Способ биологической мелиорации почвы
Владельцы патента RU 2266166:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия (RU)
Изобретение относится к природоохранным технологиям. Способ включает замачивание семян растений, способных извлекать загрязнители из почвы, в комплексе биологически активных веществ Chlorella Vulgaris в течение 15-18 часов. Далее проводят подсушивание и высевание на загрязненных почвах. На 7-10 день после появления всходов способ предусматривает обработку по всей площади всходов оставшимся после замачивания семян комплексом БАВ в виде водного раствора при соотношении вода:БАВ 15:1. Изобретение может быть использовано для восстановления загрязненных почв. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к природоохранным технологиям и может быть использовано для восстановления почв, загрязненных под воздействием техногенных факторов.
В настоящее время во многих регионах России проводятся работы по эколого-токсикологической оценке отдельных территорий.
Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и воздействию на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы. Многие из них необходимы живым организмам, т.к. играют важную роль в обменных процессах, но в высоких концентрациях они становятся токсичными. Токсичное действие тяжелых металлов может быть прямым и косвенным. В первом случае блокируются реакции с участием ферментов, что приводит к уменьшению, либо к прекращению их каталитического действия. Косвенное воздействие проявляется в переводе питательных веществ в недоступное состояние и создание "голодной" среды [1].
В 1996 году в РФ более 1 млн га почв сельскохозяйственных угодий было загрязнено особо токсичными (I класс опасности) и около 2,3 млн га токсичными (II класс опасности) элементами.
К особо токсичным в Волгоградской области относятся: кадмий, мышьяк, ртуть, свинец, селен, цинк.
Особенно прочно фиксируют загрязняющие вещества, в том числе тяжелые металлы, верхние гумусосодержащие горизонты, то есть наиболее плодородный слой. Из почв тяжелые металлы поступают в сельскохозяйственную продукцию, тем самым, во-первых, снижают продуктивность сельскохозяйственных культур, во-вторых, ухудшают санитарно-гигиенические показатели качества продукции.
Загрязнение окружающей среды в значительной степени обусловлено выбросами промышленных предприятий и автотранспортом. Свинец рассеивается от автомагистрали на расстоянии до 500 м и более. В связи с истиранием шин в почве в непосредственной близости от автодорог содержание кадмия в 2-3 раза больше по сравнению с местным фоном.
Исследования, проведенные в 1996-2000 гг. по сельхозпредприятиям пригородной зоны Волгоградской области, показали превышение предельно-допустимых концентраций по содержанию кадмия в 1,3-2,6 раза в почвах и до 2 раз в кормах (зеленая масса люцерны, разнотравье), по содержанию свинца в 1,1-1,3 раза в почвах и более 2 раза в кормах (зеленая масса люцерны, разнотравье, зерно фуражное), по содержанию пестицидов - более чем в 6 раз в почвах и сене люцерновом по племзаводу им. 62-ой Армии (табл.1) [2].
Известен способ транслокации пестицидов пастбищными травами путем использования культурных растений: соя, сорго, клевер, рожь, ячмень и др. [3].
Недостаток способа - низкая степень извлечения загрязнений из почвы.
Известен способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения кожно-нарывных отравляющих веществ, включающий использование растений, способных извлекать загрязнители из почвы [4].
Недостаток способа - ограниченное применение - обеззараживание почв продуктами разложения кожно-нарывных отравляющих веществ.
Кроме того, известно, что дифференциация и морфогенез клеток и тканей являются гормонозависимыми процессами, в которых важную роль играют регуляторы роста.
В связи с этим в качестве регуляторов роста используют фитогормоны, например гетероауксин (В-индолилуксусная кислота) или кинетин, которые очень дороги, последний в нашей стране не производится. Причем каждый фитогормон, используемый в отдельности, обладает ограниченной активностью.
Поэтому все известные способы эффективного снижения вредных веществ в почве с использованием растений путем стимулирования их развития являются очень дорогими и не находят широкого применения.
Технический результат - расширение области применения способа снижения содержания вредных веществ в почвах, а также снижение содержания вредных веществ в кормах, полученных из растений, возделываемых на этих почвах.
Технический результат достигается тем, что в способе, включающем использование растений, способных извлекать загрязнители из почвы, семена которых замачивают в растворе физиологически активных соединений, подсушивают и высеивают на загрязненных почвах, в качестве раствора физиологически активных соединений используют комплекс биологически активных веществ БАВ, полученный на основе Chlorella Vulgaris, замачивание в котором проводят в течение 15-18 часов при соотношении семена:БАВ 1:2,5-3,0, а на 7-10 день после появления всходов проводят обработку по всей площади всходов оставшимся после замачивания семян комплексом БАВ в виде водного раствора при соотношении вода:БАВ 15:1.
