ТЕМА 7. Технології вирощування фітомеліоративних агроценозів за різних рівнів і характеру деградацій ґрунтів різного генезису у різних природно-кліматичних зонах, у т.ч. мілітарної деградації у зоні воєнних дій.

1. Типологія технологій фіторемедіації.

Фіторемедіація – відноситься до технологій, які використовують рослини для очищення хімічно забрудненої землі, повітря та води.

·             Крім того, що фіторемедіація є економічно ефективною технологією відновлення навколишнього середовища, вона виявилася фантастичним рішенням усіх типів екологічних проблем.

·             Фіторемедіація – це економічно ефективний метод на основі рослин, який використовує здатність рослин концентрувати компоненти навколишнього середовища та хімікати та метаболізувати різноманітні речовини у своїх тканинах.

·             Це стосується природної здатності певних рослин біоакумулювати, розкладають або знешкоджують забруднювачі ґрунту, води чи повітря. Токсини важких металів і органічні забруднювачі знаходяться в центрі уваги фіторемедіації.

·             Фіторемедіація зазвичай використовується для стаціонарного забрудненого ґрунту або води. Приклади включають реабілітацію покинутих металевих шахтних виробок і ділянок, де під час виробничого процесу відкладалися поліхлоровані біфеніли, а також пом’якшення впливу існуючої вугільної шахти шляхом зниження впливу токсинів на ґрунти, воду чи повітря.

·             У рамках ініціатив з фіторемедіації в усьому світі було зменшено забруднюючі речовини, такі як метали, гербіциди, розчинники, вибухові речовини та сиру нафту та її похідні.

·             На сміттєзвалищах токсичних відходів багато рослин, включаючи рослини гірчиці, альпійського пеннику, коноплі та свинини, показали ефективність у гіперакумуляції забруднюючих речовин.

·             Через фізіологічні особливості не всі рослини здатні накопичувати важкі метали або органічні забруднення. Навіть у межах одного виду культурні сорти мають різну здатність накопичувати забруднювачі.

Фіторемедіація заснована на певних природних процесах, що здійснюються рослинами, наприклад:

Ø       Поглинання металів і певних органічних сполук (тобто помірно розчинних у воді, log Kow=0.5 до 3, таких як BTEX) із ґрунту та води; фотосинтез органічних сполук; і транспірація вуглекислого газу.

Ø       Накопичення або переробка цих сполук шляхом здерев'яніння, випаровування, метаболізму та мінералізації (перетворення на вуглекислий газ і воду);

Ø       Використання ферментів для перетворення складних органічних молекул у простіші молекули (зрештою CO2 і воду);

Ø       Через виділення хімічних речовин (ексудатів) і розкладання кореневої тканини, збільшення вмісту вуглецю та кисню в ґрунті біля коренів (отже посилюючи мікробну/грибкову активність);

Ø       Використання підземних вод (навіть забруднених) для діяльності рослин.

Механізми фіторемедіації

Рис. 1. Механізми фіторемедіації.

Для рекультивації ґрунтів, забруднених важкими металами, доступна низка методів фіторемедіації, зокрема:

Фітостабілізація/фітосеквестрація

Фітостабілізація — це поглинання й осадження рослинами забруднюючих речовин, насамперед металів, що зменшує їх рухливість і перешкоджає їх міграції в ґрунтові води (вилуговування) чи повітря (вітровий транспорт) чи надходженню в харчовий ланцюг.

До цієї категорії, яка також відома як фітостабілізація, відноситься безліч механізмів

Вони можуть включати поглинання корінням, адсорбцію поверхнею коренів або створення рослиною біохімічних речовин, які потрапляють у ґрунт або ґрунтові води в безпосередній зоні коренів і можуть секвеструвати, осаджувати або знерухомлювати сусідні забруднювачі іншими способами. .

Фітостабілізація — це застосування стійких до металів видів рослин для іммобілізації важких металів під землею та зменшення їх біодоступності, таким чином запобігаючи їх міграції в навколишнє середовище та знижуючи ризик потрапляння металів у харчовий ланцюг.

Фітостабілізація може відбуватися шляхом осадження важких металів або зниження валентності металу в ризосфері, поглинання та секвестрації в тканинах кореня або адсорбції на корені клітинні стінки.

У місцях, уражених важкими металами, розвиток рослин сприяє збереженню здоров'я ґрунту. На додаток до стабілізації важких металів під землею та мінімізації їх вимивання в ґрунтові води, розвинений рослинний покрив обмежує розсіювання вітром часток ґрунту, що містять важкі метали.

На відміну від фітоекстракції, фітостабілізація не вимагає видалення потенційно небезпечного матеріалу.

Переваги: Немає необхідності утилізувати небезпечну біомасу. Рослина зменшує ерозію ґрунту та доступність води в системі. Недоліки: Забруднювачі продовжують існувати місцями.

Потрібне регулярне спостереження.

Фітоекстракція/фітоакумуляція

1.                  Це поглинання забруднюючих речовин із забруднених місць (ґрунт, вода, опади) корінням рослин, а також їх транспортування та накопичення в надземних тканинах рослин.

2.                  Додатково відомий як фітомайнінг і біомайнінг.

3.                  Для цього використовуються рослини з генетичною здатністю переносити більшу кількість небажаних забруднюючих речовин.

4.                  Ці рослини культивують протягом певного часу на забруднених місцях, збирають урожай, а потім спалюють для повторної обробки токсинів.

5.                  Щоб зменшити концентрацію цих забруднювачів у забрудненому ґрунті до прийнятного рівня, було використано багато циклів культивації, збору врожаю та спалювання.

6.                  Відповідно до вимог щодо утилізації небезпечних відходів, зола від спалювання використовується на звалищах.

Фітоекстракція/фітоакумуляція

1.             Це поглинання забруднюючих речовин із забруднених місць (ґрунт, вода, опади) корінням рослин, а також їх транспортування та накопичення в надземних тканинах рослин.

2.             Додатково відомий як фітомайнінг і біомайнінг.

3.             Для цього використовуються рослини з генетичною здатністю переносити більшу кількість небажаних забруднюючих речовин.

4.             Ці рослини культивують протягом певного часу на забруднених місцях, збирають урожай, а потім спалюють для повторної обробки токсинів.

5.             Щоб зменшити концентрацію цих забруднювачів у забрудненому ґрунті до прийнятного рівня, було використано багато циклів культивації, збору врожаю та спалювання.

6.             Відповідно до вимог щодо утилізації небезпечних відходів, зола від спалювання використовується на звалищах.

7.             Використання рослин для перенесення металевих забруднювачів із забруднених місць є перевіреним часом і ефективним методом.

8.             Види рослин, які будуть використовуватися для фітоекстракції, повинні володіти певними основними характеристиками, такими як високий коефіцієнт транслокації, високий коефіцієнт біоконцентрації, висока толерантність до забруднень, швидкий ріст, висока біомаса, хороша коренева система, висока швидкість асиміляції, і простий процес збору врожаю.

9.             Родини Asteraceae, Brassicaceae, Lamiaceae, Euphorbiaceae і Scrophulariaceae краще підходять для фітоекстракції.

