Фитотехнология

Фитотехнология (от древнегреческого φυτο ( phyto ) «растение» и τεχνολογία (technologia) ; от τέχνη (téchnē) «искусство, мастерство, ремесло» и -λογία ( -logía ) «изучение-») реализует решения научных и инженерных задач. в виде растений . Она отличается от экотехнологии и биотехнологии , поскольку эти области охватывают использование и изучение экосистем и живых существ соответственно. Текущие исследования в этой области в основном направлены на удаление загрязнений ( фиторемедиация ), хранение (фитосеквестрация) и накопление (см. Гипераккумуляторы ). Технологии на основе растений стали альтернативой традиционным процедурам очистки из-за их низких капитальных затрат, высоких показателей успеха, низких требований к техническому обслуживанию, ценности для конечного использования и эстетического характера.

Обзор

Фитотехнология — это применение растений для решения инженерных и научных задач. Фитотехнология использует экосистемные услуги , чтобы обеспечить специально разработанное решение проблемы. Экосистемные услуги в широком смысле делятся на четыре широкие категории: обеспечивающие (т. е. производство продуктов питания и воды), регулирующие (т. е. контроль климата и болезней), поддерживающие (т. е. циклы питательных веществ и опыление сельскохозяйственных культур) и культурные (т. е. духовные и рекреационные выгоды). . Зачастую при проектировании пространства максимально используется только одна из этих экосистемных услуг. Например, построенное водно-болотное угодье может попытаться максимизировать охлаждающие свойства системы для очистки воды из очистных сооружений перед попаданием в реку. Проектируемая выгода заключается в снижении температуры воды в речной системе, в то время как построенные водно-болотные угодья сами по себе обеспечивают среду обитания и пищу для диких животных, а также пешеходные тропы для отдыха. Большая часть фитотехнологий сосредоточена на способности растений удалять загрязняющие вещества из окружающей среды. Другие технологии, такие как зеленые крыши , зеленые стены и биологические болота обычно считаются фитотехнологиями. В широком смысле: даже парки и ландшафтный дизайн можно рассматривать как фитотехнологии.

Однако даже внутри этой области существует очень мало консенсуса по поводу определения фитотехнологии. определяет Пересмотренное «Техническое и нормативное руководство и схемы принятия решений по фитотехнологиям» фитотехнологию как «Фитотехнологии — это набор технологий, использующих растения для восстановления или сдерживания загрязняющих веществ в почве, грунтовых водах, поверхностных водах или отложениях». Программа ООН по окружающей среде определяет фитотехнологию как «применение науки и техники для изучения проблем и поиска решений, связанных с растениями». Третье определение, данное Департаментом экологической инженерии Индонезии, дает это как «технологию, основанную на применении растений в качестве солнечной энергии и живой технологии для улучшения экологической санитарии и решения проблем сохранения».

Обоснование использования

В фитотехнологии естественно существующие свойства растений используются для достижения определенных результатов с помощью экосистемных услуг в спроектированной среде . Фитотехнологическая система использует эти свойства, в широком смысле разложение/использование химических веществ в окружающей среде, а также транспортировку и хранение воды, для изменения производительности системы. Эти механизмы развились с момента появления покрытосеменных растений ( 1000 млн лет назад) и стали весьма эффективными. Разнообразие растений также придает универсальность фитотехнологической системе. Растения из естественной среды, способные справиться со многими задачами, и неместные для более конкретных проектов (например, гипераккумуляторы для удаления тяжелых металлов). Дополнительные выгоды являются важным фактором. Использование в сообществе, использование в образовательных целях, налоговые льготы, создание среды обитания, повышение устойчивости и эстетики — все это преимущества фитотехнологии.

Стоимость системы также во многих случаях ниже по сравнению с традиционными технологиями восстановления. Без насосных систем, затрат на электроэнергию, инфраструктуру и прочих затрат. Даже если в некоторых случаях первоначальные инвестиции выше (особенно в случае зеленых крыш ), затраты на протяжении всего срока реализации проекта будут меньше.

