CC BY
157
тектоника, магматизм и металлогения. М.: Недра, 1976. 231 с.
4. Иванов А.Н. Региональные геологические системы. Проблемы типизации // Проблемы геологии Центральной Азии. 1997. Вып. 2. С. 5-13.
5. Иванов А.Н. Региональные магмогенерирующие геологические системы зрелой континентальной литосферы. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 176 с.
6. Региональные геологические системы Центральной Азии.
/ А.Н.Иванов [и др.]. М.: Недра, 1993. 255 с.
7. Иванов А.Н., Рапацкая Л.А., Гэрэл О. Корреляция докембрия Центральной Азии // Известия вузов Сибири. 1999. Вып. 3. С. 175-176.
8. Косыгин Ю.А. Тектоника. М.: Недра, 1983.
9. Journal of Hebey College of Geology, 1993. С. 6-8.
10. Nyu Shuin. Manzhi gouzao yu ziyuan huanjing. Peigin, 2008. 307 с.
УДК 663.1:628.32
СОВРЕМЕННЫЕ ФИТОТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА
С.С.Тимофеева1, С.С.Тимофеев2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проведена оценка перспектив и возможностей применения современных фитотехнологий в решении экологических проблем Байкальского региона. Рассмотрены фитотехнологии, используемые в очистке сточных вод с помощью водных растений и водорослей, в оздоровлении воздушной среды промышленных предприятий, фиторе-мидиация загрязненных почв и осадков. Ил. 1. Библиогр. 18 назв.
Ключевые слова: фитотехнологии; водные растения; очистка сточных вод; экологический фитодизайн промышленных объектов; фиторемидиация.
MODERN PHYTOTECHNOLOGIES IN SOLVING ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF THE BAIKAL REGION S.S. Timofeeva, S.S. Timofeev
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The assessment of prospects and possibilities to apply modern phytotechnologies in solving environmental problems of the Baikal region is carried out. The authors consider phytotechnologies used in wastewater treatment by means of aquatic plants and algae, in the recovery of air quality of industrial enterprises, and phytoremediation of contaminated soils and precipitations. 1 figure. 18 sources.
Key words: phytotechnologies; water plants; wastewater treatment; environmental phytodesign of industrial facilities; phytoremediation.
В числе приоритетных направлений развития науки, технологии и техники в Российской Федерации, определенных указом президента от 21 мая 2006 г. на перспективу, выделены «живые системы» и «рациональное природопользование». Именно разработка и реализация экобиозащитных технологий обеспечат восстановление и защиту природной среды от загрязнения и истощения.
В настоящее время соблюдение требований экологической безопасности является непременным условием любой хозяйственной деятельности. Для преодоления глобального экологического кризиса практически во всех странах мира, и в России в том числе, введено чрезвычайно жесткое природоохранное законодательство, суть которого сводится к сле-
дующему: кто загрязняет - тот и очищает; предприятие, которое не в состоянии обеспечить надлежащую защиту природной среды, не имеет право на существование. Ужесточение природоохранных законодательных требований путем периодического увеличения размеров платежей за загрязнение окружающей природной среды и штрафных санкций за нарушение природоохранного законодательства ставит перед фактом, что загрязнять окружающую среду экономически не выгодно. Уже сегодня достоверно доказано, что меры по восстановлению здоровья населения, нарушенного в результате неблагоприятного состояния окружающей среды, обходятся во много раз дороже профилактических природоохранных мероприятий. А чем измерить ухудшение демографической об-
1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106.
Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952) 405106.
2Тимофеев Семен Сергеевич, старший преподаватель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405671.
Timofeev Semen, Senior Lecturer of the Department of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952)405671.
становки из-за преждевременных смертей и стабильно, из поколения в поколение, ухудшающейся наследственности?
Одним из условий выхода предприятия со своей продукцией на мировой рынок является экологическая сертификация этого предприятия в соответствии с требованиями ISO 14000 [1]. Наличие такого сертификата свидетельствует о том, что данное предприятие оснащено современным комплексом природоохранных сооружений и соблюдает требования национального законодательства по охране окружающей природной среды, обеспечивая при этом постоянное совершенствование природоохранной деятельности.
Все эти меры, инициированные правительствами, являются основным фактором, формирующим востребованность и актуальность экологической биотехнологии и увеличивающим ее рыночный потенциал.
