14 березня 2023 року в будівлі Президії НАН України у Києві відбулися ХХХІІІ читання академіка В.І. Вернадського «Наука – основа незалежності, міцності та обороноздатності держави», присвячені 160-річчю від дня народження цього видатного вченого і першого Президента Академії.
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України представила завідувачка відділу загальної та ґрунтової мікробіології, доктор біологічних наук Білявська Людмила Олексіївна з доповіддю «Прискорене відновлення ґрунтів, пошкоджених унаслідок воєнних дій, як імперативи та виклик сьогодення».
“Вчення Володимира Вернадського про біосферу й ноосферу надзвичайно актуальне. Закон В.І. Вернадського встановлює: «Хімічні елементи мігрують у біосфері або за безпосередньої участі живої природи, або у середовищі, геохімічні особливості якого обумовлені живою речовиною, що тепер заселяє певну систему або діяла у біосфері протягом геологічних історій».
Саме Вернадський встановив біогеохімічну природу ґрунтоутворення, визначив ґрунт як біокосне тіло, результат взаємодії живого (коріння рослин, тварини, мікроорганізми) і косного (ґрунтотвірної геологічної породи, повітря, води) складників. Невід’ємний компонент грунту – гумус. Це специфічна стійка органічна колоїдна речовина. Ґрунт формується тисячоліттями, й у цьому процесі мікроорганізми є першими і головними трудівниками: ґрунт є не лише середовищем для розвитку мікроорганізмів, а й продуктом їхньої життєдіяльності.
У світлі положень В.І. Вернадського в Україні з початку ХХІ століття активно розвивається органічне (біологічне) землеробство, яке об’єднує системи, що підтримують екологічно, соціально й економічно доцільне виробництво сільськогосподарської продукції за умови збереження екологічної рівноваги екосистем.
На жаль, повномасштабне російське вторгнення завдало величезної шкоди природі України. Тисячі гектарів родючих сільськогосподарських земель постраждали внаслідок воєнних дій. Вирви від вибухів, окопи, токсичні речовини і рух важкої техніки – ось далеко не повний перелік загроз, що їх російські агресори принесли одному з найцінніших українських ресурсів – землі. Збитки українських екосистемам від війни (через руйнування нафтової інфраструктури, ракетні обстріли та пожежі на промислових об’єктах, пошкодження ґрунтів, лісові пожежі) вже перевищили 1,743 трлн грн (за даними Державної екологічної інспекції України).
Чим небезпечний вибух боєприпасу? Це не лише хімічне забруднення (вибухові речовини, важкі метали, органічні сполуки тощо), а й вибухова хвиля, яка призводить до ерозії ґрунтів, а далі – й до глобальних змін клімату й опустелення. Вибух кожного боєприпасу – це хімічна реакція. 100% хімічної частини снаряду потрапляє у довкілля: щось у повітря, щось – одразу до ґрунту. Так у землі з’являються алюміній, мідь та інші важкі метали. Внаслідок окиснення вибухівки у повітря і ґрунт потрапляють, зокрема, сполуки сірки й азоту. Основними вибухонебезпечними полютантами (речовинами-забруднювачами) є 2,4,6 – тринітротолуен, гексагідро-1,3,5 – тринітро-1,3,5-триазин, октагідро-1,3,5,7-тетранітро-1,3,5,7-тетразоцин, які створюють токсичні сполуки з органічною речовиною ґрунту (це сукупність живої біомаси, органічних решток рослин, тварин, мікроорганізмів, продуктів їхнього метаболізму, а також специфічних новоутворених органічних речовин – гумусу), від якої найбільше залежить його родючість.
Щоби визначити біологічний потенціал ґрунту, який відображає негативний вплив полютантів, необхідно дослідити кількісний та якісний склад ґрунтової мікробіоти, її біологічну активність і спрямованість мікробіологічних процесів. Ґрунтовий профіль формується сотнями років. У нас немає стільки часу, але просто загорнути вирви і далі користуватися землею, як і раніше, не можна – це завдасть іще більшої шкоди, призведе до перенесення токсичних речовин ланцюгами живлення тощо. Усі говорять про загрозу для відновлення природної родючості ґрунтів після військових дій, але наразі визначаються лише агрохімічні показники, а мікробну складову ніхто не визначає. Тому ми, науковці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, звернули на це увагу.
