Фиторемедиация как способ восстановления биоразнообразия на участках, загрязненных устаревшими пестицидами

Загрязнение окружающей среды химическими веществами, такими как пестициды и промышленные отходы, представляет собой серьёзную экологическую проблему современности. Химические загрязнители вызывают долгосрочные нарушения физико-химических свойств почвы, снижая её плодородие и способность поддерживать жизнь растительного и животного мира. Токсичные вещества аккумулируются в пищевых цепочках, угрожая здоровью человека. Эти загрязнители могут переноситься из почвы в водные ресурсы, загрязняя водоёмы и угрожая местным экосистемам, что также влияет на доступность питьевой воды и образ жизни местного населения, приводя к серьёзным заболеваниям. Для борьбы с загрязнением почв необходимы эффективные методы очистки и восстановления. Одним из перспективных и экологически чистых решений является фиторемедиация.

Проблемы загрязнения почв в Казахстане

Особую угрозу окружающей среде Казахстана представляют места хранения устаревших пестицидов, активно применявшихся в сельском хозяйстве страны с 1950-х годов. В 1994 году первый мониторинг уровня загрязнения почвы показал наличие стойких органических загрязнителей (СОЗ)[1] в 10% из 12 тысяч образцов почвы. К 1994 году этот показатель увеличился до 20%, свидетельствуя о росте уровня загрязнения [1].

В 2001 году Казахстан подписал Стокгольмскую конвенцию, направленную на сокращение количества СОЗ. Однако, несмотря на принятые меры, в стране всё ещё остаются значительные запасы пестицидов, содержащих СОЗ. В 2008 году было зарегистрировано 10 000 тонн запрещённых пестицидов и их смесей, а в 2012 году — 602 заброшенных складов пестицидов [2].

Фиторемедиация как решение проблемы

Фиторемедиация — это инновационный метод очистки загрязнённых почв, основанный на использовании растений для удаления, разложения, иммобилизации и извлечения токсичных химических веществ из окружающей среды. Растения поглощают загрязнители корнями, разлагают их с помощью ферментов или закрепляют в своих тканях, предотвращая дальнейшее распространение вредных веществ.

Виды фиторемедиации

Фиторемедиацию можно разделить на несколько видов в зависимости от механизмов восстановления и происхождения загрязнителей:

Для восстановления почв, загрязнённых неорганическими веществами, предлагаются следующие виды:

а) Фитоэкстракция основана на поглощении загрязняющих веществ корнями и их перемещении в надземную биомассу (листья, стебли, побеги, ветви).

Б) Ризофильтрация — процесс, при котором загрязняющие вещества в основном накапливаются в корнях растений без перемещения в надземную биомассу.

В) Фитостабилизация — метод, который основан на иммобилизации загрязняющих веществ в почве через корневые экссудаты растений.

Для органического загрязнения предлагаются следующие виды:

а) Фитодеградация — процесс, при котором загрязняющие вещества поглощаются корнями и под действием ферментативной активности растений преобразуются или разлагаются до менее токсичных или безопасных соединений.

Б) Ризодеградация — направлена на создание благоприятных условий для микроорганизмов, способных разлагать загрязняющие вещества путём выделения питательных веществ, органических кислот, ферментов и других соединений.

В) Фитоволотилизация — процесс, при котором растения поглощают загрязняющие вещества и выбрасывают их в атмосферу.

Каждый из этих методов имеет свои особенности и может быть эффективно применён в зависимости от типа загрязнения и условий на местности для восстановления экосистем.

Преимущества и ограничения фиторемедиации

Основное преимущество фиторемедиации заключается в её доступности и безопасности для окружающей среды. Этот метод не требует дорогостоящего оборудования и подходит для устранения широкого спектра загрязнителей. Применение фиторемедиации не приводит к потере плодородия почвы и способствует восстановлению биоразнообразия экосистемы.

Однако, фиторемедиация имеет некоторые ограничения. Длина корней растений может ограничивать глубину проникновения в почву, а длительный период восстановления растения замедляет процесс очищения почвы. Климатические условия также влияют на эффективность этой технологии.

К тому же, для успешной реализации фиторемедиации, необходимы растения, обладающие способностью быстрого роста и производящие значительное количество биомассы. В долгосрочной перспективе важным свойством таких растений является высокое содержание лигнина, целлюлозы и лигноцеллюлозы, которые определяют качество производимой биомассы. Соответственно, подбор растений соответствующие всем необходимым требованиям становится сложным процессом.

Примеры использования фиторемедиации

Одним из наиболее перспективных видов растений для фиторемедиации является Miscanthus sinensis. Это многолетнее биоэнергетическое растение, обладающее высокой морозостойкостью и урожайностью сухой биомассы. Это растение способно произрастать на маргинальных и заброшенных землях, сохранять свою продуктивность на нейтральной и кислотной почве при pH 4-6 с высоким уровнем алюминия, а также на песчаной и суглинистой почве с высоким содержанием органических загрязнителей при pH 5,5-7,5 [3].

В Казахстане, при поддержке Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) были проведены исследования по использованию Miscanthus sinensis для фиторемедиации почв, загрязнённых СОЗ-пестицидами. Почва в районе бывшего хранилища пестицидов в посёлке Кызыл Кайрат была сильно загрязнена изомерами ГХЦГ, метаболитами ДДТ, альдрином, дельдрином, эндрином, гептахлорэпоксидом, эндосульфаном 1 и хлорбензилатом. В результате исследования, было выявлено, что Miscanthus sinensis показал способность произрастать на почве с высокой концентрацией СОЗ-пестицидов (до 120 ПДК) и экстрагировать из загрязнённой почвы до 11 мкг метаболитов ДДТ, что свидетельствует о его устойчивости к пестицидам и эффективности в фиторемедиации.

Подводя итоги

Таким образом, фиторемедиация представляет собой перспективную технологию для восстановления биоразнообразия на участках, загрязнённых устаревшими пестицидами. Использование растений, таких как Miscanthus sinensis, позволяет эффективно удалять загрязнители из почвы, восстанавливать экосистемы и одновременно получать промышленно значимую биомассу. Несмотря на некоторые ограничения, фиторемедиация является важным шагом в решении проблемы загрязнения окружающей среды пестицидами и другими ксенобиотиками. Для успешной реализации этой технологии необходимо продолжать исследования и разработки в области выбора и использования подходящих видов растений, а также учитывать местные климатические условия и особенности почвы. Также необходимо проводить комплексные экологические оценки и мониторинг эффективности фиторемедиации для своевременного выявления возможных проблем и корректировки применяемых методов. Совместные усилия учёных, экологов и аграриев позволят внедрить фиторемедиацию в широкую практику и существенно улучшить экологическое состояние загрязнённых территорий.

Автор: Амантай Айсулу Бахытовна,

специалист по химической безопасности 1ой категорий,

Центр «Содействия устойчивому развитию»

Список источников:

Kazakhstan Country Situation Report on POPs (https://ipen.org/sites/default/files/documents/web_version_kazakhstan_country_situation_report_on_pops_english_summary_final_may_2018_updated_1.pdf)
Implementation plan of the Republic of Kazakhstan on the obligations under the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants for 2017 – 2028 (https://faolex.fao.org/docs/pdf/kaz218343.pdf)
Phytoremediation potential of Miscanthus sinensis And. in organochlorine pesticides contaminated soil amended by Tween 20 and Activated carbon (https://www.researchgate.net/publication/346478249)

[1] Это ядовитые химические вещества, негативно влияющие на здоровье людей и окружающую среду.