Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки загрязненных кадмием почв для фиторемедиации

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности прикладной экологии, занимающейся проблемой очистки почв, грунтов и территорий, загрязненных кадмием, и может найти применение при рекультивации отвалов и терриконов предприятий, шахт и карьеров, добывающих и перерабатывающих металлургическое сырье и энергоносители, другие полезные ископаемые, а также локально загрязненных территорий, подвергающихся воздействию промышленных предприятий, выбросы которых содержат кадмий.

Кадмий относится к токсичным тяжелым металлам, причем согласно ГОСТ 17.4.02-83 он принадлежит к элементам 1-го класса опасности и вызывает у людей и животных ряд заболеваний (Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 960 с.). Поэтому необходимо очищать загрязненные почвы от избытка кадмия, особенно в случаях, когда эти почвы могут быть использованы для получения сельскохозяйственной продукции.

Известны способы фиторемедиационной очистки почв и грунтов, включающие посадку древесных и травянистых растений с целью последующего выноса тяжелых металлов, содержащихся в образующейся биомассе (Прасад М.Н.В. Практическое использование растений для восстановления систем, загрязненных металлами // Физиология растений. - 2003. - Т. 50. - №5. - С. 764-771).

Известен фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов, включающий засев почвы семенами растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых с последующим многократным скашиванием их в процессе вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почв (RU 2229203, МПК А01B 79/02, В09С 1/00, опубл. 27.05.2004; RU 2268096, МПК В09С 1/00, опубл. 20.01.2006; UA 76416, МПК А01В 79/02, опубл. 10.01.2013).

Недостатки известных способов заключаются в том, что результат очистки зависит от биопродуктивности растений и количества поступающих в них элементов, что обусловлено доступностью тяжелых металлов для поглощения растениями.

Известен способ биологической очистки почв от тяжелых металлов, включающий высев семян одуванчика лекарственного в количестве 1,95-24,3 млн. шт./га, скашивание и удаление зеленой массы до формирования цветоносных побегов. В начале фазы формирования розетки листьев в почву вносят борную кислоту в дозах 0,5-10,0 кг⋅га^-1 (RU 2342822, МПК А01В 79/02, опубл. 10.01.2009).

Известный способ позволяет проводить рекультивацию загрязненных земель, повысить вынос тяжелых металлов из почвы за счет биологической очистки, обогащать почву бором при его дефиците для растений. Однако недостатком известного решения является то, что внесение борной кислоты ухудшает свойства почвы, подкисляя ее, кроме того, требуется дополнительное обследование почв на предмет обеспеченности бором, профессиональное и техническое обеспечение процесса.

Технический результат заключается в снижении содержания специфически связанной формы кадмия под кроной древесных растений-мелиорантов, что приводит к увеличению концентрации его подвижной формы в почве, тем самым кадмий становится доступным для поглощения в последующем растениями-ремедиантами в больших объемах, способствуя более интенсивной очистке почв без ее дополнительных обработок.

В табл. 1 представлено содержание специфически связанных форм кадмия в почве под кроной древесных растений и их доля среди кислоторастворимых форм (КРФ).

Сущность изобретения заключается в том, что способ подготовки загрязненных кадмием почв для фиторемедиации включает посадку на загрязненной кадмием почве определенных видов древесных растений-мелиорантов, в качестве которых используют виды, выбранные из группы, включающей боярышник алтайский, кизильник черноплодный, ель колючую, лиственницу европейскую, робинию лжеакациевую, тополь бальзамический формы пирамидальной, клен Гиннала.

Пример. В способе подготовки загрязненных кадмием почв для фиторемедиации осуществляют высадку древесных растений-мелиорантов, выбранных из следующих видов: боярышник алтайский, кизильник черноплодный, ель колючая, лиственница европейская, робиния лжеакациевая, тополь бальзамический форма пирамидальная, клен Гиннала. Возможна высадка как одного из рекомендуемых видов древесных растений-мелиорантов, так и их комбинирование. Данные древесные растения-мелиоранты посредством корневых выделений и в результате деятельности видоспецифичного ризобиально-бактериального сообщества под кроной древесных растений влияют на соединения кадмия, находящегося в почве в труднорастворимых формах и снижают их концентрацию, переводя часть соединений в подвижные формы, которые активно поглощаются в последующем также и растениями-ремедиантами, извлекающими металл из почвы, ускоряя процесс ее очистки.

Определение специфически связанных форм кадмия проводили по известной методике (Метод анализа специфически связанных форм тяжелых металлов в почве: Kabata-Pendias A. Soil-plant transfer of trace elements - an environmetal issue // Geoderma. 2004. №122 (2-4). P. 143-149). В результате проведенных исследований определено, что содержание специфически связанных форм кадмия под кроной древесных растений снижается от 9,82 до 100% по сравнению с фоновым значением (табл. 1). Содержание подвижных форм кадмия, легко доступных для поглощения древесными растениями, возрастает (в ряде вариантов до 100% от суммарного содержания кадмия в почве) и соответственно, большее количество кадмия может поглощаться при фиторемедиации.

После посадки рекомендуемых древесных растений-мелиорантов возможна высадка растений-ремедиантов (например, травянистых однолетников), которые легко убирать (вместе с накопленным в ходе вегетации большим содержанием кадмия). Растения-ремедианты поглощают кадмий из почвы, что ускоряет процесс ее очистки.

Выращивание растений разного назначения и уборку их биомассы можно осуществлять одновременно или последовательно. Выбор оптимальных условий (какие виды древесных растений-мелиорантов необходимо посадить и их количество; необходимость в высадке дополнительно растений-ремедиантов и их последующей уборке; последовательность высадки древесных растений-мелиорантов и растений-ремедиантов) осуществляют, исходя из конкретных условий (вида почв и загрязнений).

По сравнению с известным решением предлагаемый способ позволяет снизить содержание специфически связанной формы кадмия за счет высадки определенных видов древесных растений-мелиорантов, что приводит к увеличению концентрации его подвижной формы в почве, тем самым кадмий становится доступным для поглощения в последующем растениями-ремедиантами, способствуя более интенсивной очистке почв, кроме того, способ позволяет высаживать древесные растения-мелиоранты без дополнительных обработок почвы и использовать их по прямому назначению и в качестве мелиорантов, а биомасса растений-ремедиантов может быть после озоления захороняться или использоваться на различные цели (при высоком содержании кадмия).