Спосіб ризоремедіації девастованих земель

Реферат: Винахід належить до способу ризоремедіації девастованих земель та передбачає стимулювання розвитку комплексу ремедіатів: мікрофлори ризосфери та мікоризних грибів, асоційованих з рослинними мікроорганізмами, з потужним потенціалом до біоремедіації ґрунту. В ґрунт шляхом поливу вносять розчин суспензій спорового препарату симбіотичних грибів та вирощених мікоризних грибів, які домінують у забрудненому ґрунті. UA 111393 C2 (12) UA 111393 C2 UA 111393 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі досліджень біотехнології та екології, а саме до способів біологічної рекультивації та ремедіації in situ забруднених земель. Відомі способи ремедіації, тобто очистки забруднених земель від полютантів (Способ обезвреживания нефтезагрязненных грунтов, способ обезвреживания отработанных буровых шламов, патент РФ № 2486166; Способ рекультивации нарушенных земель, патент РФ № 2449001; Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, патент РФ № 2471579; Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, патент РФ № 1243168; Способ рекультивации посттехногенных и отдаленных территорий на крайнем севере, патент РФ № 2093974; Способ реставрации загрязненных почв, патент РФ № 2101898), як правило переслідують дві важливі цілі: підвищення ефективності та скорочення витрат на заходи з очищення. Проте, до недоліків відомих способів належить те, що серед широкого спектра засобів, розроблених для вирішення цієї проблеми, основні - сорбенти та реагенти, сполуки, які призначені для того, щоб зібрати, або іммобілізувати шкідливі речовини, спрямовані на певні види забруднювачів. Бурхливий розвиток біотехнології за останні десятиліття активізував пошук способів мікробної деградації забруднювачів (Способ выбора штаммов микроорганизмовдеструкторов нефти и нефтепродуктов, патент РФ № 2426781; Способ получения сухой формы биопрепарата для очистки территорий от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, патент РФ № 2434059; Способ биологической рекультивации нарушенных земель, патент РФ № 2181640; Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, авт. свид. СССР № 1001881; Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, патент РФ № 2077397). Ці способи, які об'єднані під загальною назвою "біоремедіація", являють собою методи розкладання забруднюючих навколишнє середовище речовин за допомогою мікроорганізмів деструкторів. Технологічна схема такої біоремедіації обмежується простим розпушенням та використанням бактеріальних препаратів на тлі внесення високих доз мінеральних добрив. Подібна практика призводить до ще більшого погіршення ситуації: засіяні багаторічними травами ділянки перший рік добре сходять, але відновлення вихідного фітоцинозу так і не відбувається, а в ґрунті продовжуються процеси деградації. До найбільш перспективних способів відновлення ґрунтів відносять фіторемедіацію (Назаров А.В. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации / А.В. Назаров, C.А. Иларионов // Биотехнология. - 2005. - № 5. - С. 54-62; Phytoremediation of contaminated soils / S.D. Cunningham [et al.] // TIBTECH. - 1995. - Vol. 13. - C. 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 вибрані властивості відносно до конкретних забруднювачів, тому рекомендовані способи мають обмежене застосування. Найближчим до винаходу, що заявляється, є спосіб біологічної рекультивації девастованих земель (патент України № 88686 від 25.03.2014 р.), 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 за рахунок формування мікоризи. Даний спосіб вибрано прототипом. Прототип і винахід, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: використання симбіотичних грибів; підготовка препарату; обробіток рослин споровим препаратом; внесення препарату в ґрунт шляхом поливу; механізм відновлення родючості ґрунту. Однак, спосіб за прототипом має низку суттєвих недоліків. По-перше необхідність попередньої технічної підготовки території, по-друге використання як ремедіатів сіянців і 1 UA 111393 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 саджанців листяних і хвойних порід, що здорожчує спосіб, по-третє неможливість використання земель після проведення ремедіації, що призводить до обмеженості використання території, почетверте трудомісткість процесу підготовки спорового препарату, по-п'яте додатковий обробіток і догляд за лісопосадковим матеріалом. Заявлений нами спосіб усуває недоліки прототипу та забезпечує очищення середовища, формування гумусу та рослинного покриття без використання додаткового лісопосадкового матеріалу методом in situ. В основу винаходу поставлено задачу розробити новий ефективний, універсальний, доступний, екологічно та економічно обґрунтований спосіб ремедіації девастованих земель спрямований на стимулювання розвитку комплексу ремедіатів: мікрофлори ризосфери та мікоризних грибів, асоційованих з рослинними мікроорганізмами для формування