Способ выращивания сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами Советский патент 1992 года по МПК A01C7/00 A01B79/02 

- Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к агрохимии, и может быть использовано при нейтрализации тяжелых металлов на сельскохозяйственных угодиях.

Известен способ нейтрализации тяжелых металлов путем нанесения плодородного слоя толщиной 30-60 см (Самойлова Т.С. Микрофлора и активность биохимических процессов в почвах, загрязненных тяжелыми металами, С/х биология, 1985, Ms 9, с.20).

Данный способ малоэффективен, поскольку требует значительных затрат для перевозки и накладки плодородного слоя.

Известен способ нейтрализации тяжелых металлов путем внесения органических соединений (навоза), при котором образуются хелатосоединения, препятствующие проникновению тяжелых металлов в растения (Евдокимова Г.А. Микробиологическая активность почв при загрязнении тяжелыми металлами, Почвоведение, 1982, № 6, с. 125- 132). Известный способ отличается недс статками, так как при внесений органическихудобрений в кислые почвы (дерново-подзолистые) замедляются микробиологические процессы, и, следовательно, связывание тяжелых металлов также замедляется.

Известен способ нейтрализации тяжелых металлов путем известкования кислых почв. При этом повышается работа микроорганизмов, так как снижение кислотности способствует закреплению тяжелых металлов в почве и переходу их в нерастворимую форму, препятствуя тем самым их сорбции

VJ XJ СО

со VI

растениями (Евдокимова Г.А. Фитотоксич- ность загрязненных металлами почв и некоторые способы ее снижения. Почвоведение и агрохимия в Мурманской области. Апатиты, 1983, с.45-52). Однако в известном способе снижаются питательные элементы, так как от токсических веществ погибает значительная часть микроорганизмов, Тяжелые металлы проникают в корни растений и являются ядовитыми для человека и животных.

Следовательно, процесс известкования для полной нейтрализации недостаточно эффективен.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты растений от поступления тяжелых металлов, а также повышение эффективности нейтрализации тяжелых металлов в почве.

Цель достигается тем, что минеральные удобрения вносят в почву в жидком виде за 24-30 дн до зяблевой вспашки, затем через 12-15 дн их вносят повторно с заделкой на глубину пахотного плодородного слоя и непосредственно перед зяблевой вспашкой жидкие минеральные удобрения вносят вместе с органическими удобрениями и известковыми материалами на глубину 20-25 см, а весной за 2-3 нед до посева вновь вносят жидкие минеральные удобрения, заделывая их на глубину пахотного плодород- ного слоя, при этом в севообороте используют культуры, устойчивые к тяжелым металлам, и размещают их в севообороте в соответствии с увеличивающейся способностью проникновения их корневой системы в глубь пахотного и подпахотного слоев, например, в следующей последовательности: картофель, зерновые, подсолнечник, бобовые травы.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед зяблевой вспашкой (примерно за 30 дн) вносят жидкие минеральные удобрения в дозе №оРзоКод. Одновременно проводят заделку их на глубину, равную пахотному плодородному слою: на дерново- подзолистой почве 18-20СМ, на выщелоченных черноземах 25-30 см. Через 12-15 дн проводят повторное внесение тех же доз с рыхлением почвы на такую же глубину.

При такой обработке трактора должны быть легкими, чтобы не уплотнять почву. Такое дробное внесение удобрений обеспечивает питательную среду для микроорганизмов, улучшает биологические процессы в почве и миграцию тяжелых металлов в нижние слои. /

Перед основной зяблевой вспашкой на глубину 20-25 см вносят органические удобрения в дозе 30 т/га для дерново-подзолистых почв и 20 т/га для плодородных почв (черноземы и каштановые).

ЕГесной за 2-3 нед до посева вносят

удобрения в следующих количествах: М4оРзоК4Й и заделывают на глубину плодородного гумусового горизонта. Этот прием o6ecne4HBaeY питание растений и обработку почвы. При этом происходит дальнейшая миграция тяжелых металлов в нижние слои.

