Environmental Health Perspectives Volume 116, Number 3, March 2008

Фитостабилизация шахтных хвостов (отходы обогащения полезных ископаемых) в засушливых и полузасушливых областях окружающей среды – развивающаяся технология исправления ситуации.
Моника О. Мендез и Риана М. Мэйер. Департамент почв, вод и наук об окружающей среде, университет Аризоны, Тусон , штат Аризона, США.
Введение
Фитостабилизация шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых областях окружающей среды
Осуществление фитостабилизации
Выводы
Аннотация
Цель: Места невостребованных шахтных хвостов (отходы обогащения полезных ископаемых) являются проблемой во всем мире; тысячи куч шахтных отходов, никак не огороженных, являются источником заражения для близлежащих населенных пунктов. Свалки шахтных отходов в засушливых и полузасушливых областях окружающей среды являются особенной проблемой дисперсий ветровых потоков и водной эрозии. Фитостабилизация, использование растений для природной стабилизации отходов металлических загрязнителей, это реальная альтернатива дорогостоящим восстановительным работам. В этом обзоре мы хотим предоставить анализ фитостабилизации шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых районах окружающей среды, а также проблемы, которые могли бы препятствовать его долгосрочному успеху.
Источник информации: Мы рассмотрели литературу о закрытии шахт и рекультивации шахтных хвостов, наряду с публикациями, оценивающими экологию растений, микробную экологию, а также свойства почв шахтных хвостов.
Получение информации: Эти данные были получены из рецензированных статей и книг, находящихся в научной сети и из базы данных Аризоны, также некоторые публикации стали доступны благодаря США. Департамент сельского хозяйства США, Организация охраны окружающей среды и Программа окружающей среды объединенных наций.
Обобщение информации: Суровые климатические условия в засушливых и полузасушливых областях окружающей среды наряду с природными особенностями шахтных отходов делают проблему требующей специального отношения. Растения, пригодные для фитостабилизации, должны быть природными, выносливыми к засухе, соли и металлу; и должны ограничить рост накопления металла. Здесь представлены факторы, по которым можно оценить накопление металла и проблемы токсичности. Также рассмотрены аспекты реализации процесса фитостабилизации, в том числе: этап роста растения, внесение корректировок, орошение и оценка.
Выводы: Фитостабилизация шахтных хвостов является многообещающей технологией по исправлению сложившейся ситуации, но она требует дальнейшего исследования с целью выявления факторов, влияющих на ее долгосрочный успех, путем расширения области знаний о подходящих видах растений и о химических составляющих шахтных отходов. Это предполагается осуществить в текущих полевых условиях.
Ключевые слова: ЗАСУШЛИВЫЙ, ШАХТНЫЕ ОТХОДЫ, ФИТОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ИСПРАВЛЕНИЕ СИТУАЦИИ, ВОССТАНОНВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА, ПОЛУЗАСУШЛИВЫЙ.
Адрес для корреспонденции: Р.М. Мэйеру, Department of Soil, Water, and Environmental Science, University of Arizona, 1177 E. Fourth St., Tucson, AZ 85721-0038 USA. Телефон (520) 621-7231. Факс: (520) 626-6782. E-MAIL: rmaier@ag.arizona.edu
Мы благодарим Эй. Джей. Гандольфи из фармацевтического колледжа при университете Аризоны за его редакционные замечания.
