СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ТУНДРОВЫХ ПОЧВ ПОСРЕДСТВОМ ВНЕСЕНИЯ МЕСТНОГО ТОРФА И ГУМАТА КАЛИЯ Российский патент 2017 года по МПК B09C1/00 C05F11/02 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при рекультивации нарушенных тундровых почв легкого гранулометрического состава (от рыхлого песка до легкого суглинка) с отсутствием верхнего плодородного слоя, вследствие проезда техники, связанного с проведением геологоразведки, бурением скважин и обустройством промыслов.

Известно средство рекультивации почвы, включающее использование так называемого почвомодификатора пролонгированного действия в виде многокомпонентной композиции, состоящей из торфа, гумата калия и компоста, включающего подстилочный навоз крупного рогатого скота, подстилочный птичий помет и торф (Патент РФ №2345976. Почвомодификатор пролонгированного действия и способ его получения. Суханов В.М., Мощенская Н.В., Должич А.Р., Ретуев А.В.).

Недостатками известного способа является использование для рекультивации почв многокомпонентного состава без сравнительной оценки биологической (ферментативной) активности отдельных его составных частей, а также оценки эффективности рекультивации нарушенных почв путем выращивания растений. Кроме того, включенный в состав данного почвомодификатора компост необходимо предварительно получить путем инкубирования при 2-х температурных режимах (25-30°С и 65-80°C) с периодической аэрацией. Не указана также дозировка внесения модификатора в почву. Использование данного почвомодификатора для рекультивации нарушенных тундровых почв на Крайнем Севере нецелесообразно, так как здесь рекультивацию почв экономически выгодно проводить с использованием местного торфа и получаемого из него гумата калия.

Наиболее близким к заявленному способу является способ оценки эффективности рекультивации нарушенных почв методом визуализации в полевых условиях, включающим создание плодородного слоя на почве путем ее покрытия компостом, состоящим из торфа, навоза крупного рогатого скота и минеральных, органических и органо-минеральных удобрений, и наблюдение за произрастанием травяного покрова (Семенцов А.Ю. Применение суперкомпоста ПИКСА для реабилитации городских почв. - М.: ВНИИА, 2006. - 32 с.).

Существенным недостатком данного способа являются использование компоста многокомпонентного состава и длительные наблюдения (в течение 12-24 месяцев) за созданием плодородного слоя на нарушенных почвах методом визуализации.

Целью предлагаемого изобретения является решение технической задачи по оценке эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв легкого гранулометрического состава, как преобладающих разновидностей почв в районах сосредоточения объектов нефтегазовой отрасли на Крайнем Севере, посредством последовательного внесения местного торфа и водного раствора полученного из него гумата калия в количествах, зависящих от гранулометрического состава почв, а также посева и выращивания смеси травяно-злаковых растений.

Использование местного торфа и водного раствора полученного из него гумата калия в суровых климатических условиях Крайнего Севера, во-первых, позволяет провести тепловую мелиорацию нарушенной почвы, путем стабильного повышения температуры почвы за счет выделяемого в процессе разложения торфа диоксида углерода и тем самым способствовать ускоренному восстановлению ее плодородия, во-вторых, калий, входящий в состав препарата гумата калия, позволяет нормализовать физиологические процессы в растениях, выращиваемых на нарушенных тундровых почвах, которые связаны с образованием углеводов и витаминов, активацией ферментов и др., и тем самым повысить морозоустойчивость растений. Что касается травяно-злаковых растений, используемых для оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв, то известно, что начальный период восстановления плодородия почв в естественных условиях характеризуется заселением именно указанного сообщества растений.

Данная техническая задача решена благодаря тому, что на первом этапе определяют активность дегидрогеназы ненарушенной почвы (контроль) - проба №1 и местных месторождений торфов - пробы №2, №3 и №4 для выбора пробы торфа с максимальной активностью дегидрогеназы. Для рекультивации используют торф из торфяной разработки, измельченный и подсушенный путем периодического рыхления до состоянии рассыпчатости, а также полученный из данного торфа гумат калия в виде его водного раствора.

При этом на первом этапе 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. Вышеуказанные пробы различных вариантов (почвы и торфов) для анализа активности дегидрогеназы отбирают в 6-кратной повторности и анализируют с помощью модифицированной колбы Эрленмейера (1) с коленчатым отростком (2), изображенной на фиг. 1.

С целью анализа активности дегидрогеназы по 1 г пробы из каждого вышеназванного варианта помещают отдельно 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.

По результатам этого эксперимента выявляют активность торфов относительно ненарушенной почвы. Она соответствует повышению активности дегидрогеназы проб №2, №3 и №4 относительно активности дегидрогеназы пробы №1. Так, активность дегидрогеназы проб местных месторождений торфов №2, №3 и №4 составила, соответственно, 82, 167 и 104 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), т.е. их активность была больше активности пробы №1-20 мкг 2,3,5-трифенилформазана/(г⋅сут), соответственно в 4, 8 и 5 раза, см. фиг. 2.

На втором этапе выбирают дозы торфа и 0,125%-ного водного раствора гумата калия, полученного из выбранного на предыдущем этапе торфа для рекультивации конкретной нарушенной почвы по таблице.

