RU2342822C1

RU2342822C1 - Method of biological cleaning up soil from heavy metals

Info

Publication number: RU2342822C1
Application number: RU2007113409/12A
Authority: RU
Inventors: Надежда Петровна Чернобровкина (RU); Надежда Петровна Чернобровкина; Екатерина Евгеньевна Ялынска (RU); Екатерина Евгеньевна Ялынская; Елена Виль мовна Робонен (RU); Елена Вильямовна Робонен
Original assignee: Институт леса Карельского научного центра Российской академии наук
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2007113409A

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method implies sowing common dandelion seeds in the amount of 1.95-24.3 million seeds per hectare. Green mass is mown and removed before floral shoots are formed. Boric acid in the amount of 0.5-10.0 kg·ha^-1 is introduced into the soil at the beginning of leaf rosette formation phase. The method allows revegetation of contaminated soil.

EFFECT: improving removal of heavy metals from soil due to biological cleaning, soil enrichment with boron with its lack for plants, environment purity with minimal costs.

3 tbl

Description

Изобретение относится к области экологии окружающей среды, в частности к области биологической очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами (ТМ).The invention relates to the field of environmental ecology, in particular to the field of biological treatment of soils contaminated with heavy metals (HM).

Известен фиторемедиационный способ очистки загрязненных ТМ почв, который включает засев почвы семенами растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых в соотношении 1:1:1 в количестве 1,50-22,90 млн штук на га с последующим многократным скашиванием их в течение вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почв (Авторское свидетельство RU №2229203, МКИ А01В 79/02, 2004). Недостатком способа является относительно невысокая эффективность очистки почв от ТМ.A known phytoremediation method for cleaning contaminated HM soils, which includes sowing seeds with plant seeds from the families of Asteraceae, legumes and cereals in a ratio of 1: 1: 1 in the amount of 1.50-22.90 million units per ha, followed by their repeated mowing during the growing season by drying and removing from the surface of the soil (Copyright certificate RU No. 2229203, MKI A01B 79/02, 2004). The disadvantage of this method is the relatively low efficiency of soil cleaning from HM.

Наиболее близким к предлагаемому является способ биологической очистки почв, загрязненных ТМ, с использованием семян одуванчика (Авторское свидетельство RU №2231944, МКИ А01В 79/02, 2004). Способ включает высев семян одуванчика лекарственного в загрязненную почву в количестве 1,95-24,3 млн штук на га, выращивание растений до фазы формирования цветоносных побегов, многократное скашивание и удаление зеленой массы. Недостатком способа является относительно невысокая эффективность очистки почв от ТМ. Способ не позволяет повышать уровень содержания бора в почве при его дефиците для растений.Closest to the proposed is a method of biological treatment of soils contaminated with HM using dandelion seeds (Copyright certificate RU No. 2231944, MKI A01B 79/02, 2004). The method includes sowing the seeds of medicinal dandelion in contaminated soil in the amount of 1.95-24.3 million units per ha, growing plants before the phase of formation of flowering shoots, repeated mowing and removal of green mass. The disadvantage of this method is the relatively low efficiency of soil cleaning from HM. The method does not allow to increase the level of boron in the soil when it is deficient for plants.

Задачей настоящего изобретения является разработка высокоэффективного способа очистки почв от ТМ путем обогащения почвы бором при его дефиците для растений.The objective of the present invention is to develop a highly effective method for cleaning soil from HM by enriching the soil with boron when it is deficient for plants.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки почвы от ТМ, включающем высев семян одуванчика лекарственного в количестве 1,95-24,3 млн штук на га, скашивание до формирования цветоносных побегов и удаление зеленой массы, согласно изобретению в начале фазы формирования розетки листьев в почву вносят борную кислоту в дозах 0,5-10,0 кг·га^-1.The problem is solved due to the fact that in the method of cleaning the soil from HM, including sowing the seeds of dandelion medicinal in the amount of 1.95-24.3 million pieces per ha, mowing before the formation of flowering shoots and removing green mass, according to the invention at the beginning of the formation phase rosettes of leaves in the soil make boric acid in doses of 0.5-10.0 kg · ha ^-1 .

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что заявляемый способ биологической очистки почв от ТМ не был описан в литературе и содержит отличительные признаки по сравнению с известными аналогами.The analysis of patent and scientific and technical literature showed that the inventive method of biological treatment of soils from HM was not described in the literature and contains distinctive features in comparison with known analogues.