Экобиотехнология - сравнительно новое направление науки и прикладной биотехнологии - представляет собой область междисциплинарных знаний биологии, химии и геохимии, экологии, почвоведения, гидробиологии, микробиологии, биохимии и физиологии, популяционной генетики, инженерно-технологических дисциплин. Экобиотехнология изучает, разрабатывает и применяет такие уже достаточно развитые технологии и методы, как биологическая очистка сточных вод (в аэротенках, на биофильтрах), переработка органических отходов (приготовление компостов, анаэробное сбраживание в метантенках и реакторах других конструкций, получение кормовых добавок и биоудобрений), биологическая дезодорация газов, а также сравнительно новые, применяемые для очистки загрязненных почв (биоремидиация почв), донного ила, осадков, водоемов, восстановления плодородия земель, получения и модификации «экологически дружественных» полимеров, поверхностно-активных веществ и других материалов и соединений с полезными свойствами, предотвращения коррозии, повреждений, биообрастаний, в мониторинге и индикации [2].
В последние годы начали стремительно развиваться экотехнологии, которые дают непосредственную прибыль, поскольку одновременно с защитой окружающей среды и экономией невозобновляемых природных ресурсов обеспечивают получение высоколиквидной рыночной продукции. Речь идет, прежде всего, об экотехнологиях, обеспечивающих:
• утилизацию твердых бытовых и промышленных отходов с получением вторичного сырья и готовой продукции;
• замену нефтяного топлива метаном, этанолом и биодизелем, получаемыми из растительного сырья;
• извлечение биогаза из бытовых и производственных отходов органического происхождения;
• улавливание растворителей из промышленных выбросов и возврат их в производство.
К экотехнологиям, непосредственно приносящим прибыль, в полной мере относятся гелио- и ветроэнергетика, утилизация тепла горящих факелов, сбрасываемых подогретых вод и горячих пылегазовых выбросов. Истощение запасов природного углеводород-
ного сырья обеспечивает этим направлениям экотех-нологий стабильное развитие.
Вполне обоснованно можно прогнозировать развитие в России в ближайшие годы экотехнологий, связанных с глубокой очисткой пылегазовых выбросов, что связано с постепенным сокращением размеров и полной ликвидацией санитарно-защитных зон промышленных предприятий, в первую очередь, в больших городах, где цена на землю возрастает с каждым годом. При ликвидации санитарно-защитных зон нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе должны соблюдаться на границе территории предприятий, как это принято во всех европейских странах, что требует принципиально нового подхода к очистке пылегазовых выбросов.
При таком широком востребовании экотехнологий исключительное значение приобретает их научный потенциал как совокупность интеллектуального продукта, который обеспечивает надежность, долговечность и экономическую эффективность природоохранных мероприятий, являясь, таким образом, основой в конкуренции экотехнологий.
В Иркутском государственном техническом университете уже более 30 лет на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности успешно работает научно-исследовательская лаборатория экологических биотехнологий, основным направлением исследований которой является разработка и внедрение фитотехнологий, адаптированных к условиям Восточной Сибири и Байкальского региона.
Термин фитотехнологии появился в обиходе относительно недавно. Этим термином обозначают защитно-восстановительные мероприятия для окружающей среды с использованием растительности. Они используются для охраны атмосферного воздуха жилых массивов от пылегазовых выбросов промышленных предприятий путем высаживания древесно-кустарниковых насаждений определенной ширины вдоль автомагистралей и железных дорог и создания санитарно-защитной зоны. Эти посадки вдоль дорог локализуют и очищают отработанные транспортные выбросы, при этом в качестве насаждений используют именно те, что обладают высокой поглотительной способностью по отношению к пыли и токсичным газам.
Фитотехнологии применяют для рекультивации земельных участков, нарушенных вследствие естественного или техногенного повреждения. Высев определенных видов трав и посадка кустарников защищают почвы от водной и ветровой эрозии. В водоохранных зонах создают фитофильтрационные полосы, препятствующие поступлению в водоемы загрязнений с поверхностным стоком, несущим в реки продукты эрозии почв, остатки ядохимикатов и минеральных удобрений. Фитотехнология внедряется при глубокой или дополнительной очистке (доочистке) сточных вод с применением высшей водной растительности, которая успешно используется во многих странах мира на протяжении последних 50 лет.
