способ фиторекультивации нефтезагрязненных почв

Формула изобретения

1. Способ фиторекультивации нефтезагрязненных почв, предусматривающий этап посева на нефтезагрязненную почву одно- и многолетних растений, отличающийся тем, что семена перед посадкой и/или всходы растений обрабатывают противогрибковыми микробными препаратами или антибиотиками, уменьшающими численность и активность сапротрофных микромицетов, ассоциированных с растениями, являющимися продуцентами веществ, обладающих фитотоксическим действием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве противогрибковых препаратов для обработки всходов растений предпочтительно используют водный раствор препарата Агат-25К в дозе 1 мл на 10 л воды, или водный раствор препарата Триходермин в дозе 150 мг на 10 л воды, или антибиотик Нистатин в концентрации не менее 0,001% в расчете на 10-сантиметровый слой почвы, при этом обработку проводят три раза за сезон с интервалом 20 дней, а первую обработку - через 10-14 дней после высева семян.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве противогрибковых препаратов для замачивания семян растений в течение не менее 3 дней предпочтительно используют препарат Агат-25К из расчета 5 мл препарата на 1 кг семян, или препарат Триходермин из расчета 100 мг препарата на 1 кг семян, или раствор антибиотика Нистатина в концентрации 0,001%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается охраны окружающей среды и может быть использовано для устранения токсического действия углеводородов нефти на почву и сельскохозяйственные растения.

Известен фитомелиоративный способ рекультивации почвы, загрязненной нефтепродуктами (Восстановление нефгезагрязненных почвенных экосистем. - M.: Haукa, 1988, с.159), согласно которому в нефтезагрязненную почву вносят торф в количестве 500 м³/га либо навоз 50 т/га, полноценные минеральные удобрения (N₆₀Р₄₀К₂₀), а также незагрязненный грунт. Одновременно с внесением компонентов производили рыхление почвы на глубину 15 см. Через год производят посев многолетних трав. При этом всхожесть, например костра безостого, составляет 70%, а овсяницы луговой 22%. Количество остаточных нефтепродуктов через 1,5 года рекультивации равняется 20%.

Недостатком известного способа является относительно большой предпосевной период (1 год), относительно низкая всхожесть и урожайность многолетних трав после периода проветривания, отсутствие роста растений при высокой степени загрязнений (24 л/м²).

Задачей создания изобретения является разработка простого и эффективного способа фиторекультивации нефтезагрязненных почв, при котором повышается выживаемость и урожайность растений, произрастающих на нефтезагрязненных почвах.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ фиторекультивации нефтезагрязненных почв, предусматривающий этап посева на нефтезагрязненную почву одно- и многолетних растений, и отличительных существенных признаков, таких как семена перед посадкой и/или всходы растений обрабатывают противогрибковыми микробными препаратами или антибиотиками, уменьшающими численность и активность сапротрофных микромицетов, ассоциированных с растениями, являющихся продуцентами веществ, обладающих фитотоксическим действием.

В пункте 2 формулы изобретения нашли отражение тип и условия применения препаратов для обработки всходов растений, а именно в качестве противогрибковых препаратов для обработки всходов растений предпочтительно используют водный раствор препарата Агат-25К в дозе 1 мл на 10 л воды, или водный раствор препарата Триходермин в дозе 150 мг на 10 л воды, или антибиотик Нистатин в концентрации не менее 0,001% в расчете на 10 см слой почвы, при этом обработку проводят три раза за сезон с интервалом 20 дней, причем первую обработку ведут через 10-14 дней после высева семян.

В пункте 3 формулы изобретения нашли отражение тип и условия применения препаратов для обработки семян растений, а именно в качестве противогрибковых препаратов для замачивания семян растений в течение не менее 3-х дней предпочтительно используют препарат Агат-25К из расчета 5 мл препарата на 1 кг семян, или препарат Триходермин из расчета 100 мг препарата на 1 кг семян, или раствор антибиотика Нистатина в концентрации 0,001%.

Сущность изобретения: растения обрабатывают противогрибковыми препаратами, вызывающими уменьшение численности сапротрофных микромицетов и их активности в прикорневой зоне растений, произрастающих на нефтезагрязненной почве. Целью изобретения является повышение выживаемости и продуктивности растений, растущих на почве с нефтяным загрязнением. Попадание нефти в почву вызывает увеличение ассоциированных с растением сапротрофных микромицетов, обладающих фитотоксическими свойствами, что приводит к угнетению и гибели растений. Для обработки растений используют противогрибковые антибиотики или препараты симбиотических микроорганизмов, снижающих численность микромицетов в ризосфере и ризоплане растений. Снижение численности данных микроорганизмов в зоне корней растений приводит к уменьшению токсичности для растений нефтезагрязненной почвы.

