Träd har förmågan att fånga upp och ta bort föroreningar från marken och bryta ner dem genom naturliga processer i växten. Det är en bedrift som naturföretag har använt för att hjälpa till att städa upp förorenade platser, dock endast i småskaliga projekt. Nu, en probiotisk bakterie för träd kan öka hastigheten och effektiviteten i denna naturliga cykel, tillhandahålla en mikrobiell partner som hjälper till att skydda träd från de giftiga effekterna av föroreningarna och bryta ner de toxiner som växter tar in från förorenat grundvatten.

Forskare från University of Washington och flera små företag har genomfört det första storskaliga experimentet på en Superfund-plats med poppelträd förstärkta med en probiotisk – eller naturlig mikrob – för att rensa upp grundvatten kontaminerat med trikloretylen (TCE), en vanlig förorening som finns i industriområden och som är skadlig för människor när den intas genom vatten eller andas in från luften. Deras resultat publicerades i den slutliga versionen 11 augusti i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

Det framgångsrika fältförsöket kan vara en spelförändring för att snabbt och effektivt städa upp Superfund-sajter runt om i landet och förorenade platser utomlands som har höga nivåer av TCE, säger författarna.

"Dessa resultat öppnar dörren, " sa motsvarande författare Sharon Doty, en UW-professor vid School of Environmental and Forest Sciences. "Vi har känt till denna process under lång tid från vår laboratorieforskning, men det har inte använts i praktiken eftersom det inte fanns några fältresultat. Nu, ingenjörsföretag kan börja använda detta i verkligheten."

Förorenade platser som innehåller TCE och andra föroreningar kan vara dyra att sanera när man använder tekniska metoder som att gräva ut eller pumpa gifter från underjorden. Som ett resultat, många webbplatser sitter obehandlade. Denna nya metod gör att förorenade platser kan hanteras mer effektivt, ofta till lägre kostnader, främja människors hälsa.

Dotys labb arbetade för att hitta den bästa mikrobstammen som effektivt kunde bryta ner TCE och öka trädtillväxten. Jun Won Kang, en före detta UW doktorand, hade fått poppelved från en plats i Mellanvästern där träd redan växte i TCE-förorenad jord. Efter att ha malt ner små prover av träden och isolerat över hundra olika mikrober, varje stam placerades sedan i en kolv innehållande höga nivåer av TCE.

Mikroben som till slut valdes ut eliminerade nästan all TCE i sin kolv. Forskarna hade en klar vinnare." Poppeln på den äldre platsen i Mellanvästern valde ut de bästa mikroberna för att hjälpa den att göra sitt jobb, " Doty förklarade. "Vi utnyttjade den naturliga urvalsprocessen. Vi var bara tvungna att hitta de bästa som anläggningen redan valt."

Föroreningen TCE har använts flitigt som avfettningsmedel och lösningsmedel i industriella tillverkningsanläggningar över hela landet. U.S. Environmental Protection Agency citerar TCE som en av de vanligaste föroreningarna i mark eller vatten, och det finns i mer än 1, 000 sajter listar myndigheten som prioriteringar för sanering. TCE är ett känt cancerframkallande ämne för människor, påverkar levern och till och med överför toxinet till ammande barn genom mödrars bröstmjölk.

Med tanke på förekomsten och toxiciteten av TCE, forskarna använde kemikalien för att testa förmågan hos poppelträd infunderade med mikrober att rena grundvattnet i Middlefield-Ellis-Whisman Superfunds forskningsområde i Kaliforniens Silicon Valley efter att det därefter hade strömmat in i NASA Research Park vid NASA:s Ames Research Center. På NASA Ames, i samordning med NASA Ames miljöavdelning, forskarna planterade rader av unga poppelträd – några inokulerade med den specifika mikroben, och andra utan—på ett fält ovanför en känd grundvattenplym som är förorenad med TCE.

Efter bara ett år, träden som gavs mikroben var större och friskare än popplarna utan någon speciell behandling. Efter tre år, de inokulerade träden var fortfarande mer robusta, och ett prov av trädstammar avslöjade kraftigt reducerade nivåer av TCE inuti träden.

När träd tar upp och bryter ner kemikalier, kallas fytoremediation, det sker ofta på bekostnad av deras egen hälsa. Detta visar sig som hämmad tillväxt, gula blad, vissnande bruna blad och grenar, och ibland döden eftersom föroreningen hämmar trädets förmåga att överleva. Men när mikroben som valts specifikt för att hantera detta toxin introduceras, träden förstörde TCE – och upplevde mer robust tillväxt och ökade överlevnadsgrader, tydliga fördelar med probiotika.

"Det verkliga målet är att försöka förbättra prestanda, " sa medförfattaren Michael Blaylock, VD och koncernchef för Edenspace Systems Corporation i Virginia. "Om vi ​​har något som snabbar upp och förbättrar prestandan och gör det så att träden kan växa bättre, det var verkligen vad vi försökte åstadkomma med det här projektet."

Dessutom, forskarna fann att grundvattenprover tagna direkt nedströms från testplatsen visade mycket lägre halter av toxinet, jämfört med högre nivåer upp-gradient från testområdet. De hittade också bevis på ökad klorid i jorden runt poppelrötterna, en ofarlig, naturligt förekommande element och biprodukt av TCE eftersom det bryts ned av bakterierna inuti träd.

Ett antal organisationer har uttryckt intresse för att använda denna teknik, sa medförfattaren John Freeman, chief science officer för Intrinsyx Technologies Corporation baserad på NASA:s forskningspark. Och markägare som hämmas av de höga kostnaderna förknippade med traditionella saneringsmetoder börjar använda tekniken.

"Detta har potential att få en enorm inverkan på många äldre platser där du har problem med förorenat grundvatten, inklusive TCE, och där finansieringen för närvarande är mindre tillgänglig, ", sade Freeman. "Detta är definitivt en stor kostnadsbesparing för alla inblandade. Det är en riktig win-win-situation eftersom den är grön, det är långsiktigt hållbart, allmänt accepterad och den drivs av solenergi från själva träden."