Это исследование было поддержано грантом 2P42 ES04940-11 Национального института окружающей среды, а также национальными институтами здравоохранения. Авторы заявляют, что они не имеют какого-либо финансового интереса. Поступило 27 Июня 2007 года; принято 17 Декабря 2007 года
Введение
Свалки шахтных отходов находятся в местах заброшенных участков угледобычи либо не используются, они в большинстве случаев находятся в засушливых либо в полузасушливых местах по всему миру. Основные зоны включают в себя северную Мексику и западную часть США, побережье Тихого океана в Южной Америке (Чили и Перу), юго-западная Испания, западная Индия, Южная Африка и Австралия (Маншоуэр 1994; Тордофф и др. 2000). Глобальное воздействие таких свалок шахтных отходов огромно, так как бесхозные шахтные выработки остаются непригодными для произрастания на них растений от десяти до ста лет, и открытые свалки могут простираться по территории, превышающей десятки гектаров через дисперсию ветрового потоки и эрозию воды. [Гонзалес и Гонзалес-Чавес 2006; Моррис и т.д. 2003; Маншоуэр 1994; Служба по охране окружающей среды (EPA США) 2004; Уорхерст 2000]. Шахтные хвосты или заводские хвосты – материалы, оставшиеся после добычи и обогащения руд. Что мешает естественному процессу переозеленения шахтного хвоста? В общем, это комбинация факторов, которые в основе своей имеют металлотоксичность. Хвосты это: Они характеризуются повышенными концентрациями металлов, таких как мышьяк, кадмий, медь, марганец, свинец цинк (1-50 г/кг) (Буле и Ларок 1998; Брэдшоу и др.. 1978; Уолдер и Чавес 1995). Кроме того, хвосты не содержат органических веществ или макроэлементов и, как правило, имеют кислую среду Рh, хотя некоторые хвосты могут быть щелочными (Джонсон и Брэдшоу 1977; Крзаклевски и Петрзиковски 2002). Исходя из этого, хвосты остаются без нормальной структуры почв и поддерживают агрессивную среду для живых организмов (Мендез и др. 2007; Саутхэм и Беверидж 1992). Таким образом, микробные сообщества представлены чрезвычайно низким видовым разнообразием по сравнению с незагрязненной почвой (Мойнахан и др. 2002). Кроме того автотрофная железо- и сероокисляющая бактерия преобладает в микробном сообществе в шахтных хвостах, и она связана со смертью растений в кислотных шахтных хвостах (Щипперс и др. 2000). В засушливых и полузасушливых регионах появлению растений в шахтных хвостах также препятствуют ряд физико-химических факторов, таких как крайне высокие температуры, особенно на поверхности хвоста, низкое количество осадков и сильные ветры. Эти факторы способствуют развитию чрезвычайно высокой концентрации соли, вплоть до 22 dS/m из-за высокого испарения и низкого просачивания воды обратно (Маншоуэр 1994). Возникающие вопросы. Захоронение шахтных отходов исторически связанно либо с возвращением их обратно на место выработки; сброс в океан реку или озеро; или размещение их в специальный пруд-приемник. Сегодня местность места, содержащего эти захоронения на набережных до сих пор сохраняет свободные доступы к ним людей. В 1995 году было подсчитано, что ежегодно свыше 700 млн. кг металлов шахтных отходов были захоронены в земле (Уорхерст 2000). Кроме того, отходы могут быть возвращены обратно в шахту (в яму-хранилище или быть закопанными в специальную засыпку) или могут быть смешаны с сырыми шахтными отходами (со-устранение). В засушливых и полузасушливых регионах, сухая укладка в зданиях – наиболее распространенный метод, где их сушат, распределяют и уплотняют. Тем не менее, они остаются нестабильными и являются причиной дисперсии ветра и эрозии воды, а также могут загрязнять близлежащие населенные пункты и экологически чувствительные районы (Гонзалес и Гонзалес-Чавес 2006; Швэглер 2006). Некоторые страны поручили горнодобывающим компаниям устранять или содержать кучи отходов, в то время как другие не имеют таких требований, и им все еще разрешено сбрасывать отходы в водоемы, тем самым усложняя существующую проблему тысяч заброшенных шахтных хвостов во всему миру. (Коутс 2005, Маншоуэр 1994). Строительство открытых водохранилищ для хранения шахтных отходов становится все более проблематичным в засушливых и полузасушливых регионах. Предотвращение эрозии ветра путем увлажнения поверхности в таких условиях становится практически невыполнимо, особенно после закрытия горнодобывающих предприятий. Таким образом, шахтные хвосты являются значительным источником загрязнения воздуха мелкими фракциями, размеры которых ? 10µm (PM10) и ? 