Способ очистки почв урбанизированных территорий от загрязнений цинком и медью

Изобретение относится к способам очистки почв от загрязнений цинком и медью. Осуществляют предварительное подкисление почвы компостом жомодефеката при дозе внесения 10-20 т/га. Выращивают на загрязненных почвах растения-ремедиаторы, представляющие собой амаранты и бархатцы, с последующим удалением. Бархатцы высаживают по периметру клумбы, а амарант в центре клумбы. В фазу зацветания надземную фитомассу растений амаранта удаляют и переносят на сельскохозяйственные угодья, испытывающие нехватку эссенциальных микроэлементов цинка и меди. Обеспечивается снижение содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для очистки от загрязнений цинком и медью урбанизированных черноземных и серых лесных почв, а также для повышения плодородия сельскохозяйственных почв, обедненных микроэлементами.

В настоящее время известно, что очистка почв от загрязнений тяжелыми металлами с помощью растений является сравнительно новым методом (пятнадцать лет) экологическим, прогрессивным и экономически выгодным. Он позволяет уменьшить миграцию тяжелых металлов из почвы в грунтовые воды и препятствовать их попаданию в организм человека [1].

Известны способы очистки почв от тяжелых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu, Hg и др.) с помощью выращивания на загрязненных почвах растений горчицы, ячменя, топинамбура, льна, райграса, рапса, гороха и др. [2, 3, 4]. Методы основаны на сезонном выращивании растений-ремедиаторов на загрязненных почвах и переносе тяжелых металлов из пахотного слоя почвы в побеги растений. Процесс утилизации растительной фитомассы, полученной в ходе ремедиации, остается малоизученным. Некоторые источники предлагают применять фитомассу в качестве корма для скота [5].

Известен способ очистки черноземных почв от тяжелых металлов [6], включающий использование побуждающего вещества, в качестве последнего используют органоминеральный компост, который готовят путем смешивания фосфогипса, суперфосфата простого и перегноя КРС, при следующем их соотношении в зависимости от уровня концентрации щелочных металлов, мас. %: фосфогипс - 10,0-15,0; суперфосфат простой - 0,8-1,0; перегной КРС 84-89. Вносят в почву однократно на 4-5 лет в дозе 100-110 т/га с содержанием в нем органического вещества до 20% и с рН 6,0-6,5, способной снизить щелочность черноземной почвы до 7,2-7,8 с последующей заделкой его культиватором на глубину до 20-25 см.

Недостаток данного способа состоит в том что, он лишь на время (4-5 лет) переводит подвижные формы тяжелых металлов в почве в труднодоступные для растений, а не удаляет их. Происходит снижение активности всех микроэлементов, что негативно сказывается на плодородии почвы. Щелочная реакция среды не способствует росту и развитию растений.

Аналоговым является способ очистки почв от тяжелых металлов [7], включающий выращивание растений фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением, где в качестве растения-фитомелиоранта используют сафлор. Семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы.

Недостатком указанного способа является его незаконченность в плане последующего использования загрязненных тяжелыми металлами растений, не учтено и то, что культура сафлор плохо переносит повышенную влажность, не указаны типы почв, которые возможно очистить, применяя данный метод. Сафлор обладает крайне низкой декоративностью и применение его в целях детоксикации городских почв не целесообразно.

Известен также способ очистки почвы от тяжелых металлов [8]. Данный способ включает выращивание культурных растений-аккумуляторов на рекультивированных почвах с соблюдением агротехники к возделываемой культуре и с использованием побуждающего вещества - закислителя почвы, сбор частей растений-аккумуляторов, в которых накоплен тяжелый металл. Дополнительно выращивают растения, выделяющие подкисляющие вещества в почву, а через электроды, размещенные в прикорневой зоне растений-аккумуляторов или подсоединенные к самим растениям-аккумуляторам, подают положительный и/или отрицательный потенциал от 1 до 1000 В. Способ позволяет рекультивировать почву быстрее в 5-15 раз, при этом повышается плодородие и кадастровая ценность земель. Недостатком этого способа является высокая стоимость, так как используются не только растения, но и дополнительные устройства (электроды), что требует лишних затрат и увеличивает трудоемкость процесса.

