Що криється за модним словом біоремедіація, або Як біотехнологи БТУ-ЦЕНТР розробляли способи відновлення ґрунтів, порушених воєнними діями
Джерело фото: Latifundist.com
Масштаби деградації та забруднення українських ґрунтів важкими металами і канцерогенами в зонах, де проводяться бойові дії, — не важко уявити вже зараз. А яких розмірів набере проблема після Перемоги? Розуміють це і українські науковці, тому активно шукають способи, які допоможуть відновити такі ґрунти.
Одним із них може бути біоремедіація — очищення ґрунтів з використанням біологічних об’єктів, а саме рослин, мікроорганізмів та продуктів їх життєдіяльності. Рослини зв’язують, накопичують та частково деградують токсиканти, а ще локалізують забруднення, щоб воно не розповсюджувалося на інші території. Крім того, корінь рослин сприяє розвитку мікроорганізмів у ґрунті. У свою чергу мікроорганізми сприяють деградації забруднювачів, особливо органічного походження. А ще стимулюють розвиток аборигенної мікрофлори на забрудненій території.
Саме тому важливою умовою при запровадженні біоремедіації є правильний підбір рослин та біопрепаратів, які впливають на їх ріст і розвиток.
Про це під час конференції «Національний виклик: деградація ґрунтів чи відновлення їх родючості?» розповіла виконавча директорка Інституту прикладної біотехнології, доктор с-г. н. Світлана Корсун.
Вона також поділилася результатами досліджень біотехнологів «БТУ-ЦЕНТР» по застосуванню біологічних засобів ремедіації на тих ґрунтах, які постраждали внаслідок воєнних дій.
Експериментальні роботи проводилося упродовж 2022 року у співпраці з ННЦ «ІГА імені О.Н.Соколовського».
Зокрема, науковці «БТУ-ЦЕНТР» вдячні доктору с.-г. наук Максиму Солосі, який допоміг у відборі проб ґрунту на тих територіях Харківщини, де велися бойові дії. Було обстежено дві локації: осередки горіння техніки і вибуху боєприпасів.
Ремедіація ґрунтів з локації, де відбулося горіння техніки
На першій локації було відібрано проби ґрунту з-під танку та з непорушеної ділянки в межах однієї ґрунтової відміни.
Агрохімічний аналіз цього ґрунту показав, що на «непорушеній ділянці» нафтопродуктів майже не було, а вміст рухомого фосфору складав 77,5 мг/кг. Тоді як у зразках «з-під танку» містилося 518 мг/кг нафтопродуктів та всього 3,5 мг/кг фосфору. Такий низький вміст фосфору при катастрофічному збільшенні всіх важких металів у ґрунті (а вони виросли у 3-470 разів) — є дуже небезпечним. Адже саме фосфор має властивість зв’язувати важкі метали та захищати рослини від токсичних сполук.
Мікробіологічний аналіз засвідчив, що підчас горіння техніки постраждали і всі групи мікроорганізмів у шарі ґрунту потужністю 0-20 см. Біогенність ґрунту зменшилася на 30%. А це означає, що такий ґрунт хворий.
Як лікувати ґрунт?
За словами Світлани Корсун, щоб відновити агроценоз, треба знизити вміст нафтопродуктів у ґрунті, поліпшити його агрохімічні показники, зменшити вплив важких металів на ріст і розвиток рослин, їхню врожайність.
Ліками передусім будуть органічні добрива: солома, торф, компост, гній, дефекат тощо. Враховуючи те, наскільки постраждав азотний та фосфорний режим ґрунту, не обійтися і без мінеральних добрив. Вкрай необхідними будуть і біологічні препарати на основі живих мікроорганізмів, адже при тій стерилізації ґрунту, що відбулася, його швидко почнуть заселяти патогенні мікроорганізми. А ще є важливим підібрати культури толерантні до забруднення.
Як підбирали ліки біотехнологи «БТУ-ЦЕНТР»? Ними було обрано три основних напрями. Перший — робота при локальному забрудненні нафтопродуктами. Для цього було розроблено декілька препаратів, але далі мова піде тільки про три композиції, в які входять вуглеводнеокислювальні бактерії, органічні речовини та певні біогенні елементи. Це препарати №1, №2, №3, застосовані у експерименті у дозах 5%, 10%, 12% до маси ґрунту.
Другий напрям — розробка композицій препаратів, які б можна було вносити суцільно. Таким препаратом є Екостерн detox, до складу якого входять живі мікроорганізми та продукти їх життєдіяльності. Його застосовували у нормі 1,5 л/га.
Третій напрямок — органічні добрива. В даному досліді застосовувався торф.
Світлана Корсун
виконавча директорка Інституту прикладної біотехнології,
доктор с-г. н.
«Харківські ґрунти і торф, скажете ви? Як це можливо? Але ж ми шукали рішення не тільки для Південного Сходу. Кордон з росією довгий і постраждалих ґрунтів у нас багато».
Як спрацювали препарати?
За 90 днів експерименту кількість нафтопродуктів у ґрунті, де використовувалися препарати №1, №2 і № 3, зменшилася на 59-92%. У випадку з препаратом №3 ґрунт очистився від нафтопродуктів на 92%.
Зменшилася більш ніж в половину і кількість нафтопродуктів при внесенні торфу (у цьому випадку торф і ґрунт змішувалися в пропорції 1:1).