В настоящее время в связи с неослабевающим антропогенным воздействием на окружающую среду большие территории Земли оказываются загрязненными ТМ, которые через различные пищевые цепочки могут оказывать вредное влияние на здоровье человека и животных. Очистка почвы от ТМ является актуальной проблемой защиты окружающей среды от техногенных воздействий. Известные способы биологической очистки почвы от ТМ являются экологически чистыми, однако они не позволяют эффективно удалять из почвы ТМ, являющиеся основными загрязнителями подлежащей очистке почвы. Целесообразно разрабатывать способы очистки почвы от ТМ, которые позволяют эффективно извлекать из почвы ТМ, являющиеся основными загрязнителями подлежащей очистке почвы, а также обогащать почву микроэлементами при их дефиците для растений. В частности, на северо-западе европейской части России, в странах Скандинавии и многих других странах для роста растений отмечается дефицит микроэлемента бора.Currently, due to the relentless anthropogenic impact on the environment, large areas of the Earth are contaminated with HM, which through various food chains can have a harmful effect on human and animal health. Cleaning the soil from HM is an urgent problem of protecting the environment from technogenic influences. Known methods for biological cleaning of soil from HM are environmentally friendly, however, they do not allow to effectively remove from the soil HM, which are the main pollutants of the soil to be cleaned. It is advisable to develop methods for cleaning soil from HM, which can effectively remove from the soil HM, which are the main pollutants of the soil to be cleaned, as well as enrich the soil with trace elements when they are deficient for plants. In particular, in the north-west of the European part of Russia, in the countries of Scandinavia and many other countries, there is a deficiency of the trace element boron for plant growth.

На территории, загрязненной ТМ - свинцом (1,46 ПДК почвы), цинком (4,82), медью (4,34) и никелем (3,60 ПДК почвы), с низким содержанием подвижного бора в почве (0,0007 мг·кг^-1) был проведен эксперимент. Почвы засевали семенами растений семейства сложноцветных - одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Web.) 1,95 млн штук на га. В начале фазы формирования розетки листьев создавали 5 вариантов эксперимента, отличающихся уровнем обеспеченности бором растений: 1 - контроль, без внесения в почву борной кислоты, естественное содержание подвижного бора в почве составляло 0,0007 мг·кг^-1; 2-5: в аналогичную контролю почву с содержанием подвижного бора 0,0007 мг·кг^-1 вносили дозы борной кислоты - 0,5; 1,5; 5,0; 10,0 кг·га^-1. По предварительным данным, дозы борной кислоты менее 0,5 кг·га^-1 и более 10,0 кг·га^-1 являются не эффективными для выноса ТМ из почвы одуванчиком лекарственным. В период, когда растения набирали большую вегетативную массу до формирования цветоносных побегов, надземную их часть срезали, атомно-абсорбционным методом проводили определение содержания ТМ в надземной части растений каждого варианта эксперимента. Определяли также сухую массу надземной части растений. Выявляли таким образом дозу борной кислоты, которая способствует максимальному выносу из почвы ТМ - основных загрязнителей подлежащей очистке территории. Эту дозу борной кислоты вносили в начале фазы формирования розетки листьев одуванчика. В период, когда растения набирали большую вегетативную массу до формирования цветоносных побегов, их срезали и удаляли с загрязненной территории. Эту процедуру повторяли по мере отрастания надземной части растений 3-4 раза за вегетационный период.In the territory contaminated with HM - lead (1.46 MPC of soil), zinc (4.82), copper (4.34) and nickel (3.60 MAC of soil), with a low content of mobile boron in the soil (0.0007 mg · Kg ^-1 ) an experiment was conducted. Soils were sown with seeds of plants of the family Asteraceae - dandelion officinalis (Taraxacum officinale Web.) 1.95 million per ha. At the beginning of the formation phase of the leaf rosette, 5 experimental designs were created that differed in the level of plant boron availability: 1 — control, without adding boric acid to the soil, the natural content of mobile boron in the soil was 0.0007 mg · kg ^-1 ; 2-5: in a similar control soil with a mobile boron content of 0.0007 mg · kg ^-1, doses of boric acid - 0.5; 1.5; 5.0; 10.0 kg ha ^-1 . According to preliminary data, doses of boric acid less than 0.5 kg · ha ^-1 and more than 10.0 kg · ha ^-1 are not effective for the removal of HM from the soil with dandelion. During the period when the plants gained a large vegetative mass before the formation of flowering shoots, their aerial part was cut off, and the content of HM in the aerial part of plants of each experiment was determined by atomic absorption method. The dry mass of the aerial parts of plants was also determined. Thus, the dose of boric acid was revealed, which contributes to the maximum removal of HM from the soil - the main pollutants of the area to be cleaned. This dose of boric acid was introduced at the beginning of the formation phase of the dandelion leaf rosette. During the period when the plants gained a large vegetative mass before the formation of flower-bearing shoots, they were cut off and removed from the contaminated area. This procedure was repeated as the aerial parts of plants grew 3-4 times during the growing season.

