Биологический способ очистки почв от ионов тяжелых металлов

(51) 02 3/32 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ качестве растений-рекультивантов используют додарцию восточную ( ), с нормой высева семян 6,5 млн. шт./га, подорожника ланцетолистного ( ) с нормой высева семян 4,5 млн.шт/га и свинороя пальчатого( ) с нормой высева семян 3,5 млн.шт/га. Предложенные виды растений способны аккумулировать большую концентрацию ионов тяжелых металлов в надземных частях вегетативной массы и отличаются устойчивостью к засушливому климату. Возделывают додарцию восточную,подорожник ланцетолистный и свинорой пальчатый с соблюдением агротехнических требований. При этом пригодный для скашивания травостой образуется на второй год после посева семян, с возобновлением в последующие годы жизни растений. Использование растений - рекультивантов при очистке загрязненных ионами тяжелых металлов почв, за один укос позволяет очистить почву от ионов свинца, кадмия, меди, цинка на 17,9 14,2 18,1 19,7 соответственно. За четыре года рекультивации загрязненной почвы содержание ионов тяжелых металлов снижается на 89,9.(72) Бишимбаев Валихан Козыкеевич Исаева Акмарал Умирбековна Ешибаев Арыстанбек Аширбаевич Абдукаримов Нурбакыт Айдарович Саипов Амангелды(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский Государственный университет им. М.Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПОЧВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к биологическим способам очистки почв и может найти применение в рекультивации загрязненных ионами тяжелых металлов почв территории горнодобывающей,перерабатывающей и химической отраслей промышленности в условиях аридных климатических зон. Предложен способ очистки почв путем культивирования на загрязненных почвах растений,скашивания и удаления зеленой массы, в котором в 22274 Изобретение относится к биологическим способам очистки почв и может найти применение в рекультивации загрязненных ионами тяжелых металлов почв территории горнодобывающей,перерабатывающей и химической отраслей промышленности в условиях аридных климатических зон. Известен способ биологической очистки почв,заключающийся в том, что для очищения почв от ионов тяжелых металлов используют растения одуванчика лекарственного. Семена одуванчика высевают в загрязненную почву в количестве 1,9524,3 млн. штук на 1 га, после прорастания семян растения доводят до фазы образования розетки листьев, затем многократно - до образования семян скашивают и удаляют зеленую массу (Патент 2231944 С 2, 7 А 01 В 79/02, В 09 С 1/00, опубл. 10.07.2004). Основным недостатком известного способа является неустойчивость одуванчика лекарственного к токсическому воздействию высоких доз ионов тяжелых металлов в условиях аридных зон,что делает неприменимым данный способ очистки почв в условиях засушливого климата. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов (патент 2229203 С 1, 7 А 01 В 79/02, В 09 С 1/00, опубл. 27.05.2004 г), предусматривающий засев загрязненной почвы семенами растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых в соотношении 111 в количестве 1,5022,90 млн. шт. /га с последующим многократным скашиванием их на стадии вегетационного периода,высушиванием и удалением. Недостатком известного способа является то, что применяемые в нем растения не входят в доминирующую группу видов аридной зоны, они неустойчивы к продолжительному недостатку влаги и токсическому действию высоких доз ионов тяжелых металлов, что в условиях засушливого климата не даст возможности эффективно произвести очистку почв от ионов тяжелых металлов. Задачей изобретения является разработка более доступного и эффективного способа очистки почв аридных климатических зон, загрязненных ионами тяжелых металлов. Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, заключается в уменьшении содержания тяжелых металлов в почвах, загрязненных ими, и возвращении этих земель в сельскохозяйственный оборот. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки почв от ионов тяжелых металлов путем засева загрязненной почвы семенами растений,скашиванием, высушиванием и удалением с поверхности почв зеленой массы, согласно изобретению, почву засевают семенами додарции восточной ( ) с нормой высева 6,5 млн.шт./га,свинороя пальчатого) с нормой высева 4,5 млн.шт./га,скашивание осуществляют ежегодно в фазе созревания семян. Предложенные виды растений способны аккумулировать большую концентрацию ионов тяжелых металлов в надземных частях вегетативной массы и отличаются устойчивостью к засушливому климату. При этом достигается следующий результат- один укос зеленой массы додарции восточной,свинороя пальчатого и подорожника ланцетолистного выносит из почвы следующее количество ионов тяжелых металлов Р 2 - 57,5 мг,2 - 3,21 мг, С 2 - 59,8 мг и 2 63,1 мг, что,соответственно, составляет 17,9, 14,2, 18,1 и 19,7 от общего кислоторастворимого содержания тяжелых металлов в почве- растения способны возобновлять вегетацию каждый последующий год жизни после скашивания биомассы- возможность использования предлагаемого способа очистки почв от ионов тяжелых металлов в условиях засушливого климата- предлагаемые растения не нуждаются в дополнительных агротехнических мерах по уходу за ними- за 4 года рекультивации загрязненной почвы обеспечивается очистка почвы от ионов тяжелых металлов на 89,9- к концу рекультивационного периода загрязненной почвы поверхность участка имеет густой растительный покров. Способ очистки почвы осуществляется путем культивирования растений на загрязненной почве,где на второй год после посева семян образуется травостой растений - рекультивантов, которые отличаются высокой устойчивостью к токсическому воздействию ионов тяжелых металлов и выносливы