Периодическая обработка почвы и внесение жидких удобрений необходимы для равномерного действия соединений азота,

фосфора и калия, которые уменьшают токсическое действие свинца, меди, цинка, кадмия.

Так, при внесении селитры КМОз происходит химическая реакция, при которой

идет распад азотных удобрений и анион МОз вступает во взаимодействие С катионом свинца.

Тяжелые металлы вступают в реакцию с почвенным поглощающим комплексом (ППК). При этом снижается их активность.

0

ППК

н+

РЬ Rb+ Н+

К+ РЬ+ Rb+ К+

+ 2Н+

Как показали результаты агрохимических анализов, содержание тяжелых метал- лов постепенно снижается (табл.1).

Все варианты опыта осуществляются механической заделкой жидких удобрений на глубину 18-20 см на дерново-подзолистых почвах и 25-30 см на черноземах. При этом тяжелые металлы перемешиваются с почвой и более прочно сорбируются ее минеральной компонентой.

Заделка в верхний генетический почвенный горизонт обеспечивает равно- мерное распределение веществ в плодородном слое, так как здесь происходят максимальные биологические и химические процессы.

Способ особенно эффективен на дерно- во-подзолистых и дерново-глеевых почвах, куда вносятся известковые соединения для нейтрализации кислотности почв.

Тяжелые металлы проникают в более глубокие слои, а верхний генетический гори- зонт содержит их в допустимых пределах (табл.1).

Размещенный после такой обработки картофель снижает содержание стронция в 20-25 раз. Так, при посадке картофеля по предлагаемому способу содержание строиция-90 в клубнях в 0-20 см слое почвы снизилось на 142 тыс. с.е.

Исследованиями установлено, что ряд культур имеет устойчивость к проникновению тяжелых металлов. Это в первую 5 редь картофель, который имеет небольшую корневую систему. Затем в системе севооборота располагают зерновые культуры, в частности озимую пшеницу, имеющую основную массу корней в пахотном слое. По- 10 еле пшеницы в ротации следует подсолнечник, который имеет сильно развитую сеть боковых корней и проникает в почву ниже пахотного слоя. Однако растение имеет устойчивость к проникновению ме- 15 таллов, Кроме того, за период выращивания двух предыдущих культур произошли химические изменения в почве и нейтрализация токсических веществ. После подсолнечника высевают бобовые травы, которые усилива- 20 ют процесс нитрификации в почве, химические реакции почвенного раствора и нейтрализацию тяжелых металлов.

Пример 1. За 30 дн до зяблевой пахоты вносили жидкие минеральные удоб- 25 рения в дозе №оРзоК40 с одновременной их заделкой на глубине пахотного слоя 18-20 см дерново-глеевой почвы агрегатом ГАН, Через 15 дн вносили минеральные удобрения повторно в таких же дозах.30

Третье внесение таких же доз осуществляли совместно с внесением органических Iудобрений и известкованием, после чего

, проводили зяблевую вспашку на глубину

20-25 см. Весной за 2-3 нед до посева за- 35 делывали жидкие минеральные удобрения в дозах N4oP3oK4o. После обработки почвы высаживали картофель. ,

На следующий год на этом участке высевали пшеницу с предварительным внесе- лп нием оптимальных доз удобрений под эту культуру. Третьей культурой в ротации следовал подсолнечник и затем бобовые травы (2 г.). Перед началом исследований опреде:

ляли содержание тяжелых металлов в почве, которое составляло (мг/кг) свинца 125, хрома 118, никеля 123, цинка 190 и кадмия 6. В конце ротации (после 2 г, жизни бобовых трав) содержание металлов составило свинца 26, хрома 32, никеля 12, цинка 24 и кадмия 1 мг/кг.

Пример 2. Сравнивали две схемы севооборота по устойчивости к проникновению тяжелых металлов на дерново-глеево й почве. При первой схеме культуры располагали в следующем порядке: картофель, озимая пшеница, подсолнечник, бобовые травы. Второй севооборот состоял из следующих культур: бобовые травы, озимая пшеница, кукуруза на зерно, картофель.

