Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов

(51) 01 79/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ очистки урбанизированных почв, загрязненных тяжелыми металлами (ТМ). Техническим результатом изобретения является снижение содержания тяжелых металлов в загрязненных почвах. Это достигается тем, что в заявляемом фиторемедиационном способе очистки почв от тяжелых металлов, включающем высев семян растений в загрязненную почву, скашивание и удаление зеленной массы, согласно изобретению,высевают семена газонного злака плевела многолетнего.(72) Мынбаева Бахыт Насыровна Саданов Амангельды Курбанович Айткельдиева Светлана Айткельдиновна Курманбаев Аскар Абылайканович Чибисова Елена Леонидовна(54) ФИТОРЕМЕДИАЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 22700 Изобретение относится к биотехнологии,экологии, в частности к области биологической очистки урбанизированных почв, загрязненных тяжелыми металлами (ТМ). Загрязнение городских почв ТМ приводит к серьезным функциональным нарушениям почвенных ценозов. Источники поступления ТМ в почвы общеизвестны,причем большая часть их закрепляется в верхних слоях почвы, приводя к их накоплению. Аккумуляция ТМ в почве имеет как положительные (уменьшение загрязнения грунтовых вод), так и отрицательные (поступление ТМ в атмосферу и растения) стороны. Среди основных ТМ,обнаруживаемых вдоль транспортных магистралей в значительных количествах,большинство исследователей выделяют , , , , ,и Со. Загрязнение ТМ почв придорожных пространств вызывает угнетение и гибель древесной и травянистой растительности, обнажение почвенного покрова. С этой точки зрения особую опасность представляют подвижные формы ТМ. Возрастающие масштабы антропогенной деятельности приводят к необходимости учета содержания ТМ в загрязненных почвах и разработки методов очистки таких почв. Известен фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов, включающий засев почвы семенами растений из семейств сложноцветных,бобовых и злаковых в соотношении 111 в количестве 1,50-22,90 млн.шт./га с последующим многократным скашиванием их на стадии вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почв.(Патент РФ 2229203, кл. А 01 В 79/02, опубл. 27.05.04) Недостатком данного способа является сложность применения из-за использования трех видов растений и отсутствие эстетического вида на данной территории даже после скашивания. Известен также фиторемедиационный способ биологической очистки почв, включающий высев семян растений в загрязненную почву, скашивание и удаление зеленной массы. Используют семена одуванчика лекарственного в количестве 1,95-24,3 млн. штук на 1 га. После прорастания семян растения доводят до фазы образования розетки листьев. Скашивание и удаление зеленой массы производят многократно до образования семян.(Патент РФ 2231944, кл. А 01 В 79/02, опубл. 10.07.2004) Недостатком данного способа является сложность, т.к. необходимо следить за ростом этого растения из-за того, что одуванчик очень быстро дает семена и если пропустить скашивание до формирования цветоносных побегов, то одуванчик очень быстро засеет соседние территории. Задачей изобретения является создание простого,эффективного фиторемедиационного способа очистки почв от тяжелых металлов, позволяющего извлечь загрязнители из почв, провести их биоаккумуляцию и тем самым сократить сроки рекультивации земель. 2 Техническим результатом изобретения является снижение содержания тяжелых металлов в загрязненных почвах. Это достигается тем, что в заявляемом фиторемедиационном способе очистки почв от тяжелых металлов, включающем высев семян растений в загрязненную почву, скашивание и удаление зеленной массы, согласно изобретению,высевают семена газонного злака плевела многолетнего. Способ осуществляется следующим образом. На почве, загрязненной тяжелыми металлами высевают семена газонного злака плевела многолетнего(райграс пастбищный). По мере достижения высоты 10 см (через 10-14 дней) траву скашивают и удаляют с поверхности почвы. Эту процедуру повторяют периодически по мере отрастания надземной части растения. Скошенную траву утилизируют двумя способами сжигают или отдают на корм травоядным животным. Плевел многолетнийпридает эстетический вид ухоженного газона любой территории. Объектом исследований служили образцы темнои светло-каштановых почв г. Алматы, отобранные в течение 2007, 2008 и 2009 гг. в 5 точках города. Определено содержание подвижных форм ТМ в анализируемых почвенных образцах, мг/кг в урбанизированных участках -- от 0,19 до 0,27, в контроле - 0,14 Р - от 8,7 до 12,4, в контроле - 5,4 С - от 1,2 до 1,9, в контроле - 0,8- от 14,3 до 25,7, в контроле - 8,3. Пример 1. Растение плевел многолетний сначала выращивали в сосудах, объемом 500 мл, на дно которых укладывали вату (по 2 г), пропитанную 50 мл отстоянной водопроводной воды. На вату помещали одинаковые по размеру семена плевела многолетнего (2 г/сосуд). Когда корни тест-растений хорошо прорастали через ватную подушку,проростки вместе с ватой помещали в трехкратной повторности на пробах почв, в которые вносили ацетатыи Р, сульфаты С и . После посадки проростков на почвенные субстраты через 10 дней произвели отбор удалили заболевшие, карликовые(или проявившие гигантизм) растения. Выросшие проростки промывали, высушивали фильтровальной бумагой и проводили взвешивание и измерение длины отдельно надземной части и корней проростков растений. Варианты проведенного опыта контроль (почва за городом), естественное содержание ТМ в урбаноземах, внесение 2- и 4-кратного содержания ТМ, рассчитанные для