5.3. Биологическая очистка почвы

Химизация сельского хозяйства приводит к загрязнению почвы пестицидами и минеральными удобрениями.

Пестициды используют для уничтожения насекомых, сорняков и болезнетворных микробов, из-за которых уменьшается урожай возделываемых культур. Химические пестициды обеспечили высокий уровень сельскохозяйственного производства, но в настоящее время выявилось отсутствие перспектив у химических средств. Во-первых, химические пестициды не способны обеспечить полную защиту сельскохозяйственных культур, так как насекомые и микробы очень быстро становятся устойчивыми к ним. Причем, приобретение устойчивости к определенному химическому веществу приводит к возрастанию устойчивости и к другим химическим веществам, усложняя проблему еще больше. Во-вторых, все большее беспокойство общества вызывает побочное воздействие пестицидов на людей и другие организмы, не являющиеся мишенями, а также на окружающую среду в целом. По мере выявления онкогенных, мутагенных и других отрицательных эффектов пестициды запрещаются или их применение строго ограничивается. Процедура регистрации и допуска к использованию новых химических препаратов становится все более сложной и дорогостоящей.

Биологической альтернативой химическим пестицидам являются биопестициды – биологические агенты, главным образом, микроорганизмы, способные уничтожать вредителей растений. В настоящее время ряд бактерий, грибов и вирусов нашли распространение в качестве промышленных пестицидов. Традиционные недостатки биопестицидов: медленное действие, ограниченная и непредсказуемая эффективность – постепенно преодолеваются путем исследований и методов генной инженерии, что позволяет надеяться на существенное сокращение в будущем использования химических пестицидов.

Другим биологическим направлением защиты почвы является получение методами генной и клеточной инженерии культурных растений, устойчивых к вредителям, что снимает необходимость применения пестицидов.

Внесение в почву азотных удобрений часто влечет накопление нитратов в пищевых продуктах. Сами по себе нитраты малотоксичны, но в организме они преобразуются в нитриты, которые могут участвовать в образовании ядовитых веществ – нитрозаминов. При больших нагрузках азота на почву возможно образование в ходе денитрификации не только молекулярного кислорода, но и его оксида , который подобно фреону может отрицательно влиять на озоновый слой, окружающий нашу планету. Таким образом, чрезмерное использование минеральных удобрений в земледелии может вызвать глобальные отрицательные последствия.

Для решения этой проблемы разрабатываются бактериальные удобрения и стимуляторы роста растений, обеспечивающие усиление биологической фиксации атмосферного азота и мобилизации фосфора в почве, а также ускорение роста органов растений и снижение их потребности в минеральных удобрениях. Методами генной инженерии в геном растений внедряют гены бактерий, определяющие фиксацию атмосферного азота в целях создания культурных растений, способных использовать атмосферный азот без помощи азотфиксирующих микроорганизмов.

Очистка (детоксикация) почвы от пестицидов и других химических загрязнений производится промыванием почвы с последующим сбором и микробиологической обработкой промывных вод. Большинство пестицидов расщепляются бактериями и грибами. Чрезвычайно высокая токсичность пестицидов зачастую утрачивается на первой же стадии их модификации. Это позволяет использовать ферментные препараты, содержащие различные гидролазы-эстеразы, ациламидазы, фосфоэстеразы, паратионгидролазы. В результате ферментативного гидролиза пестицидов значительно уменьшается их токсичность и увеличивается доступность к биодеградации.

Особую проблему представляют выбросы или случайные разливы нефти на поверхности почвы. В почве содержится очень много микроорганизмов, способных разрушать углеводороды нефти. Однако даже их активность недостаточна в силу высокой устойчивости нефти к биодеградации. Наиболее трудно поддаются биораспаду разветвленные алканы, серосодержащие ароматические соединения и асфальтены.

Очистка (рекультивация) загрязнений нефтью почвы производится с использованием специальных микробных культур, полученных селекцией, включая методы генной инженерии. Микробные препараты вносят на загрязненный участок или снимают загрязненный слой почвы и обрабатывают ее в специальных утепленных хранилищах. Из естественных микробных ценозов большой эффективностью обладают микроорганизмы, существующие на поверхности сосновой коры, которые адаптированы к росту на сложных углеводородах. Кроме того, кора способна адсорбировать нефтепродукты. Это используется для рекультвации почвы путем смешения загрязненной нефтью почвы с сосновой корой. Нефть в силу адсорбции концентрируется на поверхности коры и разрушается находящимися здесь микроорганизмами.