Projekt FŽP NATO Fytotechnologie míří do finále

Mezinárodní projekt programu NATO Science for Peace and Security „New phytotechnology for cleaning contaminated military sites“ zaměstnával výzkumníky pod vedením prof. Pidlisnyuk na FŽP UJEP a dalších institucích 4,5 roku. Díky tomu bylo možné uskutečnit velké množství nádobových a terénních pokusů v různých podmínkách a sledovat je i po několik sezón, což vedlo k získání nejrůznějších zajímavých a praktických výsledků. V rámci NATO projektu se na UJEP vytvořil stabilní tým pracující na tématu fytotechnologií, který už nyní pokračuje v řešení dalších projektů a výzkumných úkolů. Při přípravě nových projektových žádostí těží tým UJEP z nově navázaných spoluprací v České republice i v zahraničí. A co konkrétně bylo cílem projektu a jak se ho podařilo naplnit?

NATO projekt v číslech

  • Trvání projektu od 7. 10. 2016 do 6. 4. 2021
  • 5 partnerů ze 4 zemí světa (UJEP ČR, NULP a NULES Ukrajina, KSU USA a IPBB Kazachstán)
  • 4 další spolupracující instituce (UNIZG Chorvatsko, WUELS a UWM Polsko a TNPU Ukrajina)
  • 6 výzkumných lokalit v reálných podmínkách (Fort Riley USA, Mimoň a Chomutov ČR, Dolyna, Tokarivka a Kurakhove Ukrajina)
  • 37 odborných publikací (z toho 20 s IF a 4 Scopus)
  • Kniha Phytotechnology with biomass production: Sustainable management of contaminated sites (vyjde v červnu 2021; Francis & Taylor Publishing House, USA)
  • 140 účastníků 2 praktických vzdělávacích akcí (trainings) a 2 workshopů pro potenciální uživatele fytotechnologie
  • 45 mladých vědců podílejících se na výzkumu (v rámci projektu zatím dokončeny 3 disertační práce a 7 diplomových prací)
  • 4 nové předměty pro doktorské a magisterské programy
  • Nepočítaně účastí na mezinárodních konferencích a schůzí se zahraničními partnery a institucemi pro navázání nových spoluprací
  • 10 nových přístrojů pro laboratoře UJEP, NULP, NULES a IPBB a další drobnější vybavení

NATO training č. 2 „Environmentální a analytická chemie“ na FŽP UJEP

Hlavním cílem projektu bylo vyvinout technologii založenou na pěstování rostliny ozdobnice kombinující zlepšení vlastností půdy na lokalitách postižených v minulosti vojenskou činností a využití těchto marginálních lokalit k produkci energetické biomasy, která může být využita pro zisk energie nebo jako materiál pro výrobu různých produktů (papír a obalové materiály, stavební materiály aj.). Inspirací byla zejména situace na Ukrajině, kde jsou ideální klimatické podmínky pro pěstování ozdobnice, rozsáhlé nevyužité plochy nevhodné k pěstování potravin a zvýšená poptávka po produkci biomasy jako alternativního zdroje energie. Většina poznatků projektu je ale přenositelná i na jiné země a typy lokalit, např. post-těžební lokality, které jsou velkým tématem ústeckého regionu.

Kromě publikací výsledků výzkumu v odborných časopisech a prezentací na vědeckých konferencích pro ostatní odborníky bylo cílem přiblížit možnosti fytotechnologie i jejím potenciálním uživatelům z řad firem a samospráv. Členové týmu se tak pravidelně účastnili schůzí s firmami, veletrhů a dalších akcí a sami uspořádali několik workshopů pro veřejnost. Jedním z výstupů projektu byla příručka v ukrajinštině shrnující poznatky o pěstování a využití ozdobnice, která byla využívaná při workshopech a je dostupná online na stránkách projektu.

Účastníci workshopu v Kyjevě s příručkou NATO projektu

Dalším rozměrem projektu byla podpora vědeckých týmů na Ukrajině a v dalších partnerských zemích nákupem přístrojového vybavení a materiálu, prostředků na cestování a stipendií pro mladé výzkumníky, zejména PhD studenty. Jedním z úspěchů projektu v tomto směru je otevření nové laboratoře na NULP zaměřené na analýzu kovů a organického znečištění v půdě, biomase a dalších materiálech. Nové vybavení bylo pořízeno i na dalších institucích. Na UJEP využíváme nové ruční přístroje pro měření fluorescence chlorofylu a reflektance listových barviv pro indikaci stresu rostlin a PCR cykler pro genetickou analýzu.