10.         Фітоекстракція/фітоакумуляція

11.         Це поглинання забруднюючих речовин із забруднених місць (ґрунт, вода, опади) корінням рослин, а також їх транспортування та накопичення в надземних тканинах рослин.

12.         Додатково відомий як фітомайнінг і біомайнінг.

13.         Для цього використовуються рослини з генетичною здатністю переносити більшу кількість небажаних забруднюючих речовин.

Існують різні види фіторемедіації: фітоекстракція, фітостабілізація, фітодеградація,  фітостимуляція, ризофільтрація, ризодеградація, фітовипаровування тощо. Для очищення ґрунтів від ВМ використовують фітоекстракцію (поглинання та накопичення ЗР в організмі рослини), фітостабілізацію (зменшення мобільності полютантів і/чи накопичення у кореневій системі рослини-акумулянта) чи ризофільтрацію (метали абсорбуються і зв’язуються у кореневих системах фіторемедіантів).

Поглинання ЗР та їх розподіл у рослинах залежить від їх біодоступності, яка складається із доступності полютантів (їх фізико-хімічних властивостей: розчинність у воді, молекулярна маса тощо), характеристик середовища (кислотність, гранулометричний склад ґрунту, рівень гумусу, вологість та ін.) і фізіологічних та морфологічних особливостей рослин (рівень стійкості до дії забруднювачів, рівень розвиненості кореневища тощо).

Незважаючи на переваги фіторемедіація має ряд недоліків: високі концентрації полютантів у середовищі можуть бути токсичними для рослин і мікроорганізмів; ЗР повинні бути біологічно доступними для рослин; процес очищення може займати великий проміжок часу; окрім того токсичність і біологічна активність деградованих сполук мало досліджена.

Після подібної обробки зараженого об'єкта фітомаса рослин може служити джерелом для виділення ВМ. Для цього їх спалюють, а ВМ відновлюють із золи. Відомі й інші випадки утилізації. Фітомасу, яка містить Se, використовували як добавку в корм тваринам за умови, що вона не токсична. Фітомасу, що містить Zn і Cu можна використовувати в якості добрив для ґрунтів, що відчувають нестачу цих мікроелементів як есенціальних.

Фітоекстракцію – широко класифікують як фітоекстракцію за допомогою хелатів (індукована фітоекстракція) і довготривалу фітоекстракцію (безперервна фітоекстракція), з яких фітоекстракція за допомогою хелатів є більш прийнятною та в даний час реалізується комерційно.

Фітоекстракція за допомогою хелатів

Фітоекстракція за допомогою хелатів передбачає використання металохелатуючих агентів у поєднанні з неакумулюючими рослинами з високим потенціалом біомаси, щоб збільшити фракцію розчинного металу.

Транспортування металів до придатних для збирання пагонів під час викиду ґрунтового розчину є адитивною функцією двох основних процесів.

Було відмічено, що використання швидкозростаючих порід дерев задовольняє потребу у виробництві високої біомаси за допомогою хімікатів для отримання високого накопичення металу.

Хелатам, таким як етилендіамінтетраоцтова кислота (ЕДТА), приписують здатність сприяти виробленню розчинного металу-ЕДТА в рослинах, таким чином полегшуючи перенесення металів від кореневої системи до пагонів, де вони накопичуються у вигляді комплексів метал-ЕДТА.

·             Транспорт метал-хелатних комплексів від ксилеми до пагонів, здається, відіграє значну роль у накопиченні хелатних комплексів металів у рослинах.

·             На додаток до ефективної капілярної водопровідної системи, переміщення метало-хелатних комплексів у рослинах залежить від системи збору великої площі поверхні, яку дає коріння.

·             Переміщення металів у вигляді металохелатного комплексу до пагонів супроводжується утриманням металохелатного комплексу, коли вода транспіраційного потоку випаровується.

Безперервна фітоекстракція. Поглинання хелатів металів рослинами пов’язане зі стресом, який інколи супроводжується загибеллю рослин. Однак незрозуміло, чи необхідний стрес для індукції чи лише відображає накопичення високих концентрацій синтетичного хелату в рослині.

Було виявлено, що хімічні добавки (такі як EDTA) не тільки є фітотоксичними, але й справляють свою токсичну дію на корисні ґрунтові мікроорганізми відомо, що він відіграє вирішальну роль у рості та розвитку рослин.

В альтернативному методі накопичення металу може бути здійснено шляхом використання унікальних фізіологічних процесів, які відбуваються протягом усього циклу росту рослини.

Безперервна фітоекстракція, на відміну від примусового поглинання металу, здійснюється генетичною та фізіологічною здатністю рослин, призначених для накопичення, переміщення та перенесення високих концентрацій металу.

Були повідомлення про безперервну фітоекстракцію, яка видаляла такі метали, як цинк, кадмій та нікель, а також миш’як і хром із ґрунтів, багатих на важкі метали, рослинами, які гіперакумулювали.

Розуміння біологічних механізмів, за допомогою яких рослини стають кращими для рекультивації ґрунтів, можна досягти шляхом аналізу методу, який використовується для створення гіперакумуляції металів.

Вважається, що фітоекстракція є формою методу управління забрудненими металами осадами, що впливає на ефективність, тривалість, вимивання, забруднення харчового ланцюга та економічні вигоди.

Однак його реалізація обмежена низьким виходом біомаси та недостатньо високим поглинанням металу в рослинну тканину, а також відсутністю знань щодо мінімальних добавок (наприклад, компосту, зрошення), необхідних для забезпечення тривалого розвитку рослин.

Переваги

·                               Ціна цілком доступна.

·                               Забруднювачі назавжди видаляються з місць.

Недоліки

·             Більшість гіперакумуляторів мають помірні темпи росту, низьку біомасу та неглибоку кореневу систему.

·             Зібрану біомасу необхідно правильно утилізувати.

 Фітодеградація

·             Слово «фітодеградація» означає ферментативне розщеплення забруднюючих речовин на більш прості або менш шкідливі сполуки рослинами або в ризосфері до їх поглинання, або іноді в корені після їх поглинання та подальшого синтезу.

·             Це значний метод детоксикації, який також відомий як фітотрансформація. Якщо фотодеградація відбувається в ризосфері, коріння рослин виділяє необхідні ферменти.

·             Деякі бактерії, пов'язані з коренем, також сприяють цьому процесу.

·             З іншого боку, якщо розкладання відбувається всередині рослини, важливо, щоб рослина могла поглинати забруднюючі речовини та переміщувати їх до місця трансформації у вихідному стані, не спричиняючи загибелі клітин.

·             Численні токсини, включаючи гербіциди, інсектициди, пестициди, хлоровані розчинники, боєприпаси та неорганічні забруднювачі, можуть бути метаболізовані.

·             Рослинні ферменти, які використовуються в цьому процесі, також визнані; яскравими прикладами є дегалогеназа, нітрилаза, фосфатаза, нітроредуктаза та оксидоредуктаза.

·             Найкращі результати для слабо забруднених ґрунтів.

Рис. 2. Фітодеградація.

Переваги

·             Вона не залежить від ризосферних бактерій.

·             Рослинні ферменти відіграють роль у розкладанні.

Недоліки

·             Вона обмежений лише розкладанням органічних забруднень.