Торік у червні ми відібрали зразки ґрунту з місць ведення бойових дій у Чернігівській області. Це, зокрема, ґрунт із вирв від ракет і бомб, з-під мін і спалених танків, зі згарищ і місць, звідки стріляли танки та працювали ракетні установки. Ми перевірили ґрунт на біологічну активність і визначили, що змінюється у структурі найлабільнішої ланки ґрунту. Ми з колегами проаналізували ґрунт за еколого-функціональними групами мікроорганізмів (педотрофними, амоніфікувальними, амілолітичними, діазотрофними (азотфіксувальними), фосфатмобілізувальними, оліготрофними, целюлозолітичними, мікроміцетами), які є агрономічно корисними і визначають здоров’я ґрунту та його активність.
Наші дослідження показали, що у цих зразках ґрунту замість мільярдів мікроорганізмів – лише мільйони: на додачу до пестицидів і отрутохімікатів, токсичні речовини, які потрапили до ґрунту, зокрема, внаслідок вибуху, зменшили їхню чисельність на порядки. За нашими результатами, найчутливішими до цих небезпечних речовин є фосфатмобілізувальні, азотфіксувальні мікроорганізми, а також стрептоміцети, від яких залежить утворення родючого шару ґрунту. Ми також визначили чисельність мікроміцетів і целюлозолітичних мікроорганізмів та з’ясували, що після вибуху чисельність перших зростає.
Щоби збагнути, які процеси відбуваються у ґрунті, недостатньо визначити чисельність мікроорганізмів у ньому – потрібно також встановити співвідношення між ними й обчислити індекс педотрофності, індекс мінералізації-імобілізації та індекс оліготрофності. Не досить зрозумілими були деякі показники, але з того, що індекс педотрофності надзвичайно високий (перевищує одиницю), випливає, що у ґрунті багато педотрофних мікроорганізмів, які засвоюють гумінові і фульвокислоти, через що ґрунт руйнується. Тому над цим необхідно працювати.
Аби з’ясувати, як можна впливати на відновлення ґрунту, в лабораторних умовах ми заклали в ємності ґрунти з місць ведення бойових дій, обробили ці зразки мікробними препаратами (консорціумами мікроорганізмів) та інкубували протягом місяця. По закінченні цього терміну ми знову визначали чисельність мікроорганізмів у пробах. Як виявилося, завдяки додаванню мікробного препарату чисельність мікроорганізмів зростала в рази і навіть у десятки разів. Водночас, знижувався індекс педотрофності (тобто склалися сприятливі умови для розвитку й інших мікроорганізмів). Індекс оліготрофності теж зменшувався, і це засвідчило зниження попереднього негативного впливу довкілля на мікроорганізми. Отже, біологічне оброблення може бути одним з інструментів відновлення ґрунтів.
Під час визначення фітотоксичності ґрунтів за допомогою тестів на проростках пшениці деякі зразки не продемонстрували змін, а в деяких – довжина і маса проростків зменшилася порівняно з контрольними зразками (тобто ґрунтами, не обробленими мікробним препаратом). Це свідчило те, що використаний препарат прискорив розкладання токсичних речовин, але виявилося, що речовини, які потрапили у ґрунт, були менш токсичними, ніж продукти їхнього розкладання, яке може тривати певний час. Ми також побачили, що у вирвах з-під мін, навпаки, застосування препарату збільшило і довжину, і масу проростків у 1,4–1,6 раза. Оскільки вміст токсичних речовин у ґрунті залежить від виду вибуху й вирви, що через нього утворилася, то різні випадки забруднення ґрунту потребують різних підходів до його біологічного очищення.
За сприяння Бучанської районної державної адміністрації у жовтні 2022 року ми відібрали проби і заклали польові досліди з відновлення ґрунтів у вирвах, що утворилися внаслідок бомбардування, на супіщаному (під поливом) і торф’яному ґрунтах на базі агропідприємства біля смт Гостомель. У квітні цього року ми вже зможемо проаналізувати результати відновлення цих пошкоджених ґрунтів після застосування біологічної обробки (зокрема, препарату «Ультрачист-детокс» і цього ж препарату разом зі стрептоміцетом Streptomyces sp. – для санації та інтоксикації ґрунту в польових умовах).