2.5µm (PM2.5) в аэродинамическом диаметре (Швэглер 2006). Даже краткосрочное воздействие мелких частиц (PM 2.5/10) может привести к заболеваниям или даже к преждевременной смерти у людей с заболеваниям сердца или легких; могут привести к респираторным заболеваниям, снижению легочной функции, в то время как длительное воздействие мелких частиц могут ускорить рак легких и стать причиной респираторных заболеваний у детей (U.S. EPA 2006). Измерения, проведенные в местах недавно созданной добычи полезных ископаемых показали наличие мелких частиц (PM 2.5/10), но эти измерения не проводятся в местах заброшенных шахт, даже несмотря на упоминание о проблемах с респираторными заболеваниями и непосредственную близость свалок шахтных отходов к населенным пунктам. Традиционный путь восстановления. Традиционные технологии по восстановлению шахтных хвостов сфокусированы на физической и химической стабилизации. Физическая стабилизация предполагает покрытие шахтного хвоста каким-нибудь безвредным материалом., обычно это пустая порода из отходов добычи полезных ископаемых , может быть использован гравий, верхние слои почвы, или покрытие глиной, для уменьшения уровня ветровой и водной эрозии. Эти решения зачастую носят временный характер из-за недолговечности нанесения покрывающего слоя (Джонсон и Брэдшоу 1977). Например, покрытие из глины в засушливых и полузасушливых районах трескается от перемены циклов увлажнения и высыхания, а также слабое укрепление шахтных хвостов ведет к повышению уровня соли в них (Ньюсон и Фэхи 2003; Суонсон и др. 1997). Химическая стабилизация направлена на предотвращение ветровой и водной эрозии путем использования химических компонентов, таких как лингин, сульфонат или путем формирования смоловидного для формирования корки на поверхности шахтного хвоста; также используется временная стабилизационная техника, так как эти корки могут в конечном счете просто обвалиться (Тордофф и др. 2000). Недавно, переработка материалов из старых шахтных хвостов с использованием более современных технологий для снижения концентрации металла токсичности в них была признана экономически выгодной в некоторых случаях (Уорхерст 2000). Однако, породы из шахтных хвостов все же остаются даже после переработки и должны быть стабилизированы в той или иной степени. В общем, стоимость восстановительных технологий колеблется примерно от $1,4-450 США за м3 шахтных отходов храня их в виде пустой породы или в зацементированных засыпках (Берти и Каннингхэм 2000; Эванс и Уиллгуз 2000). Развивающиеся восстановительные технологии, фитостабилизация могут снизить эти затраты до $ 0,40-26 США за м3 для восстановления растительного покрова хранилищ (Форд и Уокер 2003). Фитостабилизация как стратегия восстановления. Фитостабилизация создает растительный покров для долгосрочной стабилизации и содержания хвостов. Растительный покров служит для уменьшений ветровой дисперсии, тогда как корни растений предотвращают водную эрозию, они блокируют движение металлов путем абсорбции и накопления, и образуют ризосферу в которой металлы уходят в осадок и стабилизируются. В отличие от фитоэкстракции, когда металлы сильно аккумулируются в тканях корней растений, фитостабилизация, в основном сосредоточена на улавливании металлов в ризосфере, а не в тканях растений (рисунок 1). Следовательно, металлы становятся менее биодоступными и влияние на скот, дикую природу и человека уменьшается (Каннингхэм и др. 1995; Маншоуэр 1994; Вонг 2003). Эксперименты по фитостабилизации шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых регионах были проведены горнодобывающими компаниями, документация по этой технологии восстановления лишь изредка появляется в публикуемой литературе, так что полное понимание этой технологии пока остается ограниченным. В данном обзоре мы выступаем с информацией о тех знаниях, которые мы имеем на данный момент о фитостабилизации в засушливых и полузасушливых регионах, а также потенциальные проблемы, которые могут повлиять на долгосрочный успех это технологии. Фитостабилизация шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых областях окружающей среды Фитостабилизация шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых регионах предполагает использование засухо-, солее- и металлоустойчивых растений для “обездвиживания” тяжелых металлов в субстрате шахтных хвостов. Теоретически биодоступность металлов (а, следовательно, и токсичность) будет уменьшаться так как растения способствуют тому, чтобы металлы переходили в менее растворимые формы, например, металлические сульфиды и карбонаты металлов, сложные металлы с органическими продуктами сорбируют металлы на поверхности корней растений и металлы накапливаются в тканях корней (Каннингхэм и др. 1995; Вонг 2003). Более того, присутствие растений в шахтных