эффективный путь снижения загрязнения почв фтором

ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ – ЭФФЕКТИВНЫЙ ПУТЬ СНИЖЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ФТОРОМ
Полонский В.И., Полонская Д.Е.
Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск,
Россия
The brief observation of modern literature on the problem fluoride pollution
of soil was done. The article discusses some methods for decreasing of fluoride
contamination levels in the soil. Some ways of the increasing of phytoremediation
efficacy was suggested.
Россия ежегодно нуждается в больших количествах «крылатого»
металла, поэтому производство алюминия в нашей стране постоянно растет.
К примеру, сегодня в Красноярском крае в районе строящейся Богучанской
ГЭС запланировано возведение еще одного гиганта цветной металлургии.
За последние годы особенно остро возникает проблема локального
фторидного загрязнения агроэкосистем, непосредственно прилегающих к
предприятиям, которые являются источниками такого загрязнения.
Наибольшую опасность представляют комбинаты-гиганты по выпуску
алюминия, в числе которых Красноярский, Саянский, Братский, Иркутский
алюминиевые заводы, выбрасывающие в атмосферу фтор. При
существующей технологии получения алюминия на одну тонну
произведенного металла в атмосферу выбрасывается несколько килограммов
фтора в форме HF, NaF, пыли.
По информации крайстатуправления, КрАЗ ежегодно выбрасывает в
атмосферу около 2,6 тысяч тонн фтористого водорода и около 3,6 тысяч тонн
твердых фторидов (Крупкин, 2005). В зоне влияния Саянского алюминиевого
завода на территории Хакасии 9,3% площади (около 25 тысяч га) имеет
повышенное (0,5–1,0 ПДК) содержание водорастворимого фтора (Чупрова,
2007).
Проблема заключается в том, что прослеживается многолетняя
тенденция накопления фтора в верхнем слое почвы. Что же необходимо
предпринять для того, чтобы остановить рост концентрации фтора в почве в
зоне техногенного влияния предприятий, производящих алюминий?
Как известно, различные виды растений обладают неодинаковыми
способностями к накоплению фтора при равном его содержании в почве.
Среди многолетних трав сильнее загрязняются костер и природные
разнотравья по сравнению с люцерной и волоснецом. Разнотравье при
содержании фтора в почве 210 мг/кг накапливало 158 мг/кг фтора (Крупкин,
2005).
В условиях гидропоники на китайской капусте показано, что при низкой
концентрации фтора 15 мг/л содержание фтора в стеблях, листьях и корнях
возросло в 310 раз по сравнению с контролем (Asada et al., 2006). На
растениях райграса, которые выращивали на отходах, содержащих фтор,
найдено, что каждое повышение на 100 мг/кг почвы поллютанта повышало
концентрацию фтора в надземной части райграса на 18 мг/кг при первом
укосе, 8 мг/кг сухой массы при втором и 5 мг/кг при третьем укосе (Davis,
1980). Следовательно, в надземной биомассе накапливался 31% от вносимого
фтора.
С одной стороны, на растениях-биоиндикаторах – черной смородине и
березе показано, что фтор, в основном, поглощают надземные части, а не
корни. Подтверждением этому служит более выраженная зависимость
накопления фтора в растительной массе от расстояния до источника
загрязнения, чем от концентрации в почве данного токсиканта (J. Franzaring
et al., 2006). С другой стороны, имеется вероятность прогноза степени
загрязнения фтором сухой массы разнотравья в зависимости от содержания
фтора в почве, равная 57% (Крупкин, 2005).
Способность растений накапливать фтор лежит в основе одного из
существующих подходов к очистке загрязненной почвы – так называемой
фиторемедиации. Фиторемедиация может использоваться при относительно
низких уровнях загрязнения фтором (Asada et al., 2006). Листья растений
кустарников поглощают фтор, поэтому можно уменьшить загрязнение среды
за счет фиторемедиации (Kang et al., 2008). Сбор опадших листьев является
необходимой операцией фиторемедиации фтора, при использовании
определенных видов деревьев.
Большинство типов фиторемедиации включает в себя: 1) абсорбцию,
концентрирование и осаждение поллютантов в корнях, уменьшение их
подвижности и предотвращение их миграции через выделения в подземные
воды, в воздух или поступление в пищевую цепь; 2) экстракцию и
аккумуляцию поллютантов в закончивших рост тканях, включая побеги и
листья; 3) деградацию сложных органических молекул до простых и
включение этих молекул в ткани растений; 4) положительное влияние на
микробную и грибную деградацию путем стимулирования выделения
экссудатов/энзимов в корневую зону.