Более 30 лет под руководством профессора С.С.Тимофеевой ведутся исследования по разработке и внедрению фитотехнологий очистки сточных и обезвреживания отходов в условиях резкоконтинентального климата [3-11]. Водные растения по биомассе живого вещества в водоемах занимают лидирующее положение и выполняют двоякую роль:
• являются стимуляторами жизнедеятельности микроорганизмов;
• поглощают загрязняющие вещества, регулируют солевое равновесие.
Водные растения (гидрофиты) в водоемах выполняют следующие основные функции:
• фильтрационную (способствуют осаждению взвешенных веществ);
• поглотительную (поглощают биогенные элементы, некоторые органические вещества);
• накопительную (способны накапливать некоторые металлы и трудно разлагаемые органические соединения);
• санитарную (обладают бактерицидными свойствами);
• окислительную (в процессе фотосинтеза обогащают воду кислородом);
• детоксикационную (способны накапливать токсичные вещества и превращать их в нетоксичные).
Доминирование у растений той или иной функции зависит от вида растения, его принадлежности к той или иной экологической группе, стадии вегетации, характера загрязнения и т.д.
Как известно, среди водных растений (гидрофитов) по степени их приспособления к жизни в водной среде различают три основные группы:
• гидатофиты - погруженные растения, весь жизненный цикл которых проходит под водой, основная растительная масса находится в толще воды;
• нейстофиты - растения с плавающими ассимиляционными органами; большая часть их вегетативных побегов и листьев плавает на поверхности воды, иначе их называют свободноплавающими;
• гелофиты - воздушно-водные растения с побегами, часть которых находится в воде, часть - над поверхностью. Гелофиты - это промежуточная группа между водными и сухопутными растениями.
Одним из существенных преимуществ очистных сооружений с использованием фитотехнологии является их долговечность. Почти полное отсутствие металлических частей, которые подвержены коррозии, а также насосного оборудования благодаря самотечному движению очищаемой воды обеспечивает очистным сооружениям на основе фитотехнологии почти неограниченный период эксплуатации, о чем свидетельствует опыт многих государств. В разных странах они получили такие названия: Constructed wetland, Reed bed, Artificial wetland, биоплато, биоинженерные сооружения, ботанические площадки и т.п.
При очистке сточных вод чаще всего используют такие виды высшей водной растительности, как камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, водный гиацинт (эйхорния),
касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, резуха морская, уруть, хара, ирис и пр.
Сооружения на основе фитотехнологий работают как самонастраивающаяся и саморегулируемая система. Для их надежной работы необходимо поддерживать оптимальный режим эксплуатации, соблюдая сравнительно простые правила:
• подача воды на сооружения должна быть постоянной, перерывы не должны превышать 1-2 суток;
• следует регулярно удалять из блока механической очистки осажденные и плавающие примеси;
• своевременно заменять проржавевшие металлические детали блока механической очистки (решетки, шиберы и др.) и регулирующей аппаратуры (задвижки, патрубки и др.), устранять оседание колодцев и трубопроводов;
• при отрицательных температурах обеспечивать условия прохождения очистки под ледяной "крышей";
• при необходимости производить дополнительную посадку высшей водной растительности на поверхности блоков биоплато;
• через 5-7 лет эксплуатации при необходимости производить замену или разрыхление поверхностного слоя фильтрующего материала инфильтрационных блоков на глубину 5-10 см;
• при необходимости делать обратную промывку дренажных трубопроводов.
Сооружения биоплато вместе с сооружениями механической очистки обслуживает один человек.
Срок службы фильтрационных блоков между капитальными ремонтами составляет не менее 20-25 лет. Поверхностные блоки в ремонте не нуждаются.
Применительно к климатическим условиям Восточной Сибири рассчитан ассимиляционный потенциал основных видов водной растительности по отношению к основным органическим и неорганическим компонентам сточных вод предприятий Байкальского региона и дифференцированы механизмы процессов:
• ускоренная биодеградация в ризосфере (деградация в слое грунта, непосредственно окружающего корни растения);
• фитоиспарение (перенос загрязнителей в атмосферу при помощи системы испарения влаги растениями);
• фитоизвлечение (известное также как фитоакку-муляция, извлечение загрязнителей из почвы корнями растений, перенос и накопление в стеблях и листьях);
• фитодеградация (разложение загрязнителей в растительных тканях);
• фитостабилизация (растения вырабатывают вещества, иммобилизирующие загрязнители в слое между поверхностью корней и почвой);
• гидравлический контроль (применение деревьев для поглощения и испарения больших объемов грунтовых вод или поверхностного стока с целью контроля обводненности почвы) [3-14].
