способ реабилитации нефтезагрязненных земель

Формула изобретения

Способ реабилитации нефтезагрязненных земель, включающий посев многолетних бобовых и злаковых трав, их запашку в качестве органического удобрения, отличающийся тем, что в первый год высевают однолетнюю культуру амаранта в смеси с цеолитосодержащей глиной, содержащей (%): кремний - 51-53, алюминий - 16-17, железо - 5-6, кальций - 30-33, в дозе 0,8-1,0 т/га, в фазе начала созревания семян растения скашивают и запахивают в почву, а на следующий год осуществляют посев бобово-злаковой травосмеси многолетних трав, в которую входят 50-60% бобовых растений, с последующей их запашкой в фазе цветения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям защиты окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, в частности, к восстановлению загрязненной нефтью и нефтепродуктами почвы.

Известен способ рекультивации, при котором на загрязненные нефтью почвы вносят органические удобрения, птичий помет, древесные отходы (патент № 2240877, опубликован 09.12.2003 г.).

Однако в известном способе производятся значительные затраты на внесение птичьего помета, органических и древесных отходов.

Известен также способ, при котором для реабилитации почвы используют микроорганизмы углеводородокисляющие и растения, в основном, злаковых трав (полевица, мятлик, ежа, тимофеевка, овсяница и др.). Интродуцируемые в почву углеводородосодержащие микроорганизмы улучшают эмульгирующую способность почвы, окисляют углеводороды нефти, а вместе с высаженными растениями только через 3 года восстанавливаются загрязненные нефтью почвы (патент № 2253909, опубликован 10.06.2005 г.).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что реабилитация почвы наступает только на 3-й год. Большой набор многолетних трав не обеспечивает снижение загрязнения в год посева, так как биологическая особенность их давать хорошую биомассу только на 2-3-й год жизни.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором в загрязненную нефтью почву высевают семена растений, которые предварительно выращивают в чистой почве не менее одного года, а затем осуществляют пересадку вегетативных частей на загрязненный участок, используя при этом многолетние травы (патент № 2249933, опубликован 27.12.2004 г.).

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что травы предварительно высевают на чистом участке, а через год пересаживают на нефтезагрязненный, причем пересадку осуществляют вегетативными органами (корневищами, столонами, рассадой). При этом выживаемость бобовых трав (клевера лугового и клевера гибридного) - основных адсорбирующих компонентов - не превышает 25%. Участие бобовых растений не превышает 5-10%. Все эти приемы усложняют способ.

Технический результат заявленного объекта - ускорение очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель.

Технический результат достигается тем, что в первый год высевают однолетнюю культуру амаранта в смеси с цеолитосодержащей глиной-аланитом в дозе 0,8-1 т/га и в фазе начала созревания семян растения, скашивают и запахивают, а на следующий год осуществляют посев бобово-злаковой травосмеси многолетних трав, в которую входят 50-60% бобовых растений с последующей их запашкой в фазе цветения.

Способ осуществляется следующим образом.

На участке, загрязненном нефтью и нефтеотходами, высевают культуру амаранта. Амарант (Amaranthus L.) в сравнении с другими растениями характеризуется высоким содержанием кремния в зеленом растении и в корнях (3-5% в сухом веществе). Большая часть кремния (более 50%), содержащаяся в листьях, связана с органическими компонентами растительной ткани (белками, липидами, клетчаткой), что свидетельствует о значительных возможностях соединений кремния (органогенный, растворимый, полимерный, общий) поглощать токсические элементы (в том числе углеводороды нефтезагрязненных земель), ускорять метаболизм в обмене веществ в самом растении амаранта. Следовательно, кремний, имеющий высокую сорбционную способность в тех соединениях, которые находятся в амаранте, способен за один сезон значительно очистить почву от углеводородов нефти, радионуклидов и тяжелых металлов. Важной особенностью амаранта является накопление большой биомассы растений, обеспечивающих 50-60 тонн зеленой массы на одном гектаре.

Использование амаранта на загрязненной почве и запашка массы в начале созревания семян очищает почву от токсических веществ. К моменту начала созревания растения накапливают хорошую массу, а заделка ее в почву в этот период обеспечивает и частично созревшими семенами, которые взойдут на следующий год и вместе с подсеваемыми многолетними травами будут способствовать очищению загрязненного участка. Обоснование фазы скашивания (начало созревания) объясняется биологическими особенностями амаранта, высоким коэффициентом размножения. При норме высева 1 кг на гектар амарант способен дать более 3 тонн семян. Следовательно, при начале созревания в почву попадает 1/8 часть семян, которые прорастают на загрязненном участке на следующий год.