·             Вона неефективний проти глибокого забруднення, але ефективний проти незначного забруднення.

Ризофільтрація

·        Ризофільтрація - це процес поглинання забруднюючих речовин із ризосфери кореневою системою рослин.

·        Цей метод рекультивації використовує водні або наземні рослини для детоксикації водних середовищ існування.

·        Під час цього процесу рослини вирощують або на забрудненому місці (in situ), або в середовищі ex situ.

·        Коріння рослин поглинають забруднювачі до насичення, після чого рослини видаляють разом з корінням.

·        Через      накопичення       токсинів      в     коренях      без     перенесення       на     пагони ймовірність зараження повітря досить низька.

·        Ризофільтрацію можна використовувати для видалення металів (Cr, Cd, Co, Cu, Ag, Hg, Ni, Mn, Pb, Zn, Mo), металоїдів (As, Se) і радіоактивних матеріалів (137Cs, 239Pu, 90Sr, 234U) .

·        Важливі рослини, які використовуються в цьому процесі, включають індійську гірчицю, жито, соняшник, тютюн і шпинат. Через їх швидкий розвиток і волокнисті корені, у цьому методі часто використовують наземні рослини.

·        В умовах in situ ці рослини використовуються як плавучі плоти, тоді як в умовах ex situ вони вирощуються в інженерних резервуарах або системах труб.

·        Також було помічено, що впровадження мікроорганізмів у ризосферу стимулює поглинання забруднюючих речовин.

Переваги

·             В основному використовуються водні рослини, хоча іноді також наземні види.

·             Важкі метали не потрібно переміщати у дроби.

Недоліки

·             Він повинен підтримувати оптимальний рівень pH.

·             Вирощування рослин у розсаднику перед переміщенням на очисне місце.

 Фітовипаровування

Фітовипаровування - це процес, за допомогою якого рослини збирають токсини із забруднених місць через своє коріння, перетворюють більш шкідливі елементи в менш небезпечні всередині рослини та виділяють їх в атмосферу через своє листя.

·        Ця методика, яка базується на процесі випаровування, в основному використовується для забруднення ртуттю, селеном і органічними розчинниками.

·        Також повідомлялося, що тритій (3H), радіоактивний ізотоп, виправляється за допомогою цієї техніки з деревними рослинами.

·        На ефективність фітовипаровування впливає навколишнє середовище місць рекультивації та генетична здатність використовуваних видів рослин.

·        Крім того, поглинання, транспортування та хімічна доля цих забруднювачів сильно залежать від їх концентрації в забруднених районах.

·        За даними Агентства з охорони навколишнього середовища Сполучених Штатів Америки, люцерна, акація, канола та індійська гірчиця є ефективними рослинами, що випаровують рослини.

·        Незважаючи на повідомлення про те, що ця процедура усуває низку небезпечних забруднюючих речовин, вона не вирішує проблему повністю.

·        Він просто витягує забруднюючі речовини з ґрунту, води та/або відкладень і викидає їх в атмосферу. Ми знаємо, що концентрація викиданої речовини низька і часто менш шкідлива, але це не заважає їй порушувати природну рівновагу атмосфери.

Рис. 3. Фітовипаровування.

Переваги

·         Забруднювачі можуть бути перетворені в менш небезпечну форму

·         Забруднюючі речовини, що викидаються в атмосферу, значно розбавляються і менш шкідливі.

Недоліки

·         Рослинність може накопичувати забруднюючі речовини.

·         Були повідомлення про низьку кількість забруднюючих речовин у тканинах рослин.

Гіперакумуляції

Гіперакумуляція – це здатність рослин поглинати важкі метали із забрудненого ґрунту та накопичувати їх більшою мірою, ніж у забрудненому ґрунті.

Це накопичення повинно бути принаймні в 100 разів більше, але на більшості заводів, що використовуються для цієї мети, воно становить від 50 до 500 разів більше.

Приблизно 500 видів рослин були визначені як потенційно здатні до гіперакумуляції.

Згідно з останніми дослідженнями, захисний механізм може бути життєздатним поясненням того, чому рослини мають цю унікальну здатність.

Насправді ці рослини захищаються від різних хвороботворних мікроорганізмів та/або травоїдних тварин, збираючи природні токсичні речовини у своїх тканинах.

Здатність до накопичення гіперакумуляторів змінюється залежно від навколишнього середовища, наявності відповідних генів, а також контролю та експресії цих генів.

Гіперакумуляція починається з поглинання металів із ґрунту, після чого відбувається розвиток металокомплексу за допомогою певних білків (для детоксикації токсичної дії металів), їх перенесення від коренів рослин до пагонів через апопласт або симпласт, розподіл і секвестрація цих металів на клітинному рівні в тканинах і, нарешті, накопичення цих металів у метаболічно менш активних клітинах тканини.

Загалом, добре відомий факт, що рослини з потенціалом гіперакумуляції ростуть повільно та виробляють менше біомаси; це два найбільш істотних недоліки природних гіперакумуляторів.

Інші гени з родин HMA, MATE, YSL і MTP також були ідентифіковані як залучені до цього процесу. Транспортування металів після виробництва металопротеїнів є вирішальним етапом для гіперакумуляції, і в основному опосередковується сімейством генів ZIP.

Оскільки було виявлено кілька сімейств генів, відповідальних за цей загальний процес, тепер їх можна перенести на рослину, що швидко росте, щоб прискорити процес накопичення.

Також існують інші біотехнологічні методи, такі як біоаугментація - внесення (у вигляді біопрепаратів) спеціалізованих мікроорганізмів, чужорідних для даного місця проживання, які заздалегідь були виділені з природних джерел або спеціально генетично модифіковані та селекціоновані. Вони володіють необхідною біодеградуючою активністю, стійкі до високих концентрацій полютанта і не володіють небажаними побічними ефектами. Внесені мікроорганізми розкладають основну масу забруднень, знижують їх негативний вплив на біоту і тим самим стимулюють процеси самоочищення.

До біопрепаратів для рекультивації і відновлення родючості ґрунтів можна віднести:

·           різні органічні відходи та ін. матеріали, модифіковані при хімічній або мікробіологічній дії, в процесі анаеробного зброджування, аеробної ферментації, компостування або вермикомпостуванні;

·          спеціалізовані препарати на основі мікроорганізмів і ферментів: біодобрива, які включають азотфіксатори, препарати ендомікоризних грибів та ін.;

·           біопрепарати проти збудників різних захворювань рослин (засоби захисту рослин), для поліпшення фітосанітарного стану ґрунтів. [6]

Досліджено вплив неорганічного добрива (NPK, 100 кгN/га), компостів із касави (Manihot utilissima Pohl.) і тітонії (Tithonia diversifolia) у концентраціях 20 і 40 т/га на процес іммобілізації Pb у ґрунті, в якому вирощували кукурудзу (Zea mays L.). Додавання компосту сприяло збільшенню висоти рослини на 89 – 94%, а також площі листків та їх кількості (особливо при внесенні у ґрунт компосту із тітонії у концентрації 40 т/га).