Для відновлення родючості постраждалих ґрунтів і введення їх в експлуатацію потрібні комплексні рішення, що, крім розмінування, передбачають також:
1) діагностику біологічної активності зразків ґрунту з місць бойових дій та визначення фітотоксичності у лабораторних умовах, визначення можливих токсичних і вибухонебезпечних речовин (для цього ми плануємо співпрацювати з Інститутом органічної хімії НАН України);
2) розроблення схеми застосування комплексних мікробних біотехнологій залежно від стану ґрунту, визначених токсичних речовин і доступності обробки у польових умовах;
3) визначення й застосування складників мікробних біотехнологій, що сприяють відновленню родючості ґрунту, регуляції чисельності патогенів і підвищують активність фіторемедіантів;
4) аналіз отриманих даних для корегування наступних рішень.
Правильне використання мікробних біотехнології не лише дасть змогу прискорити відновлення ґрунтів, пошкоджених унаслідок воєнних дій, а й сприятиме їхньому швидшому поверненню до землекористування як ресурсу для отримання органічної продукції – якісніших врожаїв, корисних для людини й довкілля.
Виводити токсичні речовини з колообігу можна тільки за рахунок метаболічної діяльності мікроорганізмів, які мінералізують, акумулюють, полімеризують ці речовини. Тому нашими завданнями є: по-перше, активізація аборигенних (місцевих) популяцій азотфіксувальних, фосфатмобілізувальних та інших мікроорганізмів у ґрунті шляхом оптимізації умов їхнього існування; по-друге, застосування мікробних препаратів для створення високого вмісту корисних мікроорганізмів у потрібному місці й у потрібний час, що дає їм змогу розпочати відновні процеси та зайняти екологічні ніші (ці ніші їм надають рослини, які, до того ж, захищають мікроорганізми від несприятливих чинників довкілля); по-третє, застосування фіторемедіантів (бобових, злакових та інших рослин) для вилучення токсичних речовин.
Для цього ми скористалися напрацюваннями нашого Інституту – мікробними біотехнологіями для рослинництва, зокрема мікробними препаратами для використання на критичних забруднених територіях «Ультрачист-детокс» і «Біорем» (вони створені на основі композицій штамів, отриманих зі звалищ, а тому пристосованих до розкладання небезпечних речовин), препаратами з органо-мінеральними комплексами на основі азотфіксувальних і фосфатмобілізувальних мікроорганізмів для поліпшення ґрунту «Ековітал», «Екофосфорин», «Азотобактерин К» і «Споразин» (вони дадуть змогу пришвидшити відновлення ґрунту завдяки виведенню токсичних речовин). Важливими для нашої мети є й такі мікроорганізми, як стрептоміцети, адже вони мають антибіотичні, антипаразитарні, рістстимулювальні й адаптогенні властивості. З їхньою допомогою можна не лише вносити живі культури разом із мікроорганізмами-деструкторами, а й обробляти ними фіторемедіанти, аби ті краще росли і могли краще виконати свою функцію. У нашому Інституті розроблено препарати («Аверком», «Аверком нова», «Фітовіт», «Віолар»), які дають змогу це зробити: завдяки своєму унікальному складу вони підвищують імунітет фіторемедіантів. Застосування метаболічних біопрепаратів одночасно з мікробними препаратами, біологічним прилипачем і органо-мінеральним комплексом з ефектом поліпшувача ґрунту прискорить біоремедіацію постраждалих ґрунтів, активізує аборигенну мікробіоту та виведе токсини, регулюватиме ріст фіторемедіатів і сприятиме швидшому поверненню ґрунтів до вирощування екологічної сільськогосподарської продукції поліпшеної якості. Усі ці препарати створюються й тестуються у біотехнологічному модулі Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України. Наші розробки також випробувані на різних культурах у польових умовах і зареєстровані для органічного виробництва.
Хочу наголосити: реальна екологічна небезпека страшніша навіть за війну, бо вбиває поступово, з «прицілом» на багато поколінь. Дуже актуальною і пророчою для сучасної України є думка В.І. Вернадського: «Ми входимо у ноосферу, в новий геологічний процес у грізний час, в епоху руйнівної світової війни. Але важливий для нас факт, що ідеали нашої демократії йдуть в унісон із законами природи, відповідають ноосфері. Тому на наше майбутнє можна дивитися впевнено. Воно у наших руках».
0 коментарів