Технологии внедрены на ряде предприятий региона и успешно используются в доочистке сточных вод.
Вторым направлением исследований лаборатории являются разработки по использованию растений для экологической стабилизации и улучшения качества
атмосферного воздуха промышленных городов и воздуха рабочей зоны на промышленных предприятиях. Как известно, растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют фитонциды - биологически активные вещества. Впервые фитонциды были открыты отечественным ученым профессором Б.П.Токиным в 1928 году. Летучие фитонциды (аэрофолины) - эфирные масла, терпеноиды, альдегиды и другие соединения - способны резко улучшить состав воздуха, снизить количество бактерий, грибов и даже вирусов и оказать лечебный эффект [15]. Путем фитонцидоте-рапии установлено общеоздоровительное действие растений на организм человека. Фитонциды оказывают бронхолитический, гипотензивный и адаптивный эффект. В нашей стране развивается новое средооб-разующее направление, часто называемое фитоэрго-номикой, находящееся на стыке биологии и физиологии, гигиены и ботаники. В основе технологии лежит новый биологический метод - экологический фитодизайн, который заключается в использовании растений с выраженными фитонцидными и газопоглотительными свойствами для санации и оздоровления воздушной среды помещений.
Исследованиями, выполненными Центральным Сибирским ботаническим садом СО РАН в лабораторных боксах, была изучена антимикробная и газопоглотительная активность более 100 видов тропических и субтропических растений, используемых в озеленении интерьеров, и составлен каталог перспективных растений [16].
В течение многих лет на кафедре промэкологии и БЖД ведутся исследования по оценке условий труда на предприятиях Байкальского региона и разрабатываются методы их улучшения. К настоящему времени составлен реестр веществ, содержащихся в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий, и разрабатываются методы экологического управления на основе медико-экологического фитодизайна. - современного научного направления оздоровления и улучшения микроэкологических условий с использованием летучих выделений и газопоглотительных свойств интактных растений. Произведен подбор номенклатуры фитонцидных, эфиромасличных, лекарственных и декоративных растений открытого и защищенного грунта для создания смешанных лекарственно-декоративных композиций и рекомендован перечень растений, пригодных для обезвреживания газовых выделений. Так, например, на предприятиях необходимо в цехах высаживать традесканцию, а на газонах - мяту перечную, в лабораторных помещениях кафедры - плющ обыкновенный, рододендрон Симса, хлорофитум хохлатый, бегонии, каланхое, в детских учреждениях - растения из семейств миртовых, бего-ниевых, толстянковых.
Такой подход к оздоровлению воздушной среды с помощью растений целесообразно рекомендовать в зеленом строительстве больших и малых городов и их дворовых территорий, в оздоровительных учреждениях, на участках школ и других учебных заведений, на детских площадках, на территориях производственных
и культурно-массовых предприятий, на дачных, приусадебных и садовых участках и т.п.
Метод экологического фитодизайна принципиально отличается от действия современных технических средств очистки воздуха помещений экологической безопасностью, пригодностью в условиях любого интерьера. По воздействию на наиболее распространенный в закрытых пространствах патогенный стафилококк, летучие выделения некоторых видов растений оказались эффективнее, чем технические устройства и дезинфицирующие средства. Растения проявляют оздоравливающие свойства непрерывно и в течение многих лет, при этом не требуется больших затрат на поддержание их функционирования. Технология может быть переориентирована на использование в любых типах общественных и производственных помещений - в офисах фирм, служебных, общественных и производственных помещениях, где имеется оргтехника, присутствуют источники техногенного загрязнения воздушной среды, в помещениях с постоянным или меняющимся контингентом людей (посетителей).
Исследования сотрудников Центрального сибирского ботанического сада [16] выявили еще одну серьезную проблему - использование в озеленении помещений растений с ядовитым соком и аллергизизую-щим действием. Так, каждое третье детское учреждение имеет ядовитые растения, опасные для жизни и здоровья, такие, как алоказия (встречается в 83% случаях), диффенбахия (65%), молочай (56%). Сок этих растений содержит синильную кислоту, ядовитую смолу, канцерогенные вещества. В России и за рубежом зарегистрированы случаи отравлений детей и взрослых соком диффенбахии и алоказии. К растениям с выраженным аллергизирующим действием относится примула обратноконическая, непосредственный контакт с листьями которой может вызвать реакцию в виде покраснения кожных покровов, жжения, зуда и даже появления пузырьков, как после ожога (аллергический дерматит). Как правило, ассортимент для озеленения подбирается спонтанно, ядовитые растения используются бесконтрольно, поскольку люди незнакомы с этими растениями. Поэтому при выполнении процедуры аттестации рабочих мест в детских учреждениях нами выдаются рекомендации по видам растений, которые безопасно и полезно использовать в интерьере детских учреждений.