При этом комплекс биологически активных веществ (БАВ) получают в результате культивирования Chlorella Vulgaris до достижения плотности суспензии 60 млн клеток в 1 мл, с последующим отделением биомассы водорослей от жидкой фракции, отделенную биомассу водорослей подвергают замораживанию - дефростации, замораживанию - дефростации, после повторной дефростации отделяют клеточный сок, оставшийся твердый остаток настаивают на католите с рН 6-8 в соотношении 1:3 в течение 20 минут, с последующим разделением на экстракт и твердую фракцию, далее объединяют экстракт с клеточным соком и жидкой фракцией.
Причем первичное замораживание биомассы осуществляют при температуре минус 13 - минус 15°С в течение 40-60 минут, а повторное замораживание - при минус 4°С в течение 5 часов.
Комплекс биологически активных веществ на основе Chlorella Vulgaris является сбалансированным комплексом фитогормонов ауксиновой, цитокининовой, гиббереллиновой природы, аминокислот, олигосахаридов, нуклеиновых кислот.
Chlorella Vulgaris - одноклеточная водоросль, относится к классу зеленых водорослей. Получали комплекс БАВ на основе Chlorella Vulgaris следующим образом.
Chlorella Vulgaris, штамм ИФР №С-111, культивировали на установке КХ-1. При достижении плотности суспензии 60 млн клеток в 1 мл (72 часа культивирования) биомассу водоросли отделяли от жидкой фракции и подвергали двукратному замораживанию. Первичное замораживание проводили в морозильной камере при температуре минус 13 - минус 15°С в течение 40-60 мин. После дефростации биомассы ее вторично замораживали при температуре минус 4°С в течение 5 часов. После повторной дефростации отделяли клеточный сок. А оставшийся твердый остаток настаивали на католите с рН 6-8 в соотношении 1:3. Католит получали в диафрагменном электролизере. После 20-минутного настаивания смесь разделяли на экстракт и твердую фракцию - остатки клеточных оболочек. Полученные экстракт, клеточный сок и жидкую фракцию при культивировании Chlorella Vulgaris объединяли.
В качестве растений могут быть использованы растения, обладающие высокой продукцией зеленой массы в конкретных климатических зонах, способностью эффективного извлечения загрязнителей из почвы, а также возможностью получения двух укосов за сезон.
Исследования проводили в полевых условиях хозяйств пригородной зоны Волгограда.
Семена подсолнечника, сорго и суданской травы замачивали в течение 15-18 часов в комплексе биологически активных веществ на основе Chlorella Vulgaris-БАВ при соотношении семена:БАВ 1:2,5-3,0. После чего семена подсушивали и высеивали в почву в соответствии с агротехническими требованиями.
На 7-10 день после появления всходов проводили обработку по всей площади всходов оставшимся после замачивания семян комплексом БАВ, который разводили в воде при соотношении 1:15.
Через 35-40 дней растения скашивали, извлекали корни и уничтожали. Степень извлечения вредных веществ Из определяли по формуле:
| Таблица 1 Содержание пестицидов и тяжелых металлов в пахотном слое, воде и кормах (мг/кг) | |||||||||
| Исследуемый объект | Кадмий | Свинец | ГХЦГ, ДДТ | ||||||
| Агрофирма "Каменская" | Племзавод "62-ой Армии" | Племзавод "Луч" | Племзавод "Кузьмичевский" | Агрофирма "Каменская" | Племзавод "62-ой Армии" | Племзавод "Луч" | Племзавод "Кузьмичевский" | Племзавод "62-ой Армии" | |
| Почва | 4,0 | 6,0 | 8,0 | 8,0 | 42 | 36 | 35 | 28 | 0,602 |
| ПДК | 3,0 | 32 | 0,1 | ||||||
| Вода | отсутств. | отсутств. | отсутств. | отсутств. | 0,03 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | отсутств. |
| ПДК | 0,05 | 0,1 | |||||||
| Зеленая масса люцерны | 0,04 | отсутств. | 0,03 | отсутств. | 4,0 | 3,0 | 4,0 | 2,8 | не исслед. |
| Разнотравье | 0,003 | 0,03 | 0,03 | отсутств. | 4,05 | 0,004 | 4,0 | 0,5 | не исслед. |
| Зерно фуражное | 0,004 | 0,02 | 0,01 | отсутств. | 2,8 | 0,18 | 4,0 | 4,5 | не исслед. |
| Сено люцерновое | не исслед. | 0,02 | не исслед. | не исслед. | не исслед. | 0,12 | не исслед. | не исслед. | 0,07 |
| ПДК | 0,02 | 2,0 | 0,01 |
Содержание вредных веществ в почвах, а также сельхозпродукции следующего года, выращенной на этих почвах в результате применения предложенного способа биологической мелиорации почвы, представлены в таблице 2.
