Способ очистки почв, загрязнённых мышьяком, кадмием и свинцом, с использованием свербиги восточной - RU2746695C1

Описание

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способу очистки техногенно загрязненных почв при применении растений-фиторемедиантов, и может быть использовано для восстановления их плодородия. Этот способ получил название фиторемедиация [1].

Известны растения, способные накапливать в своей вегетативной массе мышьяк и тяжелые металлы. Такие растения называют растениями-аккумуляторами и гипераккумуляторами. Их используют в целях фиторемедиации загрязненных почв (для очистки почв с помощью растений). В качестве фиторемедиантов используют различные растения: гречиху, рапс яровой, горчицу сарептскую, райграс пастбищный и дикорастущие растения [2, 3, 4, 5].

Основными недостатками способов очистки почв, основанных на применении названных растений фиторемедиантов, является однолетний цикл развития, низкий потенциал продуктивности и отчуждения токсикантов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа по совокупности основных существенных признаков, является фиторемедиация техногенно загрязненных почв тяжелыми металлами путем выращивания сафлора (Патент РФ №2365078, А01В 79/02, 27.08.2009) [6].

Недостатком названного способа является то, что в качестве фитомелиоранта применяют сафлор, который отнесен к теплолюбивым растениям и при возделывании его возникает необходимость ежегодной покупки семенного материала, что сопряжено с дополнительными затратами труда и средств. Кроме того, после уборки надземной вегетативной массы сафлора отчуждают (выкапывают) и его корни, что также приводит к увеличению технологических затрат.

Задачей изобретения является создание способа очистки почв, загрязненных мышьяком и тяжелыми металлами с использованием свербиги восточной.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве фиторемедианта используют многолетнее растение - свербигу восточную. Ее высевают на загрязненную почву во второй декаде мая с нормой высева 100 кг/га, с междурядиями 30 см, глубиной заделки семян 3 см и возделывают ее от 8 до 10 лет. При этом ежегодно по окончанию фазы цветения надземную вегетативную массу растения удаляют и транспортируют ее на место захоронения.

Технический результат - более полное извлечение соединений мышьяка и тяжелых металлов за счет высокой экологической устойчивости, биологической продуктивности свербиги восточной, мощной корневой системой, проникающей в подпахотные горизонты почвы и обладающей высокой аккумулирующей способностью.

Способ очистки почв, загрязненных мышьяком, кадмием и свинцом, с использованием свербиги восточной осуществляют следующим образом: осенью подготавливают почву к посеву: производят вспашку, фрезерование. Весной проводят культивацию и боронование. При возделывании свербиги восточной используется рекомендованная система машин [7]. При посеве соблюдают следующие технологические требования: срок сева - вторая декада мая, норма высева семян свербиги - 100 кг/га (350 шт/м), способ сева - широкорядный, с междурядиями 30 см, глубина заделки семян в почву - 3 см.

В первый год свербига восточная формирует корневую систему, вегетативно укороченные стебли и розетку листьев, во второй и последующие годы формируется, мощная корневая система и генеративные побеги. Через 40 дней после отрастания растение достигает фазы цветения, продолжительность ее - 30-35 дней [8]. Начиная со второго года жизни свербиги, ее надземную биологическую массу скашивают при применении агрегата в составе трактора МТЗ-82 и косилки-измельчителя КИР-1,5. При этом дополнительно используют транспортный агрегат: трактор МТЗ-82 и прицеп ПТС-4. Вегетативную массу свербиги на место захоронения доставляют, используя названный транспортный агрегат и производят захоронение. В качестве фиторемедианта свербигу используют до окончания жизненного цикла - в течение от 8 до 10 лет.

Промышленная применимость способа очистки почв, загрязненных мышьяком и тяжелыми металлами с использованием свербиги восточной обоснована экспериментально на землепользовании (садово-огородного хозяйства) г. Свирска Иркутской области. Для сравнительной эффективности фиторемедиации на арендованном стационарном участке были заложены мелкоделяночные опыты, площадь делянок 12 м², размер 3×4 м. Было проведено сравнительное изучение фиторемедиантов - свербиги восточной и овса, которые высевались в шестикратной повторности, с использованием одних и тех же средств контроля мышьяка и тяжелых металлов в почве и растениях, с одинаковой повторностью контроля этих веществ, а также с одной и той же продолжительностью возделывания названных фиторемедиантов. Посев свербиги был проведен один раз, а посев овса ежегодно после обработки каждой делянки мотоблоком (в течение 8 лет).

