Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к рекультивации почв, повышению ее плодородия и использовании в целях благоустройства городских насаждений.

Известен способ рекультивации загрязненных земель (патент РФ №2329882, опубл. 27.07.2008 г.), в основе которого лежит последовательное покрытие загрязненной токсичными веществами площадки слоями - сначала цеолитсодержащей породой, затем карбонатной глиной, смесью почвы с полиакриламидным полимером АК-639 марки В-415К в объемном соотношении 100:1, а также слоем почвы. Последующее залужение поверхности проводят с использованием корневищных многолетних трав костреца и пырея в весовом соотношении семян 1:1 и нормой высева 20 кг/га.

Недостатками данного способа является многостадийность процесса, отсутствие расшифровки состава почвы, а также использование искусственных полимеров.

Известен способ рекультивации отвалов цементного производства (патент РФ №2338355, опубл. 20.11.2008 г.), заключающийся во внесении в качестве органического удобрения сапропеля, смешанного с семенами трав в количестве 25-30 т/га и запахиванием его на глубину 4-6 см.

Недостатками данного способа является недостаточная глубина плодородного слоя для возможности использования его в сельскохозяйственных целях и выращивания культур с развитой корневой структурой.

Известен способ биологической рекультивации нарушенных вечномерзлых почв (патент РФ №2599836, опубл. 20.10.2016 г.) заключается в равномерном нанесении предварительно заготовленного органоминерального грунта слоем не менее 10 см, затем последовательно вносят необходимое количество извести и минеральных удобрений, формируя слой растительного грунта; далее слой растительного грунта планируют, прикатывают и производят посев травосмеси и прикатывают, при этом состав грунта и травосмесь выбирают в зависимости от типа рекультивируемой почвы, а семена высевают сразу после внесения в грунт извести и минеральных удобрений.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость способа, многостадийность способа и продолжительный срок получения результатов.

Известен способ биологической рекультивации техногенно-нарушенных земель (патент РФ №2512171, опубл. 10.04.2014), включающий посев многолетних трав с внесением минеральных удобрений, заключающийся в том, что на грунт слоем до 1 см рассыпают вермикулитовый субстрат с гранулами до 2-4 мм и pH от 6,5 до 7,2, по поверхности субстрата высевают семена трав и производят их полив водным раствором минеральных удобрений, затем поверхность субстрата укрывают полимерной пленкой, которую удаляют на 5-7-й день.

Недостатком данного способа является трудоемкость способа и сложность изготовления вермикулитового субстрата.

Известен способ повышения плодородия песчаных почв (патент РФ №2265980, опубл. 20.12.2005 г.), принятый за прототип, который включает внесение и запахивание глины, содержащей 30-31% илистых частиц в почву в количестве 25-50 т/га. Перед внесением и запахиванием глины в почву ее измельчают. Внесение и запахивание глины осуществляют осенью.

Недостатком данного способа является многостадийность процесса, продолжительный срок получения результатов и отсутствие информации о составе предполагаемой к использованию почвы.

Техническим результатом изобретения является минимизация временных и ресурсных затрат на проведение работ по биологической рекультивации почвы и использование доступных компонентов почвы для условий городской среды.

Технический результат достигается тем, что глина предварительно анализируется на токсичность, и по ее результатам глинистый отход равномерно смешивают с торфо-песчаной смесью в пропорции (40-60):(60-40)%, минеральными удобрениями и семенами многолетних морозостойких трав, например райграс, и наносится на поверхность слоем мощностью от 8 до 10 см на планируемую осушенную территорию после схода снежного покрова весной.

Способ осуществляется следующим образом.

Используемая в предложенном способе глина является глинистым отходом землеройных работ при прокладке тоннелей метрополитена. Первоначально с использованием шнекового конвейера происходит разработка глинистого отхода, расположенного в нижней части камеры породоразрушающего органа. Шнековый конвейер сопряжен с удлиняющимся по мере проходки ленточным транспортером, с помощью которого разработанный глинистый отход выдается на поверхность.

В дальнейшем отход проверяется по существующим методикам на токсичность (химический состав, гранулометрический анализ, биотестирование). Если глинистый отход относится к I-IV классам опасности (от чрезвычайно опасных веществ до малоопасных веществ), отход не может использоваться в целях биологического этапа рекультивации и направляется на хранение в отвалы. Если глинистый отход соответствует V классу опасности (практически неопасный), его смешивают с торфо-песчаной смесью в пропорции (40-60):(60-40)%, минеральными удобрениями и семенами многолетних морозостойких трав на специальной площадке.