Исследованиями установлено, что предложенный способ позволяет не только значительно снизить содержание вредных веществ в почве, но и придать ей буферные (защитные) свойства по отношению к произрастающим на ней культурам. Этим обусловлено более высокая степень снижения вредных веществ в кормах по сравнению со степенью их извлечения из почвы.
Способ эффективен для восстановления больших территорий, загрязненных вредными веществами.
Технологические параметры в заявленных пределах обеспечивают эффективность способа.
| Таблица 2 Содержание пестицидов и тяжелых металлов в пахотном слое и кормах, выращенных на этих почвах (мг/кг) | |||||||||
| Исследуемый объект | Кадмий | Свинец | ГХЦГ, ДЦТ | ||||||
| Агрофирма "Каменская" | Племзавод "62-ой Армии" | Племзавод "Луч" | Племзавод "Кузьмичевский" | Агрофирма "Каменская" | Племзавод "62-ой Армии" | Племзавод "Луч" | Племзавод "Кузьмичевский" | Племзавод "62-ой Армии" | |
| Почва | 1,9 | 2,1 | 2,4 | 2,4 | 15 | 13,3 | 12,9 | 12,7 | 0,12 |
| ПДК | 3,0 | 32 | 0,1 | ||||||
| Степень извлечения из почвы | 2,1 | 2,5 | 3,3 | 3,3 | 2,8 | 2,7 | 2,7 | 2,2 | 4,8 |
| Зеленая масса люцерны | 0,18 | отсутств. | 0,013 | отсутств. | 1,3 | 1,09 | 1,38 | 1,47 | не исслед. |
| Степень снижения | 2,2 | - | 2,3 | - | 3,1 | 2,9 | 2,8 | 1,9 | - |
| Сено люцерновое | не исслед. | 0,017 | не исслед. | не исслед. | - | 0,10 | - | - | 0,13 |
| Степень снижения | 2,7 | - | 1,2 | - | - | 5,1 | |||
| Зерно фуражное | следы | 0,019 | 0,008 | отсутств. | 0,7 | отсутств. | 0,97 | 1,0 | не исслед. |
| Степень снижения | - | 1,06 | 1,2 | - | 4,0 | - | 4,1 | 4,2 | - |
| Разнотравье | следы | 0,014 | 0,016 | отсутств. | 1,22 | отсутств. | 1,30 | 1,40 | не исслед. |
| Степень снижения | - | 2,1 | 1,8 | - | 3,3 | - | 3,0 | 2,0 | - |
| ПДК | 0,02 | 2,0 | 0,01 |
Источники информации
1. Л.П. Андриевская. Распределение содержания тяжелых металлов по элементам сухостепных агроландшафтов Нижнего Поволжья //Материалы н/практ. конференции. Адаптивные системы и природоохранные технологии пр-ва с.-х. продукции в аридных районах. Москва, 2003, стр. 545-548.
2. Н.И. Мосолова. Диссертация канд. биол. наук «Улучшение качества молока в условиях техногенного загрязнения Нижнего Поволжья». Волгоград, 2002 г.
3. Singh G., Dowman A., Hifffinson F.R.J. Environ/ Sci Health [B], 1992 Dec; 27 (6): 711-728.
4. RU №2185901, B 09 C 1/00, опубл. 27.07.2002.
1. Способ биологической мелиорации почвы, включающий использование растений, способных извлекать загрязнители из почвы, семена которых замачивают в растворе физиологически активных соединений, подсушивают и высеивают на загрязненных почвах, отличающийся тем, что в качестве раствора физиологически активных соединений используют комплекс биологически активных веществ (БАВ), полученный на основе Chlorella Vulgaris, замачивание в котором проводят в течение 15-18 ч при соотношении семена:БАВ 1:2,5-3,0, а на 7-10 день после появления всходов проводят обработку по всей площади всходов оставшимся после замачивания семян комплексом БАВ в виде водного раствора при соотношении вода:БАВ 15:1.
2. Способ биологической мелиорации почвы по п.1, отличающийся тем, что комплекс биологически активных веществ (БАВ) получают в результате культивирования Chlorella Vulgaris до достижения плотности суспензии 60 млн клеток в 1 мл, с последующим отделением биомассы водорослей от жидкой фракции, отделенную биомассу водорослей подвергают замораживанию - дефростации, замораживанию - дефростации, после повторной дефростации отделяют клеточный сок, оставшийся твердый остаток настаивают на католите с рН 6-8 в соотношении 1:3 в течение 20 мин, с последующим разделением на экстракт и твердую фракцию, далее объединяют экстракт с клеточным соком и жидкой фракцией.
3. Способ биологической мелиорации почвы по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первичное замораживание биомассы осуществляют при температуре минус 13 - минус 15°С в течение 40-60 мин, а повторное замораживание - при минус 4°С в течение 5 ч.
