СПОСОБ ОЧИСТКИ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
METHOD OF DECONTAMINATING BLACK EARTH SOILS CONTAMINATED BY HEAVY METALS

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в области экологии окружающей среды для очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами.
Известен способ очистки почв от тяжелых металлов (патент РФ №2007146036, кл. A01B 79/02, дата публикации: 27.08.2009), включающий выращивание растений фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением, где в качестве растения - фитомелиоранта используют сафлор. Семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы.
Недостатком указанного способа является его незаконченность в плане последующего использования загрязненных тяжелыми металлами растений.
Также известен способ биологической очистки почв от тяжелых металлов (патент РФ №2007113409, кл. A01B 79/02, дата публикации: 10.01.2009), в котором высевают семена одуванчика лекарственного в количестве 1,95-24,3 млн. штук на га. Затем скашивают и удаляют зеленую массу до формирования цветоносных побегов.
Данный способ также не эффективен со стороны полной очистки от загрязнения подвижными формами тяжелых металлов, так как не предлагается дальнейшее использование или утилизация загрязненной фитомассы одуванчика лекарственного.
Известен способ очистки почвы от тяжелых металлов (патент РФ №2005110509, кл. B09C 1/10, дата публикации: 10.12.2007, прототип), включающий использование побуждающего вещества - закислителя почвы и основанный на выращивании культурных растений-аккумуляторов на рекультивированных почвах с соблюдением агротехники к возделываемой культуре, сбор частей растений-аккумуляторов, в которых накоплен тяжелый металл. Дополнительно выращивают растения, выделяющие подкисляющие вещества в почву, а через электроды, размещенные в прикорневой зоне растений-аккумуляторов или подсоединенные к ним самим, подают положительный и/или отрицательный потенциал от 1 до 1000 В.
Недостатком способа является сложность и длительность процесса, поскольку дополнительно выращивают растения, выделяющие в почву подкисляющие вещества, а к самим растениям аккумуляторам подсоединяют электроды для подачи положительного и/или отрицательного потенциала. В связи с этим данный способ весьма трудоемкий и энергетически затратный.
Техническим результатом является упрощение и сокращение процесса, а также повышение эффективности очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами, путем связывания их подвижных форм в органоминеральные комплексы, недоступные для растений, а также снижение трудозатрат и энергоемкости.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами, включающем использование побуждающего вещества, согласно изобретению, в качестве побуждающего вещества используют органоминеральный компост, который готовят путем смешивания фосфогипса, суперфосфата простого и перегноя КРС, при следующем их соотношении в зависимости от уровня концентрации щелочных металлов, мас.%:
фосфогипс - 10,0-15,0,
суперфосфат простой - 0,8-1,0,
перегной КРС - остальное,
и вносят в почву однократно на 4-5 лет в дозе 100-110 т/га с содержанием в нем органического вещества до 20% и с pH 6,0-6,5, способной снизить щелочность черноземной почвы до 7,2-7,8, с последующей заделкой его культиватором на глубину до 20-25 см.
Новизна заявленного способа обусловлена тем, что используемый органоминеральный компост (органические вещества и полуторные окислы) позволяет за год существенно снизить содержание подвижных форм тяжелых металлов (Co, Mn, Cu, Cd, Ni, Pb, Zn) на 60-70% и больше при переводе их в труднодоступные для растений с малыми трудо- и экономическими затратами.
Использование органоминерального компоста при указанном соотношении его составляющих позволяет снизить подвижность элементов при консервации их в органоминеральные комплексы и соли металлов при одновременном снижении потерь азота.
Внесение органоминерального компоста способствует повышению в почве содержания органического вещества и некоторому снижению щелочности почвенной среды, что является важным условием перехода тяжелых металлов в труднодоступные для растений соединения.
