Bomen hebben het vermogen om verontreinigende stoffen uit de bodem op te vangen en te verwijderen en deze door natuurlijke processen in de plant af te breken. Het is een natuurfeit dat bedrijven hebben gebruikt om vervuilde terreinen op te ruimen, maar alleen in kleinschalige projecten. Nutsvoorzieningen, een probiotische bacterie voor bomen kan de snelheid en effectiviteit van deze natuurlijke cyclus verhogen, een microbiële partner bieden om bomen te helpen beschermen tegen de toxische effecten van de verontreinigende stoffen en de gifstoffen af ​​te breken die planten uit verontreinigd grondwater halen.

Onderzoekers van de Universiteit van Washington en verschillende kleine bedrijven hebben het eerste grootschalige experiment uitgevoerd op een Superfund-site met populieren die zijn versterkt met een probiotische - of natuurlijke microbe - om grondwater op te ruimen dat is verontreinigd met trichloorethyleen (TCE), een veel voorkomende verontreinigende stof die wordt aangetroffen in industriële gebieden en die schadelijk is voor mensen wanneer ze worden ingeslikt via water of worden ingeademd vanuit de lucht. Hun resultaten werden gepubliceerd in de definitieve versie op 11 augustus in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .

De succesvolle veldproef zou een game changer kunnen zijn om Superfund-sites in het hele land en vervuilde sites in het buitenland met hoge TCE-niveaus snel en effectief op te ruimen, zeggen de auteurs.

"Deze resultaten openen de deur, " zei corresponderende auteur Sharon Doty, een UW-professor aan de School of Environmental and Forest Sciences. "We kennen dit proces al heel lang uit ons laboratoriumonderzoek, maar het is in de praktijk niet gebruikt omdat er geen veldresultaten waren. Nutsvoorzieningen, ingenieursbureaus kunnen hier in de praktijk mee aan de slag."

Verontreinigde locaties die TCE en andere verontreinigende stoffen bevatten, kunnen duur zijn om op te ruimen bij gebruik van technische methoden zoals het opgraven of pompen van gifstoffen uit de grond. Als resultaat, veel sites zitten onbehandeld. Met deze nieuwe methode kunnen verontreinigde terreinen effectiever worden aangepakt, vaak tegen lagere kosten, het bevorderen van de menselijke gezondheid.

Doty's lab werkte om de beste microbenstam te vinden die TCE effectief kon afbreken en de boomgroei kon stimuleren. juni Won Kang, een voormalig UW-afstudeerstudent, populierenhout had verkregen van een locatie in het middenwesten waar al bomen groeiden in met TCE verontreinigde grond. Na het vermalen van kleine monsters van de bomen en het isoleren van meer dan honderd verschillende microben, elke stam werd vervolgens in een kolf geplaatst die hoge niveaus van TCE bevatte.

De microbe die uiteindelijk werd geselecteerd, elimineerde bijna alle TCE in zijn kolf. De onderzoekers hadden een duidelijke winnaar." De populier op de oudere site in het Midwesten selecteerde de beste microben om hem te helpen zijn werk te doen, " legde Doty uit. "We hebben geprofiteerd van dat natuurlijke selectieproces. We moesten gewoon de beste vinden die de plant al had uitgekozen."

De verontreinigende stof TCE wordt op grote schaal gebruikt als ontvetter en oplosmiddel in industriële productielocaties in het hele land. Het U.S. Environmental Protection Agency noemt TCE als een van de meest voorkomende verontreinigende stoffen in bodem of water, en het is aanwezig in meer dan 1, 000 sites die het bureau opsomt als prioriteiten voor opruiming. TCE is een bekende kankerverwekkende stof voor de mens, die de lever aantasten en zelfs het toxine overbrengen naar baby's die borstvoeding geven via moedermelk.

Gezien de prevalentie en toxiciteit van TCE, de onderzoekers gebruikten de chemische stof om het vermogen te testen van populieren doordrenkt met microben om grondwater op te ruimen in het onderzoeksgebied Middlefield-Ellis-Whisman Superfund in Silicon Valley in Californië, nadat het vervolgens het NASA Research Park in het Ames Research Center van NASA was binnengestroomd. Bij NASA Ames, in coördinatie met de milieudivisie van NASA Ames, de onderzoekers plantten rijen jonge populieren - sommige ingeënt met de specifieke microbe, en andere zonder - op een veld boven een bekende grondwaterpluim die is verontreinigd met TCE.

Na slechts een jaar, de bomen die de microbe kregen waren groter en gezonder dan de populieren zonder speciale behandeling. Na drie jaar, de geënte bomen waren nog robuuster, en een monster van boomstammen onthulde sterk verminderde niveaus van TCE in de bomen.

Wanneer bomen chemicaliën opnemen en afbreken, fytoremediatie genoemd, het gaat vaak ten koste van hun eigen gezondheid. Dit manifesteert zich als groeiachterstand, gele bladeren, verwelkende bruine bladeren en takken, en soms de dood, omdat de verontreinigende stof het vermogen van de boom om te overleven belemmert. Maar wanneer de microbe die speciaal is geselecteerd om met dit toxine om te gaan, wordt geïntroduceerd, de bomen vernietigden de TCE - en ervoeren een robuustere groei en verhoogde overlevingskansen, duidelijke voordelen van het probioticum.

"Het echte doel is om te proberen de prestaties te verbeteren, " zei co-auteur Michael Blaylock, president en CEO van Edenspace Systems Corporation in Virginia. "Als we iets hebben dat de prestaties versnelt en verbetert en ervoor zorgt dat de bomen beter kunnen groeien, dat is echt wat we probeerden te bereiken met dit project."

Aanvullend, de onderzoekers ontdekten dat grondwatermonsters die direct stroomafwaarts van de testlocatie werden genomen, veel lagere niveaus van het toxine vertoonden, vergeleken met hogere niveaus die hoger zijn dan het testgebied. Ze vonden ook bewijs van verhoogd chloride in de grond rond de populierwortels, een ongevaarlijke, natuurlijk voorkomend element en bijproduct van TCE omdat het wordt afgebroken door de bacteriën in bomen.

Een aantal organisaties heeft interesse getoond in het gebruik van deze technologie, zei co-auteur John Freeman, chief science officer voor Intrinsyx Technologies Corporation, gevestigd in NASA's Research Park. En landeigenaren die worden gehinderd door de hoge kosten die gepaard gaan met traditionele schoonmaakmethoden, beginnen de technologie te gebruiken.

"Dit heeft het potentieel om een ​​enorme impact te hebben op veel legacy-sites waar je grondwaterproblemen hebt, inclusief TCE, en waar momenteel minder geld beschikbaar is, " zei Freeman. "Dit is absoluut een grote kostenbesparing voor alle betrokkenen. Het is een echte win-winsituatie omdat het groen is, het is duurzaam, publiekelijk acceptabel en het wordt door de bomen zelf op zonne-energie aangedreven."