Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами - RU2792062C1
Код документа: RU2792062C1
Описание
Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами.
Известен способ мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включающий внесение на поверхность почвы мелиоранта, перемешивание его с мелиорируемым слоем почвы с последующим выращиванием культур. Для этих целей используются один из мелиорантов: фосфоритная мука, цеолит, суперфосфат, сульфид натрия, известняковая мука либо низинный торф [Пат. RU 2597172, 01.12.2014]. Недостатком данного метода является очень высокие дозы внесения мелиорантов: торф и цеолит 100 т/га, известняковая мука 12 т/га, фосфоритная мука 1,5 т/га, суперфосфат и сульфид натрия по 120 кг д.в./га. Кроме того, применение только одного из предложенных мелиорантов, накладывает ограничения в их использовании на почвах с различными химическими и физико-химическими свойствами.
Известен способ рекультивации почв, загрязнённых тяжелыми металлами при помощи внесения сорбент-мелиоранта, состоящего из глауконитового песка, термонеизмененной отвальной породы угольных шахт, синих глин, при соотношении компонентов мас. %, сответственно, 25, 60, 15 [Пат. RU 2356931, 27.05.2009]. Недостатком данного метода является вероятность наличия высоких концентраций тяжелых металлов в отвальной породе и низкая доступность компонентов.
Известны составы для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, на основе сапропеля, цеолита и глинозема, с обработкой кремнийорганической жидкостью [Пат. RU 2049107, 15.10.1992].
Однако сапропель зачастую сам содержит в своем составе достаточно большое количество загрязнителей и, в том числе, тяжелых металлов. Кроме того, предложенный состав достаточно сложный в изготовлении и имеет высокую стоимость.
Известен состав для очистки почв от тяжелых металлов при помощи торфяного мелиоранта, содержащего в своем составе торф верховой нейтрализованный, диатомит и вермикулит при соотношении, мас. % 60, 30, 10 соответственно [Пат. RU 2745456, 03.09.2020]. Недостатком способа является использование в составе смеси верхового торфа, характеризующегося относительно низким содержанием гумусовых соединений, которые наиболее активно участвуют в снижении подвижности тяжелых металлов в почвах.
Наиболее близким техническим решением является способ мелиорации сельскохозяйственных земель при помощи внесения в почву почвоудобрительного материала, в качестве которого используется органоминеральный компост, состоящий из свиного навоза и навоза КРС, суперфосфата и фосфогипса. Компост вносят в почву в дозе 100-110 т/га с последующим культивированием на глубину 20…25 см. [Пат. RU 2492944, 22.03.2012].
Целью изобретения является резкое снижение биодоступности тяжелых металлов в загрязнённых почвах и повышение плодородия почв, за счет использования определённой смеси мелиоративных добавок на основе цеолита, торфа, известняковой муки, суперфосфата, сульфида натрия.
Сущность изобретения заключается в том, что благодаря многокомпонентному составу мелиоративных добавок происходит одновременное использование различных механизмов снижения подвижности тяжелых металлов в загрязнённых почвах, что повышает их эффективность и расширяет спектр рекультивационного действия. В рекомендуемых многокомпонентных мелиоративных добавках задействуются два механизма закрепления тяжелых металлов в почвах: физико-химический и химический.
В качестве компонентов мелиоративных добавок используются:
1. Цеолит осадочный. Кристаллическая решётка цеолитов характеризуется огромной внутреней поверхностью, благодаря чему обладает очень высокой поглотительной способностью (90-120 ммоль/100 г минерала), за счет которой происходит физико-химическое поглощение тяжелых металлов, в том числе необменное. Цеолиты обладают высокой селективностью (избирательным поглощением) по отношению ко многим тяжелым металлам. Внесение цеолита позволяет не только существенно повысить емкость поглощения и буферность почв, но и способствует увеличению запаса элементов питания в почвах (табл. 1).
