Спосіб фіторизоремедіації девастованих ґрунтів

Реферат: Винахід стосується способу фіторизоремедіації девастованих ґрунтів та передбачає культивування стійких, високопродуктивних насаджень з потенціалом поглинання та трансформації токсикантів ґрунту. В способі попередньо проводять мікоризацію коріння сіянців і саджанців хвойних і листяних порід препаратом Suillus lutcus, Tuber melanosporum та виділеної чистої культури ендофітів рослин. UA 111249 C2 (12) UA 111249 C2 UA 111249 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі досліджень біотехнології екології та наближеного до природи лісівництва, а саме до способів фіто- та біологічної ремедіації технологічно забруднених, деградованих ґрунтів, а також культивування стійких, високопродуктивних насаджень з потенціалом поглинання та трансформації токсикантів ґрунту. До відомих способів відновлення ґрунтів відносять фіторемедіацію (Назаров А.В. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации / А.В. Назаров, С.А. Иларионов // Биотехнология. - 2005. - № 5. - С. 54-62; Phytoremediation of contaminated soils / S.D. Cunningham [et al.] // TIBTECH. - 1995. - Vol. 13. - С. 393-397; Phytoremediation of soils contaminated with organic pollutants / S.D. Cunningham [et al.] // Advances in Agronomy. - 1996. Vol. 56. - P. 55-114; Flathman, P.E. Phytoremediation: current views on an emerging green technology / P.E. Flathman, G.R. Lanza // J. of Soil Contamination. - 1998. - Vol. 7, N 4. - P. 415-433; Janouskova M. Potential contribution of arbuscular mycorrhiza to cadmium immobilization in soil / M. Janouskova, D. Havilkova, M. Vosatka // Chemosphere. - 2006. - Vol. 65, N 11. - P. 1959-1965). Основними перевагами фіторемедіації є те, що вона відкриває можливості для рекультивації великих територій, характеризується відносно невеликою вартістю в порівнянні з іншими технологіями, високою ефективністю та екологічністю. Відомі способи рекультивації (Корневищный способ фиторекультивации почвы от нефти и нефтепродуктов, патент РФ № 2440199; Способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтепродуктами, патент РФ № 2095954; Способ биологической рекультивации плодородных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами в степных, лесостепных, полупустынных зонах (варианты), патент РФ № 2097401; Способ мелиорации песчаных и супесчаных почв и грунтов, авт. свидет. СССР № 1420019; Способ реставрации загрязненных почв, патент РФ № 2101898; Спосіб очищення ґрунтів, забруднених нафтою, патент України на корисну модель № 16345) передбачають висадку рослин - акумуляторів забруднювачів. Проте, такі види рослин мають вибіркові властивості відносно конкретних забруднювачів, тому рекомендовані способи мають обмежене застосування. Близьким по суті до заявленого є спосіб (Способ биологической рекультивации загрязненных земель карт шламонакопителей отходов химической промышленности, патент РФ № 2426291), який після проведення робіт з утилізації відходів виробництва, передбачає створення на порушених землях лісонасаджень. Недоліками відомого способу є те, що він вимагає покриття попередньо підготовленої площі території, яка підлягає рекультивації, родючим ґрунтом. Найближчим до винаходу, що заявляється, є спосіб біологічної рекультивації девастованих земель (патент України № 88686 від 25.03.2014 p.), суть якого полягає у використанні мікоризованого садивного матеріалу, який має потенціал до трансформації різного типу забруднюючих речовин, які, в свою чергу, не пригнічують ріст і розвиток рослин. Згаданий спосіб вибрано прототипом. Прототип і винахід, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: використання симбіотичних грибів; підготовка препарату; використання сіянців і саджанців листяних і хвойних порід; механізм відновлення родючості ґрунту. Однак спосіб за прототипом має низку суттєвих недоліків. По-перше, необхідність попередньої технічної підготовки території, по-друге, трудомісткість процесу підготовки спорового препарату, по-третє, обробіток сіянців і саджанців хвойних і листяних порід споровим препаратом шляхом поливу не забезпечує достатньо ефективного формування мікоризи в ризосфері, по-четверте, недостатньо сформована мікориза знижує фітоекстракцію токсикантів, по-п'яте, процес фітостабілізації відбувається повільніше, що призводить до низької приживлювальності чи загибелі рослин і, як наслідок, недостатнього очищення ґрунту, пошосте, відсутність можливості моделювання росту рослин шляхом внесення додаткових компонентів, по-сьоме, як садивний матеріал використовують рослини, вирощені в розсадниках. Заявлений нами спосіб усуває недоліки прототипу та забезпечує фітостабілізацію та фітоекстракцію забруднювачів ґрунту, високу ризосферну ремедіацію та культивування стійких, високопродуктивних насаджень, які виконують функцію поглинання та трансформації токсикантів. В основу винаходу поставлено задачу розробити новий ефективний, універсальний, доступний, екологічно та економічно обґрунтований спосіб ремедіації спрямований на культивування комплексу ремедіатів: мікоризні гриби та асоційовані з ними рослинні мікроорганізми, що володіють потенціалом до високої ризосферної біоремедіації ґрунту in situ. Поставлена задача вирішується формуванням стійкої асоціації мікоризних грибів, - тих, які найчастіше трапляються на територіях девастованих ґрунтів корінних деревостанів та прилеглих до них ділянок і здатних до трансформації широкого