хвостах увеличивает гетеротрофные микробные сообщества, которые в свою очередь способствуют росту растений и участвуют в стабилизации металлов (Глик 2003, Мендез и др. 2007; Мами и др. 2002). Конечной целью для успешной фитостабилизации есть долгосрочное хорошее развитие растительных сообществ в шахтных хвостах с целью содействия развитию почвенных процессов, разнообразия микробов и, наконец, восстановить функцию почвенной экосистемы до состояния самодостаточности. Требования к растениям, предполагаемым для использования в процессе фитостабилизации. Фитостабилизация шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых регионах требует создания разнообразных растительных сообществ, в том числе засухо- , метало- и солеустойчивых растений, которые не будут чрезмерно аккумулировать в себе металлы, в своих тканях. Растения, предполагаемые для использования в фитостабилизации, должны быть родными для местности, в которой шахтный хвост находится, так как они эволюционировали с механизмами для выживания в такой агрессивной среде сурового климата засушливых и полузасушливых регионов. Второе, но немаловажное соображение заключается в том, что использование местных растений неприемлет внедрения неместных и потенциально опасных видов растений, которые могут повлечь за собой снижение регионального разнообразия растений. На сегодняшний день много полевых испытаний не используют преимущества местных растений, что приводит к плохой колонизации растений и плохим почвенным условиям. Выбор из всего разнообразия многолетних трав, кустарников и деревьев для восстановления растительного покрова шахтных хвостов имеет важное значение для фитостабилизации. Травы обеспечивают быстрый покров и временно ограничивают дисперсию воздуха шахтных хвостов, в тех местах, где кусты и деревья уже установлены (Уильямс и Кури 2002). Кустарники и деревья обеспечивают лучшую структуру покрова и делают систему корней более глубокой, что в свою очередь предотвращает эрозию в течении длительного времени. Кроме того, включение различных форм роста утверждает виды и функциональное разнообразие. Кустарники или деревья обеспечивают высокую питательную среду для травы, пока трава испытывает недостаток влаги и улучшают физические характеристики почв в засушливых и полузасушливых климатических условиях ( Бельски и др.1989, Тайдманн и Клемендсон 1973, 2004). Кроме того, создание различных функциональных групп увеличивает продуктивность и урожай. Хотя некоторые растения могут доминировать в конечной экосистеме вследствие селективного отбора, присутствие и эффективность более слабых видов все равно очень значительно в развитии самодостаточной экосистемы (Тилман и др.2001). Почвы засушливых и полузасушливых регионов часто соленые, так как скорость испарения превышает количество осадков, а природная соль там образуется из соленых дождей, погодоустойчивых минералов, ископаемых солей. В работах шахтных хвостов в засушливой и полузасушливой среде соленые воды часто используются в процессе обогащения, что приводит к огромному накоплению соли, это связанно с циркулярностью процесса. После того, как шахтный хвост оставляется, он высыхает и на его поверхности образуется соляная корка (Маншоуэр 1994; Ньюсон и Фахи 2003). Таким образом, галофиты ( солепереносимые растения) являются особо ценными в фитостабилизации. Представители семьи хеноподиевых, в особенности атриплекс, особенно хорошо переносит соль и является одним из первых, кто был испробован в шахтных хвостах в западной Австралии, и сейчас используется в восстановлении растительного покрова в шахтных хвостах в западной части США. Другие солелюбивые кустарники - это креозотовый куст и пустынный веник. Кроме того бобовые деревья, которые служат прекрасным источником азота (такие как Acacia и Prosopis) представляют собой довольно успешных “колонизаторов” шахтных отходов в западной части США. Растения, используемые для фитостабилизации должны быть металлофитами (терпимыми к металлу), но также они не должны накапливать или ограничивать накопление металла в тканях корней растений. Хотя металлофиты развили в себе механизм противодействия перемещения металлов, все равно по прежнему концентрация металла может быть слишком велика в местах крепления стебля к корню. Есть несколько способов измерить и выразить накопление металлов в растении. Это: а) фактор биоконцентрации или аккумулятивный фактор = (общая концентрация элементов в шейке корня : общая концентрация элементов в шахтном хвосте) и б) фактор перемещения или шейка корня:корень (ш:к) (отношение) (общая концентрация элементов в ткани шейки корня : общая концентрация элементов в