PHYTOREMEDIATION: ARTEN, VOR- UND NACHTEILE - BIOLOGIE - 2025

Die Phytoremediation ist eine Reihe von technologischen Praktiken, bei denen lebende Pflanzen und die damit verbundenen Mikroorganismen zur Umwelthygiene von Boden, Wasser und Luft eingesetzt werden.

Phytoremediationstechnologien nutzen die natürliche Fähigkeit einiger Pflanzen, Elemente und chemische Verbindungen, die in der Umwelt als Schadstoffe vorhanden sind, aufzunehmen, zu konzentrieren und zu metabolisieren. Pflanzen können zur Extraktion, Immobilisierung und Stabilisierung, zum Abbau oder zur Verflüchtigung von Verunreinigungen verwendet werden.

Abbildung 1. Phytoremediation vor Ort. Quelle .: Flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Der Boden, das Oberflächen- und Grundwasser sowie die Atmosphäre können infolge einiger natürlicher Prozesse - wie z. B. geologischer Erosion, vulkanischer Aktivität ua - und auch aufgrund menschlicher Auswirkungen (Industrie, Landwirtschaft, Abwasser, Bergbau, Bau, Transport).

Industrielle Emissionen und Abwässer, Abfallstoffe, Sprengstoffe, Agrochemikalien (Düngemittel, Herbizide, Pestizide), Regen- oder Säureabscheidung, radioaktive Stoffe und viele andere sind Verschmutzungsfaktoren, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden.

Die Phytoremediation stellt sich als kostengünstige, effektive und öffentlich akzeptierte Technologie zur Borremediation verschiedener Arten von Umweltverschmutzung heraus.

Das Wort "Phytoremediation" kommt vom griechischen "Phyto", was lebende Pflanze bedeutet, und vom lateinischen "Rechtsmittel", was bedeutet, das Gleichgewicht wiederherzustellen; das heißt, durch den Einsatz von Pflanzen den Gleichgewichtszustand wiederherstellen.

Arten der Phytoremediation

Phytoremediationstechnologien basieren auf den physiologischen Prozessen von Pflanzen und den damit verbundenen Mikroorganismen, wie z. B. Ernährung, Photosynthese, Metabolismus, Evapotranspiration.

Abhängig von der Art des Schadstoffs, dem Grad der Kontamination des Standorts und dem Grad der erforderlichen Entfernung oder Dekontamination werden Phytoremediationstechniken als Mechanismus zur Eindämmung von Kontaminanten (Phytostabilisierungstechniken, Rhizofiltration) oder als Entfernungsmechanismus (Techniken) verwendet von Phytoextraktion, Phytodegradation und Phytovolatilisierung).

Abbildung 2. Arten der Phytoremediation. Quelle: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra aus dem Original in der Erweiterung .png), aus Wikimedia Commons

Diese Phytoremediationstechniken umfassen:

Phytodegradation

Diese Technik, auch Phytotransformation genannt, besteht aus der Auswahl und Verwendung von Pflanzen, die die von ihnen aufgenommenen Schadstoffe abbauen können.

Beim Phytodegradation verursachen spezielle Enzyme, über die einige Pflanzen verfügen, den Abbau der Moleküle der umweltschädlichen Verbindungen und wandeln sie in kleinere, ungiftige oder weniger toxische Moleküle um.

Pflanzen können Schadstoffe auch zu einfachen, assimilierbaren Verbindungen wie Kohlendioxid (CO ₂ ) und Wasser (H ₂ O) mineralisieren .

Beispiele für diese Art von Enzym sind Dehalogenase und Oxygenase; Der erste begünstigt die Entfernung von Halogenen aus chemischen Verbindungen und der zweite oxidiert Substanzen.

Phytodegradation wurde verwendet, um Sprengstoffe wie TNT (Trinitrotoluol), Organochlor- und Organophosphat-Pestizide, halogenierte Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen zu entfernen.

Rhizoremediation

Wenn der Abbau von Schadstoffen durch die Einwirkung von Mikroorganismen verursacht wird, die in den Wurzeln von Pflanzen leben, wird die Sanierungstechnik als Rhizoremediation bezeichnet.

Phytostabilisierung

Diese Art der Phytoremediation basiert auf Pflanzen, die Schadstoffe aufnehmen und im Inneren immobilisieren.

Es ist bekannt, dass diese Pflanzen die Bioverfügbarkeit von Schadstoffen durch die Produktion und Ausscheidung chemischer Verbindungen, die toxische Substanzen durch Absorptions-, Adsorptions- oder Fällungsverfestigungsmechanismen inaktivieren, durch die Wurzeln verringern.

Auf diese Weise sind Schadstoffe für andere Lebewesen nicht mehr in der Umwelt verfügbar, ihre Migration ins Grundwasser und ihre Ausbreitung in größere Bodenflächen werden verhindert.

Einige Pflanzen, die bei der Phytostabilisierung verwendet wurden, sind: Lupinus albus (zur Immobilisierung von Arsen, As und Cadmium, Cd), Hyparrhenia hirta (Immobilisierung von Blei, Pb), Zygophyllum fabago (Immobilisierung von Zink, Zn), Anthyllis Vulneraria (Immobilisierung von Zink) , Blei und Cadmium), Deschampia cespitosa (Immobilisierung von Blei, Cadmium und Zink) und Cardaminopsis arenosa (Immobilisierung von Blei, Cadmium und Zink), unter anderem.

