المعالجة النباتية: تنظيف التربة بالورود

وفقا ل جمعية التكنولوجيا النباتية الدولية يتم تعريف التكنولوجيا النباتية على شبكة الإنترنت على أنها علم استخدام النباتات لحل المشاكل البيئية مثل التلوث وإعادة التحريج والوقود الحيوي والدفن. تستخدم المعالجة النباتية ، وهي فئة فرعية من التكنولوجيا النباتية ، النباتات لامتصاص الملوثات من التربة أو من الماء.

يمكن أن تشمل الملوثات المعنية معادن ثقيلة، تُعرَّف بأنها أي عناصر تُعتبر معدنًا قد تسبب تلوثًا أو مشكلة بيئية ، ولا يمكن أن تتدهور أكثر. يمكن اعتبار التراكم العالي للمعادن الثقيلة في التربة أو الماء سامًا للنباتات أو الحيوانات.

يمكن أن تكلف المنهجيات الأخرى المستخدمة لمعالجة التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة مليون دولار أمريكي لكل فدان ، في حين أن المعالجة النباتية قُدرت تكلفته بين 45 سنتًا و 1.69 دولارًا أمريكيًا للقدم المربع ، مما أدى إلى خفض تكلفة الفدان إلى عشرات الآلاف من دولار.

لا يمكن استخدام كل أنواع النباتات في المعالجة النباتية. يسمى النبات القادر على امتصاص المزيد من المعادن أكثر من النباتات العادية يسمى التراكم المفرط. يمكن لفرط التراكم امتصاص المعادن الثقيلة أكثر مما هو موجود في التربة التي ينمو فيها.

تحتاج جميع النباتات إلى بعض المعادن الثقيلة بكميات صغيرة ؛ الحديد والنحاس والمنغنيز ليست سوى عدد قليل من المعادن الثقيلة التي تعتبر ضرورية لوظيفة النبات. أيضًا ، هناك نباتات يمكنها تحمل كمية كبيرة من المعادن في نظامها ، حتى أكثر مما تحتاجه للنمو الطبيعي ، بدلاً من إظهار أعراض السمية. على سبيل المثال ، نوع من Thlaspi يحتوي على بروتين يسمى "بروتين تحمل المعدن". يتم تناول الزنك بشكل كبير من قبل Thlaspi بسبب تفعيل الاستجابة لنقص الزنك الجهازية. وبعبارة أخرى ، يخبر بروتين تحمل المعدن النبات أنه يحتاج إلى المزيد من الزنك لأنه "يحتاج إلى المزيد" ، حتى لو لم يكن كذلك ، لذا فهو يأخذ المزيد!

ناقلات المعادن المتخصصة داخل النبات يمكن أن يساعد في امتصاص المعادن الثقيلة أيضًا. إن الناقلات ، التي تخص المعادن الثقيلة التي يرتبط بها ، هي بروتينات تساعد في نقل وإزالة السموم وعزل المعادن الثقيلة داخل النباتات.

تلتصق الميكروبات في الغلاف الجوي بسطح جذور النباتات ، وبعض الميكروبات العلاجية قادرة على تحطيم المواد العضوية مثل البترول وأخذ المعادن الثقيلة من وإلى التربة. هذا يفيد الميكروبات وكذلك النبات ، حيث يمكن أن توفر العملية قالبًا ومصدرًا غذائيًا للميكروبات التي يمكن أن تتسبب في تدهور الملوثات العضوية. تطلق النباتات بعد ذلك إفرازات الجذور والإنزيمات والكربون العضوي لتتغذى عليها الميكروبات.

قد يكون "عراب" المعالجة النباتية ودراسة نباتات التراكم المفرط جيدًا ر. ر. بروكس نيوزيلندا. واحدة من أولى الأوراق التي تنطوي على مستوى عال غير معتاد من امتصاص المعادن الثقيلة في النباتات في نظام بيئي ملوث كتبه ريفز وبروكس عام 1983. ووجدوا أن تركيز الرصاص في Thlaspi يقع في منطقة التعدين بسهولة وهو أعلى رقم تم تسجيله على الإطلاق لأي نبات مزهر.

