Біологічні системи: теорія та інновації

Діагностика і біоремедіація ґрунтів, постраждалих внаслідок воєнних дій в Україні

Людмила Білявська, Галина Іутинська, Марія Лобода, Богдан Ропотілов, Сергій Cкроцький
Завантажити статтю
Анотація

Внаслідок повномасштабного вторгнення значні площі агроекосистем постраждали через пошкодження токсичними речовинами, що зробило актуальним питання відновлення ушкоджених земель шляхом деструкції полютантів. Метою дослідження було обґрунтувати і систематизувати діагностичні показники для характеристики біоактивності ґрунтів та розробити наукові підходи до біоремедіації пошкоджених земель. Використано метод аналізу існуючих підходів для вирішення задач, метод порівняння даних чисельності мікроорганізмів основних еколого-функціональних груп, яку було визначено за методикою посіву ґрунтових суспензій на агаризовані поживні середовища. Розраховано індекси спрямованості мікробних процесів. Біоремедіаційні заходи вносили в ґрунт мікробну біомасу і культуральні рідини: Dietzia maris ІМВ В-7350, Rhodococcus erythropolis ІМВ В-7351, Bacilus subtilis ІМВ В-7349, Pseudomonas aureofaciens ІМВ В-7558 і Streptomyces violaceus ІМВ Аc-5027. Отримані результати дослідження показали, що рівень репресії мікробіоти у ґрунті, постраждалому після вибухів, був надзвичайно високим, порівняно з неушкодженим. Найбільш чутливими були фосфатмобілізувальні, азотфіксувальні, амілолітичні (у т.ч. стрептоміцети) мікроорганізми. У ґрунті з вирви від бомби чисельність азотфіксаторів і стрептоміцетів становила 7  % і 8  % відповідно від контролю, оліготрофних і амілолітичних – 19,2  % і 23,6  %; фосфатмобілізувальних – 26  %. У ґрунті, пошкодженому від вибуху протитанкового снаряду чисельність амілолітиків, фосфатмобілізаторів, азотфіксаторів, оліготрофів і стрептоміцетів становила 1,5  %-10  % від контрольного ґрунту. Через 6 місяців після біоремедіації ґрунту проведено повторний аналіз мікробіоти. У ґрунті із вирви від бомби кількість фосфатмобілізувальних і азотфіксувальних мікроорганізмів зросла і була вищою, ніж у неушкодженому контролі у 1,5-3,8 рази, чисельність стрептоміцетів підвищилась у 12 разів порівняно з ушкодженим ґрунтом. У ґрунті із воронки розірваного боєприпасу кількість фосфатмобілізаторів була у 2,5 рази більшою порівняно з контролем, чисельність стрептоміцетів і азотфіксаторів зросла у 5,9 і 20,5 разів відповідно порівняно з ушкодженим ґрунтом. Після біоремедіаційних заходів, досліджувані зразки ґрунту можна віднести до слаботоксичних, або нетоксичних. Практична цінність роботи полягає в ефективності запропонованого біоремедіаційного підхіду, який є важливим для подальшої розробки комплексу заходів з відновлення грунтів в умовах руйнування агроекосистеми України 

Ключові слова

мілітарний вплив; пошкодження; відновлення; біопрепарати; біологічна активність; ґрунтова мікробіота

ЦИТУВАТИ
Biliavska, L., Iutynska, G., Loboda, M., Ropotilov, B., & Skrotskyi, S. (2024). Diagnostics and bioremediation of soils affected by military operations in Ukraine. Biological Systems: Theory and Innovation, 15(3), 67-78. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2024.67
Використані джерела

[1] Ammar, E.E., Rady, H.A., Khattab, A.M.,Amer, M.H., Mohamed, S.A., Elodamy, N.I., AL-Farga A., & Aioub, A.A.A (2023). A comprehensive overview of eco-friendly bio-fertilizers extracted from living organisms. Environmental Science and Pollution Research, 30, 113119-113137. doi: 10.1007/s11356023-30260-x.