У експериментальній роботі англійські вчені у якості іммобілізатора використовували компост, який отримували при переробці осаду стічних вод і «зелених відходів» та збагачували його мінералами. Ґрунти із різними ступенями забруднення змішували з компостом у різних співвідношеннях. Критерієм оцінки слугували: кількість продукованої біомаси і акумульованих металів райграсом (Lolium perenne L.). Результати досліджень показали, що використання компосту (із зелених відходів) зменшує вилуговування Cd і Zn до 48%, тоді як внесення компосту із осаду стічних вод сприяє акумуляції Zn рослиною (удвічі більша кількість металу в тканинах), проте концентрація у райграсі Cd, Cu, Pb, навпаки, зменшується у середньому на 80%.

У теперішній час спектр таких біопрепаратів, що показали на практиці свою високу ефективність і перспективність досить великий. Пропонується для використання значна кількість як українського так і зарубіжного виробництва. Серед зарекомендованих – препарати на основі гумінових кислот. Малі дози (0,1-1 кг/м2 ) препаратів гумінових кислот і гуматів, особливо фульвокислоти, а також різні модифікації гумінових речовин, стимулюють розвиток рослин.

2. Успішні підходи до технологій фіторемедіаціїсвітовий та вітчизняний досвід.

В залежності від технології очищення методи ремедіації забруднених ґрунтів розділяють на три групи.

Перша група включає заходи, що передбачають вилучення забруднюючих речовин із середовища (деконтамінація).

Методи детоксикації ґрунтів являються найбільш поширеними ремедіаційними технологіями і складають другу групу. Механізм детоксикації передбачає локалізацію забруднюючих речовин у ґрунті шляхом їх стабілізації чи іммобілізації, без екстракції. До третьої групи належать методи, що спрямовані на деструкцію забруднювачів безпосередньо у середовищі.

На відміну від органічних забруднюючих речовин, важкі метали не є біодеградуючими, тому для очищення забруднених ґрунтів використовують ремедіаційні технології, що входять до першої або другої групи.

В залежності від способу застосування методи поділяються на: in situ (у середовищі) та ex situ (поза середовищем). Методи ex situ (in vivo) передбачають вилучення забрудненого ґрунту за допомогою механічних засобів і перенесення його на полігон для ремедіації. Очищений ґрунт повертають у середовище.

Ремедіація іп situ ґрунтується на деструкції чи трансформації забруднювачів, їх іммобілізації, зменшенні біодоступності або екстракції із ґрунтового об'єму без попереднього вилучення (екскавації) ґрунту із середовища. Методи іп situ мають ряд переваг: низька ціна у порівнянні із ex situ, а також являються більш екологічно безпечними для середовища.

У наукових роботах з фіторемедіації виділяють третій вид - in vitro. Даний метод передбачає використання компонентів рослин (наприклад, екстрагованих ферментів) як на місці забруднення, так і для вилучених із природного середовища ґрунтах.

Сучасні методи ремедіації забруднених ґрунтів. Одним із сучасних методів очистки ґрунтів є хімічна іммобілізація забруднюючих речовин, принцип дії якої полягає у зменшенні їх розчинності та переведенні у менш біологічно доступні форми.

Встановлено, що хімічна іммобілізація не є ефективною при умові, що у ґрунті важкі метали знаходяться у певних формах (наприклад, Cr2O7 ^2-, AsO3^-), поллютанти не утворюють малорозчинні гідроксиди (Hg) або у ґрунтовому середовищі присутні органічні забруднюючі речовини, особливо леткі вуглеводні. Іншими факторами, що можуть обмежувати застосування методу іммобілізації важких металів, є: наявність інших речовин у ґрунтовій матриці, кількість вологи, а також зовнішні умови середовища.

Для іммобілізації металів у середовищі можуть використовувати неорганічні меліоранти: глину, бентоніт, каолініт, цемент, карбонат кальцію, Fe/Mn сполуки, цеоліти і органічні стабілізатори (компост, послід, органічні добрива) або комбінувати органічні меліоранти з неорганічними (табл. 1).

Таблиця 1 Органічні та неорганічні іммобілізатори важких металів

При внесенні мінерального фосфориту у суглинок з рН 6,4 (штучно забруднений важкими металами) у пропорції 1:10 біологічна доступність Pb зменшується на 31%, Cd - 53,7%, а Zn - 32% у порівняні із контрольними зразками. При підкисленні ґрунту збільшується доступність Cd і Zn, але Pb, іммобілізований мінеральним фосфоритом, проявляє стійкість до підкислення ґрунту.

Шведськими вченими встановлено, що результатом додавання вугільного пилу і торфу у забруднений ґрунт є зменшення кількості акумульованих важких металів (Cu до 98,2% і Pb до 99,9%). Іммобілізація забруднювачів у ґрунтовому середовищі сприяла покращенню розвитку рослин і зниженню рівня токсичного впливу металів на бактерії. Ефективними меліорантами, що застосовують для зменшення біодоступності Zn і Cu, вважають також CaCO3, цеоліт та оксид заліза.

Новим напрямком досліджень вчених є використання альтернативних іммобілізаторів та оцінка їх ефективності у порівнянні із традиційними засобами.

Для зменшення біодоступності Cr шляхом формування органічних комплексів у ґрунт додавали подроблену зовнішню оболонку кокосових горіхів і пташиний послід. Меліоранти є найбільш ефективними у кількості 12,5 т/га (волокна кокосу) та 5 т/га (послід) та здатні знижувати концентрації рухомих форм Cr у суглинку відповідно на 61 - 75% та 62,3 - 68%.

У роботі Adejumo Sifau та ін. (2011) досліджено вплив неорганічного добрива (NPK, 100 кгМга), компостів із касави (Manihot utilissima Pohl.) і тітонії (Tithonia diversifolia) у концентраціях 20 і 40 т/га на процес іммобілізації Pb у ґрунті, в якому вирощували кукурудзу (Zea mays L.). Встановлено, що концентрація рухомого свинцю у ґрунтовому середовищі при застосуванні компосту із тітонії і касави у кількості 40 т/га, знизилась на 71,6% і 67,33% а при 20 т/га - відповідно на 66,06% і 49,47%. Додавання компосту сприяло збільшенню висоти рослини на 89 - 94%, а також площі листків та їх кількості (особливо при внесенні у ґрунт компосту із тітонії у концентрації 40 т/га).

У експериментальній роботі англійські вчені у якості іммобілізатора використовували компост, який отримували при переробці осаду стічних вод і «зелених відходів» та збагачували його мінералами (клиноптилолитом і бентонітом). Ґрунти із різними ступенями забруднення змішували з компостом у різних співвідношеннях. Критерієм оцінки слугували: кількість продукованої біомаси і акумульованих металів райграсом (Lolium perenne L.). Результати досліджень показали, що використання компосту (із зелених відходів) зменшує вилуговування Cd і Zn до 48%, тоді як внесення компосту із осаду стічних вод сприяє акумуляції Zn рослиною (удвічі більша кількість металу в тканинах), проте концентрація у райграсі Cd, Cu, Pb, навпаки, зменшується у середньому на 80%.

