PHYTOREMEDIATION OF SOILS BY CULTIVATION ENERGY CROPS
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.11.2025.24Keywords:
phytoremediation, Miscanthus x giganteus, Phalaris arundinacea, heavy metals, toxicants, organic pollutants, petroleum productsAbstract
Restoring soil fertility and protecting it from pollution is a complex scientific problem today, which requires the use of various physical, chemical and biological means. An important theoretical and applied aspect is the development of new remediation methods to reduce soil degradation under the influence of chemical pollution. The publication analyzes the ecological characteristics of energy crops Miscanthus giganteus L. and Phalaris arundinacea L. as phytoremediators of soils contaminated with heavy metals, pesticides, and petroleum products. The study showed that the cultivation of energy crops on technogenically polluted soils leads to heterogeneous changes in the agrochemical and physicochemical composition of the soil. The reaction of the soil solution, the content of carbon and humus has changed little in 2021–2023. When growing Phalaris arundinacea L. on soils contaminated with petroleum products and pesticides, the content of absorbed bases, easily hydrolyzed nitrogen and mobile phosphorus increased significantly, while the content of exchangeable potassium, calcium and mobile sulfur decreased. Conversely, the cultivation of Miscanthus giganteus L. led to a decrease in the content of macroelements and an increase in the content of exchangeable calcium and mobile sulfur. Cultivation of energy crops led to a significant decrease in the content of toxic substances in contaminated soil, in particular, the content of mobile forms and the mass fraction of heavy metals. The greatest reduction was observed for mobile chromium, which was reduced by 0,55 mg/kg for common warbler and1,06 mg/kg for miscanthus giant in oil-contaminated sites, and by 3,65 mg/kg and 5,25 mg/kg kg in areas contaminated with pesticides, respectively. The total content of stibium decreased by 60 mg/kg in the cultivation of common reed and 69,61 mg/kg in the cultivation of miscanthus giant in the oil-contaminated plots, and by 65,68 mg/kg and 78,35 mg/kg, respectively, in the contaminated plots pesticides. On the investigated areas of growing energy crops, the concentration of cadmium decreased by 0,131–0,193 mg/kg when growing common reed and by 0,187–0,312 mg/kg when growing miscanthus giant. The content of organic pollutants also decreased significantly. The content of organic pollutants also decreased significantly. On the areas contaminated with petroleum products, HCG (sum of isomers) decreased by 0,099 mg/kg during the cultivation of common reed and by 0,121 mg/kg during the cultivation of Miscanthus giganteus, on those contaminated with pesticides by 0,12 and 0,143 mg/kg, respectively. When growing common reed, the content of oil products decreased by 565,52 mg/kg in areas contaminated with oil products and by 1364,14 mg/kg in areas contaminated with pesticides, and when growing giant miscanthus – by 564,15–1160,08 mg/kg. Phenol content was found only in pesticide-contaminated areas and was reduced by half due to the cultivation of energy crops. Therefore, we consider it expedient to grow the energy crops Miscanthus x giganteus and Phalaris arundinacea, as they are promising phytotechnologies for increasing the agronomic value of the soil.
References
Блюм Я.Б., Гелетуха Г.Г., Григорюк І.П. та ін. Новітні технології біоенергоконверсії. Київ : Аграр Медіа Груп, 2010. 326 с.
Борецька І.Ю., Джура Н.М., Романюк О.І. Фіторемедіація техногенно забруднених ґрунтів з використанням енергетичних культур. Екологічні науки. 2021. № 6 (39). С. 72–76. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2021.eco.6-39.11.
Гелетуха Г.Г., Желєзна Т.А. Перспективи використання відходів сільського господарства для виробництва енергії в Україні. Аналітична записка Біоенергетичної асоціації України. 2014. № 7. С. 12–16.
Грабак Н.Х, Будикіна Ю.І. Техногенно забруднені землі та шляхи їх безпечного використання в агропромисловому комплексі. Наукові праці Вінницького національного аграрного університету. Серія «Екологія». 2014. № 220 (232). С. 83–87.
Кулик М.І., Галицька М.А., Самойлік М.С., Жорник І.І. Фіторемедіаційні аспекти використання енергетичних культур в умовах України. Agrology. 2019. № 2 (1). С. 65–73. https://doi.org/10.32819/2617-6106.2018.14020.
Ласло О.О. Відновлення порушених земель сільськогосподарського призначення за допомогою біоремедіації. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. 2014. № 1 (65). С. 94–100.
Пацула О.І., Фецюх А.Б., Буньо Л.В. Використання Salix viminalis L. для фіторемедіації ґрунтів, забруднених важкими металами. Екологічні науки. 2018. № 2 (20). С. 101–106.
Рахметов Д.Б. Теоретичні та прикладні аспекти інтродукції рослин в Україні. Київ : Аграр Медіа Груп, 2011. 398 с.
Самохвалова В.Л. Біологічні методи ремедіації ґрунтів, забруднених важкими металами. Біологічні студії. 2014. № 8 (1). С. 217–236.
