СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ТОРФА НАРУШЕННЫХ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ С РАЗЛИЧНОЙ ПОЛНОЙ ВЛАГОЕМКОСТЬЮ Российский патент 2017 года по МПК B09C1/00 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при оценке эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв с различной полной влагоемкостью (т.е. с отсутствием верхнего плодородного слоя вследствие проведения строительных или ремонтных работ), осуществляемой посредством торфа, представляющего из себя природное образование и содержащего в своем составе негумифицированные растительные остатки, перегной, минеральные включения и микроорганизмы, приводящие к восстановлению их плодородия с участием фермента дегидрогеназы в соответствующих биохимических процессах.

Известен способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв, включающий внесение в почвы торфа в зависимости от их гранулометрического состава (Патент на изобретение №2491137. Способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа активности дегидрогеназы. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Маклюк О.В., Припутана И.В.).

Недостатками известного способа являются использование торфа без учета его максимальной ферментативной активности и полной влагоемкости нарушенных тундровых почв Крайнего Севера, а также трудоемкий анализ гранулометрического состава почв с использованием пирофосфата натрия, состоящий из 5 этапов и приводящий к разделению почв на 9 разновидностей (песок рыхлый, песок связный, супесь, суглинок легкий, суглинок средний, суглинок тяжелый, глина легкая, глина средняя и глина тяжелая), что является основой для назначения дозы вносимого торфа. При этом контроль эффективности рекультивации почв производится достаточно долго, т.е. посредством анализа активности дегидрогеназы через каждые 10 сут и в течение 40 сут. В результате отмеченные недостатки не позволяют рационально выбрать тип местного торфа в качестве единственного средства рекультивации нарушенных тундровых почв, а также для экспрессной оценки ее эффективности.

Наиболее близким к заявленному способу являются способ оценки эффективности рекультивации грунта методом визуализации в полевых условиях, включающий создание плодородного слоя на грунте путем его покрытия смесью торфа и других компонентов и наблюдение за произрастанием травяного покрова (Семенцов А.Ю. Применение суперкомпоста ПИКСА для реабилитации городских почв. - М.: ВНИИА, 2006. - 32 с.).

Существенными недостатками данного способа являются использование торфа в смеси с другими компонентами без учета ее максимальной ферментативной активности и полной влагоемкости грунтов, а также многомесячные наблюдения (в течение 12-24 месяцев) за созданием плодородного слоя на грунтах методом визуализации в полевых условиях. В результате отмеченные недостатки не позволяют рационально использовать местный торф в качестве единственного средства рекультивации нарушенных почв, а также для экспрессной оценки ее эффективности.

Целью предлагаемого изобретения является решение технической задачи определения рациональной дозы местного торфа с максимальной ферментативной активностью, необходимой для рекультивации нарушенных почв в зависимости от их полной влагоемкости, а также экспрессной оценки эффективности рекультивации посредством торфа данных почв методом анализа активности фермента дегидрогеназы.

Данная техническая задача решена благодаря тому, что на первом этапе определяют полную влагоемкость нарушенной почвы, например, весовым методом после достижения полного насыщения водой всех ее пор, без использования каких-либо химических реактивов, состоящим из 1 этапа и приводящим к категоризации почв на 2 уровня по полной влагоемкости (см. Практикум по почвоведению. М.: Колос, 1980, с. 105-106).

На втором этапе отбирают пробы местного торфа не менее чем из трех торфяных разработок - пробы №1, №2 и №3 для определения пробы с максимальной активностью фермента дегидрогеназы, как ключевого показателя восстановления плодородия почвы.

На третьем этапе выбирают рациональную дозу торфа (пробы №1, №2 или №3) из полученных данных в зависимости от полной влагоемкости почвы в виде определенного соотношения торф : почва (см. Таблицу).

На четвертом этапе, после инкубирования почвы в течение 10 дней в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и температура 30°С), отбирают пробы нарушенной почвы без внесения торфа - проба №4, а также нарушенной почвы с внесением торфа (пробы №1, №2 или №3) - проба №5. Затем определяют активность дегидрогеназы отобранных проб, при этом об эффективности рекультивации нарушенной почвы посредством торфа судят по повышению активности дегидрогеназы пробы №5 относительно активности дегидрогеназы пробы №4.

В качестве метода анализа используют определение активности фермента дегидрогеназы отобранных проб с применением реактивов - карбоната кальция, водных растворов глюкозы и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида, насыщенного щелочного раствора пирогаллола и этилового спирта.

Способ осуществляют следующим образом. Отбирают несколько вариантов проб, а именно: пробы местного торфа не менее чем из трех торфяных разработок - пробы №1, №2 и №3, а также пробы почвы после их инкубирования в течение 10 дней в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и температура 30°С): нарушенной почвы без внесения торфа - проба №4 и нарушенной почвы с внесением торфа (пробы №1, №2 или №3) - проба №5. Пробы для анализа активности дегидрогеназы отбирают в 6-ти кратной повторности.

Активность дегидрогеназы проб анализируют с помощью модифицированной колбы Эрленмейера (1) с коленчатым отростком (2), изображенной на фиг. 1.

С целью анализа активности дегидрогеназы по 1 г пробы отдельно из каждого вышеназванного варианта помещают в модифицированные колбы Эрленмейера (1), в которые затем последовательно добавляют 0,1 г тонко измельченного карбоната кальция, по 1 мл 1%-х водных растворов глюкозы и 2,3,5-трифенилтетразолийхлорида (бесцветное вещество, а), и все это перемешивают. Далее в коленчатый отросток (2) с помощью шприца вводят насыщенный щелочной раствор пирогаллола (б). Колбы герметизируют и ставят на инкубирование в термостат при 30°С на одни сутки.