0 5 0

5 0

5

п

5

0

5

В первом случае обработанная почва по предлагаемому способу мигрирует тяжелые металлы на глубину ниже корнеобитаемого слоя и в растении картофеля снижается их количество. Следующая культура озимая пшеница располагает основную корневую систему на глубине 30-35 см. Подсолнечник располагается в основном на глубине 60-80 см. Бобовые травы (клевер) проникают на глубину более 1 м. На участке с таким севооборотом происходит постепенное разложение тяжелых металлов на глубине и снижение их проникновения в почву. .

При второй схеме размещения, когда бобовые травы занимали первое место в ротации, токсические вещества через корни проникали в растения клевер а и поедались скотом. Содержание тяжелых металлов в клевере достигало выше допустимых пределов (свинец 159, никель 164, цинк 420 мг/кг почвы).

П р и м е р 3. Вносили жидкие минеральные удобрения на каштановых почвах в дозах IM2oP4oK20 с одновременной заделкой на глубину гумусового горизонта 30-35 см. Через 12 дн в таких же дозах заделывали на глубину пахотного слоя. Перед зяблевой вспашкой вносили органические удобрения в дозе 20 т/га и . Пахоту осуществляли на глубину 25-30 см. Весной за 2 нед до посева проводили обработку почвы с внесением минеральных удобрений . Размещали сельхозкультуры в следующей последовательности: картофель, озимая пшеница, подсолнечник, бобовые травы (люцерна). Результаты исследований пока- зали, что содержание тяжелых металлов в почве и в растениях всех культур снизилось в 10-12 раз. Данные результатов сведены в табл.2.

Через 16-17 дн снижение токсичности почв прекращается, а при первом варианте (10-11 дн) еще существуют остаточные явления. Следовательно, наиболее эффективна обработка почвы через 12-15 дн.

Предлагаемый способ снижает загрязнение окружающей среды в связи с нейтра- лизацией тяжелых металлов, более эффективен, увеличивает урожайность сельхозкультур, так как дробное внесение удобрений обеспечивает питательную среду для растений.

Формула изобретения

Способ выращивания сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения по-. чвы тяжелыми металлами, включающий внесение органических (и минеральных удобрений, известкование и зяблевую

вспашку почвы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты растений от поступления тяжелых металлов, а также повышения эффективности процесса нейтрализации тяжелых металлов в почве, минеральные удобрения вносят в почву в жидком виде за 24-30 дней до зяблевой вспашки, затем через 12-15 дней их вносят повторно с заделкой на глубину пахотного плодородного слоя и непосредственно перед зяблевой вспашкой жидкие минеральные удобрения вносят вместе с органическими удобрениями и известковыми

0

материалами на глубину 20-25 см, а весной за 2-3 недели до посева вновь вносят жидкие минеральные удобрения, заделывая их на глубину пахотного плодородного слоя, при этом в севообороте используют культуры, устойчивые к тяжелым металлам, и размещают их в севообороте в соответствии с увеличивающейся способностью проникновения их корневой системы в глубь пахотного и подпахотного слоев, например, в следующей последовательности: картофель, зерновые, подсолнечник, бобовые травы.

Сущность изобретения: в почву, загрязненную тяжелыми металлами, для их нейтрализации вносят минеральные удобрения в жидком виде за 24-30 дн до зяблевой вспашки, через 12-15 дн удобрения вносят повторно с заделкой на глубину пахотного слоя и непосредственно перед зябликовой вспашкой жидкие минеральные удобрения вносят вместе с органическими и известковыми на глубину 20-25 см. Весной за 2-3 нед до посева снова вносят жидкие минеральные удобрения и заделывают на глубину пахотного слоя. В севообороте на этих почвах используют культуры, устойчивые к тяжелым металлам, и размещают их в следующей последовательности: картофель, зерновые, подсолнечник, бобовые травы. 2 табл. ё

Содержание в почве тяжелых металлов мг/кг

Содержание тяжелых металлов в почве. %

Таблица 1

Таблица 2