Уже давно известно, что некоторые микроорганизмы, например бактерии из рода Pseudomonas, осуществляют окисление фенолов. Это обстоятельство широко используется для очистки от фенольных загрязнений промышленных и бытовых стоков самого разнообразного происхождения. Фенол активно поглощается из воды водными растениями. Если воду с растворенным в ней фенолом пропустить через «сито» из тростника, то содержание фенола в ней значительно уменьшится. За 8 дней тростник удаляет из каждого литра воды 10 мг фенола. Камыш также обладает способностью очищать воду от этого загрязнителя. 300 г биомассы камыша освобождают от фенола 5 л раствора концентрации 10 мг/л за 4 дня, 40 мг/л — за 12 дней, 100 мг/л — за 29 дней. В настоящее время сооружаются водоемы, в которых будут высажены тростник и камыш для очистки воды от фенола.
Фенол не только поглощается из воды растениями, но и подвергается детоксикации. Некоторая часть этого соединения, не включенная растениями в обмен веществ, выделяется в атмосферу через устьица.
Помимо фенола водные растения поглощают и обезвреживают и другие органические вещества, присутствующие в воде: индол, ксилол, пирокатехин, резорцин, пиридин. Особо следует остановиться на роли растений в освобождении водной среды от нефти и нефтепродуктов.
Наличие на поверхности воды пленки нефти резко снижает способность водоемов к самоочищению, поскольку эта пленка препятствует поступлению в воду атмосферного кислорода. В этом случае в водоеме создаются анаэробные условия, которые иногда способствуют еще большему повышению содержания в воде вредных веществ.
Разрушение нефти в водоеме происходит в результате самоочищения воды с помощью микроорганизмов. Там, где вода загрязнена нефтью, всегда обнаруживаются микроорганизмы, окисляющие керосин, соляровое масло, парафин и нафталин. Исследования, проведенные Арктической экспедицией МГУ в 1974 г., показали наличие нефтеокисляющей микрофлоры во всех пробах воды, взятых на трассе Северного морского пути. Количество нефтеокисляющих бактерий в поверхностном слое морской воды довольно велико и составляет 1500–7000 клеток в 1 мл. С увеличением глубины содержание микроорганизмов падало. Исследователи выделили большое количество чистых культур нефтеокисляющих микроорганизмов. Они хорошо росли на средах, содержащих в качестве единственного органического вещества дизельное топливо или сырую нефть. Микроорганизмы, окисляющие нефть, выделены также из воды и грунтов Каспийского моря, из вод р. Енисея.
Высшие растения также принимают участие в очищении водоемов от нефти. Установлено, что при концентрации нефти 1 г/л пленка на поверхности воды исчезала в присутствии высших растений через 5—10 дней, тогда как без них — через 28–32 дня. Наиболее устойчивы к нефтяному загрязнению тростник, рогоз узколистный и камыш озерный. Причем прирост растений в высоту в присутствии нефти был на 10–15 см больше, чем в варианте без нефти (Кроткевич, 1982).
Тростник обыкновенный хорошо поглощает из воды ДДТ. Правда, при концентрации 2 мг/л этот пестицид подавляет процесс фотосинтеза на 30–36 %. Еще более сильное ингибирующее влияние оказывает на процесс фотосинтеза тростника гексахлоран. Он ослаблял интенсивность этого процесса на 47 %.
В США проведены эксперименты по очистке водоемов от гербицидов. Для этой цели использовались водяной гиацинт, уруть, рдест, а также зеленые водоросли.
Попадание пестицидов в водоемы происходит, в частности, в результате смыва их с полей осадками. Оказалось, что лесные насаждения, расположенные по берегам водоемов, интенсивно поглощают из поверхностных стоков эти вещества. Наилучшими показателями в этом отношении характеризуются сосновый и кленово-липовый лес.
Пятидесятиметровая полоса такого леса значительно снижает содержание в поверхностных стоках гексахлорциклогексана и хлорофоса.
Одним из элементов естественной деградации канцерогенных полициклических ароматических углеводородов является их превращение с помощью живых организмов. В частности, в их разрушении участвуют микроорганизмы почвы и водоемов. Интенсивность и характер разложения бенз(а)пирена зависит от вида используемых для этой цели бактерий, а также от степени загрязненности почвы и воды данным канцерогеном.