2. Торф низинный с фракцией 0-10 мм: Торф представляет собой продукты разложения растительных и животных остатков в анаэробных условиях и высокой влажности. В низинном торфе высокой степени разложения много гумусовых соединений, способных обеспечивать как химическое осаждение тяжелых металлов, так и физико-химическое их закрепление в составе почвенного поглощающего комплекса. Они обладают большим разнообразием функциональных групп, в них много нерастворимых, но химически активных компонентов, комплексы которых с тяжелыми металлами прочны.
3. Известняковая мука представляет собой тонкоизмельченные карбонатные породы, в основном известняки и доломиты. Благодаря высокому содержанию в своем составе карбонатов кальция и магния происходит образование труднорастворимых соединений тяжелых металлов с анионом СО32-. Так, например, при взаимодействии карбонатов с ионом свинца происходит связывание этого элемента в виде малорастворимого минерала церуссита. Кроме того, известкование оказывает очень благоприятное влияние на показатели плодородия кислых почв (подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных и др.). В них наблюдается резкое снижение почвенной кислотности и увеличение суммы обменных катионов оснований, улучшается структура почв, активизируются микробиологические процессы, улучшается количественный и качественный состав почвенной микробиоты.
4. Суперфосфат характеризуется хорошей растворимостью в воде, благодаря чему ионы PO43- способны вступать в взаимодействие с ионами многих тяжелых металлов и переводить их в слаборастворимые соединения, труднодоступные для растений. Кроме того, он является ценным минеральным удобрением, резко улучшающим фосфатный режим почв и повышающим урожайность всех сельскохозяйственных культур.
5. Сульфид натрия - хорошо растворимое в воде соединение. Благодаря содержанию в своем составе аниона S-2 способен к образованию труднорастворимых солей с различными металлами (сульфидов), в том числе с никелем, свинцом и кадмием. В результате химической реакции осаждения катионы тяжёлых металлов значительно снижают свою биодоступность, а, следовательно, и токсичность.
В целях выявления эффективности составов мелиоративных добавок были проведены исследования в условиях лабораторных и полевых опытов. В таблице 2 представлены результаты исследований влияния фракционного состава торфа и цеолита на подвижность тяжелых металлов в почве.
Подвижные формы тяжелых металлов в почве были определены в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера (рН 4,8) [Методические указания…, 1992].
Установлено, что наибольшая эффективность снижения подвижности тяжелых металлов происходит при использовании цеолита с размером частиц 0,2…1 мм. Закономерностей в изменении содержания загрязнителей в вытяжке при использовании различных фракций торфа выявлено не было.
Результаты исследований влияния различного сочетания видов и доз мелиорантов на содержание тяжелых металлов в зерне пшеницы приведены в таблице 3.
Наибольшую эффективность в снижении накопления тяжелых металлов в почве показало сочетание Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сф 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, суперфосфат 0,12 т/га) и Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сн 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, сульфид натрия 0,12 т/га). Эти смеси позволили получить продукцию содержанием загрязнителей ниже уровня ПДК.
Изобретение позволяет значительно улучшить показатели плодородия почв увеличивая содержание: подвижного фосфора на 8 %, обменного калия на 5 %, гумуса на 9 %, а также позволяет добиться повышения показателей рН на 13 % и суммы обменных катионов оснований на 38 %.
Реферат
Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами (ТМ). Для достижения необходимого результата задействуются два механизма снижения биологической доступности ТМ в почве: химический и физико-химический. Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включает низинный торф, цеолит, известняковую муку в дозах внесения 2,5, 2,5, 0,6 кг/м2 или 25, 25, 6 т/га соответственно, а также суперфосфат или сульфид натрия в дозе внесения 0,012 кг/м2 или 0,12 т/га. Все компоненты предварительно смешиваются в указанных дозах, распределяются по поверхности почвы и равномерно перемешиваются в пахотном слое 0-25 см. Доза внесения мелиоранта зависит от уровня загрязнения почвы ТМ и колеблется от 5 до 6 кг на 1 м2 почвы. Разработанный состав мелиорантов оказывает комплексное положительное влияние на плодородие почв: снижает почвенную кислотность, увеличивает их поглотительную способность, содержание элементов минерального питания и органического вещества. Внесение мелиорантов повышает урожайность культур на 20-30% и снижает содержание ТМ в растениеводческой продукции на 50-60%. 3 табл.