Аналогом также является фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов [9], который выбран нами в качестве прототипа. Сущность изобретения заключается в том, что в фиторемедиационном способе очистки почв от тяжелых металлов почву засевают семенами растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых в соотношении 1:1:1 в количестве 1,50-22,90 млн.шт./га с последующим многократным скашиванием их на стадии вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почв. Предлагаемый фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов основан на различной аккумуляционной способности надземных частей растений к этим металлам. Высевают семяна растений из семейства сложноцветных: тысячелистника обыкновенного Achilleamillefolium L, одуванчика лекарственного TaraxacumofficinaleWigg., полыни горькой Artemisiaabsihthium L. и бодяка полевого Cirsiumarvense (L.) Scop., из семейства бобовых: клевера лугового Trifoliumpratense L. и семейства злаковых: мятлика лугового Poapratensis L.».

Недостаток этого способа состоит в том, что используются растения, имеющие не самый высокий биоаккумуляционный индекс, тем самым заведомо увеличивается время очистки загрязненной почвы. К тому же, авторами не проработаны пути утилизации растительной биомассы, накопившей токсичные концентрации тяжелых металлов.

Технической задачей изобретения является снижение содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв и переносе микроэлементов из почв с повышенным содержанием в почвы, испытывающие их нехватку, и тем самым улучшая экологическое состояние почв урбоэкотопов и агроценозов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе очистки почв урбанизированных территорий от загрязнений тяжелыми металлами путем выращивания на загрязненных почвах растений-ремедиаторов с последующим их удалением, согласно изобретению, почву предварительно подкисляют внесением в нее компоста жомодефеката при дозе внесения 10-20 т/га, в качестве фиторемедиаторов применяют растения бархатцев и амаранта, в фазу зацветания надземную фитомассу растений амаранта удаляют и переносят на сельскохозяйственные угодья, испытывающие нехватку эссенциальных микроэлементов цинка и меди. При этом бархатцы высаживают по периметру клумбы, а амарант высаживают в центре клумбы.

Осенью в загрязненные почвы заделывается компост жомодефеката с учетом дозы внесения 10-20 т/га. Заделка осуществляется с целью достижения оптимальной реакции среды (5,5<рН>7), которая приводит к мобилизации меди и цинка в почвах и увеличивает их доступность для растений-ремедиаторов. Это отображено на графиках Фиг. 1 и Фиг. 2, где на Фиг. 1 показано распределение гидроксокомплексов Zn(II) в зависимости от кислотности среды: 1 - Zn2+; 2 - ZnOH+; 3 - Zn(OH)2; 4 - [Zn(OH)3]-, а на Фиг. 2 - распределение гидроксокомплексов Cu(II) в зависимости от кислотности среды: 1 - Cu2+; 2 - CuOH+; 3 - Cu(ОН)2; 4 - [Cu(ОН)3]-.

Растения амаранта Amaranthuscandatus (L.) достигают 2-3 м высоты, с толщиной стебля 8-10 см, масса растения до 30 кг. Однолетнее (как правило), однодомное растение семейства амарантовых. На почвах с валовым содержанием цинка от 200 до 1000 мг/кг, для амаранта характерны коэффициенты биологического поглощения (КБП) и транслокационные коэффициенты (ТК) больше единицы (КБП=1,18-1,40, ТК=1,02-2,27). Максимальные абсолютные показатели содержания цинка на таких почвах, как в надземных органах, так и в корнях, отмеченные у растений амаранта - 820,7 и 1118,5 мг/кг воздушно-сухой массы соответственно [6]. Максимальное накопление меди отмечалось при дозе загрязнения почвы 5 ПДК (таблица 1). Транслокационный коэффициент меди у растений близок к единице. Амарант, как культура С4 типа имеет фотосинтетические особенности, которые позволяют ему в течение короткого времени при наличии необходимого питания набирать большую фитомассу, до 2000 ц/га. При такой урожайности и аккумуляционной способности по отношению к цинку и меди амарант обладает колоссальным выносом тяжелых металлов из почвы.

Бархатцы - декоративный вид многолетних и однолетних растений семейства астровых. Бархатцы прямостоячие Tageteserecta(L.) - стебли - прямостоячие, разветвленные, образуют компактный или раскидистый куст высотой от 20 до 120 см.