тканях корня). Идеально, эти величины должны быть намного меньше 1, но так же они не должны превышать соотношение равное 1, которое бы означало, что растение пригодно для фитоэкстракции (аккумулирование металлов в тканях корня), но его тогда не следует использовать для фитостабилизации (Брукс 1998). Изучение местных растений, которыми засаживают шахтные хвосты, дало обнадеживающую информацию, особенно о семействах растений с относительно низкой концентрацией металла в верхних тканях растения (стебель, листья) (Таблица 1). В дополнение к вышеупомянутому отношению концентраций металлов, еще несколько руководств, которые помогут оценить токсичность, и проблемы, которые могут возникнуть в ходе фитостабилизации (таблица 2). Сначала нужно обратить внимание на уровни токсичности растения и почвы, которые помогут оценить сопротивляемость растения металлу. Второе, это пределы токсичности, которую могут выдержать листья растения, которые помогут оценить весь долгосрочный потенциал существования растения. И последнее, пределы токсичности, которые могут выдержать домашние животные, могут быть сравнимы с аккумуляцией металла в верхних частях растения; от этого зависит смогут ли такие животные как крупный рогаты скот, пчелы и другие животные потреблять данное растение в пищу [Национальный совет по научным исследованиям]. К сожалению полевые опыты по аккумуляции металла не были тщательно задокументированы. Таким образом, определение подходящих растений-кандидатов для фитостабилизации и понимание их свойств как накопителей металлов являются теми областями науки, в которых дополнительные исследования крайне необходимы.
Осуществление фитостабилизации Семена против пересадки. В большинстве случаев, применение прямого посева производит более неоднородный растительный покров, по сравнению с пересаживанием растений. Однако, несмотря на то, что использование пересаживания дает лучшие результаты, этот подход является более трудоемким, и это один из факторов, который должен быть учтен при взвешивании каждой стороны. Более того, посев как способ может быть успешным, о чем свидетельствует шахтный хвост по добычи олова в Зимбабве, в котором 40% растительного покрова, было достигнуто путем смешивания трав, бобовых трав, деревьев, и кроме всего прочего там имело место быть штучное удобрение к каждому дереву (Пиха и др. 1995). В одном из последних исследований выяснилось, что металл может быть поглощен таким растением как Lygeum spartum, которое было выращено из семян или из корневищ в шахтным хвостах в условиях парниковых исследований (Конеза и др. 2007). Растения выращенные из семян вбирают в себя значительно больше металла, чем растения выращенные из корневищ. Однако, растения собранные из шахтных хвостов, сами показали меньшее значение аккумуляции металла. Авторы указывают на то, что парниковые условия (высокое содержание влаги и однородности почвы) скорее всего повлияли на результаты исследования. Поправки. Из-за того, что в верхние слои почвы были внесены дополнения в виде органического вещества и питательных веществ, то этот путь не является экономичным для обширных участков шахтных хвостов, органические дополнения, как правило используются в качестве заменителя. Органические дополнения могут в короткие сроки уменьшить биодоступность металла и выступают в качестве микробного посевного материала. Кроме того, органические вещества улучшают структуру почвы, уменьшают эрозию, и увеличивают проникающие свойства почвы. Органические вещества могут состоять из опилок, соломы, навоза и бытовых отходов (Маншоуэр 1994). Соотношение углерода к азоту в органических добавках должно варьироваться в пределах от 12:1 до 20:1 с целью предотвращения высоких темпов разложения органических веществ и слишком большого потребления азота микробными сообществами. Например, такое органическое вещество, не превращенное в удобрение как опилки содержит высокое отношение углерода к азоту, что означает, что азот может стать неподвижным и это может помешать долгосрочной жизни растения (Ван Ренсбург и Моргентал 2004). Добавки в виде покупных удобрений показали результат дополнительного роста растений в парниковых испытаниях (Мендез и др. 2007; Маншоуэр 1994; Шипперс и др. 2000; Шредер и др. 2005; Саутхэм и Беверидж 1992). А также возрастает уровень pH при добавлении компостов (удобрений); уменьшается количество железо- и сероокислителей связанное со смертью растительности в колчедановых хвостах. Кроме того, компост может увеличить водозадерживающий способность и катионообменную способность шахтных хвостов. Твердые вещества биологического происхождения были использованы как добавка