Экологический фитодизайн интерьера является одновременно и дизайнерским оформительским инструментом, и профилактическим, оздоравливающим методом. Именно в этом заключается универсальность его действий [17].
Третье направление фитотехнологий, реализуемое в лаборатории, - фиторемидиация загрязненных почв и донных отложений. Принято различать фито-экстракцию, фитотрансформацию, фитодеградацию, фитоиспарение, ризосферную биоремидиацию, фито-стабилизацию, фитозаградительные барьеры, изолирующие растительный покров и т.д. [2].
При фитоэкстракции (иногда называемой фитоак-кумуляцией, а применительно к извлечению радионуклидов - фитодезактивацией) загрязнения (тяжелые
металлы, радионуклиды) поступают из почвы в растения через корневую систему, концентрируются в тканях наземных органов (листьях, стеблях) и удаляются из окружающей среды при сборе урожая растений. Загрязненную растительную массу можно затем высушить на солнце, на воздухе или обогревом, сжечь (или озолить), переработать компостированием, анаэробным сбраживанием, выщелачиванием, экстракцией растворителями, извлечь полезные компоненты, уплотнить, захоронить на специальных участках. Зола, оставшаяся после сжигания, содержит основную массу извлеченных металлов, но по объему составляет лищь малую часть (не более 10%) исходного количества загрязненного материала. Она может быть захоронена безопасно в местах складирования или переработана для извлечения тяжелых металлов.
Фитоэкстракция считается эффективным методом для удаления таких тяжелых металлов, как свинец, кадмий, никель, кобальт, хром, медь, цинк, ртуть, марганец, молибден, серебро, мышьяк, селен и радионуклиды. Имеются примеры, когда с помощью фито-экстракции были восстановлены почвы с содержание 40 г цинка в почве на 1 кг сухой массы.
Наиболее распростаненными фитоэкстракторами являются растения, произрастающие на участках с аномально высокими концентрациями того или иного металла. Так, например, галмейная фиалка (Viote ^а var.calaminaria) и ярутка (Thlaspi) экстрагируют цинк - содержание в золе достигает 17% от массы золы. Растения Trietaris europaea, Gnaphalliom snaveolens способны накапливать высокие концентрации олова, бурачка ( Allyssum bertolini) накапливает никель до 8% в пересчете на сухое вещество [2].
В настоящее время выявлено около 40о видов растений - аккумуляторов тяжелых металлов. Наиболее часто в фитоэкстракции применяют однолетнее растение горчицу сарептскую (Brassica juncea), она хорошо адаптируется к почвенным условиям, дает 3 урожая в год, накапливает цинк и никель и ее экономически целесообразно использовать в процессах фитоэкстракции. Перечень растений, рекомендованных для фитоэкстракции, проводится ниже: горчица сарептская (извлекает свинец, цинк, хром, кадмий, никель, медь, уран, стронций, серу, бор до 11,7 г/кг); горчица черная (цинк, свинец); гибискус (кобальт, селен); альпийская ярутка (цинк, кадмий); горец (кадмий, свинец, цинк); горец сахалинский (радиоактивный цезий, цинк, медь, кадмий); гречиха посевная (никель); подсолнечник (радиоактивный цезий, стронций, уран); ива (никель, цинк, свинец, кадмий); сложноцветные (цезий, стронций); молочайные (никель); овсяница высокорослая (селен); люцерна посевная (никель); ситник сплюснутый (цинк, кадмий, свинец); рапс (кадмий); амарант (ширица запрокинутая, радионуклиды); слоновая трава (кадмий, медь, свинец); жгучая крапива (медь, никель, хром, свинец); райграсс (радионуклиды); соя культурная (свинец); горный салат (цинк).