Як же змінився мікробний ценоз ґрунту? Після внесення трьох препаратів загальна біогенність зменшилася. При цьому зросла кількість мікроорганізмів, які використовують азотоорганічні сполуки та зріс коефіцієнт трансформації органічної речовини. Тобто мікробний ценоз перебудувався таким чином, що це дало змогу трансформувати нафропродукти, які були у ґрунті.
Досить цікаві результати показав і препарат «БТУ-ЦЕНТР» Екостерн detox. При його внесенні за 90 днів відбулося наближення мікробного ценозу ґрунту до ґрунту непорушеної ділянки.
А як же почували себе рослини під час дослідів? Науковці працювали з кукурудзою, соняшником та пшеницею. Кукурудза в усіх трьох варіантах мала гарну схожість. Пшениці некомфортно було при застосовуванні препарату №3. А от соняшнику взагалі було непереливки. Найкраще розвивалися кукурудза і соняшник там, де був внесений торф, препарат №1 з торфом, і Екостерн detox.
Ось так виглядають наші герої. Це кукурудза. Торф дав можливість отримати приріст на 45%, а використання препарату №1 з торфом — на 14%.
Ось так виглядав соняшник. І тут знову зарекомендував себе гарно препарат №1 з торфом — приріст наземної маси склав 297%. За умови використання Екостерн detox отримали 24% приросту надземної маси культури.
По пшениці гарно спрацював Екостерн detox — приріст надземної маси становив 27%. Тут отримали рослини навіть кращі, ніж вирощені на непорушеному ґрунті.
Але ж науковці забирають рослини на 14 стадії розвитку за ВВСН (міжнародна, загальноприйнята шкала, за якою вегетація культури поділяється на 10 фаз і 10 підфаз — прим. ред). Цікаво, що буде з рослиною далі, який потенціал вона матиме? Тому додатково були проведені досліди з визначення маси індукції флуоресценції хлорофілу. Як бачимо з графіка, фотосинтетичний апарат мав високий потенціал як до сприйняття квантів сонячної енергії, так і перетворення цієї енергії у енергію хімічних зав’язків і надалі в пластичні речовини. Простими словами: рослини і далі будуть вегетувати.
Ремедіація ґрунтів з локації, де ґрунт, порушений вибухами
Для цього дослідження було відібрано три зразки ґрунтів — в центрі вирви, на краю і на контрольній ділянці за 20 м від епіцентру вибуху.
Досліджували цілеспрямовано препарат Екостерн detox у поєднанні з мінеральними добавками та соломою. Чому саме такі варіанти? Бо враховували дані з агрохімічного аналізу ґрунту.
Отож, що він показав? Що кількість гумусу у порушеному ґрунті зменшилася вдвічі. Різко зменшився і вміст азоту. Вміст калію при цьому зріс більш ніж у два рази. Фосфор майже не змінився. На фоні збільшення вмісту важких металів це знову-таки є небезпечним явищем. Саме тому науковцями і були обрані азотно-фосфорні добрива та солома у якості органічного добрива.
Через 90 днів експозиції всі чотири варіанти показали тенденцію до збільшення вмісту гумусу (навіть в тих варіантах, де внесено було тільки Екостерн detox). Там, де вносили мінеральні сполуки азоту і фосфору, вміст цих елементів збільшився.
Різко зросла і біогенність ґрунту. Бачимо з таблиці, що зріс коефіцієнт трансформації органічної речовини. А ось напруженість мінералізаційних процесів в ґрунті знизилася. Що це означає? Що у ґрунті відбулися процеси гумусонакопичення.
Як реагували рослини? При застосуванні тільки Екостерн detox розвиток надземної маси рослин поліпшився на 7-10%. При поєднанні препарату з мінеральними добривами, ці показники стали ще більшими.
Щодо показників індукції флуоресценції хлорофілу, то вони вищі в тих зразках ґрунту, які були взяті з краю вирви та з контрольної ділянки.
Пропозиції від «БТУ-ЦЕНТР»
Отож, застосування біологічних засобів ремедіації є важливою складовою методології відновлення ґрунтів, забруднених нафтопродуктами та важкими металами.
На основі проведених дослідів, біотехнологи «БТУ-ЦЕНТР» рекомендують:
- За інтенсивного локального забруднення агроценозів нафтопродуктами застосовувати препарати на базі вуглеводнеокислювальних бактерій. В умовах дослідів композиції препаратів №1, №2, №3 у дозах 5%, 10%, 12% до маси ґрунту, забезпечили деструкцію нафтопродуктів на рівні 59-92%, порівняно з вихідним вмістом.
- За порушення ґрунтового покриву з руйнуванням генетичних горизонтів застосовувати препарат Екостерн detox у дозі 1-1,5 л/га. В умовах досліду препарат сприяв збільшенню наземної маси на 7-9%, порівняно з контролем. За поєднання Екостерн detox з мінеральними добривами та внесенням побічної продукції культур відбулося підсилення меліоративного впливу та ремедіації.
Також Світлана Корсун звертає увагу, що при забрудненні ґрунту важкими металами, треба дуже уважно відноситися до підбору сільськогосподарських культур. З досвіду науковців, краще віддавати перевагу зерновим культурам, які є стійкішими до забруднення свинцем, цинком, кадмієм і у яких краще працюють фізіологічні бар’єри, які сприяють захисту зерна від накопичення токсичних елементів.
«БТУ-ЦЕНТР» продовжує проводити модельні вегетаційні досліди і в цьому році. Крім того, заклали польовий дослід з внесення препарату Екостерн detox на місці де була вирва на території агроценозів одного з підприємств ГК «Енселко».
Чекаємо на нові результати.
