Деревья обладают способностью улавливать и удалять загрязняющие вещества из почвы и разлагать их посредством естественных процессов в растении. Это подвиг природы, который компании использовали для очистки загрязненных участков, хотя и только в небольших проектах. Теперь пробиотические бактерии для деревьев могут повысить скорость и эффективность этого естественного цикла, обеспечивая микробного партнера, помогающего защитить деревья от токсического воздействия загрязняющих веществ и расщеплять токсины, которые растения приносят из загрязненных грунтовых вод.
Исследователи из Вашингтонского университета и нескольких небольших компаний провели первый крупномасштабный эксперимент на территории Суперфонда с использованием тополей, обогащенных пробиотиками или природными микробами, для очистки грунтовых вод, загрязненных трихлорэтиленом (ТХЭ). распространенный загрязнитель, обнаруженный в промышленных зонах, который вреден для человека при попадании в организм через воду или при вдыхании из воздуха. Их результаты были опубликованы в окончательной версии 11 августа в журнале Environmental Science & Technology.
Успешные полевые испытания могут изменить правила игры, чтобы быстро и эффективно очистить сайты Superfund по всей стране и загрязненные сайты за рубежом с высоким уровнем ТВК, говорят авторы.
"Эти результаты открывают двери", - сказала автор-корреспондент Шэрон Доти, профессор Университета Вашингтона в Школе экологических и лесных наук. «Мы давно знали об этом процессе из наших лабораторных исследований, но на практике он не применялся из-за отсутствия полевых результатов. Теперь инжиниринговые компании могут начать использовать его в реальной жизни».
Очистка загрязненных участков, содержащих ТВК и другие загрязняющие вещества, может быть дорогостоящей при использовании инженерных методов, таких как раскопки или откачка токсинов из-под земли. В результате многие сайты остаются необработанными. Этот новый метод позволяет более эффективно обрабатывать загрязненные участки, часто с меньшими затратами, что способствует укреплению здоровья людей.
Лаборатория Доти работала над поиском лучшего штамма микробов, который мог бы эффективно расщеплять TCE и стимулировать рост деревьев. Джун Вон Канг, бывший аспирант UW, получил древесину тополя на участке на Среднем Западе, где деревья уже росли в почве, загрязненной ТВК. После измельчения небольших образцов деревьев и выделения более сотни различных микробов каждый штамм затем помещали в колбу с высоким содержанием ТХЭ.
Микроб, который в конечном итоге был выбран, устранил почти все ТВЭ в своей колбе. У исследователей был явный победитель. «Тополь на старом участке на Среднем Западе отбирал лучшие микробы, чтобы помочь ему выполнять свою работу», - объяснил Доти. «Мы воспользовались процессом естественного отбора. Нам просто нужно было найти лучшие из тех, которые уже выбрало растение».
ТХЭ, загрязняющий окружающую среду, широко используется в качестве обезжиривателя и растворителя на промышленных производственных площадках по всей стране. У. S. Агентство по охране окружающей среды называет ТВК одним из наиболее распространенных загрязнителей почвы или воды, и он присутствует в более чем 1000 объектов, которые агентство перечисляет в качестве приоритетных для очистки. TCE является известным канцерогеном для человека, поражающим печень и даже передающим токсин грудным детям через грудное молоко матери.
Учитывая распространенность и токсичность ТВК, исследователи использовали это химическое вещество для проверки способности тополей, наполненных микробами, очищать подземные воды в исследовательской зоне Миддлфилд-Эллис-Уисман Суперфонд в Силиконовой долине в Калифорнии после того, как оно впоследствии влился в Исследовательский парк НАСА в Исследовательском центре Эймса НАСА. В НАСА Эймс, в сотрудничестве с отделом окружающей среды НАСА Эймс, исследователи посадили ряды молодых тополей - некоторые из которых были привиты определенным микробом, а другие - нет, на поле над известным шлейфом грунтовых вод, зараженным ТВК.
Всего через год деревья, получившие микроб, стали крупнее и здоровее, чем тополя без специальной обработки. Через три года инокулированные деревья были еще более крепкими, а образцы стволов деревьев показали значительно сниженный уровень ТХЭ внутри деревьев.
Когда деревья поглощают и разлагают химические вещества, что называется фиторемедиацией, это часто происходит за счет их собственного здоровья. Это проявляется задержкой роста, желтыми листьями, увяданием коричневых листьев и ветвей, а иногда и смертью, поскольку загрязнитель снижает способность дерева к выживанию. Но когда был введен микроб, специально отобранный для борьбы с этим токсином, деревья уничтожили ТВК, продемонстрировали более устойчивый рост и повышенную выживаемость, очевидные преимущества пробиотиков.
«Настоящая цель состоит в том, чтобы попытаться улучшить производительность», - сказал соавтор Майкл Блейлок, президент и главный исполнительный директор Edenspace Systems Corporation в Вирджинии. «Если у нас есть что-то, что ускоряет и улучшает производительность и делает так, чтобы деревья могли лучше расти, это действительно то, чего мы пытались достичь с помощью этого проекта».
Кроме того, исследователи обнаружили, что образцы подземных вод, взятые непосредственно вниз по течению от испытательного полигона, показали гораздо более низкие уровни токсина по сравнению с более высокими уровнями вверх по градиенту от испытательного полигона. Они также обнаружили свидетельства повышенного содержания хлоридов в почве вокруг корней тополя, безвредного природного элемента и побочного продукта ТВЭ, разлагающегося бактериями внутри деревьев.
Ряд организаций выразили заинтересованность в использовании этой технологии, сказал соавтор Джон Фриман, главный научный сотрудник корпорации Intrinsyx Technologies, базирующейся в Исследовательском парке НАСА. И землевладельцы, которым мешают высокие затраты, связанные с традиционными методами очистки, начинают использовать эту технологию.
«Это может оказать огромное влияние на многие старые объекты, где у вас есть проблемы с загрязнением грунтовых вод, включая TCE, и где финансирование в настоящее время менее доступно», - сказал Фриман. «Это, безусловно, большая экономия средств для всех участников. Это настоящая беспроигрышная ситуация, потому что она зеленая, долгосрочная, устойчивая, общественно приемлемая и питается от солнечных батарей самими деревьями».