После завершения инкубирования проб производят экстракцию образующегося в них 2,3,5-трифенилформазана (вещество красного цвета) с помощью этилового спирта (5 раз по 4 мл). Экстракты каждой пробы объединяют до объема 25 мл и измеряют оптическую плотность на спектрофотометре (при длине волны λ = 490 нм). Затем по заранее подготовленному калибровочному графику для концентраций 2,3,5-трифенилформазана (1-30 мкг/л) рассчитывают количество образованного 2,3,5-трифенилформазана, выражаемое в единицах мкг или мг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), различающееся в различных вариантах, что в результате позволяет судить об эффективности рекультивации нарушенной почвы посредством торфа.

По результатам этих экспериментов выявляют эффективность рекультивации нарушенной тундровой почвы посредством торфа. Она соответствует повышению активности дегидрогеназы пробы №5 относительно активности дегидрогеназы пробы №4.

Так, активность дегидрогеназы проб местного торфа №1, №2 и №3 из трех торфяных разработок составила соответственно 82, 167 и 104 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), т.е. активность пробы №2 была больше активности пробы №1 и №3 соответственно в 2 и 1,6 раза, см. фиг. 2. Активность дегидрогеназы проб нарушенных почв с низким уровнем полной влагоемкости без внесения торфа - пробы №4, №6 и №8 составила соответственно 8, 7 и 9 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), а проб с внесением торфа (проба №2 в почву в соотношении 1:4, 1:5 и 1:6) - пробы №5, №7 и №9 - 29, 27 и 29 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), т.е. активность возрастала в 3,6, 3,9 и 3,2 раза, см. фиг. 3. Активность дегидрогеназы пробы нарушенной почвы с высоким уровнем полной влагоемкости без внесения торфа - проба №10 составила 51 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), а пробы с внесением торфа (проба №2 в почву в соотношении 1:7) - проба №11 составила соответственно 56 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), т.е. активность возрастала всего в 1,1 раза, см. фиг. 4. Это свидетельствует о том, что внесение в почву торфа с высоким уровнем полной влагоемкости и активности дегидрогеназы не оказывало существенного воздействия на повышение значения последнего показателя.

Заявляемое техническое решение позволяет определить величину рациональной дозы местного торфа с максимальной ферментативной активностью, необходимую для проведения рекультивации нарушенных тундровых почв с различной полной влагоемкостью, произвести экспрессную оценку эффективности их рекультивации (в контролируемых гидротермических условиях в течение 10 дней) и повысить точность и качество получаемых при этом результатов. Как следствие снижаются затраты на проведение работ по рекультивации нарушенных почв и снижается брак в работах по рекультивации, связанный с использованием местного торфа.

Способ включает внесение торфа в почвы с учетом их полной влагоемкости и оценку эффективности их рекультивации. На первом этапе определяют полную влагоемкость нарушенной почвы, например, весовым методом после достижения полного насыщения водой всех ее пор. На втором этапе отбирают пробы местного торфа не менее чем из трех торфяных разработок - пробы №1, №2 и №3 для определения пробы с максимальной активностью фермента дегидрогеназы как ключевого показателя восстановления плодородия почвы. На третьем этапе выбирают рациональную дозу торфа (пробы №1, №2 или №3) в виде соотношения торф : почва из полученных данных в зависимости от полной влагоемкости почвы. На четвертом этапе, после инкубирования почвы в течение 10 дней в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и температура 30°С), отбирают пробы нарушенной почвы без внесения торфа - проба №4, а также нарушенной почвы с внесением торфа (пробы №1, №2 или №3) - проба №5. Затем определяют активность дегидрогеназы отобранных проб, при этом об эффективности рекультивации нарушенной почвы посредством торфа судят по повышению активности дегидрогеназы пробы №5 относительно активности дегидрогеназы пробы №4. Способ позволяет сократить время, повысить точность и качество оценки эффективности рекультивации нарушенных почв с различной полной влагоемкостью и рационально использовать торф в условиях Крайнего Севера. 4 ил., 1 табл.

Способ оценки эффективности рекультивации посредством торфа нарушенных тундровых почв с различной полной влагоемкостью, включающий внесение торфа в почвы и оценку восстановления их плодородия, отличающийся тем, что на первом этапе определяют полную влагоемкость нарушенной почвы, например, весовым методом после достижения полного насыщения водой всех ее пор, на втором этапе отбирают пробы местного торфа не менее чем из трех торфяных разработок - пробы №1, №2 и №3 для определения пробы с максимальной активностью фермента дегидрогеназы, на третьем этапе выбирают рациональную дозу торфа (пробы №1, №2 или №3) в виде соотношения торф:почва из полученных данных в зависимости от полной влагоемкости почвы, на четвертом этапе, после инкубирования почвы в течение 10 дней в контролируемых гидротермических условиях, отбирают пробы нарушенной почвы без внесения торфа - проба №4, а также нарушенной почвы с внесением торфа (пробы №1, №2 или №3) - проба №5, затем определяют активность дегидрогеназы отобранных проб, при этом об эффективности рекультивации нарушенной почвы посредством торфа судят по повышению активности дегидрогеназы пробы №5 относительно активности дегидрогеназы пробы №4.