Фитоэкстракцией легко извлекаются металлы, находящиеся в виде свободных и растворимых комплексов в почвенных растворах и частично в форме
ионов, связанных с ионообменными группами минерального вещества и адсорбированных на неорганических компонентах почвы. Как правило, растения-гипераккумуляторы позволяют очистить лишь верхний слой почвы, не более 0,5 м. Извлечение тяжелых металлов из более глубоких почвенных горизонтов возможно при использовании других методов.
Органические соединения в почвах могут быть разрушены путем фитотрансформации и фитодегра-дации. Органические загрязнения, поступившие в растения, метаболизируют при участии внутриклеточных ферментов растений. Продукты трансформации накапливаются в вакуолях клеток, ковалентно включаются в состав лигнина и других компонентов растительных тканей и в химически связанном виде становятся относительно инертными и малотоксичными для растений. Ферменты, выделяемые растениями в окружающую среду, также могут участвовать в трансформации и минерализации органических соединений.
Относительно легко проникают в растения и образуют связанные остатки умеренно гидрофобные органические ксенобиотики, за исключение алифатических углеводородов. Моноциклические ароматические соединения (бензол, толуол) могут трансформироваться в растениях с образованием алифатических соединений.
Некоторые растения наряду с фитотрансформа-цией могут выполнять роль фитоиспарителей. Органические вещества, поступающие через корневую систему, могут выделяться через листья в нетранс-формированном или трансформированном виде и претерпевать фотохимические и химические превращения в атмосфере с большей скоростью, чем в почве или грунтовых водах. Такие растения можно использовать для извлечения токсикантов из почвы или водной среды.
Весьма перспективной для детоксикации органических ксенобиотиков является ризосферная биоре-мидиация, основанная на разложении органических веществ при совместном действии растений и микроорганизмов, обитающих в прикорневой зоне растений - ризосфере. Ризосферной биоремидиации сопутствуют такие процессы, как фитоиспарение, фитоде-градация, гумификация, накопление органического вещества в почве. Ризосферная очистка протекает в почвенных фильтрах различных конструкций, используемых для удаления загрязнений из фильтрующейся воды.
Чаще всего ризодеградация применяется для очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, пестицидами. Для проведения ризодеградации в почвы вносят удобрения и высевают луговые травы, бобовые культуры, а также бермундскую траву, люцерну посевную, клевер, райграс, формирующие обширную разветвленную корневую систему.
Фитозаградительные барьеры сооружают на пути миграции массы загрязнений, находящихся в верхних горизонтах почвы, или загрязненной верховодки для замедления скорости движения или изменения его направления. Такая технология может использовать-
ся для удаления углеводородов нефти, хлорорганиче-ских соединений, неорганических соединений азота и фосфора. В качестве растений часто используют деревья фреофиты или хорошо развивающиеся в условиях обводнения гибридный и трехгранный тополя, осину, иву, ясень, ольху, болотный кипарис. Особенность таких растений в том, что их корневая система разрастается, достигает уровня грунтовых вод и способна поглощать воду в капиллярной зоне. Одно зрелое растение может испарять до 2-4 куб.м воды в год; посадки таких растений - до 10000-15000 куб.м /га в год. При этом может наблюдаться понижение (депрессия) верхнего уровня грунтовых вод, а с этим меняться направление и скорость движения загрязнений - происходит миграция загрязненных грунтовых вод в направлении конуса депрессии - к корням растений. Одновременно создаются условия для аэрации верхнего почвенного горизонта, поглощения загрязнений растениями и (или) биотрансформация загрязнений в
ризосферной зоне. Если загрязнения не поглощаются растениями и транспирационный поток достаточно велик, то концентрация в прикорневой зоне может возрастать. В случае, если количество испаряемой воды превышает количество атмосферных осадков, фитозаградительный барьер предотвращает миграцию загрязнений в глубь почвы. Для сооружения фи-тозаградительного барьера деревья высаживают или в ряд перпендикулярно фронту движения загрязнения, или непосредственно над зоной наибольшего загрязнения с плотностью 3000-4000 деревьев на 1 га. Используют заглубленную посадку (на глубину 1,5 м и более), для того чтобы ускорить развитие и обеспечить доступ корней в капиллярную зону и к загрязненной воде. С помощью дополнительных ирригационных мероприятий можно увеличить продолжительность пребывания загрязнений в прикорневой зоне.