гумусу та відновлення біосферних функцій ґрунту з метою вирощування на ньому сільськогосподарських та лісових культур. Поставлена задача вирішується введенням спорового препарату симбіотичних грибів та вирощених мікоризних грибів, які домінують у забрудненому ґрунті шляхом поливу, для формування надорганізмової системи симбіотичних партнерів, що здійснюють ефективну біоремедіацію ґрунту in situ. Технічний результат досягається поливом території девастованих та збіднених ґрунтів споровим препаратом, в якому використовують суміш спор, змішаних у рівних співвідношеннях і розведених у воді, симбіотичних грибів та видів-грибів, що найбільш часто зустрічаються в даному екотопі і мають здатність до трансформації різного типу забруднюючих речовин та створюють мікоризу з рослинами. Властивості мікоризи, що зумовлений розвитком міцелію, проявляються у збільшенні поглинаючої поверхні кореня і посилення надходження води та поживних речовин. Грибимікоризоутворювачі здатні розкладати недоступні органічні сполуки ґрунту, виробляти речовини типу вітамінів, активаторів росту. Реалізація запропонованого способу здійснюється наступним чином: попередньо готують препарат спор симбіотичних грибів, змішаних у рівних кількостях зі спорами вирощених мікоризних грибів, які домінують у забрудненому ґрунті, розмішаних у воді та вносять підготовлений розчин на девастовані землі шляхом поливу. Внесення препарату можна здійснювати як шляхом поливу території, так і різновікових деревних порід, що вже зростають на забрудненій території. Наприклад для ремедіації території біля залізничних шляхів на ділянці колії Львів-Самбір, протягом 2008-2014 pp., на девастованих землях території де сформовані захисні лісові насадження, також прилеглих ділянках, 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 світлозабарвленого міцелію. Дослідження ґрунтів у межах ділянки колії Львів-Самбір 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 стаціонари, 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. У відборі грибів, після їх ідентифікації, враховують літературні дані про токсичність, алергічні реакції, інтенсивність спороносіння. Для штучної мікоризації рослин використовуються штами мікроміцетів, які домінують у культурі та формують стійкі комплекси, а саме Phoma sp., Phoma pomorum, Phoma glomerata, а також гриб, який відповідає за утворення мікоризи у хвойних Suillus luteus а листяних - Tuber melanosporum. Спорові суспензії цих видів змішували перед використанням у рівних кількостях та рівних співвідношеннях і розводять у воді з розрахунку 70 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. Ендофіти активно ростуть на рідких живильних середовищах, тому було використано середовище складом (г на 1 л води): глюкоза - 8, К2НРО4-0,3; KH2PO4-0,9; MgSO4-0,2; K2SO4-0,1; FeSO4 і MnSO4 - сліди, аспарагін - 0,01. Основна особливість симбіотрофних грибів рослин 2 UA 111393 C2 5 10 15 20 25 потреба у ростових речовинах у короткий період проростання з рослинної тканини у живильне середовище та при проростанні з насіння в корінь. Як ростові речовини використали витяжки із гіменоміцетів, зокрема з актиноміцету Actinomyces lavendulae, які отримані в лабораторії НДІ їм. Холодного НАН України (м. Київ), та препарат Симбіонт 1, запатентований у 1982 р. Ф.Ю. Гельцер. Кількість доданих у середовище ростових речовин становить від 0,5 до 1 мл на 1 л середовища, залежно від застосованого препарату. Як енергетичні речовини ендофіти добре засвоюють глюкозу, сахарозу і крохмаль, але не можуть засвоювати органічні кислоти (крім янтарної), целюлозу та лігнін. Після проростання міцелію ендофітів, яке відбулося через 5-12 діб, для вивільнення від коріння міцелій пересівали в колби з вказаним живильним середовищем без додавання гормональних речовин, які гриби синтезують самостійно. Отриманим препаратом обробляли досліджувану ділянку, протягом 6 місяців не частіше 1 разу в місяць, результат порівняння до і після обробітку ґрунту доводять, що застосування препарату змінює співвідношення темно- і світлозабарвленого міцелію ґрунту, значно знизився відсоток темнозабарвлених видів, натомість у ґрунті збільшилося видове різноманіття мікроміцетів та суттєво активізує процеси відновлення ґрунтової мікрофлори та стабілізацію ґрунтотворних процесів, ремедіації ґрунту від органічних, неорганічних забруднювачів та ксенобіотиків. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб ризоремедіації девастованих земель, який передбачає стимулювання розвитку комплексу ремедіатів: мікрофлори ризосфери та мікоризних грибів, асоційованих з рослинними мікроорганізмами, з потужним потенціалом до біоремедіації ґрунту, який відрізняється тим, що вносять в ґрунт шляхом поливу розчин суспензій спорового препарату симбіотичних грибів та вирощених мікоризних грибів, які домінують у забрудненому ґрунті. Комп’ютерна верстка О. Рябко 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