Как показали наши исследования, основным фактором, влияющим на всхожесть семян в загрязненной почве, является ухудшение водного и воздушного режимов при внесении нефти, при этом прямого токсического действия нефти на растения отмечено не было (фиг.1). В варианте с замоченными семенами, посаженными на поверхность почвы, снижение числа проросших растений отмечается только после дозы нефтяного загрязнения 30%. Выше этой дозы нефть перестает сорбироваться почвенными частицами. При этом отдельные растения в эксперименте появлялись даже при загрязнении 40%, когда нефть образовывала пленку толщиной в 3-4 мм.

Однако известно, что нефть при попадании в почву обладает сильной фитотоксичностью. Проведенные эксперименты показали значительное влияние на выживаемость растений на нефтезагрязненной почве прикорневой микрофлоры. На нестерильной загрязненной почве, с дозой нефти 30%, наблюдается гибель всех растений, в то время как в стерильных условиях выживаемость растений на почве с нефтью сравнима с выживаемостью растений на чистой почве с нестерильной средой (фиг.2).

При инокуляции накопительной культуры грибов в нефтезагрязненную стерильную почву также наблюдается полная гибель растений. Это показывает, что основными микроорганизмами токсинообразователями в загрязненной нефтью почве являются сапротрофные грибы.

Анализ численности микромицетов в нефтезагрязненной почве и прикорневой зоне растений костреца безостого и клевера лугового показывает, что при нефтяном загрязнении происходит резкий рост численности микромицетов в зоне корней растений, превышающий увеличение численности грибов в эдафосфере при внесении нефти (табл. 1). Причем в большинстве случаев в прикорневой зоне костреца безостого их численность на порядок выше, чем в бескорневой почве, а у клевера лугового - на два порядка.

Для оценки повышения токсичности нефгезагрязненной почвы вследствие роста численности сапрофитных микромицетов была изучена всхожесть семян клевера лугового на почвенных вытяжках из эдафосферы и из ризосферы клевера лугового и костра безостого, выращенных с различным уровнем нефтяного загрязнения. При этом вытяжка была как из почвы без растений, загрязненной непосредственно перед экстракцией, так и проинкубированной после загрязнения 14 дней.

Полученные данные о всхожести показали (фиг.3), что количество проросших семян зависело от численности сапротрофных микромицетов в почве. Коэффициент корреляции между всхожестью семян и численностью грибов в почве, из которой была сделана вытяжка, составлял -0,8.

Таким образом, стимуляция нефтяным загрязнением фитотоксичных микромицетов в прикорневой зоне является одним из основных факторов, определяющих негативное действие нефтезагрязненной почвы на растения, и использование противогрибковых препаратов существенным образом интенсифицирует фитомелиоративный этап рекультивации нефтезагрязненных почв.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение, но не ограничивают объем его использования.

Способ осуществляется следующим образом.

Общие условия процесса. Для ингибирования грибов используются промышленные препараты - Триходермин, Агат-25К, антибиотик Нистатин или любые другие противогрибковые средства - в действующих концентрациях. Рабочие суспензии бактериальных препаратов были приготовлены по инструкциям, предложенным производителями.

Триходермин - бактериальный препарат на основе микромицета Trichoderma viride, который способен паразитировать на многих фитопатогенных грибах и выделять в почву ряд антибиотиков (Виестус У., Лейте М. Некоторые новые биотехнологии и технологии для их осуществления // Прикладная биохимия и микробиология. - 1997. - Т. 33. - N 3. - С. 243-256).

Использованный в экспериментах Триходермин был получен в Пермской государственной сельскохозяйственной академии им. Д.Н. Прянишникова инокулированием зерен ячменя культурой гриба. Количество спор гриба в бактериальном препарате (1,0-1,2)10¹⁰ кл/г. Для обработки Триходермином 150 мг бактериального препарата разводили в 10 л воды, полученной суспензии достаточно для обработки 10 м² земли.

Агат-25К - бактериальный препарат на основе ряда почвенных бактерий, кроме них в его состав входят микроэлементы и физиологически активные вещества. Агат-25К индуцирует защитные свойства растений против бактериальных и грибковых заболеваний; бактериальная составляющая препарата фиксирует азот из воздуха, мобилизует труднорастворимые соединения фосфора в почве, способствует улучшению минерального питания растений; физиологически активные вещества стимулируют рост и развитие растений (Инструкция по применению биопрепарата "Агат-25К", 1998).

Рабочий раствор Агата-25К получали путем разведения препарата из расчета 1 мл препарата на 10 л воды; полученного раствора достаточно для обработки площади 10 м².

Обработку бактериальными препаратами проводили 3 раза за сезон с интервалом 20 дней, первое опрыскивание растений производилось через 10 дней после высева семян.