أدى عمل البروفيسور بروكس حول التراكم المفرط للمعادن الثقيلة بواسطة النباتات إلى طرح أسئلة حول كيفية استخدام هذه المعرفة لتنظيف التربة الملوثة. كتب العلماء في جامعة روتجرز المقال الأول عن المعالجة النباتية حول استخدام النباتات المختارة خصيصًا لتراكم المعادن المستخدمة لتنظيف التربة الملوثة. في عام 1993 ، أ الولايات المتحدة للبراءات قدم من قبل شركة تسمى Phytotech. وكشفت البراءة بعنوان "المعالجة النباتية للمعادن" عن طريقة لإزالة أيونات المعادن من التربة باستخدام النباتات. تم تصميم العديد من أنواع النباتات ، بما في ذلك الفجل والخردل ، وراثيًا للتعبير عن بروتين يسمى metallothionein. يربط البروتين النباتي بالمعادن الثقيلة ويزيلها حتى لا تحدث سمية للنبات. بسبب هذه التكنولوجيا ، النباتات المهندسة وراثيا ، بما في ذلك نبات الأرابيدوبسيستم تعديل التبغ والتبغ والكانولا والأرز لإصلاح المناطق الملوثة بالزئبق.

العامل الرئيسي الذي يؤثر على قدرة النبات على تراكم المعادن الثقيلة هو العمر. تنمو الجذور الصغيرة بشكل أسرع وتتناول العناصر الغذائية بمعدل أعلى من الجذور القديمة ، وقد يؤثر العمر أيضًا على كيفية تحرك الملوثات الكيميائية في جميع أنحاء النبات. وبطبيعة الحال ، تؤثر مجموعات الميكروبات في منطقة الجذر على امتصاص المعادن. يمكن أن تؤثر معدلات النتح ، بسبب التعرض للشمس / الظل والتغيرات الموسمية ، على امتصاص النبات للمعادن الثقيلة أيضًا.

أكثر من 500 نوع نباتي تم الإبلاغ عن أن لها خصائص التراكم المفرط. تشمل التراكم الطبيعي وسيطة Iberis و Thlaspi النيابة. النباتات المختلفة تتراكم معادن مختلفة. فمثلا، جان براسيكا يتراكم النحاس والسيلينيوم والنيكل في حين نبات الأرابيدوبسيس يتراكم الكادميوم و Lemna gibba يتراكم الزرنيخ. النباتات المستخدمة في الأراضي الرطبة المهندسة تشمل الأوتاد والاندفاع والقصب والقطط لأنها تتحمل الفيضانات وقادرة على امتصاص الملوثات. النباتات المعدلة وراثيا بما في ذلك نبات الأرابيدوبسيستم تعديل التبغ والتبغ والكانولا والأرز لإصلاح المناطق الملوثة بالزئبق.

كيف يتم اختبار النباتات لقدراتها التراكمية؟ زراعة الأنسجة النباتية يتم استخدامها بشكل متكرر في أبحاث المعالجة النباتية ، نظرًا لقدرتها على التنبؤ باستجابة النبات وتوفير الوقت والمال.

تحظى المعالجة النباتية بشعبية من الناحية النظرية بسبب انخفاض تكلفة إنشائها وبساطتها النسبية. في التسعينيات ، كانت هناك عدة شركات تعمل في مجال المعالجة النباتية ، بما في ذلك Phytotech و PhytoWorks و Earthcare. كما قامت شركات كبيرة أخرى مثل شيفرون ودوبونت بتطوير علاج نباتي التقنيات. ومع ذلك ، تم تنفيذ القليل من العمل مؤخرًا من قبل الشركات ، والعديد من الشركات الأصغر قد توقفت عن العمل. تتضمن مشكلات التقنية حقيقة أن جذور النباتات لا يمكنها الوصول إلى التربة بدرجة كافية الأساسية لتراكم بعض الملوثات ، والتخلص من النباتات بعد أخذ التراكم المفرط مكان. لا يمكن حرث النباتات مرة أخرى في التربة ، أو استهلاكها من قبل البشر أو الحيوانات ، أو وضعها في مكب النفايات. قاد الدكتور بروكس العمل الرائد في استخراج المعادن من مصانع التراكم المفرط. تسمى هذه العملية بالنباتات وتنطوي على صهر المعادن من النباتات.