Представляется целесообразным, что при выполнении мероприятий
фиторемедиации для снижения степени загрязнения почв фтором массу
растений следует скашивать, собирать и не скармливать животным, а
складировать в долговременные хранилища с надежной гидроизоляцией.
Каким образом можно повысить эффективность фиторемедиации?
1. Следует проводить скашивание травянистых растений один раз в
конце вегетационного периода. Величина надземной части биомассы при
этом будет максимальной, и, значит, растения смогут накопить наибольшее
количество фтора, которое будет можно собрать, вывести и захоронить.
2. Целесообразно применять азотные удобрения. При внесении
удобрений увеличивается урожай фитомассы, а расход воды при этом не
возрастает, так как эвапотранспирация почти не изменяется.
3. Следует использовать эффективные ризосферные бактерии, а также
грибы. Положительное воздействие грибов-симбионтов сказывается в
повышении продуктивности растений, устойчивости их к засухе, увеличении
фиксации азота бобовыми, устойчивости к нематодам, поглощению фосфора.
Известны успешные опыты, проведенные в Новой Зеландии, с инокуляцией
райграса многолетнего и клевера белого грибами, завезенными из Англии
(Powell, 1979). Специальные улучшающие рост растений бактерии особенно
в стрессовых условиях могут быть введены в корневую зону растений.
Фиторемедиация будет более эффективным процессом в присутствии этих
обеспечивающих рост растений бактерий (Glick, 2003).
4.
Целесообразно
использовать
новые,
более
эффективно
накапливающие фтор виды растений. Известны устойчивые виды растений,
которые могут накапливать до 1000-1500 мг/кг фтора без вреда, у других
видов хлороз отмечается при 120 мг/кг (Junior et al., 2008).
5. Получение трансгенных растений – это еще один путь повышения
эффективности фиторемедиации (Kramer, 2005). Идеальное растение для
очистки окружающей среды должно обладать высокой продуктивностью в
сочетании с большой устойчивостью к загрязнителям, хорошей
способностью к накоплению и/или деградации поллютанта (в зависимости от
его типа). Выбирая технологию фиторемедиации и/или используя методы
генетической инженерии, можно манипулировать этими способностями
растений и создавать идеальный организм для очистки окружающей среды
(Pilon-Smits, Pilon, 2002).
Литература:
1. Крупкин, П.И. Пути рационального использования почв, загрязненных
фтором /П.И. Крупкин //Агрохимия. – 2005. – № 3. – С. 79-87.
2. Чупрова, В.В. Экологическое почвоведение /В.В. Чупрова. – Красноярск:
КрасГАУ, 2007. – 172 с.
3. Asada, M. Remediation Technology for Boron and Fluoride Contaminated
Sediments Using Green Plants /M. Asada, P. Parkpian, S. Horiuchi //Digital
Library STP 1482-EB. – 2006. – P. 1-7.
4. Davis, R.D. Uptake of fluoride by ryegrass grown in soil treated with sewage
sludge /R.D. Davis //Environmental Pollution. – 1980. – Vol. 1. – N 4. – P. 277284.
5. Franzaring, J. Environmental monitoring of fluoride emission using
precipitation, dust, plant and soil samples /J. Franzaring, H. Hrenn, C. Schumm, A.
Klumpp, A. Fangmeier //Environmental Pollution. – 2006. – Vol. 144. – N 1. – P.
158-165.
6. Glick, B.R. Phytoremediation: synergistic use of plants and bacteria to clean up
the environment /B.R. Glick //Biotechnology Advances. – 2003. – Vol. 21. – N 5.
– Р. 383-393.
7. Junior, A.M.D. Dispersal pattern of airborne emissions from an aluminium
smelter in Ouro Preto, Brasil, as expressed by foliar fluoride accumulation in eight
plant species /A.M.D. Junior, M.A. Oliva, F.A. Ferreira //Ecological Indicators. –
2008. – Vol. 8. – N 5. – Р. – 454-461.
8. Kang, D.-H. Assessment of Landfill Leachate Volume and Concentration of
Cyanide and Fluoride during Phytoremediation /D.-H. Kang, D. Tsao, F. Wang-
Cahill, S. Rock, A. P. Schwab, M.K. Banks //Bioremediation Journal. – 2008. –
Vol. 12. – N 1.– Р. 32-45.
9. Kramer, U. Phytoremediation: novel approaches to cleaning up polluted soils /
U. Kramer //Current Opinion in Biotechnology. – 2005. – Vol. 16. – N 2. – Р. 133141.
10. Pilon-Smits, E., Pilon M. Phytoremediation of Metals Using Transgenic Plants
/E. Pilon-Smits, M. Pilon //Critical Reviews in Plant Sciences. – 2002. – Vol. 21. –
N 5. – Р. 439-456.