Англійськими науковцями досліджена ефективність застосування компосту, який збагачували цеолітом і/або оксидом заліза, для ремедіації ґрунту, забрудненого As. Біодоступність металу визначали шляхом оцінки кількості вилученого поллютанта райграсом (Lolium perenne L.). За результатами досліджень концентрація As у райграсі зменшилась до 2 мг/кг при використанні компосту із 5% вмістом оксиду заліза або цеоліту (співвідношення кількості меліоранту до кількості ґрунту - 1:7). Таким чином, після застосування іммобілізатора райграс екстрагував із ґрунту менше ніж 0,01% загальної кількості металу. Застосування обох видів меліорантів було ефективним та забезпечувало значний ріст рослин на забрудненому ґрунті. Кількість рухомих форм важких металів у ґрунті зменшилась у середньому на 10 - 37%.

У публікації Hussein M. E. Selim та Donald L. Sparks (2001) узагальнено дані моделювання рухомості і міграції As, зпрогнозовано поведінку Cd, Zn, і Cu у забруднених ґрунтах, а також процес їх хімічної іммобілізації in situ.

Застосування технології іммобілізації знижує потенційний ризик негативного впливу важких металів на рослини, але головним недоліком є те, що у процес очищення передбачається лише зменшення біодоступності забруднювачів, але не відбувається їх вилучення із середовища.

Застосування електрокінетичного методу для ремедіації ґрунтів являється перспективною альтернативою для стабілізації та іммобілізації.

Електромеліорація належить до методів деконтамінації, що передбачає рух іонів у середовищі у напрямку електродів і ґрунтується на таких механізмах: електроміграція іонів, електроосмос та електрофорез. Мобілізація осаджених на катоді іонів важких металів проводять шляхом використання комплексоутворюючих реагентів.

Узагальнені результати досліджень застосування електрохімічної ремедіації для очищення ґрунтів від важких металів, обмеження, переваги та перспективи використання даної технології представлено у роботі Reddy Krishna та Cameselle Claudio (2009), а також надано економічні розрахунки її ефективності.

Видалення Cr, Cu, Mn, Ni, Zn і Pb із різних типів ґрунтів (важкого і піщаного суглинку, а також піску) за допомогою електроремедіації досліджено у роботах литовських вчених. Електрокінетичний метод очистки придатний для вилучення важких металів, за виключенням Ni і Pb, із піску (ефективність складає 60 - 90%) і піщаного суглинку (70 - 80%). У ґрунтовому середовищі виявлено найнижчі залишкові концентрації Mn і Cr. Кількість вилучених важких металів однакова при напрузі 29 і 24 В, але при меншому значенні процес ремедіації займає удвічі більше часу.

Досліджено застосування електроремедіації для видалення Cd і Cu із глинистих ґрунтів, які є гарними провідниками електричного струму, проте у такому ґрунтовому середовищі важкі метали є більш зв'язаними.

Процес видалення поллютантів електрокінетичним методом (при постійному струмі і напрузі 35 В) підсилювали додаванням хелатної сполуки (цитрату амонію - (NH4)2C6H6O7) і сурфактанту (Polysorbate 20). Встановлено, що внесення у забруднений ґрунт цитрату амонію є більш ефективним і підвищує вилучення Cd на 48,8 %, а Cu - на 30% у порівнянні із сурфактантом. Сербскими вченими проведено модельний експеримент, у ході якого досліджено видалення Cu із каоліну методом електроремедіації.

Найбільш перспективним і екологічно безпечним методом деконтамінації забруднених ґрунтів вважається фіторемедіація. Механізм очищення ґрунтується переважно на використанні рослин-гіперакумуляторів, які здатні вилучати токсиканти із середовища у високих концентраціях і проявляти толерантність до їх дії. Головна перевага фітотехнологій - процес видалення забруднюючих речовин відбувається без руйнування структури ґрунту і зменшення його родючості.

Існують різні види фіторемедіації: фітоекстракція, фітостабілізація, фітодеградація, фітостимуляція, ризофільтрація, ризодеградація, фітовипаровування тощо. Для очищення ґрунтів від важких металів використовують фітоекстракцію (поглинання та накопичення забруднювачів в організмі рослини), фітостабілізацію (зменшення мобільності поллютантів і/чи накопичення у кореневій системі рослини-акумулянта або у ризосфері) чи ризофільтрацію (метали абсорбуються і зв'язуються у кореневих системах фіторемедіантів).

Поглинання забруднюючих речовин та їх розподіл у рослинах залежить від їх біодоступності, яка складається із доступності поллютантів (їх фізико-хімічних властивостей: розчинність у воді, молекулярна маса тощо), характеристик навколишнього середовища (кислотність, гранулометричний склад ґрунту, рівень гумусу, вологість та ін.) і фізіологічних та морфологічних особливостей рослин (рівень стійкості до дії забруднювачів, рівень розвиненості кореневища тощо).

Незважаючи на велику кількість переваг фіторемедіація має ряд недоліків: високі концентрації поллютантів у середовищі можуть бути токсичними для рослин і мікроорганізмів; забруднюючі речовини повинні бути біологічно доступними для рослин; процес очищення може займати великий проміжок часу; фіторемедіацію in situ використовують для очищення переважно неглибоких шарів ґрунту, окрім того токсичність і біологічна активність деградованих сполук мало досліджена.

При плануванні і підборі рослин для фіторемедіації, слід враховувати, що трав'янисті рослини швидше набирають біомасу і краще адаптуються до екзогенного стресу у порівняні із кущовими рослинами і деревами.

Приблизно 400 видів рослин із 45 родин належать до гіперакумулянтів металів, серед яких: Brassicaceae, Fabaceae, Euphorbiaceae, Asterraceae, Lamiaceae і Scrophulariaceae. Відомими ремедіантами ґрунтового середовища є сільськогосподарські рослини: кукурудза (Zea mays L.), гірчиця салатна (Brassica juncea), рапс (Brassica napus), тютюн справжній (Nicotiana tabacum L.), редис (Raphanus sativus) та соняшник звичайний (Helianthus annuus), які здатні продукувати достатню кількість біомаси у забрудненому ґрунті і акумулювати важкі метали.

Високий потенціал біоакумуляції Cd/Zn, Cu, Se проявляють також деякі не сільськогосподарські рослини: відповідно альпійська ярутка (Thlaspi caerulescens), іпомея альпійська (Ipomea alpine), астрагал китицевий (Astragalus racemosus), а

Sebertia acuminate і Haumaniastrum robertii здатні вилучати з ґрунту Co і Ni.

У роботі англійських вчених (Nicholas M. Dickson та ін., 2009) наведено два фіторемедіаційні підходи. Перший ґрунтується на використанні трав'янистих рослин- гіпераккумулянтів, таких, як альпійска ярутка, Thlaspi caerulescens (Pb, Zn, Cd, Ni), бурачок, Alyssum spp. (Ni, Co), птерис, Pteris vittata L. (As), а другий - на застосуванні багаторічних рослин: верби (Salix spp.) і тополі (Populus spp.), які здатні акумулювати підвищені концентрації лише деяких важких металів (Cd, Zn, B). Рослини Alyssum bertolonii і Thlaspi caerulescens відносять до природних гіперакумулянтів, які швидко продукують біомасу. Встановлено, що T. caerulescens може щорічно вилучати 60 кг Zn і 8,4 кг Cd з гектару при біомасі врожаю 2,6 т/га. Alyssum spp. відносять до гіперакумулянтів Ni, який рослина накопичує у листках.

