ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ФИТОРЕМЕДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ПОЧВ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Ключевые слова:
фиоремедиация, ризо- и фитофильтрация, фитоэкстракция, фитостабилизация, фитоиспарение, тяжелые металлы, аккумуляция, толерантность, токсичность, технологии in situ и ex situ, ирригация
Аннотация
Проанализировано современное состояние, проблемы и перспективы развития фиторемедиации почв и сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами. Охарактеризованы основные фиторемедиационные технологии: ризо- и фитофильтрация, фитоэкстракция, фитостабилизация и фитоиспарение. Показано, что для оценки эффективности применения различных растений для фиторемедиации используются индекс толерантности, транслокационный и биоконцентрационный факторы. С использованием данных показателей составлена логическая функция выбора растений для фиторемедиации в зависимости от способа утилизации образующейся биомассы. Проанализированы основные аспекты применения фиторемедиационных технологий in situ посредством ирригации растений сточными водами, содержащими тяжелые металлы. Показано, что стандарты содержания металлов, поступающих со сточными водами в почву, значительно отличаются в разных странах. Проанализированы факторы, требующие контроля при использовании сточных вод для ирригации культурных растений. Приведены критерии оценки экономической эффективности фиторемедиационных процессов: уровень затрат, потребность во времени, возможность получения дополнительного экономического эффекта.
Литература
1. Ягодин Б.А. Тяжелые металлы и здоровье человека // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 4. С.18-20.
2. Ольшанская Л.Н., Собгайда Н.А., Русских М.Л., Валиев Р.Ш., Арефьева О.А. Фиторемедиационные энергосберегающие технологии в решении проблем загрязнения гидросферы // Инновации: Теория и практика. 2012. Вып. 2 (9). C.166-172.
3. Pulford I.D., Watson C. Phytoremediation of heavy metal-contaminated land by trees - a review // Environment International. 2003. № 29. P. 529-540.
4. Prasad M. N. V. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization // Russian Journal of Plant Physiology. Vol. 5. № 5. 2003. P. 686-700.
5. Елизарьев А.Н., Насыров А.Н., Насырова Э.С. Комплексная оценка экологического состояния водоемов урбанизированных территорий (на примере г. Уфа) // Вода: химия и экология. 2015. № 9. С. 3-11.
6. Guide to documenting and managing cost and performance information for remediation projects // EPA 542-F-05-004, 2005. URL: http:// www. frtr.gov. (дата обращения: 18.02.2016).
7. Минаева О.М., Акимова Е.Е., Минаев К.М., Семенов С.Ю., Писарчук А.Д. Поглощение ряда тяжелых металлов из водных растворов растениями водного гиацинта (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms) // Вестн. Томского гос. ун-та. 2009. № 4 (8). С. 106-112.
8. Тарушкина Ю.А., Ольшанская Л.Н., Мечева О.Е., Лазуткина А.С. Высшие водные растения для очистки сточных вод // Экология и промышленность России. ЭКиП. 2006. №5. С. 36-39.
9. Киреева Н.А., Григориади А.С., Багаутдинов Ф.Я. Фиторемедиация как способ очищения почв, загрязнённых тяжёлыми металлами // Теоретическая и прикладная экология. 2011. № 3. С.4-10.
10. Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 851-868.
11. Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1113-1130.
12. Вдовина И.В., Смирнова Т.П. Доочистка сточных вод горно-обогатительного комбината с использованием элементов природно-техногенных ландшафтов // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 11. С. 17-22.
13. Dushenkov V., Nanda Kumar P.B.A., Motto H., Raskin I. Rhirofiltration: the use of plants to remove heavy metals from aqueous streams // Environ. Sci. Technol. 1995. № 29. P. 1239-1245.
14. Vlyssides A., Barampouti E.M., Mai S. Heavy metal removal from water resources using the aquatic plant Apium nodiflorum // Communication in soil science and plant analysis. 2005. № 36. P.1-7.
15. Kamal M., Ghaly A.E., Mahmoud N., Côté R. Phytoaccumulation of heavy metals by aquatic plants // Environment International. 2004. № 29. Р.1029-1039.