В этом же направлении интересны результаты исследования лаборатории по изучению закономерно-
Накопление Б(а)П в растениях и значения коэффициента накопления КбБ(а)П от концентрации вещества в почве: I - травосмесь на непахотной почве; II - травосмесь на пахотной почве; III - зерновые; IV - клубни картофеля
стей накопления и перераспределения канцерогенных веществ - полиароматических углеводородов -бенз(а)пирена в системе почва-растение (рисунок).
Установлено, что ПАУ включаются в природные биогеохимические циклы. В природной системе почва-растение ПАУ характеризуются как энергично (10-100) и сильно (1-10) накопляемые вещества, т.е. биофиль-ные соединения. В диапазоне фоновых концентраций в почве, органических образованиях Б(а)П может выполнять функцию стимулятора роста растений, а в техногенных системах - ингибитора роста растений, и можно реализовывать технологию фиторемидиации территории и снижать канцерогенные риски [17,18].
Доказано, что в окислительной трансформации ПАУ в растениях участвуют пероксидазы, катализирующие окисление фенолов, ароматических аминов, гетероциклических соединений пероксидом водорода или молекулярным кислородом.
В заключение следует отметить, что подробное и детальное исследование очистительных функций растений из местных видов открывает широкие возможности фитотехнологии и является одним из перспективных направлений минимизации экологических рисков. Использование комплексного подхода для очистки почв, воды, воздуха позволит успешно решать экологические проблемы при минимальных эксплуатационных и капитальных затратах.
Библиографический список
1. Международный стандарт ISO 14000.
2. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. и др. Прикладная экобиотех-нология : учеб. пособие. В 2 т. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 629 с.
3.Тимофеева С.С. Экологическая биотехнология. Иркутск: Изд-во ИрГТУ,1999. 210 с.
4. Оптимизация гидроботанического способа очистки сточных вод от ароматических аминов методами математического планирования эксперимента / Н.Ф.Кашина [и др.] // Водные ресурсы . 1983. №3. С.153-160.
6. Тимофеева С.С., Меньшикова О.А. Роль макрофитов в очищении воды от алифатических аминов // Водные ресурсы. 1984. №3. С.109-114.
7. Тимофеева С.С., Краева В.З., Меньшикова О.А. Роль водорослей и высших водных растений в обезвреживании цианидсодержащих сточных вод // Водные ресурсы. 1985. №6. С.111-116.
8. Тимофеева С.С., Меньшикова О.А. Использование макрофитов для интенсификации биологической очистки рода-нидсодержащих сточных вод // Водные ресурсы. 1985. №6. С.80-85.
9.Timofeeva S.S., et al. Treatment of sewage containing aromatic amibes with participation of macrophytes //Acta hydro-chim. hydrobiol. Part.1 -1987.-Bd.15.- Hf.6.-s.611-622; Part.2 .1988. Bd.16. Hf.1; s.73-80.
10. Тимофеева С.С.,Русецкая Г.Д. Роль макрофитов в обезвреживании флотореагентов // Водные ресурсы. 1989. №4.
С.187-94.
11.Тимофеева С.С., Бейм А.М. Роль макрофитов в обезвреживании хлорированных фенолов // Водные ресурсы. 1992. №1. С. 89-191.
12. Timofeeva S.S., Stom D.I. Present and perspectives of using hydrobotanic treatment for sewage waters // Acta Hydrochim. Hydrobiol.1986, v.16, № 3, s.299-312.
13. Тимофеева С.С., Тимофеев С.С. Биотехнологическая очистка сточных вод объектов нефтедобычи // Безопасность в техносфере. 2010. №4. С. 12-16.
14.Тимофеева С.С., Тимофеев С.С., Медведева С.А. Биотехнологическая утилизация нефтешламов и буровых отходов // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1. С. 158-163.
15. Токин Б.П. О роли фитонцидов в природе // Фитонциды и их роль в природе. Л.,1957. С.5-21.
16. Цыбуля Н.В., Казаринова Н.В. Фитодизайн как метод улучшения среды обитания человека // Растительные ресурсы. 1998. Т. 34, вып. 3. С.112-129.
16. Некрасова М.А., Крестинина Н.В. Методы экологического управления. Медико-экологический фитодизайн. М.: РУДН, 2004. 174 с.
17. Белых Л.И., Рябчикова И.А, Серышев В.А. Закономерности распределения бенз(а)пирена в системе почва-растение // Агрохимия. 2005. № 1. С. 60-71.
18. Количественные показатели распределения веществ в системе почва-растение / Л.И. Белых [и др.] // Почвоведение. 2007. № 2. С. 197-207.