Нистатин - противогрибковый антибиотик широкого спектра действия, относится к полиэновым макролидным антибиотикам, суммарная формула C₄₇H₇₅О₁₈, продуцируется Streptomyces noursei (Егоров Н.С. Основы учения о антибиотиках. - М.: МГУ, 1994, 512 с.).

Антибиотик использовали согласно рекомендациям, предлагаемым в литературе (Шигаева М.Х., Тулемисова К.А. Антибиотики в растениеводстве. - Алма-Ата: Изд-во "Наука" Казахской ССР, 1977, 170 с.), доза вносимого Нистатина составляла 0,001% в расчете на 10 см слой почвы.

Обработку Нистатином проводили в то же время, что и бактериальными препаратами.

Триходермин для использования смешивают 150 мг на 10 л воды, Агат-25К - 1 мл препарата на 10 л воды, Нистатин - вносят в концентрации не менее чем 0,001% в расчете на 10 см слой почвы. Полученные смеси Триходермина и Агат-25К равномерно наносят на растения на загрязненной почве путем распыления из расчета 1 л на 1 м². Обработку противогрибковыми средствами проводят не менее трех раз за сезон с интервалом 20 дней, первое опрыскивание растений производят не более чем через 10-14 дней после высева семян.

Пример 1. Выживаемость и урожайность растений изучали на экспериментальных нефтезагрязненных площадках в полевых условиях. На опытные участки с разными сроками загрязнения (в тот же год, через 1, 2, 3 и 4 года после внесения нефти) дозой 24 л/м² высевали семена клевера лугового (Trifolium pratense). По истечении трех месяцев после посева оценивали биомассу и процент выживших по истечении данного срока растений.

Пример 2. Аналогичные исследования провели с обработкой растений бактериальным препаратом Агат-25К, для использования которого смешивали 1 мл препарата и 10 л воды, полученную смесь равномерно наносили на растения на загрязненной почве путем распыления из расчета 1 л на 1 м². Обработку проводили 3 раза за сезон с интервалом 20 дней, первое опрыскивание растений проводили через 10 дней после высева семян.

Пример 3. Опыт проводили аналогично примеру 2. Отличие заключалось в обработке растений микромицетным препаратом средством Триходермин. Препарат для использования смешивали 150 мг на 10 л воды. Полученную смесь равномерно наносили на растения на загрязненной почве путем распыления из расчета 1 л на 1 м². Обработку Триходермином проводили 3 раза за сезон с интервалом 20 дней, первое опрыскивание растений проводили через 12 дней после высева семян.

Пример 4. Изучение выживаемости и урожайности растений на нефтезагрязненной почве проводили аналогично примеру 3. Только для обработки растений использовали антибиотик Нистатин. Нистатин вносили в концентрации не менее чем 0,001% в расчете на 10 см слой почвы. Обработку Нистатином проводили 3 раза за сезон с интервалом 20 дней, первое опрыскивание растений проводили через 14 дней после высева семян.

Пример 5. Исследования проводили аналогично примеру 2. Опыт отличался тем, что наряду с обработкой растений препаратом Агат-25К он использовался также для замачивания семян. Обработка семян проводилась в течение 3 суток из расчета 5 мл препарата на 1 кг семян.

Пример 6. Опыт проводили аналогично примеру 3. Отличия заключались в обработке перед посевом семян препаратом Триходермин, семена замачивались в суспензии препарата в течение 3 суток, Триходермин добавлялся в суспензию из расчета 100 мг препарата на 1 кг семян.

Пример 7. Аналогичные исследования, приведенным в примере 4, провели с обработкой семян антибиотиком Нистатин. При замачивании семена заливали раствором Нистатина в концентрации 0,001%, срок обработки также составлял 3 суток.

Результаты исследований, приведенных в примерах 1-4, даны в табл. 2, а данные опытов в указанных в примерах 5-7 - в табл. 3.

Как видно из табл. 2, где примеры 2, 3 и 4 заявляемый способ, снижение численности микромицетов в прикорневой зоне с помощью противогрибковых препаратов приводит к повышению выживаемости и урожайности растений на нефтезагрязненных площадках.

Обработка Нистатином и препаратом Триходермин повышала общую биомассу растений, выросших на нефтезагрязненной почве, в большинстве случаев в 2-3 раза, а бактериальным препаратом Агат-25К - в 6-11 раз, при этом обработка первыми двумя препаратами повышала выживаемость растений на нефтезагрязненной почве в 2-3 раза, а Агат-25К - в 4-10 раз.

Использование замачивания семян в растворе или в суспензии противогрибковых препаратов вместе с обработкой ими выросших растений (примеры 5,6,7 - заявляемый способ) повышает их урожайность и выживаемость относительно растений, у которых семена не были обработаны противогрибковыми препаратами (примеры 2, 3, 4) в большинстве случаев в 1,5-2 раза (табл. 3).