Останнім часом досліджується ефективність використання хрестоцвітих рослин для фіторемедіації ґрунтів. Гірчиця салатна (Brassica juncea) і рапс (Brassica napus) виявили здатність акумулювати високі концентрації Cd, Cu, Pb, Ni і Zn.

Рослини, що проявляють толерантність до впливу важких металів та мають високий показник коефіцієнта біологічного накопичення (співвідношення кількості поллютанту у ґрунті до його кількості у рослині), але низькі значення коефіцієнту транслокації (КТ), можуть застосовуватися для фітостабілізації забруднюючих речовин у ґрунтовому середовищі. Встановлено, що європейський чорний паслін (Solanum nigrum L.), ветвянка повзуча (Brachiaria reptans (L.) Gard. & Hubb.), портулак городній (Partulaca oleracea L.) і нетреба звичайна (Xanthium stromarium L.) мають високі коефіцієнти біологічного накопичення - відповідно 18,5 для Pb, 14,8; 25,4; 14,2 для Cu, але акумулюють важкі метали переважно у своїй кореневій системі, обмежуючи їх перенос до надземної частини. Таким чином, ці види рослин рекомендують використовувати для фітостабілізації Cu і Pb.

Згідно із результатами досліджень Archer M. J. G. та Robert A. Caldwell (2004) проявляють толерантність і здатні накопичувати Pb, Cu і Cd, а отже, можуть використовуватись для фітостабілізації, наступні рослини: бермудська трава (Cynodon dactylon (L.) Pers.), ситник (Juncus usitatus) i ломандра довголисту (Lomandra longifolia).

Ґрунтуючись на високому значені коефіцієнту транслокації, Parthenium hysterophoirus L. і амарант зелений (Amaranthus viridis L.) можуть бути рекомендовані для застосування у процесі фітоекстракції відповідно Pb (КТ 23,0) і Ni (КТ 20,7). Такі рослини, як гусяча трава (Eleusine indica L. Gaerth.) і ветвянка повзуча (Brachiaria reptans (L.) Gard. & Hubb.), найбільш ефективно накопичують Pb, Co, Zn, проте іпомея плющеподібна (Ipomoea hederacea Jacq.), портулак городній (Partulaca oleracea L.) та нетреба звичайна (Xanthium stromarium L.) вважаються акумулянтами Pb і Cu. У якості фіторемедіантів ґрунтів із високим вмістом Pb і Co використовували сить круглу (Cyprus rotundus L.), амарант зелений (Amaranthus viridis L.) та ценхрус (Cenchrus pennisetiformis), а піретрум (Parthenium hysterophoirus L.) - найбільш ефективний вид рослин для видалення Pb, Cu, Ni, Zn, Cr і Co із середовища.

У ряді наукових робіт вивчається здатність пасліну чорного (Solanum nigrum L.) акумулювати важкі метали і проявляти стійкість до токсичної дії поллютантів. За даними досліджень, Solanum nigrum L. віднесено до гіперакумулянтів Cu, проте у роботі інших вчених (Weia Shuhe та ін., 2006) рослина виступає природним акумулянтом Cd. Встановлено, що концентрація Cd у стеблах і листках Solanum nigrum L., зібраних під час цвітіння, відповідно на 83,1% і 85,5% більша, а ніж на інших стадіях росту.

У дослідженнях китайські вчені (Puhui Ji та ін., 2011) у якості фіторемедіанта забруднених кадмієм ґрунтів (1,91 мг/кг) також використовували Solanum nigrum L., але для покращення росту рослини у ґрунт також додавали добрива. Таким чином, Solanum nigrum L. є найбільш ефективним у процесі очищення за умови помірного рівня забруднення ґрунтів, а також має відносно велику біомасу врожаю у порівнянні з іншими відомими фіторемедіантами - альпійскою яруткою (Thlaspi caerulescens) і кардаминопсисом Галлера (Arabidopsis halleri).

Thlaspi caerulescens виявляє здатність вилучати із ґрунту 22% Cd і 4% Zn. Arabidopsis halleri акумулює таку саму кількість Zn, як ярутка, але кадмій накопичує у більш низьких концентраціях. За результатами досліджень англійських вчених Thlaspi caerulescens вилучає 43% Cd і 7% Zn із ґрунтів, що знаходяться на території індустріальних районів (початковий вміст важких металів у середовищі становив: Cd -19 мг/кг, Zn - 2920 мг/кг).

Альпійську ярутку (Thlaspi caerulescens) використовують для ремедіації ґрунтів, забруднених Cd/Zn, проте за наявності у середовищі Cu рослина виявляє чутливість до токсичності дії металу, що лімітує застосування даного фіторемедіанта. Досліджено ефективність використання багаторічних рослин для очищення ґрунтів, забруднених Pb (75 мг/кг). Згідно із одержаними даними альтернантера (Alternanthera philaxeroides) здатна вилучати у 1,3 - 1,8 раз більшу кількість важкого металу, ніж портулак великоквітковий (Portulaca grandiflora) і санвіталія (Sanvitalia procumbens). Вміст Pb зменшився на 31 - 83%, а залишкова концентрація у середовищі становила 62,61 - 23,18 мг/кг. Найвищий рівень акумуляції поллютанта рослинами-фіторемедіантами спостерігається на 45 день експерименту [47].

При моделюванні процесу ремедіації встановлено, що збільшення концентрації Pb у ґрунті призводить до збільшення кількості вилученого металу суріпицею звичайною (Barbarea verna) і шпинатом (Spinacia Oleracea L.), але при збільшенні вмісту Cd кількість акумульованого рослинами металу залишається сталою. Китайські вчені рекомендують для очищення забруднених Cd ґрунтів використовувати злинку канадську (Conyza canadensis) і жерушник шаровидний (Rorippa globosa (Turcz.) Hayek).

У роботі Nosheen Mirza та ін. (2010) досліджується ремедіаційний потенціал арундо (Arundo donax), що застосовували на ґрунтах, забруднених As i Hg (концентрації As - 1, 2 і 3 мг/кг, а Hg - 20, 25 і 30 мг/кг). Рослина здатна акумулювати 11,18 % As, проте на 12 тиждень експерименту кількість металу зменшилась до 0,97 %. На 5 тиждень досліду було вилучено приблизно 1% Hg, а на 12 - лише 0,17 %. Хоча Arundo donax проявляє стійкість до дії поллютантів, проте ефективним є при використанні для очищення мулистих ґрунтів. Для фіторемедіації забруднених As ґрунтів використовують також папоротевиді рослини, наприклад, Pityrogramma calomelanos.

Рекультивування і вилучення важких металів із забрудненого ґрунтового середовища шляхом застосування дерев'янистої і кущистої рослинності вважається перспективним і активно досліджується.