Hlavní poznatky projektu

  • Ozdobnice je schopna růst v půdě kontaminované těžkými kovy a postupně je ukládat převážně v kořenovém systému, takže nadzemní biomasa není téměř znečištěná
  • Ozdobnice je schopna růst i v písčité půdě s velmi omezeným množstvím živin, vyprodukuje ale mnohem méně biomasy a dochází v ní k měřitelné stresové reakci a fyziologickým změnám
  • Ozdobnice je schopna růst v půdě znečištěné ropnými látkami a urychluje jejich odbourávání v půdě
  • Ozdobnice je schopna růst v půdě kontaminované organochlorovanými pesticidy a ukládat je ve svých tkáních, převážně v kořenech
  • Aplikace růstových regulátorů (biostimulantů) na oddenky a listy podporuje růst ozdobnice v půdách s dostatečným obsahem živin, v půdě chudé na živiny ale nemá jejich použití významný vliv
  • Aplikace anorganického (klasická hnojiva) i organického (přírodní hnojiva) fosforu podporuje růst ozdobnice a může snížit biodostupnost olova v půdě
  • Nově kultivovaná půdní bakterie Bacillus altitudinis KP-14 podporuje růst ozdobnice v půdě kontaminované těžkými kovy a snižuje přesun kovů z kořenového systému do nadzemní biomasy
  • Pěstování v marginální a kontaminované půdě nemá výrazný vliv na výhřevnost vyprodukované biomasy
  • Ozdobnice obohacuje půdu o organický uhlík
  • Ozdobnice má pozitivní vliv na složení a aktivitu půdních mikrobních společenstev
  • Ozdobnice ovlivňuje složení společenstev půdních hlístic (Nematoda), které mohou být využity jako citlivý bioindikátor změn v půdě

Vedoucí týmu NULES Dr. Stefanovska a vedoucí NATO projektu a týmu UJEP prof. Pidlisnyuk na výzkumné lokalitě v Kyjevě

Některé z těchto výsledků jsou dále rozvíjeny a studovány v rámci navazujících projektů. TAČR Zeta LIGMIG projekt pro mladé vědce řeší efekt tzv. primingu na odolnost ozdobnice a obsah ligninu v biomase. Projekt CORNET MiscanValue se zabývá komplexním řetězcem udržitelného pěstování a zpracování ozdobnice s využitím různých organických substrátů jako hnojiv a zpracováním biomasy na vlákna, buničinu, vláknité materiály a balicí papír a zpracováním odpaní biomasy pomocí pyrolýzy. Projekt „The comprehensive approach for phytomanagement of petroleum polluted sites“ podpořený v rámci nové Doktorské grantové soutěže UJEP se podrobněji zabývá vztahy mezi rostlinou, mikroorganismy a kontaminací v půdě znečištěné ropnými látkami a vlivem ropných látek na složení biomasy a její zpracování spalováním nebo pyrolýzou. Projekt Interní grantové agentury UJEP postdoka Karima Al Souki se bude detailně věnovat roli rhizosféry ozdobnice v sekvestraci uhlíku a fixaci dusíku a jejím vztahu s klíčovými mikroorganismy. A další projektové žádosti jsou aktuálně v přípravě…

Pokus projektu TAČR LIGMIG ve skleníku Katedry biologie UJEP a řešitelka projektu Dr. Auer Malinská (členka týmu NATO)

Výsledky projektu budou přehledně shrnuty v připravované knize „Phytotechnology with biomass production: Sustainable management of contaminated sites“, která by měla být v tisku v červu 2021. Zatím je možné se více podrobností o některých výzkumných závěrech projektu dočíst v řadě publikovaných článků a na webu projektu.

