CC BY
1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ОПУСТЫНИВАНИЮ И ЗАСОЛЕНИЮ: МЕТОДЫ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕМЕДИАЦИИ
Э.Н. Мередов, преподаватель А.Н. Велджанова, преподаватель М.Ч. Хатамова, преподаватель
Туркменский государственный педагогический институт им С. Сейди (Туркменистан, г. Туркменабат)
Б01:10.24412/2500-1000-2024-10-3-153-155
Аннотация. Опустынивание и засоление являются одними из наиболее серьёзных экологических проблем, угрожающих устойчивости сельскохозяйственных земель и экосистем. Эти процессы приводят к ухудшению плодородия почвы и снижению биоразнообразия. В данной статье рассматриваются современные биотехнологические подходы к восстановлению деградированных земель, включая методы фиторемедиации и микробиологической ремедиации. Особое внимание уделено выбору подходящих видов растений и штаммов микроорганизмов для устойчивой ремедиации засоленных и опустыненных территорий.
Ключевые слова: опустынивание, засоление, биотехнологии, фиторемедиация, микробиологическая ремедиация, деградированные земли, восстановление экосистем.
Опустынивание и засоление почв являются глобальными проблемами, затрагивающими более 30% суши. Для восстановления деградированных земель требуются инновационные подходы, обеспечивающие устойчивое использование ресурсов и повышение продуктивности почв. Биотехнологические методы, включающие фиторемедиацию и микробиологическую ремедиацию, открывают новые перспективы для экоремедиации засоленных и опустыненных почв [2].
Фиторемедиация - это использование растений для восстановления загрязнённых или деградированных земель. Способность некоторых растений к гипераккумуляции солей и тяжёлых металлов делает их перспективными для ремедиации засоленных земель [1]. К примеру, виды рода Halophytes (солеустойчи-вые растения) могут расти в условиях высокой концентрации солей, извлекая их из почвы и накапливая в биомассе. Другие растения, такие как бобовые, улучшают азотный баланс почвы за счёт симбиотических взаимоотношений с азотфиксирующими бактериями. Фи-торемедиация основана на способности растений поглощать и накапливать загрязнители в своих тканях или преобразовывать их в менее токсичные формы. Основные процессы включают:
- Фитоэкстракция: растения поглощают загрязнители из почвы и накапливают их в своих надземных частях.
- Фитостабилизация: растения уменьшают подвижность загрязнителей, стабилизируя их в корневой зоне.
- Фитодеградация: корни растений выделяют вещества, которые стимулируют разложение органических загрязнителей в почве.
- Фиторизофильтрация: использование корневой зоны растений для фильтрации загрязнённых вод.
Пустынные почвы характеризуются низким содержанием органических веществ и влаги, высоким содержанием солей и щелочной реакцией. Для успешной фиторемедиации в таких условиях необходимо выбирать засухоустойчивые и солеустойчивые виды растений, способные выживать при экстремально высоких температурах. Примеры таких растений включают:
1. Тамариск (Tamarix spp.) - может переносить высокую засоленность и использоваться для стабилизации почвы и снижения уровня солей.
2. Солянка (Salicornia spp.) - галофит, способный накапливать соли и металлы в своих тканях.
3. Полынь (Artemisia spp.) - засухоустойчивая трава, способная расти в условиях низкой влажности.
Засоленные почвы - это почвы с высоким содержанием растворимых солей, что усложняет процесс выращивания большинства культур. В этих условиях важно использовать галофиты - растения, способные расти в условиях высокой концентрации солей. Они могут выполнять несколько функций, которым относятся удаление избыточных солей из почвы, поглощение тяжелых металлов, таких как натрий, кадмий и свинец, снижение уровня засоленности почвы через фитостабилиза-цию. Некоторые галофиты, например, Atriplex spp. и Salsola spp., показали высокую эффективность в очистке почв от солей и тяжелых металлов. Для успешной фиторемедиации в пустынных и засолённых условиях растения должны обладать механизмами защиты от засухи, такие как восковое покрытие листьев, глубокая корневая система, способность к осмотической регуляции, а также толерантность к соли, способность к накоплению солей в вакуолях клеток или выведению их через специальные железы, адаптация к высокому уровню УФ-излучения, производство защитных пигментов, таких как флавоноиды и кароти-ноиды [3].
Фиторемедиация представляет собой устойчивый подход к очистке загрязнённых почв, особенно в экстремальных условиях пустынных и засолённых земель. Хотя этот метод имеет свои ограничения, он может быть частью комплексных решений по улучшению качества почв и восстановлению экосистем. Исследования, направленные на поиск новых видов растений и улучшение их адаптационных механизмов, могут значительно повысить эффективность этой технологии в будущем.