Скачок Л.М., Потапенко Л.В., Горбаченко Н.І. Агроекологічна ефективність елементів технології вирощування міскантусу на радіоактивно забруднених ґрунтах. Вісник аграрної науки. 2019. № 9. С. 59–66.
Федорчук М.І., Коковіхін С.В., Каленська С.М. та ін. Агротехнологічні аспекти вирощування енергетичних культур в умовах Півдня України. Херсон, 2017. С. 42–45.
Цицюра Я.Г., Шкатула Ю.М., Забарна Т.А., Пелех Л.В. Інноваційні підходи до фіторемедіації та фіторекультивації у сучасних системах землеробства. Вінниця : ТОВ «Друк», 2022. 1200 с.
Barbosa B., Boléo S., Sidella S., Costa J., Duarte M.P., Mendes B., Cosentino S.L., Fernando A.L. Phytoremediation of Heavy Metal-Contaminated Soils Using the Perennial Energy Crops Miscanthus spp. and Arundo donax L. Bioenergy Research. 2015. № 8 (4). Р. 1500–1511. https://doi.org/10.1007/s12155-015-9688-9.
Basumatary B., Saikia R., Bordoloi S. Phytoremediation of crude oil contaminated soil using nut grass Cyperus rotundus. Journal of Environmental Biology. 2012. № 33 (5). Р. 891–896.
de Abreu C.A., Coscione A.R., Pires A.M., Paz-Ferreiro J. Phytoremediation of a soil contaminated by heavy metals and boron using castor oil plants and organic matter amendments. Journal of Geochemical Exploration. 2012. № 123. Р. 3–7. https://doi.org/10.1016//j.gexplo.2012.04.013.
Gawronski S.W., Gawronska H., Lomnicki S., Sæbo A. Plants in Air Phytoremediation. Advances in Botanical Research. 2017. № 83. Р. 319–346. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2016.12.008.
Kovalyova S., Mozharivska I. Heavy metal concentration in soils while growing energy crops in the radioactively contaminated territory. Scientific Horizons. 2020. № 03 (88). Р. 121–126. https://doi.org/10.33249/2663-2144-2020-88-3-121-126.
Meers E., Van Slycken S., Adriaensen K., Ruttens A., Vangronsveld J., Du Laing G., Witters N., Thewys T., Tack F.M.G. The use of bio-energy crops (Zea mays) for ‘phytoattenuation’ of heavy metals on moderately contaminated soils: A field experiment. Chemosphere. 2010. № 78 (1). Р. 35–41. https://doi.org/10.1016/j. chemosphere.2009.08.015.
Moubasher H.A., Hegazy A.K., Mohamed N.H., Moustafa Y.M., Kabiel H.F., Hamad A.A. Phytoremediation of soils polluted with crude petroleum oil using Bassia scoparia and its associated rhizosphere microorganisms. International Biodeterioration & Biodegradation. 2015. № 98. Р. 113–120. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.11.019.
Pandey V.C., Bajpai O., Singh N. Energy crops in sustainable phytoremediation. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. № 54. Р. 58–73. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.078.
Pandey V.C., Pandey D.N., Singh N. Sustainable phytoremediation based on naturally colonizing and economically valuable plants. Journal of Cleaner Production. 2015. № 86. Р. 37–39. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.08.030.
Romanchuk L.D., Matviichuk N.H., Abramova I.V., Matviichuk B.V., Tryboi O. Removal of heavy metals by energy crops when grown on technologically contaminated soils. Ecological Engineering and Environmental Technology. 2025. № 26 (1). Р. 92–102. https://doi.org/10.12912/27197050/195635.
Romantschuk L., Matviichuk N., Mozharivska I., Matviichuk B., Ustymenko V., Tryboi O. Phytoremediation of Soils by Cultivation Miscanthus x Giganteus L. and Phalaris arundinacea L. Ecological Engineering & Environmental Technology, 2024. № 6 (25). Р. 137–147. https://doi.org/10.12912/27197050/186902.
Stephen Del Grosso, Pete Smith, Marcelo Galdos, Astley Hastings, William Parton. Sustainable energy crop production. Current Opinion in Environmental Sustainability. 2014. № 9–10. Р. 20–25. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2014.07.007.
Vis M.W., D. van den Berg. Biomass Energy Europe Harmonization of biomass resource assessments. Best Practices and Methods Handbook. Italy, 2010. Vol. I. 220 p.
Wanat N., Austruy A., Joussein E., Soubrand M., Hitmi A., Gauthier-Moussard C., Lenain J.-F., Vernay P., Munch J.C., Pichon M. Potentials of Miscanthus × giganteus grown on highly contaminated Technosols. Journal of Geochemical Exploration. 2013. № 126–127. Р. 78–84. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2013.01.001.
Witters N., Mendelsohn R. O., Van Slycken S., Weyens N., Schreurs E., Meers E., Tack F., Carleer R., Vangronsveld J. Phytoremediation, a sustainable remediation technology? Conclusions from a case study. I: Energy production and carbon dioxide abatement. Biomass and Bioenergy. 2012. № 39. Р. 454–469. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.08.016.