В связи с тем, что амарант слабо переносит кислую почву, в год его посева к высеваемым семенам добавляют цеолитосодержащие глины-аланит, имеющие щелочную реакцию среды (pH 8,6), которые нейтрализуют кислотность. Кроме того, в связи с тем, что семена амаранта очень мелкие (масса 1000 шт. - 0,5-0,6 г), высев их с измельченным аланитом улучшает сыпучесть, равномерное распределение смеси на обрабатываемом участке, обеспечивает питательность среды в семенном ложе.

Аланит (цеолитосодержащие глины Северо-Осетинского месторождения) содержит (%): кремний - 51-53; алюминий - 16-17; железо - 5-6; кальций - 30-33; калий, фосфор, марганец, серу, магний (в пределах 0,1-0,9%), а также в небольших количествах цинк, медь и другие микроэлементы. За счет высокого содержания кальция реакция среды щелочная. Аланит (как и все цеолиты) также способен сохранять влагу (коэффициент водоотдачи около 3%).

При более высоких дозах аланита (более 1 т) усложняется процесс высева семян. Ниже предлагаемого параметра способа снижается эффект адсорбции углеводородов на загрязненном нефтью участке.

Синергизм амаранта и аланита обеспечивает высокие адсорбционные свойства и в первый год снижает количество углеводородов в 4-5 раз.

На следующий год высеваются бобово-злаковые травы, такие как вязель, эспарцет, клевер, люцерна, донник, которые имеют высокую сорбционную способность поглощать из почвы вредные, токсические вещества, тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды, углеводороды нефтехимии.

В наших опытах, проведенных в полевых условиях, выявлено, что содержание подвижных форм цинка, свинца, кобальта, никеля, меди, марганца, железа увеличивается от фазы стеблевания до фазы цветения. Особенно высокими сорбционными свойствами обладает вязель пестрый (Coronill varia L.).

Следовательно, максимальное количество в смеси бобовых трав (более 50%) обеспечивает изменение биохимического состава почвы, способствует накоплению азотфиксирующих бактерий, что обогащает почву биологическим азотом.

Пример 1. На загрязненном нефтью участке после подготовки почвы (дискование, планировка, паровая культивация) высевали семена амаранта с повышенной нормой высева 2 кг/га, смешивая предварительно с измельченным аланитом в дозе 800 кг/га. Посев осуществляли сеялкой СЗТ - 3,6 с междурядьями 15 см. В фазу начала созревания семян (когда созреют семена нижней части метелки) биомассу скашивали и запахивали в почву. На следующий год высевали многолетние травы. Бобовые травы от общего количества трав составили 50% (вязель, эспарцет, клевер, люцерна, донник по 3,5 кг/га каждого). Общее количество трав на гектарную норму составило 35 кг. Из злаковых трав высевали (тимофеевку - 4 кг/га, овсяницу - 4 кг/га, райграс - 5 кг/га, ежу сборную - 4,5 кг/га).

В фазе цветения бобовых массу скашивали и запахивали в почву.

Пример 2. Способ осуществляли, как в первом примере, с разницей дозы аланита 1000 кг/га и количеством бобовых многолетних трав 60% (вязель 5 кг/га, клевер, эспарцет, люцерна, донник по 4 кг/га). Все злаковые травы высевали в таком же количестве, как в первом примере. Результаты опытов сведены в таблицу.

Содержание химических веществ в почве
Варианты опытов	Концентрация нефти, %	Содержание в мг/кг почвы
Нефтепродукты (тыс. мг/кг)	Свинец, Pb	Кобальт, Со
Участок, загрязненный нефтью	8,6	3,2	12,08	5,86
Посев амаранта	3,2	1,4	5,24	2,82
Посев амаранта с аланитом 0,3-0,5 т/га	2,6	0,6	2,62	1,92
Посев амаранта с аланитом 0,8-1,0 т/га	1,5	0,3	1,82	1,64
Предлагаемое	0,6	0,2	0,92	1,26
Посев многолетних трав с преобладанием бобовых компонентов	2,4	0,8	2,16	1,47

На основании приведенных данных в таблице можно заключить, что посев трав с высокой адсорбционной способностью: однолетний амарант, многолетние бобовые травы (вязель, эспарцет, клевер, люцерна, донник) обеспечивают достаточно высокую реабилитацию нефтезагрязненных земель за два года, что в 1,5 раза быстрее, чем в известных технических решениях.