В Центральной Азии, где проблемы опустынивания и засоления особенно актуальны, применяются проекты по восстановлению почв с использованием видов Haloxylon ammodendron и Atriplex canescens, способных расти в экстремальных условиях. В других регионах мира биоремедиация с использованием микробных консорциумов, содержащих солеразлагающие и азотфиксирующие бактерии, показала высокую эффективность в улучшении качества почвы.
Микробиологическая ремедиация основывается на использовании микроорганизмов для восстановления качества почв. Это могут быть бактерии и грибы, способные разлагать органические загрязнители или изменять химический состав почвы, способствуя снижению концентрации солей и других токсичных веществ. Например, роды Rhizobium и Azotobacter участвуют в азотфиксации, что способствует восстановлению плодородия почвы. Биопрепараты на основе микробных культур могут применяться для увеличения активности почвенных микроорганизмов и ускорения процессов ремедиации. Основные механизмы микробиологической ремедиации Микроорганизмы способны разрушать загрязняющие вещества различными путями:
- Биодеградация: Природные процессы, при которых микроорганизмы разлагают органические вещества на более простые, менее токсичные соединения. Биодеградация может быть аэробной (в присутствии кислорода) и анаэробной (в отсутствии кислорода).
- Биоаккумуляция: Некоторые микроорганизмы способны поглощать и накапливать токсичные вещества, такие как тяжелые металлы, в своих клетках.
- Биотрансформация: Процесс, при котором микроорганизмы превращают токсичные вещества в менее опасные формы, не изменяя их химическую структуру.
- Фотокаталитическая активность: Водоросли и некоторые бактерии могут использовать солнечный свет для стимулирования разложения загрязнителей.
Примеры успешного применения микробиологической ремедиации является очистка разливов нефти в 2010 году, после разлива нефти в Мексиканском заливе, были применены штаммы бактерий, такие как А1сап^огах borkumensis, способные разлагать углеводороды. В шахтных водах с высоким содержанием кадмия и свинца были использованы бактерии, способные к биоаккумуляции и осаждению металлов, что позволило снизить уровень токсичности. Микроорганизмы применяются для разложения остатков пестицидов и гербицидов, предотвращая их накопление в почве и водных ресурсах.
Микробиологическая ремедиация - это важный инструмент для восстановления экосистем, загрязнённых антропогенными веще-
ствами. Несмотря на существующие вызовы, применение этой технологии имеет потенциал для значительного снижения загрязнения и улучшения состояния окружающей среды. Для её успешного применения требуется дальнейшее изучение биологических механизмов и разработка новых биотехнологий.
Заключение. Биотехнологические методы фиторемедиации и микробиологической ре-медиации представляют собой устойчивые и
новлению деградированных земель. Внедрение этих методов требует дальнейших исследований по оптимизации условий для роста растений и микроорганизмов, а также разработки комплексных биопрепаратов. Эффективное применение данных подходов может способствовать восстановлению сельскохозяйственного потенциала засоленных и опу-стыненных территорий и повышению устойчивости экосистем.
экологически безопасные подходы к восста-
Библиографический список
1. Андреева И.В., Байбеков Р.Ф., Злобина М.В. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами // Природообустройство. - 2009. - № 5. - С. 5-10.
2. Ганиев З.А., Мухиддинова М. Борьба с процессом опустынивания в дельте Амударьи // Экономика и социум. - 2024. - № 6-2 (121). - С. 980-984.
3. Писаренко Е.Н., Рогачева С.М., Губина Т.И. Фиторемедиация среднезасоленных земель, загрязненных никелем и медью // Экологические проблемы промышленных городов. - 2007. -С. 180.
THE USE OF BIOTECHNOLOGIES FOR THE RESTORATION OF DEGRADED LANDS PRONE TO DESERTIFICATION AND SALINIZATION: METHODS OF PHYTOREMEDIATION AND MICROBIOLOGICAL REMEDIATION
E.N. Meredov, Lecturer A.N. Veljanova, Lecturer M.C. Hatamova, Lecturer
Turkmen State Pedagogical Institute named after S. Seydi (Turkmenistan, Turkmenabad)
Abstract. Desertification and salinization are among the most serious environmental problems threatening the sustainability of agricultural lands and ecosystems. These processes lead to a deterioration of soil fertility and a decrease in biodiversity. This article discusses modern biotechnological approaches to the restoration of degraded lands, including methods ofphytoremediation and microbiological remediation. Special attention is paid to the selection of suitable plant species and strains of microorganisms for sustainable remediation of saline and desolate areas.
Keywords: desertification, salinization, biotechnologies, phytoremediation, microbiological remediation, degraded lands, ecosystem restoration.
