Результат интеллектуальной деятельности: Способ выращивания овса посевного в условиях загрязнения почвы нефтепродуктами

Изобретение относится к биотехнологии в области сельского хозяйства и может быть использовано при выращивании овса посевного в условиях зоны рискованного земледелия на почвах, загрязненных сырой нефтью и нефтепродуктами.

Овес посевной (Avena sativa L.) является одной из основных зерновых культур в Западной и Восточной Сибири, а также на Дальнем Востоке. Широкое распространение овес посевной получил по сравнению с другими зерновыми культурами благодаря ценным кормовым и пищевым качествам, стабильности урожая в суровых и сложных климатических условиях. Семена овса посевного могут успешно прорастать при температуре около 2 градусов со знаком плюс, а окрепшие всходы легко выдерживают даже небольшие морозы [Богачков В.И. Овес в Сибири и на Дальнем Востоке. Омск, Омское книжное изд., 1984].

Деятельность человека оказывает существенное влияние на экологию природы и прежде всего на свойства почвы. Наиболее типичным антропогенным загрязнением окружающей среды являются нефть и нефтепродукты. Современные технологии разработки месторождений нефти, ее добычи и транспортировки пока еще не привели к сокращению загрязнений нефтепродуктами водоемов, почв и атмосферы [Киреева Н.А. с соавт. Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв. - Уфа: Гилем. - 2003. - 266 с.; Колотвин А.А, Лобачева А.А. Влияние техногенных органических загрязняющих веществ на биологическую активность почв. Экологическая химия. 2005. Т. 14. Вып. 3. С. 197-201].

Известные в настоящее время технологии биологической рекультивации нефтезагрязненных почв решают проблему очистки почвы либо внесением в нее биопрепаратов на основе штаммов активных углеводородокисляющих микроорганизмов, в частности выделенных из загрязненной нефтью почвы [Патенты RU: №2049739 от 10.12.1995; №2077579 от 20.04.1997; №2114071 от 27.06.1998; №2137559 от 20.09.1999; №2142996 от 20.12.1999; №2157843 от 20.10.2000; №2157841 от 20.10.2000; №2157842 от 20.10.2000; №2157838 от 20.10.2000; №2157839 от 20.10.2000; №21578840 от 20.10.2000; №2170149 от 10.07.2001; №2191752 от 27.10.2002; №2217246 от 27.11.2003; №2295403 от 20.03.2007; №2320430 от 27.03.2008; №23296533 от 27.07.2008; №2322312 от 20.04.2008; №2376084 от 20.12.2009; №2501852 от 20.12.2013; №2499636 от 27.11.2013], либо посредством использования различных приемов, направленных на стимулирование активности собственной нефтеусваивающей микрофлоры почвы.

Как показывает практика, применение биопрепаратов оправдывает себя только в системах интенсивной очистки, на специально оборудованных технологических площадках. В неблагоприятных условиях Севера чаще всего эти препараты малоэффективны.

Наиболее часто используют удобрения с различными добавками для повышения адсорбции нефтепродуктов [Патенты RU: №2240877 от 27.11.2004; №2245748 от 10.02.2005; №2307869 от 10.10.2007; №2323790 от 10.05.2008; №2320429 от 27.03.2008; №2450872 от 20.05.2012; №2496589 от 27.10.2013].

Описано применение сорбентов для комплексной очистки поверхности почвы от нефтепродуктов с использованием моющих средств [Патенты RU: №2152274 от 10.07.2000; №2244685 от 20.01.2005], глины [Патенты RU: №2396133 от 10.08.2010; №2496820 от 27.10.2013], бурого угля [Патенты RU: №2174454 от 10.10.2001; №2290270 от 27.12.2006], а также отходов сельскохозяйственного производства [Патент №2091159 от 27.09.1997]. Недостатком известных сорбентов является малая их эффективность в отношении нефтепродуктов вследствие того, что поверхность сорбента часто обволакивается пленкой и практически они теряют свои сорбционные свойства.

Использование агрохимической и механической обработки почвы [Патенты RU: №2421291 от 20.06.2011; №2038363 от 27.06.1995; №2331489 от 20.08.2008; №2464068 от 20.08.2009] связано с большими материальными затратами.

Предложено использовать растения для очистки почвы от нефтепродуктов [Патенты RU: 2249933 от 20.04.2005; №2253209 от 10.06.2005; №2440199 от 20.01.2012; №2481162 от 10.054.2013]. Следует отметить, что положительный эффект от применения этих способов наблюдается только через несколько лет.