Publikace NATO projektu

IF

  1. Sailaukhanuly Y., Carlsen L., Tulegenov A., Nurzhanova A, Kenessov B., Kamysbayev D. (2016). Distribution and risk assessment of selected organochlorine pesticides in Kyzyl Kairat village from Kazakhstan. Environmental Monitoring and Assessment 188:358. DOI: 10.1007/s10661-016-5353-9(IF=1,633; Q3)
  2. Pidlisnyuk V., Erickson L., Trögl J., Shapoval P., Davis L., Popelka J., Stefanovska T., Hettiarachchi (2018). Metals uptake behaviour in Miscanthus x giganteus plant during growth at the contaminated soil from the military site in Sliač, Slovakia. Polish Journal of Chemical Technology 20 (2): 1-7. DOI: 10.2478/pjct-2018-0016 (IF=0,550; Q4).
  3. Nebeská D., Trögl J., Pidlisnyuk V., Popelka J., Veronesi Dáňová P., Usťak S., Honzík R. (2018). Effect of growing Miscanthus x giganteus on soil microbial communities in post-military soil. Sustainability 10: 4021. DOI: 10.3390/su10114021 (IF=2,075; Q2)
  4. Pidlisnyuk V., Erickson L., Stefanovska T., Popelka J., Hettiarachchi G., Davis L., Trögl J. (2019). Potential phytomanagement of military polluted sites and biomass production using biofuel crop miscanthus x giganteus. Environmental Pollution 249: 330-337. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.018 (IF=5,714; Q1).
  5. Kharytonov M., Pidlisnyuk V., Stefanovska T., Babenko M., Martynova N., Rula I. (2019). The estimation of Miscanthus×giganteus’ adaptive potential for cultivation on the mining and post-mining lands in Ukraine. Environmental Science and Pollution Research 26: 2974-2986. DOI: 10.1007/s11356-018-3741-0 (IF=2,914; Q2)
  6. Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., Abit K., Nurzhanov C., Kenessov, B., Stefanovska T., Erickson L. (2019). Comparative assessment of using Miscanthus × giganteus for remediation of soils contaminated by heavy metals: a case of military and mining sites. Environmental Science and Pollution Research 26: 13320-13333. DOI: 10.1007/s11356-019-04707-z (IF=2,914; Q2)
  7. Nebeská D., Pidisnyuk V., Stefanovska T., Trögl J., Shapoval P., Popelka J., Černý J., Medkow A., Kvak V., Malinská H. (2019). Impact of plant growth regulators and soil properties on Miscanthus x giganteus biomass parameters and uptake of metals in military soils. Reviews on Environmental Health 34 (3): 283-291. DOI: 10.1515/reveh-2018-0088 (IF=1,616; Q3)
  8. Gruss I., Stefanovska T., Twardowski J., Pidlisnyuk V., Shapoval P. (2019). The ecological risk assessment of soil contamination with Ti and Fe at military sites in Ukraine: avoidance and reproduction tests with Folsomia candida.Reviews on Environmental Health 34 (3): 303-307. DOI: 10.1515/reveh-2018-0067 (IF=1,616; Q3)
  9. Tarla D. N., Erickson L., Hettiarachchi G., Amadi S.I., Galkaduwa M., Davis L., Nurzhanova A., Pidlisnyuk V. (2020). Phytoremediation and Bioremediation of Pesticide-Contaminated Soil. Applied Sciences 10 (4): 1217. DOI: 10.3390/app10041217 (IF=2,474; Q2)
  10. Malinská H., Pidlisnyuk V., Nebeská D., Erol A., Medžová A., Trögl J. (2020). Physiological response of Miscanthus x giganteus to plant growth regulators in nutritionally poor soil. Plants 9 (2): 194. DOI: 10.3390/plants9020194 (IF=2.762; Q2)