При проведении экспериментальных работ использовалась «Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с. [9]

Отбор почвенных образцов проводился в конце вегетационного периода в слое почвы 0-20 и 20-40 см. Отбор проводился согласно ГОСТ 17.4.02-84 с площадок квадратной формы (2×2 м) методом почвенного конверта. Пробы отбирались пластмассовым шпателем в четырех крайних точках и одной центральной. Средняя проба с каждого слоя была массой около 1 кг.

Растительные образцы отбирались в конце фазы цветения. Масса растительного образца составляла 1 кг. У опытных растений отбиралась надземная вегетативная масса.

Почвенные и растительные образы помещались в пакеты, снабжались этикетками и оправлялись в аккредитованную испытательную лабораторию ФГБУ «ЦАС «Иркутский».

Воздушно-сухие почвенные образцы измельчались, просеивались через сито 1 мм, после чего в них определялись агрохимические и агроэкологические показатели: валовые формы тяжелых металлов - атомно-абсорбционным методом (РД-52.18.-191-89). В высушенных и размолотых растительных образцах определялось содержание тяжелых металлов Cd и Pb (кадмия и свинца) атомно-абсорбционным методом, согласно ГОСТ 30178-96, As (мышьяка) - согласно ГОСТ 26930-86.

Для оценки интенсивности миграции мышьяка и тяжелых металлов в системе «почва-растение» рассчитывались средние (за 8 лет) показатели продуктивности опытных растений (выход сухого вещества), среднее содержание токсикантов в растениях и почвенных образцах, взятых с каждой делянки. Полученные усредненные экспериментальные данные содержания токсикантов в почве и растениях пересчитывались на посевную площадь (кг/га) [1, 2, 3, 4].

Таким образом, предложен способ очистки почв, загрязненных мышьяком, кадмием и свинцом, с использованием свербиги восточной, который обеспечивает возможность снижения содержания токсикантов, относящихся к 1 группе токсичных веществ, более эффективно, чем при применении однолетних фиторемедиантов. Эффект фиторемедиации при возделывании свербиги восточной достигается за счет ее многолетия, мощно развитой корневой системы, проникающей в подпахотные горизонты почвы, и ее высокой аккумулирующей способностью извлекать мышьяк, кадмий и свинец из загрязненной почвы и накапливать их в надземной вегетативной массе.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Душенков, В., Раскин, И. Фитомелиорация: зеленая революция в экологии / В. Душенков, И. Раскин // Агро XXI век, 2000 г., №9. - С. 20.

2. Басов, Ю.В. Особенности аккумуляции тяжелых металлов гречихой в условиях техногенеза / Ю.В. Басов, А.Ю. Басов // Вестник Орел ГАУ. - 2010. - №4(10). - С. 30-43.

3. Сискевич, Ю.И. Использование рапса ярового в качестве фитомелиоранта / Ю.И. Сискевич, Г.Н. Николаева // Агро XXI век. - 2008. - №4-6. - С. 67-69.

4. Трофимова, Т.А. Применение посевов горчицы сарептской в целях фиторемедиации техногенно загрязненных тяжелыми металлами светло-каштановых почв южной пригородной агропромзоны г. Волгограда: дисс. … канд. с.-х. наук: 03.00.16 / Трофимова Татьяна Витальевна. - Волгоград, 2009. - 184 с.

5. Андреева, И.В. Фиторемедиационная способность дикорастущих и культурных растений / И.В. Андреева, Т.В. Злобина, Р.Ф. Блибенов и др. // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2010. - №1. - С. 8-17.

6. Патент РФ №2365078, А01В 79/02, 27.08.2009 - прототип.

7. Фере, Н.Э. Пособие по эксплуатации машинно-тракторного парка / Н.Э. Фере. - М.: Колос, 1978. - 256 с.

8. Хуснидинов, Ш.К. Интродукция растений в Предбайкалье: монография / Ш.К. Хуснидинов. - Иркутск: Изд-во Иркутского ГАУ, 2016. - 240 с.

9. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства. В способе на загрязненном участке выращивают фиторемедиант, после чего его удаляют и производят захоронение. При этом в качестве фиторемедианта используют многолетнее растение - свербигу восточную, которую высевают во второй декаде мая на загрязненную почву с нормой высева 100 кг/га, с междурядьями 30 см, глубиной заделки семян 3 см, и возделывают ее до окончания жизненного цикла - от 8 до 10 лет. Ежегодно по окончании фазы цветения, начиная со второго года жизни свербиги, ее надземную вегетативную массу скашивают и транспортируют на место захоронения. Способ обеспечивает более полное извлечение соединений мышьяка и тяжелых металлов за счет высокой экологической устойчивости, биологической продуктивности свербиги восточной с мощной корневой системой, проникающей в подпахотные горизонты почвы и обладающей высокой аккумулирующей способностью. 4 табл.

Формула