Известен способ дражирования семян [Патент RU №2490848 от 27.08.2013], позволяющий повысить энергию прорастания семян на нефтезагрязненной почве. Чекасина Е.В. и Егоров И.В. предложили семена перед посадкой обрабатывать биопрепаратами, почву перед посадкой обрабатывать биопрепаратами и микроэлементами, а после прорастания семян осуществлять некорневую подкормку растений минеральными удобрениями [Патент RU №2176164 от 27.11.2001]. Способ позволяет снизить содержание гудрона в почве через 3 месяца на 31,6%. В суровых и сложных климатических условиях Севера предложенный способ не нашел применения.

В качестве прототипа выбран способ выращивания овса посевного в зонах рискованного земледелия [Патент RU №2471329 от 10.01.2013], включающий обработку семян стимулятором роста, предпосевную обработку почвы, а в период вегетации осуществляют обработку растений гербицидом. В описании данного способа не предусмотрено использовать его на почвах, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Задачей настоящего изобретения является обеспечить возможность выращивания овса посевного в условиях загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами в суровых и сложных климатических условиях Севера.

Технический результат - простой, не требующий больших материальных затрат и основан на способности культивируемых, некультивируемых бактерий и их метаболитов адсорбировать нефтепродукты и обладать антагонистическими свойствами в отношении гнилостной микрофлоры, что повышает всхожесть и урожайность овса посевного.

В работах Л.Б.Козлова с соавторами установлено, что некультивируемые бактерии под влиянием холодового стресса переходят в культивируемое состояние и обладают иными биологическими свойствами по сравнению с бактериями одного и того же вида [Патент RU №247007 от 20.12.2012; Патент RU №125888 от 20.03.2013; Сахаров С.П., Козлов Л.Б. Система диагностики инфекционных осложнений и прогнозирование исходов ожоговой болезни у детей (клинико-экспериментальные исследования): монография. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2014. - 252 с.]. Известно, что в процессе роста бактерий в жидкой питательной среде наблюдается лаг-фаза, экспоненциальная, стационарная и фаза «отмирания» бактерий [Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: Учебник / Под ред. А.А. Воробьева. - М.: Медицинское информационное агентство, 2004. - 691 с.]. В стационарной фазе и фазе «отмирания» бактерий выделяется наибольшее количество метаболитов, препятствующих размножению микрофлоры различных видов. Установлено, что эти метаболиты не обладают видовой специфичностью и действуют фактически на различные виды условно-патогенной микрофлоры [Бухарин О.В., Перунова Н.Б., Иванова Е.В. Бифидофлора при ассоциативном симбиозе человека. - Екатеринбург: УрО РАН, 2014. - 212 с.].

Вышеприведенные исследования послужили основанием для использования штамма бактерий Mg8 (Bacillus sp.) в качестве стимулятора роста овса посевного в суровых климатических условиях и загрязнении почвы нефтепродуктами. Популяция штамма бактерий Mg8 (Bacillus sp.), состоящая из культивируемых, некультивируемых бактерий и метаболитов, обладала способностью адсорбировать нефтепродукты и препятствовать развитию гнилостной микрофлоры растений.

Технический результат - простой, не требующий больших материальных затрат и основан на использовании для обработки семян и почвы взвесью культивируемых бактерий, некультивируемых бактерий, перешедших в культивируемое состояние под влиянием холодового стресса, и их метаболитами в качестве стимуляторов роста овса посевного, адсорбентов нефтепродуктов и антагонистов гнилостной микрофлоры.

Технический результат предложенного нами способа достигается на основании использования достижений современного развития уровня техники и для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Следовательно, материалы заявки согласно п. 2 ст. 1350 Гражданского кодекса Российской Федерации имеют изобретательский уровень.