Торфо-песчаная смесь используется следующего состава: торф низовой и верховой - 60%, песок - 40%. Добавление минеральных удобрений осуществлялось в следующем соотношении: N - 350 мг/кг, P₂O₅ - 400 мг/кг, K₂O - 500 мг/кг. В качестве тест-культуры была выбрана газонная трава "райграс". Смешивание осуществляется фрезами и проводится непосредственно перед проведением биологического этапа рекультивации. Полученная смесь поставляется к площадке, предназначенной для биологической рекультивации автомобильным транспортом.

Смесь наносится на разровненную и уплотненную поверхность слоем мощностью от 8 до 10 см с использованием специальных разбрасывателей. Нанесение осуществляется сразу после схода снежного покрова весной (при переходе температур через +5°C). В дальнейшем производят регулярный полив посевов водой.

Особенностью способа является, что предлагается к использованию в целях биологической рекультивации основной отход землеройных работ при прокладке тоннелей метрополитена г. Санкт-Петербурга глубокого заложения. Им являются глины верхнекотлинской подсвиты. Верхнекотлинская подсвита представлена глинами развитыми на обширной территории. Глины - серые, плотные, с прослоями песчаников. Глубина залегания, увеличиваясь в южном направлении, достигает 50 м.

Способ поясняется следующими примерами.

Первоначально было осуществлено взятие проб глинистого отхода из трех точек - мест прокладки строящихся тоннелей метрополитена г. Санкт-Петербурга.

Исследование химического состава проб производилось при помощи волнового рентгено-флуоресцентного спектрометра XRF-1800 Shimadzu, анализ гранулометрического состава методом дифракции лазерного излучения проводился при помощи лазерного анализатора размеров частиц LA-950V2 Horiba. Для установления токсичности отхода использовалась методика определения по изменению оптической плотности культуры водоросли хлорелла.

Исследования проводились в аккредитованном ЦКП Горного университета, г. Санкт-Петербург.

Результаты лабораторных анализов всех проб представлены в таблицах 1, 2, 3.

Данный отход имеет V класс опасности и может быть использован в целях благоустройства городских насаждений, например, для озеленения территории рядом со строительной площадкой.

В дальнейшем глинистый отход доставлялся на поверхность шнековым конвейером и смешивался в различных пропорциях с торфо-песчаной смесью. Торфо-песчаная смесь использовалась следующего состава: торф низовой и верховой - 60%, песок - 40%.

В смесь были добавлены минеральные удобрения в следующем соотношении: N - 350 мг/кг, P₂O₅ - 400 мг/кг, K₂O - 500 мг/кг и газонная трава.

В качестве тест-культуры была выбрана газонная травяная смесь следующего состава:

- Райграс многолетний «Генриетта», 30%,

- Райграс многолетний «Ромео», 30%,

- Райграс многолетний «Фенси», 30%,

- Райграс многолетний «Роудраннер», 10%.

Райграс хорошо переносит температуры ниже минус 15°C без наличия снежного покрова, не требует частого полива и внесения дополнительных удобрений. Продолжительность жизни составляет 3-5 лет.

Смешивание осуществлялось механизированным способом непосредственно перед проведением биологического этапа рекультивации. Полученная смесь транспортировалась к площадке, предназначенной для биологической рекультивации автомобильным транспортом.

Приготовленные смеси различных составов наносились на разровненную и уплотненную поверхность площадью 30×30 см слоем мощностью от 8 до 10 см ручным способом. Нанесение осуществляется сразу после схода снежного покрова весной (при переходе температур через +5°C). В дальнейшем производят регулярный полив посевов водой.

Для оценки плодородности предложенной почвенной смеси для использования ее на биологическом этапе рекультивации, был поставлены эксперименты, целью которого является установление оптимального соотношения отход/почва. Оптимальное соотношение определяется показателями всхожести, роста, выживаемостью, цветом высеваемой тест-культуры (Таблица 4).

В таблице 4 представлены значения биопродуктивности различных составов для биологической рекультивации почв:

Из таблицы 4 видно, что оптимальным соотношением компонентов для получения наибольшей биопродуктивностью обладают составы №3, 4 смеси. Дальнейшее увеличение толщины слоя растительного грунта не дает существенной прибавки во всхожести и процесса произрастания растений.

При использовании данного способа биологической рекультивации почв используется экологический чистый отход землеройных работ при прокладке глубокозалегаемых тоннелей метрополитена, что значительно понижает затраты на проведения биологического этапа рекультивации и благоустройства городских насаждений, а также повышает защитные свойства рекультивируемых поверхностей от физического воздействия (водной и ветровой эрозии) и создает устойчивый плодородный слой почвы.