для мелиорации в суровых условиях окружающей среды в шахтных хвостах. Например, твердые вещества биологического происхождения довольно успешно увеличили рост растений на золотых приисках в Новой Зеландии (Мэйнс и др. 2006). Анаэробное исследование твердых веществ биологического происхождения показали, что твердые вещества биологического происхождения, полученные при хорошем обмене кислорода, дали хороший результат из-за большего содержания азота и более лучшего роста растений, как показали тесты на шахте по добыче меди. Однако, твердые вещества биологического происхождения могут содержать фитотоксичный уровень металла, все зависит от того, откуда эти твердые вещества (Маншоуэр 1994). Кроме того, твердые вещества биологического происхождения, используемые как добавки не очень желательны, особенно в экологически чувствительных районах. Одна из областей, которая требует дополнительного исследования – это потенциал ускорения выведения металлов, осуществляемая через добавление компоста или твердых веществ биологического происхождения (Беркхард и др. 1995). Лабораторные исследования показали потенциал дополнительного выведения цинка из шахтных хвостов после добавления туда модели органических кислот, например, щавелевой или лимонной кислот, которые содержатся в ризосфере. Второе исследование было направлено на выведение меди, никеля и цинка из шахтных хвостов, в которые вводили твердые вещества биологического происхождения, это происходило в четырех местах южной Аризоны. Это исследование было проведено в лабораторных условиях, и результаты показали, что для трех хвостов, уровень pH в которых был природный, выведение металла увеличилось лишь незначительно. Для четвертого, кислотного хвоста, выведение метала возросло в 3 раза для меди и в 100 раз для цинка. Следует отметить, что оба эти исследования были выполнены в течение короткого срока и в отсутствие растений. Добавление неорганических удобрений должно быть ограниченным, так как местные растения, используемые для фитостабилизации шахтных хвостов в засушливых и полузасушливых регионах, как правило, адаптированы к низкому количеству питательных веществ и могут по разному реагировать на добавление таких удобрений (Пиха и др. 1995). Кроме того, если органические добавки вводятся, то скорее всего, концентрация питательных веществ уже достаточная или около достаточной (Маншоуэр 1994; Ван Ренсбург и Моргентал 2004). Единственным исключением из всего этого являются фосфорные удобрения, которые могут быть необходимы для уменьшения дефицита фосфора, врезультате которого формируются нерастворимые фосфаты металла; и поэтому важно учитывать наличие фосфорных удобрений в целях смягчения дефицита фосфатов. Тем не менее, добавление фосфорных «поправок» могут увеличить поглощение мышьяка растениями, потому что фосфат химически ведет себя так же как и мышьяк (Мэйнс и др.2006). В крайне кислотных шахтных хвостах может потребоваться известь для нейтрализации окисления; однако без органических добавок место может требовать постоянного введения извести для поддержания уровня pH>5 (Маншоуэр 1994).
Орошение. Несмотря на то, что засухоустойчивые растения должны быть использованы для фитостабилизации, все равно, как правило требуется первоначальное орошение, как помощь для того, чтобы растение принялось. Если семена посеяны прямо в шахтных хвостах, орошение имеет особо важное значение. Однако, в виде исключений, но так же запланированных, места наиболее отдаленные могут быть засеяны семенами, а в качестве орошения могут быть использованы сезонные дожди (Пиха и др. 1995). Капельное орошение в течении по крайней мере 3-6 месяцев или до тех пор, пока растения не укоренились, доказало свою эффективность в деле восстановления растительного покрова шахтных хвостов (Тодорофф и др. 2000; Уильямс и Кюри 2002). Тем не менее орошение должно быть ограничено для того, чтобы снизить затраты и зависимость растительного сообщества от наличия воды (Маншоуэр 1994). Оценка успешного восстановления растительного покрова. Большинство фитостабилизационных исследований в засушливых и полузасушливых средах были сосредоточены на переменных роста растений, таких как: биомасса растений и процент охвата ими территории; однако и другие методы оценки успешного восстановления растительного покрова должны быть приняты во внимание для долгосрочного восстановления шахтных хвостов (Приложение 1). Например, растения должны быть в состоянии самостоятельно успешно размножаться без каких-либо дополнительных материалов. Также, виды растений, которые не были посеяны или пересажены должны начать колонизировать местность. Как отмечалось