Результаты проведенных экспериментов показали, что бархатцы способны накапливать в побегах до 679 мг/кг цинка и 88 мг/кг меди (таблица 1). Отмечен рост биологического выноса при увеличении концентраций токсикантов в почве.

Важным моментом изобретения является своевременный укос побегов амаранта, скашивать растения нужно до цветения и обсеменения, чтобы избежать попадания семян на сельскохозяйственные угодья. Удаление надземной биомассы бархатцев производят в конце вегетационного периода. Технология высадки растений-ремедиаторов представлена схематически на Фиг. 3, где 1 - площадь посадки амаранта; 2 - защитная полоса; 3 - ряды посадки бархатцев (указаны линиями по периметру).

Данная схема посадки бархатцев по периметру клумбы, а амаранта в центре придает очищаемому объекту эстетический вид и способствует увеличению выноса тяжелых металлов побегами амаранта, за счет его высокой вегетационной способности и многократного воспроизведения фитомассы в течение полевого сезона.

Способ осуществляют следующим образом.

Опыты проводились на территории Курского района. Весной высаживали растения амаранта и бархатцев согласно разработанной схеме посадки (Рис. 3). Растения амаранта во время зацветания, примерно один раз в месяц, скашивались и удалялись с клумбы. Площадь посадки амаранта и ряды посадки бархатцев отделяли защитной полосой шириной 40 см. С целью предупреждения разрастания амаранта за пределы площади для его выращивания защитную полосу пропалывали один раз в две недели. Бархатцы скашивали в конце вегетационного сезона. Полученная в течение всего вегетационного сезона фитомасса амаранта и бархатцев измельчалась и вывозилась на сельскозяйственные поля, испытывающие нехватку цинка и меди.

Полученные результаты в ходе выполнения эксперимента в полевых условиях убедительно доказывают, что бархатцы и амарант могут быть отнесены к растениям - ремедиаторам цинка и меди. В почвах с различным уровнем загрязнения коэффициент биологического поглощения цинка у амаранта больше единицы.

Источники информации, использованные при составлении заявки:

1. Rakotosson Voahirana. Lesmetauxlourdsetlaphytorenediation: l′etatdel′art. // Eau, ind., nuisances. 2003. №260. - C. 45-48.

2. Волков К.С. Адаптация к действию повышенных концентраций меди и цинка и возможность использования в фиторемедиации растений Mesembryanthemumcrystallinum L. Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2006. 24 с.

3. Особенности аккумуляции тяжелых металлов горчицей белой в условиях техногенеза // Региональная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов. «Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области». - Орел. - 16-19 марта 2010 г. - С. 51-53.

4. Басов А.Ю. Исследование накопления тяжелых металлов горохом в условиях техногенеза // Сетевой журнал Издат. ОрелГАУ, 2010 г.

5. Salt D.E., Smoth R.D., Raskin I. // Annu. Rev. Plant Physiol. Mol. Biol. 1998. Vol. 49. P. 643-668.

6. Патент РФ №2492944, 20.09.2013 «Способ очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами».

7. Патент РФ №2365078 «Способ очистки почв от тяжелых металлов».

8. Патент РФ №2311973 «Способ очистки почв от тяжелых металлов».

9. патент РФ №2229203 «Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов».

10. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы / Утверждены Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г. Онищенко, 19 января 2006 г. М:. 2006, 4 с.

1. Способ очистки почв урбанизированных территорий от загрязнений цинком и медью путем выращивания на загрязненных почвах растений-ремедиаторов с последующим их удалением, отличающийся тем, что почву предварительно подкисляют внесением в нее компоста жомодефеката при дозе внесения 10-20 т/га, в качестве фиторемедиаторов применяют растения бархатцев и амаранта, в фазу зацветания надземную фитомассу растений амаранта удаляют и переносят на сельскохозяйственные угодья в качестве цинковых и медных удобрений.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что бархатцы высаживают по периметру клумбы, а амарант высаживают в центре клумбы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств и может быть использовано при решении проблем защиты литосферы. Способ включает приготовление активного угля, внесение его в почву и выращивание культурных растений.

Изобретение относится к способам биологической очистки почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями. Осуществляют высев семян донника желтого и белого (Melilotus Officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) в загрязненную почву с нормой высева 15 кг/га при значении pH почвы от 6,00 до 9,15.

