СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВЫ Российский патент 2005 года по МПК B09C1/10 C12N1/12 C12N1/12 C12R1/89 

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 1
Содержание пестицидов и тяжелых металлов в пахотном слое, воде и кормах (мг/кг)Исследуемый объектКадмийСвинецГХЦГ, ДДТАгрофирма "Каменская"Племзавод "62-ой Армии"Племзавод "Луч"Племзавод "Кузьмичевский"Агрофирма "Каменская"Племзавод "62-ой Армии"Племзавод "Луч"Племзавод "Кузьмичевский"Племзавод "62-ой Армии"Почва4,06,08,08,0423635280,602ПДК3,0320,1Водаотсутств.отсутств.отсутств.отсутств.0,030,050,050,05отсутств.ПДК 0,050,1Зеленая масса люцерны0,04отсутств.0,03отсутств.4,03,04,02,8не исслед.Разнотравье0,0030,030,03отсутств.4,050,0044,00,5не исслед.Зерно фуражное0,0040,020,01отсутств.2,80,184,04,5не исслед.Сено люцерновоене исслед.0,02не исслед.не исслед.не исслед.0,12не исслед.не исслед.0,07ПДК0,022,00,01

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 объектКадмийСвинецГХЦГ, 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"Почва1,92,12,42,41513,312,912,70,12ПДК3,0320,1Степень извлечения из почвы2,12,53,33,32,82,72,72,24,8Зеленая масса люцерны0,18отсутств.0,013отсутств.1,31,091,381,47не исслед.Степень снижения2,2-2,3-3,12,92,81,9-Сено люцерновоене исслед.0,017не исслед.не исслед.-0,10--0,13Степень снижения 2,7  -1,2--5,1Зерно фуражноеследы0,0190,008отсутств.0,7отсутств.0,971,0не исслед.Степень снижения-1,061,2-4,0-4,14,2-Разнотравьеследы0,0140,016отсутств.1,22отсутств.1,301,40не исслед.Степень снижения-2,11,8-3,3-3,02,0-ПДК0,022,00,01

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.

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.

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.