Технический результат достигается тем, что согласно изобретению предложенный способ включает использование популяции штамма Mg8 (Bacillus sp.) для обработки семян овса посевного культивируемыми и некультивируемыми бактериями, перешедшими в культивируемое состояние, а также метаболитами этих бактерий, обработку семян проводят в течение 2-х часов при температуре 18-25°С взвесью бактерий с концентрацией 10 микробных клеток в 1 мл, взвесь культивируемых бактерий, перешедших из некультивируемого состояния, получают следующим образом: штамм бактерий Mg8 накапливают на плотной питательной среде в течение 24-48 часов при температуре 37°С, затем проводят смыв бактерий стерильным физиологическим раствором, полученную взвесь бактерий помещают в холодильник при температуре +4 - +5°С на 72 часа для перехода некультивируемых бактерий в культивируемое состояние, из полученной взвеси бактерий готовят рабочую концентрацию бактерий, равную 10⁷ микробных клеток в 1 мл, посев семян проводят в почву, загрязненную до 10% нефтепродуктами, при температуре воздуха 16-22°С, при посеве проросшего овса посевного почву однократно обрабатывают взвесью бактерий в количестве 50 литров на 1 га посевной площади рабочими концентрациями бактерий Mg8, полученными из культивируемых и некультивируемых бактерий.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образам. Семена овса посевного обрабатывают взвесью бактерий Mg8 (Bacillus sp.) в концентрации 10⁷ микробных клеток в 1 мл в течение 2-х часов при температуре 18-25°С. Взвесь бактерий содержала культивируемые и некультивируемые бактерии, перешедшие в культивируемое состояние, и метаболиты этих бактерий. Посев семян проводили при температуре воздуха 16-22°С в почву, загрязненную до 10% нефтепродуктами. В период посева овса посевного почву однократно обрабатывали рабочими концентрациями культивируемых и некультивируемых бактерий, перешедших в культивируемое состояние. В популяциях бактерий содержались также метаболиты бактерий. Объем использованного раствора составил 50 литров на 1 га посевной площади.

Примеры практического использования предлагаемого способа.

Пример 1.

Семена овса посевного обрабатывали взвесью бактерий Mg8 (Bacillus sp.) в концентрации 10⁷ микробных клеток в 1 мл в течение 2-х часов при температуре 18°С. Взвесь бактерий содержала культивируемые и некультивируемые бактерии, перешедшие в культивируемое состояние, и метаболиты этих бактерий. При температуре воздуха 16°С проводили посев семян в почву, загрязненную до 10% нефтепродуктами. В период посева овса посевного почву однократно обрабатывали рабочими концентрациями культивируемых и некультивируемых бактерий, перешедших в культивируемое состояние. В популяциях бактерий содержались также метаболиты бактерий. Объем использованного раствора составил 50 литров на 1 га посевной площади.

Пример 2.

Семена овса посевного обрабатывали взвесью бактерий Mg8 (Bacillus sp.) в концентрации 10⁷ микробных клеток в 1 мл в течение 2-х часов при температуре 25°С. Взвесь бактерий содержала культивируемые и некультивируемые бактерии, перешедшие в культивируемое состояние, и метаболиты этих бактерий. При температуре воздуха 22°С проводили посев семян в почву, загрязненную до 10% нефтепродуктами. В период посева овса посевного почву однократно обрабатывали рабочими концентрациями культивируемых и некультивируемых бактерий, перешедших в культивируемое состояние. В популяциях бактерий содержались также метаболиты бактерий. Объем использованного раствора составил 50 литров на 1 га посевной площади.

Приведенные примеры иллюстрируют возможность применения данного способа для повышения урожайности овса посевного в условиях загрязнения почвы нефтепродуктами.

В таблице 1 представлены сравнительные результаты всхожести семян по предложенному способу в загрязненной почве нефтепродуктами в количестве до 10%.

В таблице 2 представлены морфометрические показатели растений овса посевного при росте в почве, загрязненной 10% нефтепродуктами (опыт и контроль).

Сравнительные данные предложенного способа по сравнению с прототипом при 10% загрязнении почвы нефтепродуктами представлены в таблице 3.

Способ апробирован на территории ФГБНУ 2НИИСХ «Северного Зауралья». В среднем по Тюменской области урожайность овса посевного составляет 2,0-2,2 т/га, масса сухого вещества (соломы) составляет 4,9-5,27 т/га, а урожайность овса посевного в условиях 10% загрязнения почвы нефтепродуктами составляет 1,7-1,9 т/га, масса сухого вещества (соломы) составляет 3,43-3,69 т/га. На основании проведенных исследований получены положительные результаты выращивания овса посевного в условиях Северного Зауралья и 10% загрязнением почвы нефтью и нефтепродуктами.

Предложенный способ в условиях 10% загрязнения почвы нефтепродуктами позволяет получить урожайность овса посевного в 85,7% и массы сухого вещества в 70,6% по сравнению с почвой, незагрязненной нефтепродуктами.