[2] Appau, S., Churchill, S.A., Smyth, R., & Trinh, T.A. (2021). The long-term impact of the Vietnam War on agricultural productivity. World Development, 146, article number 105613. doi: 10.1016/j.worlddev.2021.105613.

[3] Bala, S., Garg, D., Thirumalesh, B.V., Sharma, M., Sridhar, K., Inbaraj, B.S., & Tripathi, M. (2022). Recent strategies for bioremediation of emerging pollutants: A review for a green and sustainable environment. Toxics, 10(8),  article number 484. doi: 10.3390/toxics10080484.

[4] Chowdhury, P.R., Medhi, H., Bhattacharyya, K.G., & Hussain, C.M. (2023). Severe deterioration in food-energy-ecosystem nexus due to ongoing Russia-Ukraine war: A critical review. Science of The Total Environment, 902, article number 166131. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.166131.

[5] Demyanyuk, O., Symochko, L., & Shatsman, D. (2020). Structure and dynamics of soil microbial communities of natural and transformed ecosystems. Environmental Research, Engineering and Management, 76(4), 97-105. doi: 10.5755/j01.erem.76.4.23508.

[6] Dimova, M.I., Yamborko, N.A., & Iutynska, G.O. (2020). Hexachlorobenzene effect on microbiocenoses of different soil types. Microbiological Journal, 82(4), 13-22. doi: 10.15407/ microbiolj82.04.013.

[7] DSTU GOST 17.4.4.02:2019. (2019). Environmental protection. Soil quality. Methods of sampling and preparation of samples for chemical, bacteriological and helminthological analysis. Retrieved from https://dbn.co.ua/load/normativy/dstu/gost_17_4_3_01_2019/5-1-0-1845.

[8] Geris, R., et al. (2024). A review about the mycoremediation of soil impacted by war-like activities: Challenges and gaps. Journal of Fungi, 10(2), article number 94. doi: 10.3390/jof10020094.

[9] Greaves, I., & Hunt, P. (2022). 11 Conventional weapons: Explosives and ballistics. In Oxford manual of major incident management (pp. 331-344). Oxford: Oxford University Press.  doi: 10.1093/ med/9780199238088.003.0011.

[10] Gupta, A., Patel, A.K., Gupta, D., Singh, G., & Mishra, V.K. (2020). Rhizospheric remediation of organic pollutants from the soil; a green and sustainable technology for soil clean up. In Abatement of environmental pollutants (pp. 263-286). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-12-8180952.00013-8.

[11] Iutynska, G.O., Biliavska, L.O., & Kozyritska, V.E. (2017). Development strategy for the new environmentally friendly multifunctional bioformulations based on soil streptomycetes. Microbiological Journal, 79(1), 22-33. doi: 10.15407/microbiolj81.05.098.

[12] Kvesitadze, G., & Khatisashvili, G. (2023). Biotechnology for cleaning up soils from explosives. Science and Science of Science, 1(119), 47-56.  doi: 10.15407/sofs2023.01.047.

[13] Lamba, J., Bhardwaj, D., Anand, S., Dutta, J., & Rai, P.K. (2024). Biodegradation of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) by the microbes and their synergistic interactions. In Harnessing microbial potential for multifarious applications (pp. 177-202). Singapore: Springer Nature Singapore. doi: 10.1007/978981-97-1152-9_7.

[14] Leal, F.W., Eustachio, J., Fedoruk, M., & Lisovska, T. (2024). War in Ukraine: An overview of environmental impacts and consequences for human health. Frontiers in Sustainable Resource Management, 3, article number 1423444. doi: 10.3389/fsrma.2024.1423444.