Предостережения против использования

Растения не переносят определенных условий. Слишком сильное загрязнение , вода , соль или другие факторы могут привести к гибели растений в системе. Растворимость загрязняющих веществ в воде влияет на систему. Растения также имеют механизмы, останавливающие поглощение веществ, и могут не полностью удалить загрязнения в приемлемые сроки. Продолжительность времени, в течение которого проект должен быть завершен, является еще одним ограничивающим фактором. Многим фитотехнологиям требуется не менее двух лет или больше, чтобы достичь зрелости, а некоторые могут быть разработаны как устаревшие проекты, продолжительность жизни которых может составлять 100 лет и более. В более умеренном климате системы могут стать неактивными или значительно менее активными в зимние месяцы и могут вообще оказаться непригодными для использования в более арктических условиях.

Механизмы действия

Существует множество физиологических свойств растений, которые можно использовать в фитотехнологии. Механизмы работают синергетически для достижения целей, поставленных проектом.

Фитосеквестрация

Фитосеквестрация – это способность растений связывать определенные загрязняющие вещества в корневой зоне . Это достигается за счет нескольких физиологических механизмов растения. Фитохимические вещества, экструдированные в корневую зону, могут иммобилизовать или осаждать целевой загрязнитель. Транспортные белки, связанные с корнем, также могут необратимо связывать и стабилизировать целевые загрязнители. Загрязнения также могут поглощаться корнем и задерживаться в вакуолях корневой системы.

Фитогидравлика

Фитогидравлика – это способность растений захватывать, транспортировать и транспирировать воду из окружающей среды. Это действие, в свою очередь, содержит загрязняющие вещества и контролирует гидрологию окружающей среды. Этот механизм не разрушает загрязнитель.

Ризодеградация

Ризодеградация — усиление микробной деградации загрязняющих веществ в ризосфере . Присутствие загрязняющих веществ в почве естественным образом создает среду для бактерий и грибков, которые могут использовать защитную оболочку в качестве источника энергии. Корневая система растений в большинстве случаев образует симбиотические отношения с организмами в почве. Кислород и вода, переносимые корнями, способствуют большему росту полезных почвенных микроорганизмов. Это позволяет лучше разложить загрязняющие вещества и ускорить их устранение. Это основной способ устранения органических загрязнений.

Ризофильтрация

Ризофильтрация — это адсорбция на корнях растений или поглощение корнями растений загрязняющих веществ, находящихся в растворе, окружающем корневую зону.

Фитоэкстракция

Фитоэкстракция – это способность поглощать загрязняющие вещества в растение. Затем растительный материал удаляют и безопасно хранят или уничтожают.

Фитоиспарение

Фитолетучесть – это способность поглощать загрязняющие вещества из потока транспирации и затем испарять летучие загрязняющие вещества. Загрязнитель устраняется путем удаления через растения.

Фитодеградация

Фитодеградация – это способность растений поглощать и разлагать загрязняющие вещества. Загрязняющие вещества разлагаются за счет внутренней ферментативной активности и фотосинтетического окисления/восстановления.

Ссылки

Объединенные Нации. Программа ООН по окружающей среде. Фитотехнологии: технический подход в управлении окружающей средой. 2003. Интернет. < http://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/9159/fito.pdf?sequence=1&isAllowed=y >.
ITRC (Межгосударственный совет по технологиям и регулированию). 2009. Техническое и нормативное руководство и схемы принятия решений в области фитотехнологий, пересмотренная версия. ФИТО-3. Вашингтон, округ Колумбия: Межгосударственный совет по технологиям и регулированию, группа по фитотехнологиям, обновление технического реестра. www.itrcweb.org
Трихадинингрум, Ю., Х. Басри, М. Мухлисин, Д. Листиянавати и Н. А. Джалил. «Фитотехнология, природный подход к устойчивой санитарии и охране природы». Партнерство по водной среде Азии. WEPA и Интернет. 26 октября 2011 г. < http://www.wepa-db.net/pdf/0810forum/presentation07.pdf >.