в засушливых условиях климата. Посев производят гранулированными семенами, диаметром гранул 1,5-2,0 мм. Семена перед посевом гранулируют смесью почвогрунта и азофоски, в соотношении 101, что обеспечит быстрый темп начальных этапов развития растений. Предлагаемые виды растений рекультивантов являются устойчивыми к аридным условиям климата и составляют доминирующую группу видов растений промышленных зон АО КП Южполиметалл. В примере 1 приведены данные лабораторных исследований, где были использованы заданные концентрации ионов тяжелых металлов, путем внесения их в чистую почву перед посевом семян в виде водорастворимых солей тяжелых металлов, а в примере 2 приведены данные производственных испытаний на территории промышленной зоны АО КП Южполиметалл. Пример 1. Семена растений-рекультивантов были посеяны в керамические сосуды емкостью 10 л и в течение 4 лет выращивались в условиях вегетационного опыта. В качестве источников ионов тяжелых металлов использовали следующие водорастворимые соли тяжелых металлов (3)2, (3)2, 4,4. Заданные концентрации ионов тяжелых металлов в лабораторных опытах устанавливались по 22274 уровню загрязненности почвы промышленной зоны АО КП Южполиметалл и составлялиР 2-321,5 мг/кг, С 2 -5,19 мг/кг, С 2-329,80 мг/кг и 2 329,11 мг/кг. Вынос ионов тяжелых металлов растениями (в надземной биомассе растений 2-4 года жизни) и остаточное их количество в почве определяли по методу инверсионной вольтамперметрии. Показатели выноса ионов тяжелых металлов из почвы биомассой растений - рекультивантов представлены в таблице 1. Таблица 1 Вынос ионов тяжелых металлов из почвы биомассой растенийрекультивантов(лабораторные исследования, 2004-2007 г.г.) Наименование растений и ионов тяжелых металлов Р 2 2 С 2 2 Подорожник Р 2 ланцетолистный С 2 С 2 2 Свинорой Р 2 пальчатый 2 2 2 Консорциум растений (додарция восточная, подорожник ланцетолистный, свинорой пальчатый) Р 2 2 2 2 Додарция восточная Вынос ионов тяжелых металлов за 1 год, мг/кг 21,901,10 0,350,05 21,801,30 22,811,6 20,000,30 1,310,20 18,420,6 19,710,2 17,600,4 1,400,2 19,600,5 20,600,3 Вынос ионов тяжелых металлов за 4 года, мг/кг 87,60 1,75 87,2 115,50 79,3 5,24 73,5 78,84 88,00 7,00 98,00 103,00 Остаточное количество ионов тяжелых металлов в почве, мг/кг 27,31 0,01 30,80 23,74 25,4 1,33 23,74 25,62 11,30 0,04 31,11 24,11 Результатами исследований установлено, что предлагаемые растения-рекультиванты эффективно очищают почву от ионов тяжелых металлов. Очищение почвы от ионов свинца, кадмия, меди и цинка за четыре года выращивания растенийрекультивантов соответственно составило 89,5, 100,0,90,6 и 90,7. Анализ остаточного количества ионов тяжелых металлов в почве показал, что содержание ионов свинца, кадмия и цинка не превышает значений ПДК. Пример 2. Консорциум растений-рекультивантов был культивирован в естественных условиях промышленной зоны АО КП Южполиметалл, на площади 25 м 2. Результатами химических анализов установлено, что содержание кислоторастворимых ионов тяжелых металлов в почве составляет Р 2 321,5 мг/кг, С 2 - 5,19 мг/кг, С 2 - 329,80 мг/кг и 2 329,11 мг/кг. Семена растений-рекультивантов были посеяны в почву в начале марта с соблюдением требований агротехнических приемов. Вынос ионов тяжелых металлов из почвы определяли путем анализа химического состава скошенной биомассы растений 2-3 года жизни. Результаты эксперимента представлены в таблице 2. Таблица 2 Рекультивация загрязненной тяжелыми металлами почвы промышленной зоны ААО Южполиметалл(производственные испытания, 2005-2008 г.г.) Наименование растений рекультивантов и ионов тяжелых металлов Содержание ионов тяжелых металлов до рекультивации,мг/кг Вынос ионов тяжелых металлов растениями за два года, мг/кг Остаточное количество ионов тяжелых металлов в почве после рекультивации, мг/кг Результаты производственных опытов показали,что предложенный состав растений-рекультивантов эффективно очищает почву от ионов тяжелых металлов в условиях засушливого климата. Снижение содержания ионов тяжелых металлов после двух лет рекультивации составило 34,2-84,9 по видам металлов. Динамика очищения по годам рекультивации подтверждает результаты лабораторных исследований. Высокий результат очищения почвы от ионов тяжелых металлов достигается благодаря устойчивости используемых растенийрекультивантов к токсическому действию ионов тяжелых металлов и засушливому климату зоны. Многолетние и адаптированные к аридным условиям климата виды растений хорошо восстанавливаются после укоса в последующие годы жизни, что повышает экономическую эффективность рекультивационных работ и создает плотный растительный покров на поверхности техногенно опустыненной территории. Таким образом, при рекультивации загрязненных ионами тяжелых металлов почв засушливых климатических зон эффективно использовать додарцию восточную, свинороя пальчатого и подорожника ланцетолистного, которые отличаются высокой устойчивостью к токсическому воздействию повышенных доз ионов тяжелых металлов и аридным условиям климата. Культивирование этих видов растений на загрязненных почвах с нормой высева семян додарции восточной - 6,5 млн.шт./га, свинороя пальчатого - 3,5 млн.шт./га и подорожника ланцетолистного - 4,5 млн.шт./га за 4 года обеспечит очищение почвы от ионов тяжелых металлов на 89,9. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ очистки почв от ионов тяжелых металлов путем засева загрязненной почвы семенами растений, скашиванием, высушиванием и удалением зеленой массы с поверхности почв, отличающийся тем, что почву засевают семенами додарции восточной ( ) с нормой высева 6,5 млн.шт./га,свинороя пальчатого) с нормой высева 4,5 млн.шт./га,скашивание зеленой массы осуществляют ежегодно в фазе созревания семян.