Способ биологической мелиорации почвы

Способ биологической мелиорации почвы

Реферат

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 И_з определяли по формуле:

Таблица 1Содержание 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 2Содержание 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.