Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки загрязненной тяжелыми металлами почвы для фиторемедиации

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к прикладной экологии, занимающейся проблемой очистки почв, грунтов и территорий, загрязненных свинцом и цинком, и может найти применение при рекультивации отвалов предприятий, добывающих и перерабатывающих металлургическое сырье и энергоносители, другие полезные ископаемые, а также локально загрязненных территорий, подвергающихся воздействию антропогенных выбросов, содержащих свинец и цинк.

Свинец и цинк относятся к токсичным тяжелым металлам, вызывающим 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 свинца и цинка, особенно в случаях, когда эти почвы могут быть использованы для получения сельскохозяйственной продукции.

Известны способы фиторемедиационной очистки от тяжелых металлов 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 во время вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почв (RU 2229203, МПК A01B79/02, BO9C1/00, опубл. 27.05.2004; RU 2268096, МПК BO9C1/00, опубл. 20.01.2006; UА 76416, МПК A01B79/02, 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 их доступностью 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 A01B79/02, 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 в почве содержания специфически связанных форм свинца и цинка под кроной древесных растений-мелиорантов, что приводит к увеличению концентрации их подвижных форм и тем самым эти тяжелые металлы становятся доступными для поглощения в последующем растениями-ремедиантами в более высоких объемах, способствуя более интенсивной очистке почв без ее дополнительных обработок.

Сущность изобретения заключается в том, что способ подготовки загрязненных тяжелыми металлами почв для фиторемедиации включает посадку на загрязненной тяжелыми металлами почве по меньшей мере одного вида древесных растений-мелиорантов, выбранного из: кизильника черноплодного, яблони домашней, ивы пятитычинковой, ивы ломкой, липы крупнолистной, ореха манчьжурского, сосны обыкновенной, липы мелколистной, ореха серого, бузины кистевидной. На загрязненной свинцом почве осуществляют посадку кизильника черноплодного, яблони домашней, ивы пятитычинковой, ивы ломкой, липы крупнолистной, ореха манчьжурского, бузины кистевидной. На загрязненной цинком почве осуществляют посадку сосны обыкновенной, липы мелколистной, ореха серого, бузины кистевидной. После посадки древесных растений-мелиорантов может быть дополнительно осуществлена высадка растений–ремедиантов.

В табл. 1 представлено содержание специфически связанных форм свинца в почве под кроной древесных растений и их доля среди кислоторастворимых форм (КРФ) этих металлов. В табл. 2 представлено содержание специфически связанных форм цинка в почве под кроной древесных растений и их доля среди КРФ этих металлов.

Пример. В способе подготовки загрязненной тяжелыми металлами почвы для фиторемедиации осуществляют высадку древесных растений-мелиорантов. При загрязнении свинцом почвы высаживают один или несколько видов древесных растений-мелиорантов, выбранных из группы: кизильник черноплодный, яблоня домашняя, ива пятитычинковая, ива ломкая, липа крупнолистная, орех манчьжурский, бузина кистевидная (кустарник). При загрязнении цинком почвы высаживают один или несколько видов древесных растений-мелиорантов, выбранных из группы: сосна обыкновенная, липа мелколистная, орех серый, бузина кистевидная (кустарник). Бузина кистевидная (кустарник) влияет на оба металла.

Данные древесные растения-мелиоранты посредством корневых выделений и в результате деятельности видоспецифичного ризобиально-бактериального сообщества в почве под кроной древесных растений влияют на соединения свинца и цинка, находящиеся в почве в труднорастворимых формах и снижают их концентрацию, переводя часть соединений в подвижные формы, которые активно поглощаются в последующем растениями-ремедиантами, извлекающими металлы из почвы, ускоряя процесс ее очистки.

Определение специфически связанных форм свинца и цинка 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). Р. 143–149). В результате проведенных исследований получено, что содержание специфически связанных форм тяжелых металлов под кроной древесных растений снижается: по свинцу на 3,24 – 8,31 %, по цинку – на 13,37 – 93,87 % по сравнению с фоновым значением (табл. 1, 2). Содержание подвижных форм свинца и цинка, легко доступных для поглощения древесными растениями, возрастает (в варианте с орехом серым по цинку до 100 % от суммарного содержания в почве) и, соответственно, большее количество этих металлов может поглощаться растениями при фиторемедиации.

После посадки рекомендуемых древесных растений-мелиорантов возможна высадка растений-ремедиантов (например, травянистых растений), которые легко убирать (вместе с накопленным в ходе вегетации большим содержанием свинца и цинка). Растения-ремедианты поглощают свинец и цинк 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 дополнительной высадке растений-ремедиантов с их последующей уборкой осуществляют исходя из конкретных условий (вида почв и загрязнений).

По сравнению с известным решением предлагаемый способ позволяет снизитьв почве содержание специфически связанных форм свинца и цинка за счет высадки определенных видов древесных растений-мелиорантов без дополнительных обработок почвы, что приводит к увеличению концентрации их подвижных форм в почве, тем самым большее количество свинца и цинка становится доступным для поглощения в последующем растениями-ремедиантами в большем объеме, способствуя более интенсивной и, соответственно, ускоренной очистке почв. Способ позволяет высаживать древесные растения-мелиоранты без дополнительных обработок почвы и использовать их по прямому назначению и в качестве мелиорантов, а биомасса растений-ремедиантов после озоления может захораниваться, использоваться на различные цели (при высоком содержании металлов) или утилизоваться другими известными способами.