  11. Pidlisnyuk V., Shapoval P., Zgorelec Ž., Stefanovska T., Zhukov O. (2020). Multiyear phytoremediation and dynamic of foliar metal(loid)s concentration during application of Miscanthus × giganteus Greef et Deu to polluted soil from Bakar, Croatia. Environmental Science and Pollution Research 27: 31446–31457. DOI: 10.1007/s11356-020-09344-5 (IF=3,056; Q2)
  12. Alasmary, Todd T., Hettiarachchi G. M., Stefanovska T., Pidlisnyuk V., Roozeboom K., Erickson L., Davis L., Zhukov O. (2020). Effect of soil treatments and amendments on the nematode community under Miscanthus growing in a lead contaminated military site. Agronomy 10 (11): 1727. DOI: 10.3390/agronomy10111727 (IF=2,603; Q1)
  13. Pranaw K., Pidlisnyuk, Trögl J., Malinská H. (2020). Bioprospecting of a novel plant growth-promoting bacterium Bacillus altitudinis KP-14 for enhancing Miscanthus × giganteus growth in metals contaminated soil. Biology 9 (9): 305. DOI: 10.3390/biology9090305 (IF=3,796; Q1)
  14. Mamirova A., Pidlisnyuk V., Amirbekov A., Ševců A., Nurzhanova A. (2020). Phytoremediation potential of Miscanthus sinensis And. in organochlorine pesticides contaminated soil amended by Tween 20 and Activated carbon. Environmental Science and Pollution Research. DOI: 10.1007/s11356-020-11609-y (IF=3,056; Q2)
  15. Pidlisnyuk V., Mamirova A., Pranaw K., Shapoval P. Y., Trögl J., Nurzhanova A. (2020). Potential role of plant growth-promoting bacteria in Miscanthus x giganteus phytotechnology applied to the trace elements contaminated soils. International Biodeterioration & Biodegradation 155: 105103. DOI: 10.1016/j.ibiod.2020.105103 (IF=4,074; Q1)
  16. Pidlisnyuk V., Erickson L., Stefanovska T., Hettiarachchi G., Lawrence D., Trögl J., Shapoval P. (2021). Response to Grygar (2020) comments on “Potential phytomanagement of military polluted sites and biomass production using biofuel crop miscanthus x giganteus” – Pidlisnyuk et al. (2019). Environmental Pollution 272: 115037. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115037 (IF=5,714; Q1)
  17. Stefanovska T., Skwiercz A., Zouhar M., Pidlisnyuk V., Zhukov O. (2021). Plant-feeding nematodes associated with Miscanthus × giganteus and their use as potential indicators of the plantations’ state. International Journal of Environmental Science and Technology 18: 57–72. DOI: 10.1007/s13762-020-02865-z (IF=2,540; Q2)
  18. Nebeská, Auer Malinská H., Erol A., Pidlisnyuk V., Kuráň P., Medžová A., Smaha M., Trögl J. (2021). Stress response of Miscanthus plants and soil microbial communities: A case study in metals and hydrocarbons contaminated soils. Applied Sciences 11 (4): 1866. DOI: 10.3390/app11041866 (IF=2,474; Q2)
  19. Stefanovska T., Skwiercz A., Flis Ł., Pidlisnyuk V., Zouhar M. (2021). First record of the ectoparasitic nematode Amplimerlinius macrurus (Nematoda: Tylenchida) on the perennial grass Miscanthus × giganteus (Angiosperms: Poaceae) in Ukraine. Journal of Nematology 53:1-7. DOI: 10.21307/jofnem-2021-024 (IF=1.470; Q2)
  20. Pidlisnyuk V., Stefanovska T., Barbash, Zelenchuk T. (2021). Characteristics of pulp obtained from Miscanthus x giganteus biomass produced at lead-contaminated soil. Cellulose Chemistry and Technology 55. Online publikace (IF=0,857; Q3)