[15] Levchuk, I., Iutynska, G., & Yamborko, N. (2022). Stenotrophomonas maltophilia IMV B-7288, Pseudomonas putida IMV B-7289 and Bacillus megaterium IMV B-7287 – new selected destructors of organochlorine pesticide hexachlorocyclohexane. Archives of Microbiology, 204(10),  article numbers 611. doi: 10.1007/s00203-022-03220-1.

[16] Loboda, M., Biliavska, L., Iutynska, G., Newitt, J., & Mariychuk, R. (2024). Natural products biosynthesis by Streptomyces netropsis IMV Ac-5025 under exogenous sterol action. Antibiotics, 13(2), article number 146. doi: 10.3390/antibiotics13020146.

[17] Nykolyuk, O., Pyvovar, P., Nazarkina, R., Stolnikovich, H., & Bogonos, M. (2024). Dynamics of the land fund: How Ukraine’s land resources have changed since February 24, 2022. Kyiv: Kyiv School of Economics.

[18] Ortiz, A., & Sansinenea, E. (2022). The role of beneficial microorganisms in soil quality and plant health. Sustainability, 14(9), article number 5358. doi: 10.3390/su14095358.

[19] Putri, A.Z., & Nakagawa, T. (2020). Microbial α-amylases in the industrial extremozymes. Reviews in Agricultural Science, 8, 158-169. doi: 10.7831/ras.8.0_158.

[20] Sarker, A., et al. (2023). Biological and green remediation of heavy metal contaminated water and soils: A state-of-the-art review. Chemosphere, 332, article number 138861. doi: 10.1016/j. chemosphere.2023.138861.

[21] Serrano-González, M.Y., Chandra, R., Castillo-Zacarias, C., Robledo-Padilla, F., Rostro-Alanis, M.D.J., & Parra-Saldivar, R. (2018). Biotransformation and degradation of 2,4,6-trinitrotoluene by microbial metabolism and their interaction. Defence Technology, 14(2), 151-164. doi: 10.1016/j. dt.2018.01.004.

[22] Sharma, P., Sangwan, S., Kaur, H., Patra, A., Anamika & Mehta, S. (2023). Diversity and evolution of nitrogen fixing bacteria.  In Sustainable agriculture reviews 60: Microbial processes in agriculture (pp. 95-120). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-24181-9_5.

[23] Shukla, S., Mbingwa, G., Khanna, S., Dalal, J., Sankhyan, D., Malik, A., & Badhwar, N. (2023). Environment and health hazards due to military metal pollution: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 20, article number 100857. doi: 10.1016/j. enmm.2023.100857.

[24] Tufail, et al. (2022). Recent advances in bioremediation of heavy metals and persistent organic pollutants: A review. Science of the Total Environment, 850, article number 157961. doi: 10.1016/j. scitotenv.2022.157961.

[25] Ukraine Patent No. 107240. (2006). Streptomyces violarus strain with combined antagonistic activity against phytopathogenic microorganisms and nematodes. Retrieved from https://base.uipv.org/ searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=206890.

[26] Wang, X., Chi, Y., & Song, S. (2024). Important soil microbiota’s effects on plants and soils: A comprehensive 30-year systematic literature review. Frontiers in Microbiology, 15, article number 1347745. doi: 10.3389/fmicb.2024.1347745.

[27] Xu, M., Liu, D., Sun, P., Li, Y., Wu, M., Liu, W., Maser, E., Xiong, G., & Guo, L. (2021). Degradation of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT): Involvement of protocatechuate 3,4-dioxygenase (P34O) in Buttiauxella sp. S19-1. Toxics, 9(10),  article number 231. doi: 10.3390/toxics9100231.

[28] Zaitsev, Y.O., Hryshchenko, O.M., Romanova, S.A., & Zaitseva, I.O. (2022). The impact of hostilities on the content of total forms of heavy metals in the soils of Sumy and Okhtyrka districts of Sumy Region. Agroecological Journal, 3, 136-149. doi: 10.33730/2077-4893.3.2022.266419.