Способ повышения экологической безопасности продукции растениеводства Российский патент 2023 года по МПК A01B79/00 B09C1/00 C05F11/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к растениеводству.

Уровень техники.

Начиная с 80-х годов ХХ века ученые мира разрабатывали приемы снижения доступности тяжелых металлов (ТМ) и их аккумуляции в наземных частях растений. Большое распространение получили приемы с использованием посева трав (амарант, календула, овсяница овечья, горчица русская, пшеница мягкая, армерия приморская, рапс) и внесения мелиорантов (извести, глины, диатомита) [1; 3; 4] .

Увеличение объема поступающих в окружающую среду контаминаторов связано с ростом количества транспортных средств, работой коммунальных и дорожных служб, деятельностью добывающей и перерабатывающей отраслей промышленности. В связи с этим актуальным становится разработка различных подходов к повышению плодородия и снижению токсического воздействия тяжелых металлов на живые организмы и среду их обитания [5].

Так исследования на рисовых полях в Южной Корее (Lee S. S., 2013) показали, что комбинированное применение отходов яичной скорлупы с остатками рапса может быть экономически эффективным и выгодным способом восстановления почвы, загрязненной тяжелыми металлами. В почвах, обработанных NPK-удобрением и шелухой рапса, было значительно снижено содержание тяжелых металлов в почве до 34,01 и до 46,1 % при добавлении яичной скорлупы в состав мелиоранта по сравнению с контролем [7].

Lee C.H. с соавторами оценили влияние отходов яичной скорлупы в сочетании с азотными, фосфорными и калийными удобрениями на иммобилизацию Cd и Pb в нейтральной сельскохозяйственной почве Китая. Их исследования показали, что через 80 дней после внесения 5% (по массе) яичной скорлупы в почву концентрация доступных формы Cd и Pb снизилась до 68 и 93% соответственно [6].

Soares A.R. (2015) с соавторами исследовали эффект иммобилизации свинца и цинка при внесении компоста с яичной скорлупой. Компост повышал реакцию среды почвы до значений выше 6 и снижал содержание подвижной формы Pb и Zn более чем на 95% [8].

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение выражается в разработке простого в реализации и легко воспроизводимого приема повышения экологической безопасности продукции растениеводства.

Техническим результатом является снижение концентрации тяжелых металлов в зерне сельскохозяйственных культур пшеницы (Tríticum aestívum L.) и ячменя (Hordeum sativum L.) выращенных на антропогенно загрязненных почвах при сохранении посевных качеств и повышении урожайности.

Указанный технический результат достигается путем однократного внесения в почву состава, состоящего из яичной скорлупы, азотного удобрения и вермикомпоста в соотношении компонентов 1:1:3. Достижение технического результата создаст условия для последующего экологического сертифицирования продукции, гарантирующее ее безопасность для жизни и здоровья потребителя, а также повысит конкурентоспособность конечного продукта.

Осуществление изобретения.

В качестве сырья для подготовки состава в лабораторных условиях осуществляли перемешивание яичной скорлупы марки «БИУД» (ООО «Эко-АгТи,  Московская обл., г.Королев, ул. Дзержинского д. 26) с размером частиц 1-3 мм (рНKCl =7.1, массовая доля химических элементов: Са - 30%, К - 20%, Мg - 1,05 %, S - 2,5%, Na - 0.65%), аммиачной селитрой с массовой долей азота не менее 34.4% торговой марки «Fertika» (ЗОА «Фертика», г. Москва, Рязанский проспект, д. 75) и вермикомпоста марки «Vermi» (ООО «МФК Точка Опоры», г. Москва, Балаклавский проспект, 28 Б) (с массовой долей питательных веществ, %: N – 1,5, Р – 0,7, К – 0,6, Са – 0,8, Мg – 0,1).

Изучение влияния предложенного приема на экологическую безопасность зерна пшеницы и ячменя был поставлен полевой однофакторный опыт на участке, расположенном в зоне действия федеральной трассы Р-239 (53.158723°N. 54.208385°E). Почвы которого были представлены черноземом типичным тяжелосуглинистого гранулометрического состава, нейтральной реакцией почвенного покрова (рН=7.1), содержанием аммонийной формы азота 0,65 %, а подвижных форм Р₂О₅ – 156.7 мг/кг и К₂О – 860 мг/кг. Предварительные исследования показали, что почвенный покров характеризовался содержанием подвижной формы цинка превышающей предельно допустимую концентрацию в 3,5 раза.

Полевой опыт осуществлялся по методике Доспехова Б.А. с общей площадью опытного участка 1 га [2]. Внесение состава в дозе 400 кг/га производили осенью с помощью машины для внесения твердых органических удобрений МТО-3, с последующей вспашкой плугом навесным ПЛН-4-35 на глубину 20-25 см. Весенние полевые работы проводились трактором Т-150 с прицепным комбинированным посевным агрегатом CS 6003 R.

Для проведения исследований использовали семена яровой пшеницы мягкой сорта «Учитель» и ячменя «Натали», которые были предоставлены отделом технологий зерновых и кормовых культур ФНЦ БСТ РАН (http://fncbst.ru/). Норма высева яровой пшеницы и ячменя составила 5,0 млн. семян на 1 га. После созревания и уборки урожая определяли средний прирост фитомассы за сезон, а также содержание цинка, свинца и меди в зерне атомно-абсорбционным методом (атомно-абсорбционный спектрометр «Квант-2АТ», ООО «Кортэк», г. Москва).