Scopus

  1. Pidlisnyuk, Trogl J., Stefanovska T., Shapoval P., Erickson L. (2016). Preliminary results on growing second generation biofuel crop miscanthus X Giganteus at the polluted military site in Ukraine. Nova Biotechnologica et Chimica 15 (1): 77-84. DOI: 10.1515/nbec-2016-0008
  2. Stefanovska, Pidlisnyuk V., Lewis E., Gorbatenko A. (2017). Herbivorous insets diversity at Miscanthus x giganteus in Ukraine. Agriculture (Pol’nohospodárstvo) 63 (1): 23-32. DOI: 10.1515/agri-2017-0003.
  3. Kharytonov, Martynova N., Sitnyk S., Naumenko M., Pidlisnyuk V., Stefanovska T. (2017). A productive potential estimation of five genotypes of the Miscanthus anderss genus in the Ukrainian steppe zones conditions. INMATEH-Agricultural Engineering 52 (2): 129-136.
  4. Kvak V., Stefanovska T., Pidlisnyuk V., Alasmary Z., Kharytonov M. (2018). The long-term assessment of Miscanthus × gigantheus cultivation in the forest-steppe zone of Ukraine. INMATEH-Agricultural Engineering 54 (1): 113-121.

Ostatní

  1. Stefanovska T., Chumak P., Pidlisnyuk V., Kovalchuk V., Kava L. (2017). State of the art on adaptability of Miscanthiococcus miscanthi takaschi (Homoptepa, Pseudococcidae) followed by the introduction of Miscanthus x gigateus to Ukraine. Communications in Agricultural and Applied Biological Science 82 (2): 177-181.
  2. Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., Sailaukhanuly Y., Kenessov Y., Trogl J., Aligulova R., Kalugin S., Nurmagambetova A., Abit K., Stefanovska T., Erickson L. (2017). Phytoremediation of military soil contaminated by metals and organochlorine pesticides using miscanthus. Communications in Agricultural and Applied Biological Science 82 (2): 61-68.
  3. Skwiercz A., Stefanovska T., Pidlisnyuk V., Zouhar M., Kornobis F., Obruch M., Sozanskyi M. (2017). Nematode community composition associated with Miscanthusxgiganteus frowing at the polluted site. Communications in Agricultural and Applied Biological Science 82 (3): 281-285.
  4. Pidlisnyuk, V., Erickson L., Stefanovska T., Pidlisnyuk I., Davis L. (2017). Phytotechnologies with biomass production as a sustainable solution for military land revitalization. Biblioteka Regionalisty 17: 87-94. DOI: 10.15611/br.2017.1.08
  5. Kharchenko, Pidlisnyuk V., Stefanovska T. (2017). Production of Miscanthus x giganteus biomass at the abandoned industrial soils for future use at the paper industry. Studia Biologica 11 (3-4): 98-99. Online publikace
  6. Stefanovska T., Pidlisnyuk V., Bilui O., Kvak V., Zvihun G., Shapoval P. (2017). Agronomic aspects of growing Miscanthus x giganteus as raw material for production of solid fuel at the military contaminated soils. Studia Biologica 11(3-4): 99-100. Online publikace (in Ukrainian)
  7. Medkow A., Stefanovska T., Pidlisnyuk V., Ponomarenko S. (2017). Impact of PGRs to the adaptive properties of Miscanthus x giganteus during production of biomass at the soil contaminated by heavy metals. Studia Biologica 11 (3-4): 100-102. Online publikace (in Ukrainian)
  8. Pidlisnyuk V., Stefanovska T., Erickson L., Shapoval P., Trogl J., Yaschuk S. (2017). Developing an inexpensive process to produce biomass and to restore soil at the sites contaminated by the past military activities in Ukraine. Studia Biologica 11 (3-4): 103-104. Online publikace
  9. Sozanskyi M., Pidlisnyuk V., Stadnik V., Shapoval P. (2017). Detection of the heavy metals concentration at biomass of Miscanthus x giganteus which was growth at the military land. Studia Biologica 11 (3-4): 105-106. Online publikace (in Ukrainian)
  10. Stefanovska T., Skwiercz A., Zouhar M., Kornobis F., Pidlisnyuk V., Ovruch M. (2017). Study of phytonematodes as bioindicators of soil parameters changes while producing Miscanthus x giganteus at the soil contaminated by heavy metals. Studia Biologica 11(3-4): 106-107. Online publikace
  11. Nurzhanova А. А., Mamirova A. A., Pidlisnyuk V., Djansugurova L. B. (2019). The problem of POP pesticides in Kazakhstan and methods for their restoration using the new high-efficient phytoremediant Мiscanthus sinensis (on the example of the Talgar region). Eurasian Journal of Ecology 61 (4): 34-43. DOI: 10.26577/EJE.2019.v61.i4.04 (in Russian)
  12. Mamirova A. A., Nurzhanova A. A., Pidlisnyuk V. V. (2019). POP pesticides and reclamation methods (Review). Reports of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan 6 (328): 21-34. DOI: 10.32014/2019.2518-1483.164
  13. Nebeská D., Trögl J., Žofková D., Voslařová A., Štojdl J., Pidlisnyuk V. (2019). Calorific values of Miscanthus x giganteus biomass cultivated under suboptimal conditions in marginal soils. Studia Oecologica 13 (1): 61-67. DOI: 10.21062/ujep/429.2020/a/1802-212X/SO/13/1/61