Технический результат достигается только при сочетании заявленных признаков, что позволяет за короткий срок снизить загрязнение черноземных почв легкоусвояемыми формами тяжелых металлов при снижении их подвижности на 60-70% и больше, а следовательно, снизить их поступление в сельскохозяйственную продукцию.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
Способ осуществляется следующим образом:
Для очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами, в качестве побуждающего вещества используют органоминеральный компост, который готовят путем смешивания фосфогипса, суперфосфата простого и перегноя КРС, при следующем их соотношении в зависимости от уровня концентрации щелочных металлов, мас.%: фосфогипс - 10,0-15,0, суперфосфат простой - 0,8-1,0, перегной КРС - остальное, и вносят в почву однократно на 4-5 лет в дозе 100-110 т/га с содержанием в нем органического вещества до 20% и с pH 6,0-6,5, способной снизить щелочность черноземной почвы до 7,2-7,8, с последующей заделкой его культиватором на глубину до 20-25 см.
Соотношение предлагаемых компонентов (фосфогипса и суперфосфата простого) обусловлено созданием оптимальной среды компоста (pH 6,0-6,5), способного при внесении его в рекультивируемую почву перевести легкоусвояемые формы тяжелых металлов в труднодоступные для растений при снижении щелочности почвы с 7,8-9,2 до 7,2-7,8.
Увеличение в составе предлагаемого компоста содержания фосфогипса от 10 до 15% по массе обусловлено более высокой pH почвы (от 7,8-8,2 до 9,0-9,2). При содержании фосфогипса >15 масс.% pH компоста снижается и составляет <6,0, что может привести к повышению кислотности рекультивируемой почвы, а следовательно, повысить в ней подвижность тяжелых металлов; содержание фосфогипса <10 масс.%, наоборот, недостаточно для образования компоста с pH от 6,0 до 6,5, способного снизить щелочность черноземной почвы с 7,8-9,2 до 7,2-7,8.
Использование до 0,8-1,0% суперфосфата простого способствует дополнительному обогащению рекультивируемой почвы подвижным фосфором, а также связыванию азота и сокращению его потерь в компосте. Использование в компосте <0,8 масс.% суперфосфата недостаточно для обеспечения почвы и произрастающей на ней растительности фосфором, а 1,0 масс.% способен обеспечить почву фосфором с учетом его содержания в фосфогипсе.
Пример конкретного осуществления способа очистки черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами
Исследования динамики тяжелых металлов в почвах агроландшафта проводились в ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района. Был обработан (при внесении органоминерального компоста) участок площадью 2 га после выкорчевки плодового сада. Исследования проводили с целью снижения уровня ПДК подвижных форм тяжелых металлов (Pb, Cd, Ni) в почвенном покрове.
Почва сада характеризуется следующими свойствами: содержание органического вещества в ней составило 3,5%, pH 7,8-8,2. Валовое содержание тяжелых металлов в загрязненной почве в начале опыта составило: свинца - 70,2 (2,19 ПДК), кадмия - 1,22 (2,44 ПДК), никеля - 188,9 мг/кг (2,22 ПДК); а содержание подвижных форм соответственно 13,6 (2,27 ПДК); 0,21 (2,10 ПДК) и 9,4 мг/кг (2,35 ПДК). Через год после внесения органоминерального компоста в дозе 100-110 т/га валовое содержание тяжелых металлов в почве несколько увеличилось и составило: Pb - 78,5, Cd - 1,26, Ni - 200,4 мг/кг; содержание подвижных форм снизилось и составило соответственно 4,5 (0,75 ПДК), 0,05 (0,50 ПДК) и 2,4 мг/кг (0,60 ПДК).
Через 4 года после внесения компоста содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве несколько увеличилось: Pb - до 5,4 (0,90 ПДК), Cd - 0,08 (0,80 ПДК), Ni - 3,6 мг/кг (0,90 ПДК). Следовательно, для поддержания пониженного уровня ПДК через 4-5 лет необходимо повторение внесения органоминерального компоста на загрязненной почве.
Снижение содержания подвижных форм тяжелых металлов обусловлено усилением сорбционного потенциала состава органоминерального комплекса. В результате проведения опыта содержание органического вещества в обрабатываемой, загрязненной тяжелыми металлами почве повысилось до 3,9%, а pH снизился до 7,2-7,8, что способствует связыванию подвижных форм тяжелых металлов в труднодоступные для растений соединения.
Полученные данные свидетельствуют о снижении содержания подвижных форм тяжелых металлов в черноземных почвах и, как следствие, снижении их поступления в растительный материал.