абсолютно-сухой почвы. После внесения ТМ изучали их токсическое воздействие на физиологические параметры роста и развития тест-растения. В каждом варианте было задействовано 25-30 проростков, что обеспечило статистическую обработку результатов экспериментов. Присутствиев почвенных образцах значительно уменьшило длину стеблей и корней плевела многолетнего в среднем на 50, зеленую массу стеблей и корневую массу в среднем на 30. Р уменьшил длину корней, зеленую массу стеблей и 22700 корневую массу в среднем на 50. С инезначительно уменьшили значения 4 исследуемых физиологических параметра в присутствии ТМ. Таким образом, плевел многолетний оказался высокоэффективным растительным тест-объектом,который можно использовать для диагностики токсичности почв г. Алматы, загрязненных ТМ. Пример 2. Определение содержания подвижных форм ТМ в стеблях плевела многолетнего ( ),горчицы белой или английской (. ..), рапса масличного (. ). Образцы растений были подготовлены для анализа путем гидролиза соляной кислотой, содержание ТМ определяли на атомноабсорбционном спектрометре АА-6650 фирмы. Для модельных экспериментов были использованы варианты почвенных образцов контроль - степная зона за городом ( - 0,14,5,4, С - 0,8,- 8,3 мг/кг), естественные урбаноземы с определенным содержанием ТМ (мг/кг) -- 0,23, - 10,6, С - 1,55,- 20,0 2-кратное содержание ТМ 4-кратное содержание ТМ. Растения плевел многолетний, горчица белая и рапс масличный накапливали разное количество ТМ в своих тканях. Безусловным лидером по поглощениюииз почвы явился плевел многолетний, горчица белая занимает второе, а рапс масличный - третье место аккумуляция ТМ составила 84,8 , 90,3 С и 80,2 от их содержания в почве, накоплениебыло примерно в 2 раза ниже. Видимо, подвижные формы этих элементов позволяют растению поглощать его корнями и далее содержать в тканях стеблей, т.е. плевел многолетний можно отнести к гипераккумулятору. Горчица белая в естественных городских почвах хорошо накапливала только(20), а остальные ТМ - в пределах 10 от их содержания в почвенных образцах. Рапс масличный накапливал изучаемые ТМ в пределах 10. Таким образом, в результате полученных данных выявилось, что плевел многолетний гарантированно очищает почву от ТМ, т.е. его можно использовать в фиторемедиации почв, что, несомненно, будет способствовать процессам биологического очищения почв и окружающей среды от ТМ. Пример 3. Усиление роста и развития плевела многолетнего при инокуляции почв бактериальными суспензиямии. Наиболее успешными биоагентами для создания эффективных препаратов являются некоторые виды ростостимулирующих . Бактерии родаотличаются также фунгистатической активностью,уменьшающей количество фитопатогенных грибов. В опыте использовали плевел многолетний. Когда корни растений хорошо прорастали через ватную подушку,проростки вместе с ватой помещали в трехкратной повторности на пробах почв 1) контрольная почва 2) урбаноземы 3) внесение 5-7-дневного инокулята .в урбаноземы 4) внесение 5-7-дневного инокулята .в урбаноземы. Через 10-12 дней изучали воздействие инокулятов на физиологические параметры роста и развития тест-растения. В каждом варианте было задействовано 25-30 проростков, что обеспечило статистическую обработку результатов экспериментов. В урбаноземах произошло ингибирование роста и развития тест-растения, а внесение инокулятов культур .и .усилило рост и развитие плевела многолетнего, о чем судили по измерениям длины стеблей (на 15,04) и корней(14,65) растения при внесении .при инокуляции почв культурой .увеличение этих же параметров составило 8,99 и 8,65 соответственно. Таким образом, внесение в модельных экспериментах в виде суспензий бактериальных культур .и .усилило физиологические параметры роста и развития тестрастения плевела многолетнего, а также его урожайность (от 39,8 до 62,1). Пример 4. На мелкоделяночных участках по благоустройству территории г. Алматы АО Зеленстрой были проведены опыты по выращиванию газонной травы плевела многолетнегов течение летнего периода 2009 г. Проверены характеристики роста и развития 2 газонных злаков плевела многолетнего и овсяницы луговой в условиях мелких делянок и накопление в их стеблях ТМ. Схема опытов размеры участков составили 11 метров выделены контрольные участки, засеваемые обычным газонным злаком овсяницы луговой( ) со средним проективным покрытием экспериментальные участки, засеваемые исследуемым газонным злаком плевелом многолетним. Участки растительного покрова плевела многолетнего имели основные признаки декоративного газона - низкорослость, высокое проективное покрытие, сохранение в течение вегетационного периода зеленого аспекта злаков. Общеизвестно, что способность давать стабильный и высокий урожай - одно из важных требований,предъявляемых к растениям - фиторемедиаторам. Масса укосов плевела многолетнего превышала массу укосов у овсяницы луговой в среднем на 57,5. Превышение содержания исследуемых ТМ в стеблях плевела многолетнего по сравнению с овсяницей луговой составило 86,8. Полученные данные в мелкоделяночных опытах подтвердили возможность эффективного использования плевела многолетнего в фиторемедиации почв от ТМ. Таким образом, по сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет существенно снизить содержание ТМ загрязненных почв, является простым в применении, экономически эффективным и эстетичным. 22700 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов, включающий высев семян растений в загрязненную почву, сквашивание и удаление зеленной массы, отличающийся тем, что высевают семена газонного злака плевела многолетнего.