Биоремедиация тяжелых металлов в почвах промышленных зон: потенциал микробно-растительных ассоциаций в условиях комплексного загрязнения
Ключевые слова:
биоремедиация почв, тяжелые металлы, микробно-растительные ассоциации, фитоэкстракцияАннотация
Загрязнение почв тяжелыми металлами представляет серьезную экологическую проблему, требующую разработки эффективных и экологически безопасных методов очистки. Традиционные физико-химические методы ремедиации часто приводят к нарушению структуры почвы и снижению ее биологической активности. Данное исследование направлено на оценку эффективности микробно-растительных ассоциаций в биоремедиации почв промышленных зон, загрязненных комплексом тяжелых металлов (Pb, Cd, Cr, Cu, Zn). В работе использовался интегрированный подход, включающий скрининг и селекцию металлустойчивых микроорганизмов, оценку аккумулирующей способности различных видов растений-гипераккумуляторов и анализ синергетических эффектов их совместного применения. Экспериментальная база включала 78 опытных участков в трех промышленных зонах с различной структурой загрязнения и типом почвенного покрова. Полевые испытания проводились в течение двух вегетационных сезонов (2021-2023 гг.). Результаты показали, что консорциум металлустойчивых бактерий, включающий штаммы Pseudomonas putida, Bacillus megaterium и Arthrobacter globiformis в сочетании с Brassica juncea и Thlaspi caerulescens обеспечивает снижение содержания подвижных форм тяжелых металлов на 67,3-78,5% в зависимости от типа металла и почвенных условий. Впервые установлена прямая корреляция (r=0,83) между активностью микробных экзополисахаридов и биодоступностью тяжелых металлов для растений-гипераккумуляторов. Выявлен эффект синергии между процессами ризосферной бактериальной иммобилизации металлов и их фитоэкстракцией, увеличивающий общую эффективность биоремедиации на 23,7%. Предложенная технология обеспечивает не только снижение содержания токсикантов, но и восстановление биологической активности и функциональной структуры микробных сообществ загрязненных почв.
Библиографические ссылки
Bolan N., Kunhikrishnan A., Thangarajan R., Kumpiene J., Park J., Makino T., Kirkham M.B., Scheckel K. Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils — to mobilize or to immobilize? // Journal of Hazardous Materials. 2014. Vol. 266. pp. 141-166. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2013.12.018.
Chaney R.L., Baklanov I.A. Phytoremediation and phytomining: status and promise // Advances in Botanical Research. 2017. Vol. 83. pp. 189-221. DOI: 10.1016/bs.abr.2016.12.006.
Cristaldi A., Conti G.O., Jho E.H., Zuccarello P., Grasso A., Copat C., Ferrante M. Phytoremediation of contaminated soils by heavy metals and PAHs. A brief review // Environmental Technology & Innovation. 2017. Vol. 8. pp. 309-326. DOI: 10.1016/j.eti.2017.08.002.
Gadd G.M. Metals, minerals and microbes: geomicrobiology and bioremediation // Microbiology. 2010. Vol. 156. pp. 609-643. DOI: 10.1099/mic.0.037143-0.
Garbisu C., Alkorta I. Phytoextraction: a cost-effective plant-based technology for the removal of metals from the environment // Bioresource Technology. 2001. Vol. 77. pp. 229-236. DOI: 10.1016/S0960-8524(00)00108-5.
Glick B.R. Using soil bacteria to facilitate phytoremediation // Biotechnology Advances. 2010. Vol. 28. pp. 367-374. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2010.02.001.
Khalid S., Shahid M., Niazi N.K., Murtaza B., Bibi I., Dumat C. A comparison of technologies for remediation of heavy metal contaminated soils // Journal of Geochemical Exploration. 2017. Vol. 182. pp. 247-268. DOI: 10.1016/j.gexplo.2016.11.021.
Lebeau T., Braud A., Jézéquel K. Performance of bioaugmentation-assisted phytoextraction applied to metal contaminated soils: a review // Environmental Pollution. 2008. Vol. 153. pp. 497-522. DOI: 10.1016/j.envpol.2007.09.015.
Ma Y., Oliveira R.S., Freitas H., Zhang C. Biochemical and molecular mechanisms of plant-microbe-metal interactions: relevance for phytoremediation // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. Article 918. DOI: 10.3389/fpls.2016.00918.
Rajkumar M., Sandhya S., Prasad M.N.V., Freitas H. Perspectives of plant-associated microbes in heavy metal phytoremediation // Biotechnology Advances. 2012. Vol. 30. pp. 1562-1574. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2012.04.011.
Sarwar N., Imran M., Shaheen M.R., Ishaque W., Kamran M.A., Matloob A., Rehim A., Hussain S. Phytoremediation strategies for soils contaminated with heavy metals: Modifications and future perspectives // Chemosphere. 2017. Vol. 171. pp. 710-721. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.12.116.
Sessitsch A., Kuffner M., Kidd P., Vangronsveld J., Wenzel W.W., Fallmann K., Puschenreiter M. The role of plant-associated bacteria in the mobilization and phytoextraction of trace elements in contaminated soils // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 60. pp. 182-194. DOI: 10.1016/j.soilbio.2013.01.012.
Wang J., Zhao F.J., Meharg A.A., Raab A., Feldmann J., McGrath S.P. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation // Plant Physiology. 2002. Vol. 130. pp. 1552-1561. DOI: 10.1104/pp.008185.
Wood J.L., Tang C., Franks A.E. Microbial associated plant growth and heavy metal accumulation to improve phytoextraction of contaminated soils // Soil Biology and Biochemistry. 2016. Vol. 103. pp. 131-137. DOI: 10.1016/j.soilbio.2016.08.021.
Yang X., Feng Y., He Z., Stoffella P.J. Molecular mechanisms of heavy metal hyperaccumulation and phytoremediation // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2005. Vol. 18. pp. 339-353. DOI: 10.1016/j.jtemb.2005.02.007.