Оценка полевой всхожести семян показала, что при внесении состава показатель для яровой мягкой пшеницы увеличился на 16 % относительно контрольных значений, а для ярового ячменя на 21 %, а фенологические наблюдения на участках с внесением предложенного состава позволили отметить повышение выживаемости растений на 15 % (таблица 1).

Таблица 1

Витальные и морфометрические показатели полевых культур

Вариант опыта Масса корней, г Масса
надземных органов, г Масса 1000 семян, г Всхожесть, % Урожайность, ц/га Пшеница мягкая сорта «Учитель» Контроль 14,26 122,54 34,5 75 14,01 Вариант с внесением состава 20,3 165,28 37,5 91 20,17 Ячмень яровой сорта «Натали» Контроль 4 29,53 41,5 67 11,3 Вариант с внесением состава 8,92 83,55 42,5 88 19,9

Увеличение фитомассы культурных растений после несения разработанного состава для пшеницы составило 42,4% для корневых систем и 34,9% для надземных органов растений, а для ячменя 123% и 182,9% для под- и надземных органов растений соответственно. Комплексное влияние на почвенные свойства, процессы роста и развития растений яичной скорлупы, азотного удобрения и вермикомпоста выразилось в увеличении урожайности пшеницы в 1,4 раза и ячменя в 1,8 раз по сравнению с контролем. Снижение доступности тяжелых металлов в почвенном растворе и их аккумуляции в биомассе урожая хорошо иллюстрируется полученными аналитическими данными (таблица 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов (мг/кг) в зерне культурных растений

Вариант опыта Пшеница мягкая сорта «Учитель» Ячмень яровой сорта «Натали» Zn Контроль 30 35,2 Вариант с внесением состава 27,6 15,2 Pb Контроль 0,31 0,28 Вариант с внесением состава 0,12 0,24 Cu Контроль 2,67 4,35 Вариант с внесением состава 2,3 3,7

Примечание: * достоверно при р ≤ 0,05 (различие с прототипом).

Концентрация цинка относительно контроля снизилась в зерне пшеницы на 8%, а ячменя на 56,8%. Уменьшение содержания меди в биомассе урожая для изученных культур и свинца в зерне ячменя варьировало от 13,9 до 14,9%, а наибольший эффект снижения аккумуляции тяжелых металлов более чем на 61% отмечен для свинца в зерне пшеницы.

Таким образом, предложенный состав способствует детоксикации почв и снижению аккумуляции тяжелых металлов в биомассе культурных растений, поэтому может использоваться как эффективный способ повышения экологической безопасности продукции растениеводства.

Список использованных источников:

1. Борисочкина Т.И. Восстановление почв, загрязненных тяжелыми металлами / Т.И. Борисочкина // Экология России: На Пути К Инновациям. – 2012. – № 6.– С. 128-132.

2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов.– 5-е изд., доп. и перераб.-М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

3. Кирейчева Л.В. Природные сорбенты для детоксикации загрязненных почв / Л.В. Кирейчева, И.В. Глазунова // Плодородие. – 2008. – № 6 (45).–С. 44-46.

4. Попова А.А. Дикорастущие растения как аккумуляторы тяжелых металлов (pb) в условиях городской среды на примере клевера ползучего (trifolium Repens L.) / А.А. Попова, Нгуен Тхи Ким Фунг, Т.В. Архипова. – Московский педагогический государственный университет, 2019. – С. 233-236.

5. Сулейманова Н.О. Содержание и миграция тяжелых металлов в системе почва-растение в агроценозах чуйской долины / Н.О. Сулейманова // Известия Вузов (кыргызстан). – 2005. – № 6.– С. 50-54.

6. Effects of oyster shell on soil chemical and biological properties and cabbage productivity as a liming materials : Pay as you throw: a tool fo urban waste management / C.H. Lee [и др.] // Waste Management. – 2008. – Т. 28. – № 12. – С. 2702-2708.

7. Heavy metal immobilization in soil near abandoned mines using eggshell waste and rapeseed residue / S.S. Lee [и др.] // Environmental Science and Pollution Research International. – 2013. – Т. 20. – № 3. – С. 1719-1726.

8. Soares M.A.R. Immobilisation of lead and zinc in contaminated soil using compost derived from industrial eggshell / M.A.R. Soares, M.J. Quina, R.M. Quinta-Ferreira // Journal of Environmental Management. – 2015. – Т. 164. – С. 137-145.

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к растениеводству. Способ повышения экологической безопасности продукции растениеводства предусматривает однократное внесение в антропогенно загрязненную почву состава, включающего яичную скорлупу, аммиачную селитру и вермикомпост в соотношении по мас. % компонентов 1:1:3. Предлагаемый способ повышения экологической безопасности продукции растениеводства обеспечивает снижение концентрации тяжелых металлов в антропогенно загрязненной почве, в зерне сельскохозяйственных культур пшеницы и ячменя, выращенных на антропогенно загрязненных почвах при сохранении посевных качеств семян, повышение урожайности. 2 табл., 1 пр.

Способ повышения экологической безопасности продукции растениеводства, характеризующийся тем, что в почву техногенно загрязненного агроценоза однократно вносят состав на основе яичной скорлупы, аммиачной селитры и вермикомпоста в соотношении по мас. % 1:1:3.