Ефективність біоремедіації нафтозабруднених ґрунтів України

Abstract

Оцінити ефективність фіторемедіації (сорго, просо) та мікробної біоаугментації (Pseudomonas) для очищення нафтозабруднених чорноземів Лівобережної України в лабораторних умовах, використовуючи «комп’ютерний зір» для моніторингу росту рослин і змін ґрунту, з метою розробки рекомендацій для рекультивації. Методи. Використано 60 кг чорнозему, забрудненого до 46 000 мг/кг (дизель, моторна олива). Проводився експеримент із 42 ємностями (14 груп): контрольні та забруднені, з рослинами (Sorghum bicolor, Panicum miliaceum, суміш) і бактеріями Pseudomonas(«Біонорма»). Застосовано фіторемедіацію, біоаугментацію, комбінований підхід. Динаміку росту оцінено методом «комп’ютерного зору» (Raspberry Pi5, DeepLabv3, YOLOv8, точність >95 %). Результати. У контрольних групах рослини формували біомасу 7,5–15,9 г та об’єм коренів 39,7–248,3 см3, тоді як у забруднених – лише 1,8–4,0 г та 9,0–32,7 см3 через фітотоксичність нафтопродуктів. Комбінація сорго з бактеріями Pseudomonas показала найвищу ефективність, підвищуючи біомасу на 20 % та сприяючи біодеградації вуглеводнів із формуванням органо-мінеральних агрегатів («тістоподібна» структура). «Комп’ютерний зір» зафіксував максимальну площу зеленої маси (99,6 см2) та висоту (16,4 см) для сорго з бактеріями у забрудненому ґрунті, підтверджуючи зниження фітотоксичності на 50–70 %. Повторний посів у групі з бактеріями показав приріст біомаси на 30 % порівняно з групою самоочищення. Висновки. Комбінована біоремедіація із сорго та бактеріями Pseudomonas є високоефективною для очищення нафтозабруднених чорноземів Лівобережної України, знижуючи токсичність та відновлюючи родючість. Метод «комп’ютерного зору» забезпечує точний моніторинг, зменшуючи суб’єктивність оцінок. Чорноземи мають природну здатність до часткового самоочищення, що посилюється мікробною біоаугментацією. Перспективи включають польові випробування, інтеграцію компосту для прискорення процесів та масштабування цифро вого моніторингу для автоматизації рекультивації.

To evaluate the effectiveness of phytoremediation (sorghum, millet) and microbial bioaugmentation (Pseudomonas) for cleaning oil-contaminated chernozems of Left-Bank Ukraine in laboratory conditions, using «computer vision» to monitor plant growth and soil changes, with the aim of developing recommendations for recultivation. Methods. 60 kg of black soil contaminated to 46,000 mg/kg (diesel, motor oil) was used. An experiment was conducted with 42 containers (14 groups): control and contaminated, with plants (Sorghum bicolor, Panicum miliaceum, mixture) and Pseudomonas bacteria (“Bionorma”). Phytoremediation, bioaugmentation, and a combined approach were used. Growth dynamics were assessed using the “computer vision” method (Raspberry Pi5, DeepLabv3, YOLOv8, accuracy >95 %). Results. In the control groups, plants formed biomass of 7.5–15.9 g and root volume of 39.7–248.3 cm3, while in the contaminated groups, only 1.8–4.0 g and 9.0–32.7 cm3 due to the phytotoxicity of petroleum products. The combination of sorghum with Pseudomonas bacteria showed the highest efficiency, increasing biomass by 20 % and promoting the biodegradation of hydrocarbons with the formation of organo-mineral aggregates (“dough-like” structure). Computer vision recorded the maximum green mass area (99.6 cm2) and height (16.4 cm) for sorghum with bacteria in contaminated soil, confirming a 50–70 % reduction in phytotoxicity. Replanting in the group with bacteria showed a 30 % increase in biomass compared to the self-cleaning group. Conclusions. Combined bioremediation with sorghum and Pseudomonas bacteria is highly effective for cleaning oil-contaminated chernozems in the Left Bank of Ukraine, reducing toxicity and restoring fertility. The “computer vision” method provides accurate monitoring, reducing the subjectivity of assessments. Black soils have a natural ability to partially self-clean, which is enhanced by microbial bioaugmentation. Prospects include field trials, integration of compost to accelerate processes, and scaling up of digital monitoring to automate reclamation.