Деякі рослини із роду Jasminum проявляють високий рівень толерантності до ґрунтів, що мають підвищений вміст Cr, тому досліджено їх фіторемедіаційних потенціал. Найбільшу кількість акумульованого Cr виявлено у кореневій системі туберози (Polianthus tuberose) - 14,0 мг/кг, жасмину каталонського (Jasminum grandiflorum) - 7,89 мг/кг, самбаку (Jasminum sambac) - 7,82 мг/кг і олеандру (Nerium oleander) - 7,32 мг/кг. Jasminum grandiflorum здатний накопичувати відносно високі концентрації металу у листі. Всі рослини, окрім Nerium oleander, проявляють толерантність до забруднення кадмієм ґрунтів.

У роботі грецьких вчених (Kadukova J. та ін., 2008) досліджено видалення із засолених ґрунтів, акумуляцію і екскрецію Pb і Cd тамариксом (Tamarix smyrnensis Bunge). Засоленість ґрунтів не впливає на ефективність накопичення Pb, але вміст Cd у рослині підвищувався із збільшенням ступеня засоленості. Свинець акумулювався переважно у кореневищі тамариксу, а кадмій - у його надземній частині. За результатами дослідження встановлено, що важкі метали екскретуються на поверхні листків, таким чином, Tamarix smyrnensis Bunge можна застосовувати для нової технології фіторемедіації - фітоекскрекції.

Ефективність використання фітотехнології визначається рівнем фітодоступності важких металів у ґрунтовому середовищі. Для підсилення ремедіації застосовують ефектори, які представлені переважно хелатними сполуками, проте іноді застосовують мікроорганізми.

Поширеними ефекторами є: ЕДТА (етилендиамінтетраоцтова кислота), лимона кислота, ДТРА (диетилентриамінпентаоцтова кислота), ЕГТА (етиленгліколь тетраоцтова кислота) та інші. Синтетичні хелатні сполуки вважаються більш ефективними, але мають серйозний недолік при застосуванні - утворюється велика кількість розчинних і рухомих форм металів.

У роботі бразильських вчених порівняно застосування синтетичних ефекторів і природно отриманих органічних кислот із низкою молекулярною масою (LMWOA), а також оцінено їх здатність збільшувати фітоекстракцію важких металів гірчицею сарептською (Brassica juncea (L.) Czern.) за умови комплексного забруднення ґрунтового середовища. Встановлено, що галова і лимонна кислоти стимулюють видалення Cd, Zn, Cu і Ni із ґрунту без збільшення ризику вилуговування важких металів. Головною перевагою застосування органічних кислот є низький рівень їх фітотоксичності у порівняні із синтетичними хелатними сполуками.

Про перспективу використання фіторемедіації для очищення ґрунтів від важких металів свідчать результати дослідження здатності гірчиці сарептскої (Brassica juncea (L.) Czern.) вилучати Cu і Ni із ґрунтового середовища. Для підвищення накопичення важких металів використовували ефектор фітоекстракції

- ЕДТА у вигляді водного розчину його динатрієвої солі у концентраціях від 1 до 10 ммоль/кг. Найбільш ефективним є використання ЕДТА у кількості 10 ммоль/кг - коефіцієнти накопичення важких металів гірчицею становлять: для Cu - 3,92 (контроль 0,09) та Ni - 5,32 (при контролі 0,21). Додавання ефектора скорочує термін ремедіації ґрунтового середовища удвічі.

У роботі Freitas E. V. та do Nascimento C.W. (2009) для збільшення у ґрунті кількості розчинних форм Pb застосовували також синтетичні азотовмісні полікарбоксильні кислоти. Хелатні сполуки (нитрилтриоцтова кислота (C6H9NO6) і ЕДТА) вносили у ґрунтове середовище, в якому культивували кукурудзу (Zea mays L.), у кількостях 2, 5, 10 та 20 ммоль/кг. За результатами досліду рекомендовано нитрилтриоцтову кислоту у концентрації 5 ммоль/кг для підсилення процесу вилучення Pb.

Вивчено вплив ЕДТА та лимонної кислоти на акумуляцію Zn, Cu, Pb і Cd чорнобривцями (Tagetes erecta). Внесення у ґрунт ЕДТА у кількості 30 мг/л спричиняє пригнічення росту та розвитку рослин, що проявляється переважно у зменшені кількості хлорофілу, вмісту білків, а також біомаси. При внесені однакових концентрацій ефекторів, ЕДТА є більш ефективним засобом для збільшення акумуляції поллютантів. При внесенні ЕДТА у концентрації 30 мг/л із всіх металів Zn накопичується у найбільшій кількості (526,34 мг/кг), потім Cu (443,14 мг/кг), Pb (393,16 мг/кг) і Cd (333,62 мг/кг). У іншій роботі вчені (Dawood Muhammad та ін., 2009) досліджували вплив ЕДТА і лимонної кислоти на процес вилучення Cd, Cu, Pb i Cr із штучно забрудненого ґрунту, у якому культивували рогіз вузьколистий (Typha angustifolia L.). За результатами дослідження найбільш ефективним для комплексного вилучення Cd, PbiCr є додавання ЕДТА у концентрації 5 ммоль/кг, проте відмічено значне зменшення біомаси і затримання росту рослини. Вміст Cd у паростках підвищувався на 36,9% при додаванні лимонної кислоти та ЕДТА у кількості 10 ммоль/кг. Найбільша концентрація Pb у корінні відмічена при обробці ґрунту розчином лимонної кислоти (2,5 ммоль/кг), проте ЕДТА, навпаки, збільшує акумуляцію свинцю у паростках. Максимальне накопичення Cd, Cu, Pb у корінні і Cr у надземній частині Typha angustifolia L. спостерігалось при додаванні лимонної кислоти у концентраціях 5 і 10 ммоль/кг.

Використання ЕДТА (0,5 і 1,0 г/кг ґрунту) для підсилення ремедіації ґрунтів жерушником шаровидним (Rorippa globosa) на стадіях розвитку рослини перед цвітінням пригнічує її ріст та вилучення Cd з ґрунтового середовища. У порівняні із контролем кількість сухої біомаси, концентрація Cd і загальний показник акумуляції металу у надземній частині знизились відповідно на 39,6%, 3,1 і 41,0% при внесені ефектора у кількості 1,0 г/кг. Додавання ЕДТА у період цвітіння і дозрівання плодів рослини сприяло її розвитку і абсорбції Cd, особливо у концентрації 1,0 г/кг. Таким чином, застосування помірної концентрації ЕДТА на оптимальній стадії розвитку Rorippa globosa є ефективним для збільшення кількості вилученого Cd із ґрунту.

Відносно новим напрямом досліджень у сфері фіторемедіації є вивчення ефективності застосування ґрунтової мікробіоти у процесі очищення. Ґрунтові мікроорганізми мають здатність впливати на біологічну доступність і процес поглинання важких металів, а також можуть сприяти росту та зменшувати токсичну дію поллютантів на рослини.

Приблизно 80% надземних рослин мають симбіотичні асоціації мікроорганізмів. Здатність існувати у забрудненому важкими металами середовищі характерна для багатьох видів, що живуть у ризосфері, причиною стійкості ґрунтової мікробіоти може бути, як вроджені механізми адаптації, так і набуті.

У забруднений ґрунт можуть вносити характерні для нього мікроорганізми (внутрішня біоремедіація) або виділені із певного середовища, а потім інтродуційовані у забруднене (біоаугментація).