16. Эйнор Л.О. Ботаническая площадка - биоинженерное сооружение для доочистки сточных вод // Водные ресурсы. 1990. № 4. С. 149-161.
17. Nanda Kumar P.B.A., Dushenkov V., Motto H., Raskin I. Phytoextraction: the use of plants to remove heavy metals from soils // Environ. Sci. Technol. 1995. № 29. Р. 1232-1238.
18. Елизарьев А.Н. Оценка антропогенного воздействия на гидроэкологический режим водных объектов: автореф. дис. … канд. геогр. наук. СПб., 2007. 25 с.
19. Marchiol L., Assolari S., Sacco P., Zerbi G. Phytoextraction of heavy metals by canola (Brassica napus) and radish (Raphanus sativus) grown on multicontaminated soil // Environmental Pollution. 2004. № 132. P. 21-27.
20. Schnoor J.L. Technology evaluation report «Phytoremediation of soil and groundwater» // Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center. 2002. 52 p.
21. Lasat M.M. Phytoextraction of metals from contaminated soil: a review of plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent agronomic issues // Journal of Hazardous Substance Research. 2000. Vol. 2. P. 5-25.
22. Cao A., Cappai G., Carucci A., Muntoni A. Selection of plants for zinc and lead phytoremediation // Journal of Environmental Science and Health. 2004. Vol. A39, № 4. P. 1011-1024.
23. Arthur E.L. et al. Phytoremediation - an overview // Critical Reviews in Plant Sciences. 2005. № 24. P. 109-122.
24. Qu R.L., Li D., Du R., Qu R. Lead uptake by roots of four turfgrass species in hydroponic cultures // HortScience. P. 2003. № 38(4). P. 623-626.
25. Золотухин И.А., Никулина С.Н., Федосеева Л.А. Снижение концентрации микроэлементов в водной среде под воздействием корневых систем // Экология. 1995. № 3. С. 248-249.
26. Kim I.S., Kang K.H., Johnson-Green P., Lee E.J. Investigation of heavy metal accumulation in Polygonum thunbergii for phytoextraction // Environmental Pollution. 2003. № 126. P. 235-243.
27. Robinson B., Fernández J.E., Madejón P., Marañón J.E., Murillo J.M., Green S., Clothier B. Phytoextraction: an assessment of biogeochemical and economic viability // Plant and Soil. 2003. № 249. P. 117-125.
28. Lasat M. M. Phytoextraction of toxic metals: a review of biological mechanisms // J. Environ. Qual. 2002. № 31. P.109-120.
29. Suresh B., Ravishankar G.A. Phytoremediation - A novel and promising approach for environmental clean-up // Critical Reviews in Biotechnology. 2004. № 24(2-3). P. 97-124.
30. Afanasev I., Volkova T., Elizaryev A., Longobardi A. Analysis of interpolation methods to map the long-term annual precipitation spatial variability for the Republic of Bashkortostan, Russian Federation // WSEAS Transactions on Environment and Development. 2014. Т. 10, № 1. С. 405-416.
31. Ali N. A., Berna M.P., Ater M. Tolerance and bioaccumulation of cadmium by Phragmites australis grown in the presence of elevated concentrations of cadmium, copper, and zinc // Aquatic Botany. 2004. Vol. 80. P. 163-176.
32. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005. 199 с.
33. Haruvy N. Agricultural reuse of wastewater: nation-wide cost-benefit analysis // Agriculture, Ecosystems and Environment. 1997. Vol. 66. P. 113-119.
34. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
35. Tani F.H., Barrington S. Zinc and copper uptake by plants under two transpiration rates. Part I. Wheat (Triticum aestivum L.) // Environmental Pollution. 2005. Vol.138. P. 538-547.
36. Mapanda F., Mangwayana E.N., Nyamangara J., Giller K.E. The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare, Zimbabwe // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2005. Vol.107. P.151-165.
37. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова, А.И. Черкереса. М.: Колос, 2000. 536 с.
38. Madyiwa S., Chimbari M.J., Schutte C.F., Nyamangara J. Greenhouse studies on the phyto-extraction capacity of Cynodon nlemfuensis for lead and cadmium under irrigation with treated wastewater // Physics and Chemistry of the Earth. 2003. № 28. P. 859-867.