Аналогичные превращения происходят с этим соединением в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов, тепловых электростанций и в бытовых стоках. В этих условиях действуют те же культуры бактерий. Процесс может быть интенсифицирован при использовании культур, обладающих наибольшей активностью при очищении от канцерогенов почвы.
Одним из загрязнителей водоемов, как мы уже отмечали, являются удобрения. Крупные макрофиты (тростник, рогоз, камыш, аир, ежеголовник и др.) способны извлекать из воды в больших количествах биогенные элементы — азот, фосфор, калий, кальций, серу, железо и тем самым предупреждать и снижать степень евтрофикации водоемов. Например, густые заросли тростника, по данным П. Г. Кроткевича (1982), могут аккумулировать в урожае биомассы на 1 га до 6 т различных минеральных веществ, в том числе калия — 859, азота — 167, фосфора — 122, натрия — 451, серы — 277 и кремния — 3672 кг. К концу вегетации азот, фосфор, калий и другие элементы частично мигрируют из надземных в подземные органы растений, где они аккумулируются. Накопление биогенных элементов в подземных корневищах имеет важное значение в очищении воды от этих загрязнителей.
Тростник обыкновенный, рогоз узколистный и широколистный интенсивно поглощают как нитратный, так и аммонийный азот. Таким образом, заросли тростника и других макрофитов обладают способностью к деминерализации воды, что имеет очень важное значение для человека.
Огромное количество питательных веществ содержат стоки животноводческих помещений. В 1975 г. стоки от всех крупных животноводческих ферм страны содержали 2,2 млн т азота, 1 млн т фосфора, 2 млн т калия.
Ученые Кишиневского университета пришли к заключению, что многие водные растения способны обеззараживать стоки животноводческих ферм. Предварительно разбавив чистой водой пруды, они поселили в них ряску и роголистник. Эти растения активно поглощали из воды соединения азота и фосфора, являющиеся основными загрязнителями стоков животноводческих помещений. Очищенная таким образом вода используется затем для орошения полей.
В опытах П. Г. Кроткевича (1982) показано, что в 1 л исходной сточной жидкости животноводческого комплекса крупного рогатого скота содержится 1634 мг различных минеральных солей, а в односуточном фильтрате из сосуда с растениями ириса ложноаирового — 766 мг/л, т. е. растения изъяли 54 % солей. В сосуде с растениями рогоза узколистного из такого же раствора было поглощено 37 % солей. Растения интенсивно усваивали хлориды, сульфаты. В процессе удаления избытка азота и фосфора важная роль принадлежит фитопланктону. Однако усиленное размножение водорослей, сопровождаемое их отмиранием, может привести к вторичному загрязнению водоемов. В связи с этим следует обратить внимание на роль высших растений в очистке водоемов от солей. Сусак, например, способен накапливать 7,52 мг фосфора на 1 кг сухой массы. К тому же массовое развитие в водоемах высших растений снижает «цветение» водоемов или вообще его предотвращает. Эти растения очень удобны для очистки водоемов еще и по той причине, что их легко собирать и удалять.
Следует, однако, иметь в виду, что несмотря на перетекание к осени элементов минерального питания в корневища, значительная их доля остается в надземной части. Если растения оставить в водоеме, то содержащиеся в надземной части вещества в результате микробного разложения тканей и выщелачивания вновь окажутся в водоеме, произойдет его вторичное загрязнение. В связи с этим ученые рекомендуют всю надземную массу высших водных растений удалять до начала оттока питательных веществ в подземные органы.
Важное значение в очистке поверхностных стоков от удобрений имеет лесная растительность. После пропускания воды, обогащенной азотсодержащими соединениями, через пятиметровую площадку в березовом насаждении количество аммонийного азота уменьшилось в среднем на 0,9 мг/л, а нитратного азота — на 0,4 мг/л. После же пропускания такой воды по десятиметровой площадке содержание этих компонентов уменьшилось еще более сильно. Пятиметровая площадка соснового насаждения сокращает содержание аммонийного азота на 2,7 мг/л, а нитратного несколько больше. Лесная растительность вызывает также значительное уменьшение содержания в воде фосфатов.