спектра органічних та неорганічних речовин-забруднювачів, які разом з Suillus luteus і Tuber melanosporum утворюють 1 UA 111249 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мікоризу з рослинами, що сприяє підвищенню стійкості висаджених сіянців листяних та хвойних рослин, забезпечує відповідно виконання ними ролі фіторемедіатів, що здійснюють фіто стабілізацію та фітоекстракцію забруднювачів. Технічний результат заявленого способу досягається обробітком саджанців і сіянців листяних і хвойних порід препаратом в якому розводять суміш спор симбіотних грибів - Suillus luteus, Tuber melanosporum та виділеної чистої культури ендофітів рослин з площі земель, що підлягають фіторизоремедіації, змішаних у рівних співвідношеннях і розведених у воді. Властивості мікоризи проявляються у збільшенні поверхні всмоктування кореневої системи, також з'єднання мінеральних речовин, що надходять до рослин в легко засвоюваній формі. Мікоризовані рослини, у свою чергу, поглинають та трансформують токсикантів ґрунту. Реалізація запропонованого способу здійснюється наступним чином: готують препарат спор симбіотичних грибів і виділеної чистої культури ендофітів, змішаних у рівних кількостях, однак, для досягнення максимального ефекту необхідно вибрати мікоризні гриби що домінують у забрудненому ґрунті. Для мікоризації лісопосадкового матеріалу необхідно обробити тонке коріння рослин протягом 2-3 хвилин препаратом концентрацією 75 000:1, і не порушуючи життєздатність ендофітів. Наприклад для фіторемедіації території Яворівського сірчаного кар'єру протягом 2008-2013 pp. після детального обстеження маршрутним методом рослин та здійснивши забір проб ґрунту методом "конверта" на визначення вмісту забруднювачів, в т.ч. органічних, неорганічних, ксенобіотиків та радіонуклідів, також досліджували структуру міцелію на техноземах - наявність темно- та світло-забарвленого міцелію. Дослідження ґрунтів у межах Яворівського сірчаного кар'єру охоплювало морфологічний опис ґрунтових профілів, встановлення таксономічної приналежності ґрунтів з використанням класифікації ґрунтів техногенних ландшафтів і визначення фізичних, фізико-хімічних та агрохімічних властивостей ґрунтів. Для мікологічного аналізу території було закладено 42 стаціонарів, з яких відбирали ґрунтові зразки. Зразки відбирали буром Некрасова в 3-5 точках з кількох горизонтів, в намічених точках викопували шурф і відбирали проби у п'ятикратній повторюваності на глибині 12 см від поверхні. Для штучної мікоризації рослин використовуються штами мікроміцетів, які домінують у культурі та формують стійкі комплекси, а також гриб, який відповідає за утворення мікоризи у хвойних - Suillus luteus та листяних - Tuber melanosporum. Спорові суспензії цих видів змішували перед використанням у рівних кількостях та рівних співвідношеннях і розводять у воді з розрахунку 75 тис. спор на 1 л води. Види грибів "місцевої" мікоризи, вирощують на рідкому середовищі Чапека за температури + 25 °C. Спорові суспензії отримують шляхом розведення 1 гр відібраного зразка у 9 мл дистильованого розчину води у п'ятикратній повторюваності. Контроль кількості в обох випадках проводять під мікроскопом. Оброблені сіянці та саджанці листяних та хвойних порід, таких як Quercus robur L. та Pinus sylvestris L. у кількості 250 штук висаджували на техноземах сірчаної копальні у березні 2013 року. Порівняння з контролем, а це сіянці і саджанці тих ж видів, що були политі водою, показало, що у мікоризованих рослин помітно збільшилась висота, на 1,73 м для Quercus robur та 1,58 м для Pinus sylvestris, також після застосування препарату на 80-85 % знизився відсоток темно-і світло-забарвленого міцелію ґрунту, значно знизився відсоток темнозабарвлених видів, натомість у ґрунті збільшилося видове різноманіття мікроміцетів та суттєво активізує процеси відновлення ґрунтової мікрофлори та фітостабілізацію ґрунтотворних процесів що в ньому відбуваються. Як показали дослідження у мікоризованих рослин відбувається іммобілізація токсикантів ґрунту сполуками, які виділяє гриб, адсорбція на клітинних стінках гриба і хелатування токсикантів усередині гриба. Зокрема, досліджувані важкі метали зв'язуються у ґрунті з гломаліном - нерозчинним глікопротеїном, який синтезується і виділяється грибом. Гломалін можна екстрагувати з ґрунту разом зі значною кількістю зв'язаних важких металів. Згідно з результатами досліджень до 4,3 мг міді, 0,08 мг кадмію, 1,12 мг свинцю на 1 г гломаліну може бути екстраговано із забруднених ґрунтів після інокуляції мікоризними грибами грибами. В іншому експерименті цими встановлено, що гломалін, виділений з гіфи AM гриба Gigaspora rosea Nicol. & Schenck, міг зв'язувати до 28 мг міді на 1 г даного глікопротеїну в умовах in vitro, тобто в лабораторних умовах. Саме тому з метою фітостабілізації ми використовували мікоризні гриби, асоційовані з рослинними організмами що виділяють більше гломаліну. 2 UA 111249 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Спосіб фіторизоремедіації девастованих ґрунтів, що передбачає культивування стійких, високопродуктивних насаджень з потенціалом поглинання та трансформації токсикантів ґрунту, який відрізняється тим, що попередньо проводять мікоризацію коріння сіянців і саджанців хвойних і листяних порід препаратом Suillus lutcus, Tuber melanosporum та виділеної чистої культури ендофітів рослин. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3