39. Emongor V.E., Ramolemana G.M. Treated sewage effluent (water) potential to be used for horticultural production in Botswana // Physics and Chemistry of the Earth. 2004. № 29. P. 1101-1108.
40. Kiiashko L.Yu., Elizariev A.N., Afanasiev I.A., Elizarieva E.N. Method of estimating the water potential of the territory // Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований: Материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. North Charleston, USA. Изд-во: CreateSpace, 2016. С. 7-10.
2. Ольшанская Л.Н., Собгайда Н.А., Русских М.Л., Валиев Р.Ш., Арефьева О.А. Фиторемедиационные энергосберегающие технологии в решении проблем загрязнения гидросферы // Инновации: Теория и практика. 2012. Вып. 2 (9). C.166-172.
3. Pulford I.D., Watson C. Phytoremediation of heavy metal-contaminated land by trees - a review // Environment International. 2003. № 29. P. 529-540.
4. Prasad M. N. V. Phytoremediation of metal-polluted ecosystems: hype for commercialization // Russian Journal of Plant Physiology. Vol. 5. № 5. 2003. P. 686-700.
5. Елизарьев А.Н., Насыров А.Н., Насырова Э.С. Комплексная оценка экологического состояния водоемов урбанизированных территорий (на примере г. Уфа) // Вода: химия и экология. 2015. № 9. С. 3-11.
6. Guide to documenting and managing cost and performance information for remediation projects // EPA 542-F-05-004, 2005. URL: http:// www. frtr.gov. (дата обращения: 18.02.2016).
7. Минаева О.М., Акимова Е.Е., Минаев К.М., Семенов С.Ю., Писарчук А.Д. Поглощение ряда тяжелых металлов из водных растворов растениями водного гиацинта (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms) // Вестн. Томского гос. ун-та. 2009. № 4 (8). С. 106-112.
8. Тарушкина Ю.А., Ольшанская Л.Н., Мечева О.Е., Лазуткина А.С. Высшие водные растения для очистки сточных вод // Экология и промышленность России. ЭКиП. 2006. №5. С. 36-39.
9. Киреева Н.А., Григориади А.С., Багаутдинов Ф.Я. Фиторемедиация как способ очищения почв, загрязнённых тяжёлыми металлами // Теоретическая и прикладная экология. 2011. № 3. С.4-10.
10. Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 851-868.
11. Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1113-1130.
12. Вдовина И.В., Смирнова Т.П. Доочистка сточных вод горно-обогатительного комбината с использованием элементов природно-техногенных ландшафтов // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 11. С. 17-22.
13. Dushenkov V., Nanda Kumar P.B.A., Motto H., Raskin I. Rhirofiltration: the use of plants to remove heavy metals from aqueous streams // Environ. Sci. Technol. 1995. № 29. P. 1239-1245.
14. Vlyssides A., Barampouti E.M., Mai S. Heavy metal removal from water resources using the aquatic plant Apium nodiflorum // Communication in soil science and plant analysis. 2005. № 36. P.1-7.
15. Kamal M., Ghaly A.E., Mahmoud N., Côté R. Phytoaccumulation of heavy metals by aquatic plants // Environment International. 2004. № 29. Р.1029-1039.
16. Эйнор Л.О. Ботаническая площадка - биоинженерное сооружение для доочистки сточных вод // Водные ресурсы. 1990. № 4. С. 149-161.
17. Nanda Kumar P.B.A., Dushenkov V., Motto H., Raskin I. Phytoextraction: the use of plants to remove heavy metals from soils // Environ. Sci. Technol. 1995. № 29. Р. 1232-1238.
18. Елизарьев А.Н. Оценка антропогенного воздействия на гидроэкологический режим водных объектов: автореф. дис. … канд. геогр. наук. СПб., 2007. 25 с.
19. Marchiol L., Assolari S., Sacco P., Zerbi G. Phytoextraction of heavy metals by canola (Brassica napus) and radish (Raphanus sativus) grown on multicontaminated soil // Environmental Pollution. 2004. № 132. P. 21-27.