На третьем этапе, в специальных пластиковых сосудах емкостью 0,25 л готовят серии проб в 6-кратной повторности. Для каждой пробы берут 100 г образец нарушенной тундровой почвы. В часть проб вносят торф - серия проб №5. В другую часть проб последовательно вносят торф и 0,125%-ный водный раствор гумата калия - серия проб №6. При этом количество используемого торфа и гумата калия назначается используя методы планирования эксперимента (например, метод насыщенного факторного плана). После подготовки серий осуществляют посев и выращивание в каждой пробе смеси семян травяно-злаковых растений и инкубируют их в течение 30 дней при дневном освещении в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и среднемесячной температуре, характерной для региона исследования). В числе смеси семян растений могут быть гребенник обыкновенный (Cynosurus cristatus), мятлик луговой (Роа pratensis), овсяница красная (Festuca rubra), полевица белая (Agrostis alba), райграс пастбищный (Lolium perenne) и др. с целью получения густого травостоя и плотного дерна; при изреживании травостоя травы подсевают. Доза семян берется из расчета 30 г/м².

На четвертом этапе после скашивания определяют надземную биомассу смеси травяно-злаковых растений в различных вариантах опыта. Об эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв судят по превышению надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №6 относительно надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №5.

Так, надземная биомасса смеси травяно-злаковых растений в почве, представляющей собой по гранулометрическому составу песок связный с добавлением торфа (из расчета 1,8 кг/м²) и 0,125%-ного водного раствора гумата калия (из расчета 2,0 л/м²) - проба №6 была на 21% больше, чем почвы с добавлением только торфа из расчета 1,8 кг/м² - проба №5, фиг. 3.

Оптимальное соотношение грунта, торфа и гумата калия для рекультивации конкретного участка тундры назначают по результатам математической обработки, соответствующей выбранному методу планирования эксперимента, полученных данных испытаний по четвертому этапу - серии проб №5 и №6.

Заявляемое техническое решение позволяет сократить время, повысить точность и качество оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв, проводить оценку в лабораторных условиях зимой для максимально эффективного использования времени короткого полярного лета на проведение мероприятий по рекультивации, рационально использовать местный торф и получаемый из него гумат калия в виде водного раствора.

Изобретение относится к области экологии и почвоведения. Способ включает последовательное внесение местного торфа и водного раствора полученного из него гумата калия в количествах, зависящих от гранулометрического состава почв, а также посев и выращивание смеси травяно-злаковых растений. При этом на первом этапе определяют активность фермента дегидрогеназы ненарушенной почвы (контроль) - проба №1 и местных месторождений торфов - пробы №2, №3 и №4 для выбора пробы торфа с максимальной активностью дегидрогеназы. На втором этапе выбирают, используя методы планирования эксперимента, например метод насыщенного факторного плана, ряд доз торфа и водного раствора 0,125%-ного гумата калия, полученного из торфа, который выбран из проб №2, №3 и №4, и затем на третьем этапе готовят пробы нарушенной тундровой почвы с внесением торфа - серия проб №5, а также нарушенной тундровой почвы с последовательным внесением торфа и водного раствора гумата калия - серия проб №6. Подготовленные серии проб засевают смесью семян травяно-злаковых растений и инкубируют для выращивания растений в обоих сериях в течение 30 дней при дневном освещении в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и среднемесячной температуре, характерной для региона исследования). После этого на четвертом этапе определяют надземную биомассу смеси травяно-злаковых растений в каждой пробе обеих серий №5 и №6. При этом об эффективности предстоящей рекультивации нарушенных тундровых почв судят по превышению надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №6 относительно надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №5. Оптимальное соотношение грунта, торфа и гумата калия для рекультивации конкретного участка тундры назначают по результатам математической обработки, соответствующей выбранному методу планирования эксперимента, полученных данных испытаний по четвертому этапу - серии проб №5 и №6. Способ позволяет ускоренно восстановить плодородие почвы и нормализовать физиологические процессы в растениях. 3 ил., 1 табл.

Способ оценки эффективности рекультивации (восстановления плодородия) нарушенных тундровых почв, включающий последовательное внесение местного торфа и водного раствора полученного из него гумата калия в количествах, зависящих от гранулометрического состава почв, а также посева и выращивания смеси травяно-злаковых растений, отличающийся тем, что на первом этапе определяют активность фермента дегидрогеназы ненарушенной почвы (контроль) - проба №1 и местных месторождений торфов - пробы №2, №3 и №4 для выбора пробы торфа с максимальной активностью дегидрогеназы, на втором этапе выбирают, используя методы планирования эксперимента, например метод насыщенного факторного плана, ряд доз торфа и водного раствора 0,125%-ного гумата калия, полученного из торфа, который выбран из проб №2, №3 и №4, и затем на третьем этапе готовят пробы нарушенной тундровой почвы с внесением торфа - серия проб №5, а также нарушенной тундровой почвы с последовательным внесением торфа и водного раствора гумата калия - серия проб №6, подготовленные серии проб засевают смесью семян травяно-злаковых растений и инкубируют для выращивания растений в обеих сериях в течение 30 дней при дневном освещении в контролируемых гидротермических условиях (влажность 70% от полной влагоемкости и среднемесячной температуре, характерной для региона исследования), после этого на четвертом этапе определяют надземную биомассу смеси травяно-злаковых растений в каждой пробе обеих серий №5 и №6, при этом об эффективности предстоящей рекультивации нарушенных тундровых почв судят по превышению надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №6 относительно надземной биомассы смеси травяно-злаковых растений серии проб №5, а оптимальное соотношение грунта, торфа и гумата калия для рекультивации конкретного участка тундры назначают по результатам математической обработки, соответствующей выбранному методу планирования эксперимента, полученных данных испытаний по четвертому этапу - серии проб №5 и №6.