Phytostimulation

In diesem Fall werden Pflanzen verwendet, die die Entwicklung von Mikroorganismen stimulieren, die Schadstoffe abbauen. Diese Mikroorganismen leben in den Wurzeln von Pflanzen.

Phytoextraktion

Bei der Phytoextraktion, auch Phytoakkumulation oder Phyto-Sequestrierung genannt, werden Pflanzen oder Algen verwendet, um Verunreinigungen aus dem Boden oder Wasser zu entfernen.

Nachdem die Pflanze oder die Algen die umweltschädlichen Chemikalien aus dem Wasser oder Boden aufgenommen und angesammelt haben, werden sie als Biomasse geerntet und im Allgemeinen verbrannt.

Abbildung 3. Phytoremediation in Pools, Sanierung einer stillgelegten Uranmine. Portugal. Quelle: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Die Asche wird an speziellen Orten oder auf Sicherheitsdeponien abgelagert oder zur Rückgewinnung von Metallen verwendet. Diese letzte Technik nennt man Kräuterkunde.

Hyperakkumulierende Pflanzen

Organismen, die extrem hohe Mengen an Schadstoffen aus Boden und Wasser aufnehmen können, werden als Hyperakkumulatoren bezeichnet.

Über Hyperakkumulatoren von Arsen (As), Blei (Pb), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Selen (Se) und Zink (Zn) wurde berichtet.

Die Phytoextraktion von Metallen wurde mit Pflanzen wie Thlaspi caerulescens (Extraktion von Cadmium, Cd), Vetiveria zizanoides (Extraktion von Zink Zn, Cadmium Cd und Blei Pb), Brassica juncea (Extraktion von Blei Pb) und Pistia stratiotis (Extraktion von Silber Ag) durchgeführt unter anderem Quecksilber Hg, Nickel Ni, Blei Pb und Zink Zn).

Phytofiltration

Diese Art der Phytoremediation wird zur Dekontamination von Grundwasser und Oberflächengewässern eingesetzt. Schadstoffe werden von Mikroorganismen oder von Wurzeln absorbiert oder an die Oberflächen beider gebunden (adsorbiert).

Abbildung 4. Wurzelwachstum im Labor in flüssigem Medium. Quelle: pixabay.com

Bei der Phytofiltration werden die Pflanzen mit hydroponischen Techniken gezüchtet, und wenn die Wurzel gut entwickelt ist, werden die Pflanzen in verschmutztes Wasser überführt.

Einige als Phytofilter verwendete Pflanzen sind: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda und Polygonum punctatum.

Phytovolatilisierung

Diese Technik funktioniert, wenn die Wurzeln der Pflanzen verschmutztes Wasser absorbieren und die in eine gasförmige oder flüchtige Form umgewandelten Schadstoffe durch die Transpiration der Blätter in die Atmosphäre abgeben.

Die phytovolatilisierende Wirkung von Selen (Se) von Pflanzen, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus und Chara canescens sowie die Fähigkeit, Quecksilber (Hg) der Pflanzenart Arabidopsis thaliana zu transpirieren, sind bekannt.

Vorteile der Phytoremediation

• Die Anwendung von Phytoremediationstechniken ist viel billiger als die Implementierung herkömmlicher Dekontaminationsverfahren.
• Phytoremediationstechnologien werden in großen Gebieten mit mittlerer Kontamination effizient eingesetzt.
• Da es sich um In-situ-Dekontaminationstechniken handelt, ist es nicht erforderlich, das kontaminierte Medium zu transportieren, wodurch die Verteilung von Schadstoffen durch Wasser oder Luft vermieden wird.
• Die Anwendung von Phytoremediationstechnologien ermöglicht die Rückgewinnung wertvoller Metalle und Wasser.
• Um diese Technologien anzuwenden, sind nur konventionelle landwirtschaftliche Praktiken erforderlich. Der Bau spezieller Einrichtungen ist weder erforderlich noch die Schulung von geschultem Personal für dessen Umsetzung.
• Phytoremediationstechnologien verbrauchen weder elektrische Energie noch verursachen sie umweltschädliche Treibhausgasemissionen.
• Sie sind Technologien, die Boden, Wasser und Atmosphäre schützen.
• Sie sind die Dekontaminationsmethoden mit der geringsten Umweltbelastung.

Nachteile und Einschränkungen

• Phytoremediationstechniken können nur in der Zone wirken, die von den Wurzeln der Pflanzen besetzt ist, dh in einem begrenzten Bereich und in einer begrenzten Tiefe.
• Die Phytoremediation ist nicht vollständig wirksam, um das Auswaschen oder Versickern von Schadstoffen in das Grundwasser zu verhindern.
• Phytoremediationstechniken sind langsame Dekontaminationsmethoden, da sie eine Wartezeit für das Wachstum von Pflanzen und damit verbundenen Mikroorganismen erfordern.
• Das Wachstum und Überleben der in diesen Techniken verwendeten Pflanzen wird durch den Grad der Toxizität der Schadstoffe beeinflusst.
• Die Anwendung von Phytoremediationstechniken kann aufgrund der Bioakkumulation von Schadstoffen in Pflanzen, die anschließend über Primär- und Sekundärverbraucher in die Nahrungsketten gelangen können, negative Auswirkungen auf die Ökosysteme haben, in denen sie implementiert sind.

Verweise

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