Встановлено, що Pseudomonas spp., Bacillus spp., Mesorhizpbium sp., Microbacterium spp., Rhizobium spp., Variovorax sp., Rhodococcus sp., Psychrobacter spp., Flabobacterium sp., Sinorhizobium sp. i Achromobacter sp. можуть сприяти фітоекстракції Ni, Pb i Zn із ґрунту рослинами.

Ізольовано та досліджено стійкі до забруднення Ni бактерії, що живуть у ризосфері бурачка серполистного (Alyssum serpyllifolium) i тимофіївки степової (Phleum phleoides (L.) Karsten). Вилучені мікроорганізми сприяють росту і вилученню Ni рослинами роду Brassica (Brassica juncea і Brassica oxyrrhina) із ґрунтового середовища.

Російськими науковцями вивчено вплив Variovorax paradoxus, Rhodococcus sp., Flavobacacterium sp. на розвиток фіторемедіанта - гірчиці сарептської (Brasica juncea), що культивується у ґрунті із підвищеним вмістом Cd. Ґрунтові бактерії стимулювали видовження коренів у рослин, а також проявили стійкість до забруднення Zn, Cu, Ni і Co.

У наукових роботах (So-Yeon Коо та ін., 2009; Ying Ma та ін., 2009; Armelle Braud та ін., 2009, He Chi Quan та ін., 2010) встановлено збільшення вмісту важких металів у тканинах рослин-фіторемедіантів при інтродукції мікроорганізмів у ризосферу проте Sangram Sinha та ін. (2008) і Dary M. та ін. (2010) відмічають навпаки погіршення.

Використання Bradyrhizobium sp., Pseudomonas sp., Ochrobactrum sp. зменшує акумуляцію Pb, Cu i Cd люпином жовтим (Lupinus luteus), але призводить до збільшення біомаси рослини. При внесенні мікроорганізмів Bacillus subtilis, Bacillus  cereus,  Flavobacterium  sp.,  Pseudomonas  aeruginosa  спостерігається збільшення біомаси надземної частини фіторемедіанта і кількості акумульованого Zn Orychophragmus violaceus.

Французькими вченими встановлено, що Ralstonia metallidurans підсилює ефективність фіторемедіації шляхом збільшення накопичення Cr у надземній частині кукурудзи (Zea mays L.), а Pseudomonas aeruginosa - сприяє вилученню Cr та Pb. За результатами досліджень Abou-Shanab R. A. та ін. (2008) на акумуляцію Cr Zea mays L. впливає сумісна інтродукція мікроорганізмів: Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Brevibacterium halotolerans, Pseudomonas pseudoalcaligenes.

Додавання Pseudomonas aeruginosa покращує ріст і збільшує розгалуженість кореневої системи Cucurbita moschata та Brasica juncea, проте зменшує вилучення із ґрунтового середовища та накопичення Cd на 59,22% у кореневій системі і на 47,40% у надземній частині фіторемедіанта Cucurbita moschata. Знижується кількість поглинутого Cd гірчицею на 52,44% та 36,89%, відповідно, корінням і надземною частиною рослини.

При внесені Burkholderia cepacia у ризосферу Sedum alfredii спостерігається збільшення росту фіторемедіанта на 119%, а також сприяє вилученню Cd та Zn відповідно на 243% і 96,3%. Китайськими вченими доведено, що інтродукція Bacillus sp. RJ16 підвищує ефективність фітоекстракції Cd рапсом (Brassica napus), збільшуючи, таким чином, вміст металу у кореневій системі із 11% до 136%, а надземній частині - на 20% - 27% у порівнянні із контрольними зразками.

Azotobacter chroococcum HKN-5, Bacillus megaterium HKP-1 і Bacillus mucilaginosus HKK-1 проявляють здатність підвищувати вилучення Pb, Zn, Cu відповідно до 92%, 38% і 36% фіторемедіантом Brassica juncea.

Грецькими науковцями досліджено ефективність застосування Desulfuromonas palmitatis разом із ЕДТА. За результатами досліду встановлено, що вилучення Pb збільшується на 10%, проте сумісне використання ефектора і бактерій зменшує екстракцію Zn на 30%.

У роботі Ogbo E. M. та ін. (2011) досліджено вплив Pleurotus tuber-regium Fr. Singer на біологічну доступність поллютантів у ґрунтах, що забруднені важкими металами та нафтовими продуктами.

Внесення у ґрунтове середовище Sinorhizobium sp. Pb002 і нейоногенного сурфактанта TritonX-100 збільшує ефективність фітоекстракції Pb фіторемедіантом Brassica juncea на 56%.

Важливим питання є утилізація рослин-фіторемедіантів після процесу вилучення важких металів із ґрунтового середовища. Запропоновано переробляти біомасу рослин у біоенергію шляхом використання різних технологій (анаеробне перегнивання, спалювання, перетворення на газ, вироблення біодизеля).

Використання рослин-галофітів сприяє відновленню екологічного стану засолених ґрунтів івідновленню природного біорізноманіття. Єдиним недоліком є необхідність збирання та утилізації наземної частини солеросів. Для ефективного відновлення природних ландшафтів, що зазнали негативного впливу вугледобувної промисловості доМетаним є підбір культур, які були б невибагливими до умов

зростання, конкурентоздатними відносно інших рослин і придатні для зростання на пересіченій місцевості, на схилах техногенних водойм тощо. Тому виникає потреба в виявлені рослин, які здатні ефективно та в короткі терміни поглинати солі з ґрунтів, а також сприяти збільшенню в них гумусу. Для Буркуна білого (Melilоtus аlbus) характерним є максимальне поглинання солей, але при цьому відбувається зниження вмісту гумусу, що зумовлене життєвим циклом однорічних рослин, які при вегетації не сприяють накопиченню органічної ре човини, а навпаки, споживають їх під час розвитку. Буркун жовтий (Melilotus officinalis), навпаки, за незначного розсолювального ефекту, сприяє підвищенню вмісту гумусу у ґрунтах. Тому доМетаним може бути використання цих рослин за схемою: 50 % насіння Буркуна білого та 50 % насіння Буркуна жовтого. За цією схемою сталий результат фіторемедіації можна очікувати на третій рік культивації. При цьому вміст гумусу зросте майже вдвічі (на 93 %). Під час розробки комплексного методу відновлення антропогенно- та природнозасолених земель у межах діяльності вугледобувних підприємств одним з найважливіших умов ефективного розсолення ґрунтів є зниження рівнів підземних вод і попередження їх підняття. У разі використання Буркуна білого та Буркуна жовтого можна не тільки нормалізувати сольовий склад ґрунту, але й покращити показники родючості. Максимальний термін проведення меліорації для Буркуна жовтого – 5–6 років, але його використання разом із Буркуном білим дозволить досягти зниження вмісту солей вже на 3 рік.

Таким чином, фіторемедіація є перспективним методом очищення та відновлення забруднених середовищ і використовується як самостійно при низьких і помірних рівнях забруднення ґрунтів, так і у комплексі з іншими ремедіаційними технологіями, переважно, як остання стадія деконтамінації територій з високим вмістом забруднюючих речовин.