескольких метров, но фактическая глубина зависит от почвы, кислорода, уровня воды и вида дерева. (US EPA)

Система очистки фильтрата

На практике лучше работает последовательность:

накопительный бассейн → осаждение взвеси → зона рогоза и тростника → зона ситника и осок → ивовая плантация → контрольный пруд.

7. Селен, ртуть и летучие органические соединения

Фитоволатилизация

Фитоволатилизацию нельзя автоматически считать очисткой: загрязнитель может просто переместиться из почвы или воды в атмосферу. EPA требует оценивать окончательную судьбу загрязнителя и приемлемость продуктов его преобразования. (US EPA)

Для ртути такой подход особенно спорный. На обычном экологическом участке безопаснее рассматривать:

изоляцию источника;

связывание в почве;

предотвращение метилирования;

контролируемую очистку воды;

удаление наиболее загрязнённых участков.

8. Быстрый подбор растений по задаче

9. Предпочтительная схема для Центральной Европы и Швейцарии

Для умеренного климата практичный многолетний набор:

Сухие загрязнённые почвы

овсяница красная;

овсяница тростниковая;

райграс;

полевица;

мискантус;

берёза;

сосна;

ива козья.

Влажные почвы

ива белая;

ива корзиночная;

тополь;

ольха чёрная;

щучка дернистая;

ситник;

осоки.

Очистные болота

рогоз;

тростник;

камыш;

ситник;

осоки;

контролируемая ряска.

Пробные извлекающие делянки

горчица;

подсолнечник;

Noccaea caerulescens;

Pteris vittata — только в подходящем микроклимате или закрытой системе;

специализированные никелевые гипераккумуляторы.

Перед введением неместных растений нужно проверить их инвазивность и разрешённость. Водяной гиацинт и некоторые быстрорастущие экзоты допустимы только в герметичных технологических установках, но не в открытой природе.

Обязательное правило обращения с урожаем

Всю биомассу с участков фитоэкстракции следует считать потенциально загрязнённой.

Её нельзя:

употреблять в пищу;

использовать как лекарственное сырьё;

скармливать животным;

помещать в обычный компост;

разбрасывать как мульчу;

сжигать в печи;

использовать для домашнего биоугля.

EPA указывает, что растения после накопления загрязнителей необходимо собирать и направлять на контролируемую переработку или утилизацию; при термической обработке металлы сохраняются и концентрируются в золе. (US EPA)

Главный принцип

Металлы не разлагаются: их извлекают или стабилизируют.Нефть, дизель, ПАУ, пестициды и растворители могут разлагаться, но эффективность определяют микрофлора, кислород, влажность и доступность загрязнителя.Радионуклиды требуют отдельного радиологического проекта.Растения — часть системы, а не замена анализам, гидрогеологии и безопасной утилизации.