20. Schnoor J.L. Technology evaluation report «Phytoremediation of soil and groundwater» // Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center. 2002. 52 p.
21. Lasat M.M. Phytoextraction of metals from contaminated soil: a review of plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent agronomic issues // Journal of Hazardous Substance Research. 2000. Vol. 2. P. 5-25.
22. Cao A., Cappai G., Carucci A., Muntoni A. Selection of plants for zinc and lead phytoremediation // Journal of Environmental Science and Health. 2004. Vol. A39, № 4. P. 1011-1024.
23. Arthur E.L. et al. Phytoremediation - an overview // Critical Reviews in Plant Sciences. 2005. № 24. P. 109-122.
24. Qu R.L., Li D., Du R., Qu R. Lead uptake by roots of four turfgrass species in hydroponic cultures // HortScience. P. 2003. № 38(4). P. 623-626.
25. Золотухин И.А., Никулина С.Н., Федосеева Л.А. Снижение концентрации микроэлементов в водной среде под воздействием корневых систем // Экология. 1995. № 3. С. 248-249.
26. Kim I.S., Kang K.H., Johnson-Green P., Lee E.J. Investigation of heavy metal accumulation in Polygonum thunbergii for phytoextraction // Environmental Pollution. 2003. № 126. P. 235-243.
27. Robinson B., Fernández J.E., Madejón P., Marañón J.E., Murillo J.M., Green S., Clothier B. Phytoextraction: an assessment of biogeochemical and economic viability // Plant and Soil. 2003. № 249. P. 117-125.
28. Lasat M. M. Phytoextraction of toxic metals: a review of biological mechanisms // J. Environ. Qual. 2002. № 31. P.109-120.
29. Suresh B., Ravishankar G.A. Phytoremediation - A novel and promising approach for environmental clean-up // Critical Reviews in Biotechnology. 2004. № 24(2-3). P. 97-124.
30. Afanasev I., Volkova T., Elizaryev A., Longobardi A. Analysis of interpolation methods to map the long-term annual precipitation spatial variability for the Republic of Bashkortostan, Russian Federation // WSEAS Transactions on Environment and Development. 2014. Т. 10, № 1. С. 405-416.
31. Ali N. A., Berna M.P., Ater M. Tolerance and bioaccumulation of cadmium by Phragmites australis grown in the presence of elevated concentrations of cadmium, copper, and zinc // Aquatic Botany. 2004. Vol. 80. P. 163-176.
32. Квеситадзе Г.И., Хатисашвили Г.А., Садунишвили Т.А., Евстигнеева З.Г. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005. 199 с.
33. Haruvy N. Agricultural reuse of wastewater: nation-wide cost-benefit analysis // Agriculture, Ecosystems and Environment. 1997. Vol. 66. P. 113-119.
34. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
35. Tani F.H., Barrington S. Zinc and copper uptake by plants under two transpiration rates. Part I. Wheat (Triticum aestivum L.) // Environmental Pollution. 2005. Vol.138. P. 538-547.
36. Mapanda F., Mangwayana E.N., Nyamangara J., Giller K.E. The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare, Zimbabwe // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2005. Vol.107. P.151-165.
37. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова, А.И. Черкереса. М.: Колос, 2000. 536 с.
38. Madyiwa S., Chimbari M.J., Schutte C.F., Nyamangara J. Greenhouse studies on the phyto-extraction capacity of Cynodon nlemfuensis for lead and cadmium under irrigation with treated wastewater // Physics and Chemistry of the Earth. 2003. № 28. P. 859-867.
39. Emongor V.E., Ramolemana G.M. Treated sewage effluent (water) potential to be used for horticultural production in Botswana // Physics and Chemistry of the Earth. 2004. № 29. P. 1101-1108.
40. Kiiashko L.Yu., Elizariev A.N., Afanasiev I.A., Elizarieva E.N. Method of estimating the water potential of the territory // Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований: Материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. North Charleston, USA. Изд-во: CreateSpace, 2016. С. 7-10.
Поступила в редакцию
2016-04-06
Опубликована 2016-09-30
Опубликована 2016-09-30