ранее, биомасса растения, которая расположена над землей может быть источником металла для кормовых животных (Кастро-Лараготиа и др. 1997; Вуд и др. 1995). Таким образом, пределы токсичности домашних животных должны соблюдаться в целях предотвращения дальнейшего загрязнения экосистемы. Кроме того микробные сообщества в значительной степени игнорировались в полевых исследованиях в засушливых и полузасушливых регионах. Тем не менее, микробные сообщества могут быть связаны с существованием растения, и взаимодействие микробов с растениями важно для содействия пищевой цепочке, для агрегирования почвы и поглощения питательных веществ растением. Количество гетеротрофных микробов должно возрастать, заменяя присутствие автотрофных железо- и сероокисляющих бактерий, сообщества микроорганизмов, которые играют важную роль в окислении хвостов. Кроме того, структуру почвы следует улучшить, путем восстановления гетеротрофных организмов и утилизацией органических веществ. Одним из важнейших аспектов, которого очень сильно не хватает в опубликованной литературе, является информация о долгосрочном успехе фитостабилизации. Большинство исследований прекращается через 1-2 года. Хотя органические добавки благоприятно влияют на способность незамедлительно уменьшать биодоступность металла, выветривание и разложение органических остатков, в конечном итоге, может повысить мобильность металла (Пирзински и др. 20002; Понд и др. 2005; Тородофф и др. 2000). Например, Понда и др. (2005) изучали природные и кислотные шахтные хвосты по добыче меди в Аризоне, и сымитировали выветривание. Добавления твердых веществ биологического происхождения снизили концентрацию меди, нитратов и сульфатов в сточных водах из кислотных шахт, но слегка увеличили содержание мышьяка и меди в сточных водах из шахт с обычной кислотностью. Более того, в краткосрочных исследованиях, величина доступности металла , основанная на аккумуляции металла в растениях может быть неверной. Например, изучение двадцатилетней восстановленной урановой шахты в Австралии показали увеличение мобильности металла на поверхности почвы, а также показали увеличение аккумуляции металла в растениях (Лоттермоузер и др. 2005). Эти исследования предполагают, что дополнительные долгосрочные исследования химического состояния хвостов и растений просто необходимы для определения успеха фитостабилизации.
Выводы
Существующие фитостабилизационные исследования в засушливых и полузасушливых регионах являются ограниченными, и они не рассмотрели несколько важных вопросов. Например, аккумуляция металла в растениях не была задокументирована в большинстве полевых исследованиях (Йоханссон и др. 2005). Это особенно важно для определения долгосрочного существования растения, а также металлических загрязнителей. Кроме того, легко доступная информация требует ранжирования информации о терпимости видов растений к металлам, видов растений, которые пригодны для произрастания в шахтных хвостах; необходимо минимальное количество органических добавок для успешного существования растения; и минимум воды необходимо для успешного существования растения. Вполне вероятно, что небольшого экспериментального исследования будет достаточно, чтобы оптимизировать выбор вида растения для использования и количество добавок для каждого конкретного хвоста; может быть необходимо окончательно снизить затраты и сделать осуществление фитостабилизации успешным. И наконец, судьба металлов до самого конца и восстановление растительного покрова шахтных хвостов не были тщательно изучены. Такая информация необходима, чтобы помочь оценить эффективность фитостабилизации в постоянном снижении токсичности металлов, чтобы посодействовать развитию растений, чтобы посодействовать в формировании структуры почвы и свойств материалов шахтных хвостов. Подводя итог, фитостабилизация шахтных отходов в засушливых и полузасушливых регионах обладает перспективным потенциалом. Исследования показали, что существование растений в шахтных хвостах возможно, а если успешно, то помогает снизить уровень эрозийных процессов почв и улучшает свойства формирования почв. Возможно не представится возможным создать экосистему эквивалентную окружающим, незараженным; успешная фитостабилизация может создать самодостаточный покров с сопутствующими экосистемами, которые гораздо больше будут напоминать здоровые почвенно-растительные условия. Определение и понимание этого процесса потребует долгосрочных исследований, которые откроют взаимодействия между растениями и микробными и физико-химическими характеристиками шахтных хвостов, в то время как они проходят процесс восстановления растительного покрова.