Во всех вариантах эксперимента средняя сухая масса одуванчиков с 1 га составила 158 ц. Данные, характеризующие вынос ТМ из загрязненной почвы, представлены в таблице 1. Результаты анализа содержания ТМ у одуванчика показали, что внесение в почву борной кислоты способствует повышению содержания ТМ в надземной части растений. В результате очистки почвы одуванчиком в контроле без внесения в почву борной кислоты снизилось содержание ТМ в почве до 87% от исходного уровня за 1 укос (таблица 2). В то время как в результате очистки почвы одуванчиком с использованием борной кислоты снизилось содержание ТМ в почве до 74% от исходного уровня за 1 укос. Для очистки загрязненных почв от ТМ до уровня ПДК с помощью одуванчика без использования борной кислоты проводилось 6-9 укосов, а с использованием борной кислоты - 3-4 укоса (таблица 3). Данные показали, что в результате применения борной кислоты при очистке почвы от ТМ одуванчиком можно в 2 раза снизить сроки, необходимые для очистки почвы. С учетом того, что одуванчик лекарственный характеризуется относительно высокой интенсивностью роста, его можно скашивать при благоприятных условиях по 3-4 раза за вегетационный период. Предлагаемый способ позволяет снизить сроки очистки почвы от ТМ до 1 вегетационного периода вместо 2 и более при использовании известных способов очистки.In all variants of the experiment, the average dry weight of dandelions from 1 ha was 158 c. The data characterizing the removal of HM from contaminated soil are presented in Table 1. The results of analysis of the HM content of dandelion showed that the addition of boric acid to the soil contributes to an increase in the HM content in the aerial parts of plants. As a result of cleaning the soil with dandelion in the control without adding boric acid to the soil, the content of HM in the soil decreased to 87% from the initial level for 1 mowing (table 2). At the same time, as a result of cleaning the soil with dandelion using boric acid, the content of HM in the soil decreased to 74% of the initial level for 1 mowing. To clean contaminated soils from HM to the MPC level using dandelion without using boric acid, 6–9 mowing was carried out, and using boric acid, 3-4 mowing (table 3). The data showed that as a result of the use of boric acid when cleaning the soil from HM with dandelion, it is possible to halve the time required for cleaning the soil. Given the fact that dandelion is characterized by a relatively high growth rate, it can be mowed under favorable conditions 3-4 times during the growing season. The proposed method allows to reduce the time for cleaning the soil from HM to 1 growing season instead of 2 or more when using known methods of cleaning.

Таким образом, борная кислота в дозах 0,5-10 кг·га^-1эффективно стимулирует вынос одуванчиком ТМ из почвы с низким содержанием бора. Это позволяет сделать заключение о том, что борную кислоту в определенных дозах можно рекомендовать для внесения в загрязненную ТМ почву с низким содержанием бора под одуванчик лекарственный с целью значительного увеличения выноса этим растением ТМ из почвы. Регулированием вносимых в почву доз борной кислоты можно стимулировать максимальный вынос растениями из почвы определенных ТМ.Thus, boric acid in doses of 0.5-10 kg · ha ^-1 effectively stimulates dandelion removal of HM from soil with a low boron content. This allows us to conclude that boron acid in certain doses can be recommended for incorporation into the contaminated soil with low boron content under medicinal dandelion in order to significantly increase the removal of TM from the soil by this plant. By controlling the doses of boric acid introduced into the soil, it is possible to stimulate the maximum removal of certain HM by plants from the soil.

Предлагаемый способ позволяет значительно - на 20-129% увеличить вынос ТМ из почвы при биологической очистке загрязненных ТМ почв и регулировать вынос из почвы определенных ТМ. Способ позволяет в 2 раза снизить сроки, необходимые для очистки почв от ТМ. При этом способ позволяет обогащать почву бором при его дефиците для растений. Внесение в почву борной кислоты снижает развитие болезней у растений при их дальнейшем выращивании в качестве сельскохозяйственных культур. Борная кислота является не дорогостоящей и вносится в почву по сравнению с другими удобрениями в низких дозах. Способ позволяет проводить рекультивацию загрязненных техногенным воздействием земель. На территориях, очищенных от ТМ, целесообразно организовывать лесные насаждения, пастбища для выпаса скота, выращивать сельскохозяйственные растения. Способ является экологически чистым, не трудоемким и не требует больших материальных затрат.The proposed method allows significantly - by 20-129% to increase the removal of HM from the soil during biological treatment of contaminated HM soils and to regulate the removal of certain HM from the soil. The method allows to reduce by 2 times the time required for cleaning soil from HM. Moreover, the method allows to enrich the soil with boron when it is deficient for plants. The introduction of boric acid into the soil reduces the development of diseases in plants during their further cultivation as crops. Boric acid is not expensive and is applied to the soil compared to other fertilizers in low doses. The method allows for the restoration of contaminated technogenic impact of land. In areas cleared of HM, it is advisable to organize forest plantations, pastures for grazing livestock, and grow agricultural plants. The method is environmentally friendly, not laborious and does not require large material costs.

Claims

The method of biological treatment of soils contaminated with heavy metals, including sowing seeds of dandelion in the amount of 1.95-24.3 million per ha, mowing and removing green mass before the formation of flowering shoots, characterized in that at the beginning of the formation of the rosette of leaves in the soil make boric acid in doses of 0.5-10.0 kg · ha ^-1 .