Изобретение относится к способам восстановления загрязненной почвы. При осуществлении способа очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами вводят в загрязненную почву реагент.

Изобретение относится к области очистки грунтов от нефтепродуктов. При осуществлении способа очистки нефтезагрязненного грунта сооружают сетку нагнетательных скважин.

Изобретение относится к экологии и может найти применение при дезактивации токсических территорий. Для дезактивации почв, загрязненных радиоактивными нуклидами, сеют сорбирующую культуру вязеля пестрого, скашивают надземную биомассу и покрывают ее слоем цеолитсодержащей глины аланит.

Изобретение относится к области рекультивации техногенно нарушенных земель, в частности к экологии. Способ включает посев семян травосмеси многолетних трав и внесение азотно-фосфорно-калийных удобрений.

Изобретение относится к рекультивации земель. Способ включает рыхление рекультивируемой поверхности грунтов на глубину 5-10 см, посев бобово-злаковой травосмеси, семян лиственницы и облепихи.

Изобретение относится к области рекультивации. Способ включает формирование плодородного слоя с включением измельченных растительных остатков.

Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства. Для детоксикации грунта, загрязненного нефтепродуктами, в него вносят сорбент до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте.
Изобретение относится к охране окружающей среды. Состав для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений содержит азотно-фосфорное удобрение и цеолит-глинистую породу в соотношении 1:3.
Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств и может быть использовано при решении проблем защиты литосферы. Способ включает приготовление активного угля, внесение его в почву и выращивание культурных растений.

Изобретение относится к способам биологической очистки почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями. Осуществляют высев семян донника желтого и белого (Melilotus Officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) в загрязненную почву с нормой высева 15 кг/га при значении pH почвы от 6,00 до 9,15.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам повышения почвенного плодородия солонцовых почв методом биологической мелиорации. Способ включает внесение мелиоранта с последующей заделкой его в почву и посевом многолетних бобовых трав.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Для корневой подкормки винограда на песчаных почвах производят внесение азотных, фосфорных, калийных удобрений гидробуром под корень на глубину 25-30 см в фазе начала сокодвижения совместно с борной кислотой при следующем соотношении компонентов действующего вещества на один гектар: азота - 90 кг, фосфора - 90 кг, калия - 90 кг, борной кислоты - 3 кг.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к приемам обработки почв в системе земледелия. Способ включает обработку зяби путем дискования с последующей поделкой гребней и борозд и весеннюю обработку почвы путем культивации на глубину 10-12 см.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к мелиорации. Способ включает частичное удаление кустарников и подсев трав.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам кротования дренируемых сельскохозяйственных земель. Способ включает нарезку кротовин поперек направления трубчатого дренажа.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает посев семян бобовых трав, например клевера и уход за посевами.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ включает внесение органических удобрений, заделку дисковыми боронами на глубину 10…12 см.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к фитомелиорации опустыненных земель. Способ включает посадку джузгуна безлистного, прутняка простертого и житняка сибирского.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам чизелевания дренируемых сельскохозяйственных земель. На дренируемых землях поперек направления трубчатого дренажа выполняют рабочие проходы чизеля. Новым является то, что на дренируемых землях выделяют придренные участки трубчатого дренажа шириной от 5,5 до 7,5 глубин заложения трубчатых дрен и в момент рабочего прохода чизеля в пределах выделенных придренных участков подают в полостной след прохода острия чизеля мелкодисперсный порошок карбоната кальция в норме от 65 до 85 г/м. Изобретение расширяет функциональные возможности аналога, обеспечивая снижение интенсивности заохривания трубчатого дренажа на 20%. Положительный эффект достигается за счет внесения в полостной след прохода острия чизеля мелкодисперсного порошка карбоната кальция.

Изобретение относится к способам очистки почв от загрязнений цинком и медью. Осуществляют предварительное подкисление почвы компостом жомодефеката при дозе внесения 10-20 тга. Выращивают на загрязненных почвах растения-ремедиаторы, представляющие собой амаранты и бархатцы, с последующим удалением. Бархатцы высаживают по периметру клумбы, а амарант в центре клумбы. В фазу зацветания надземную фитомассу растений амаранта удаляют и переносят на сельскохозяйственные угодья, испытывающие нехватку эссенциальных микроэлементов цинка и меди. Обеспечивается снижение содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Наверх