Спосіб детоксикації важких металів у системі грунт-рослина

Спосіб детоксикації важких металів у системі грунт - рослина, який включає внесення меліоранту та мінеральних добрив, який відрізняється тим, що в забруднені грунти додатково вносять суміш інактиваторів органічної та неорганічної природи, а розчин металів-антагоністів вносять у грунт та обприскують рослини у фазі активного росту, причому цей розчин використовують у таких співвідношеннях: Cd-Fe - 2:1, Ni-Zn - 3:5, Pb-Zn 3:5, Cr-Fe-2:1. (19) (21) u200608310 (22) 24.07.2006 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. № 1, 2007 р. (72) Фатєєв Анатолій Іванович, Самохвалова Валентина Леонідівна (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР "ІНСТИТУТ ГРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ ІМ. О.Н.СОКОЛОВСЬКОГО" УААН 3 20299 4 чого відбувається заміщення ВМ металамиN30P60K 30 , гла уконітового піску у дозі 4т/га, цеолітів антагоністами, що призводить до активної детоку дозі 300кг/га та металів-антагоністів (внесення сикації ВМ, збагачення рослин мікроелементами, сполук мікроелементів Zn, Cu, Mn, Co, В, Мо у дозначного зниження забруднення рослинницької зах 50, 30, 150, 20, 16, 3мг/кг та сполук макроелепродукції та підвищення її врожайності й якості. ментів Са, Mg у дозах 200 та 60мг/кг відповідно) Поставлена задача вирішується тим, що у вібезпосередньо у ґрунт та обприскуванням рослин домому способі детоксикації ВМ, який включає мікро - і макроелементами в фазу кущіння та вивнесення меліоранту та мінеральних добрив, згідходу у тр убку (для зернової культури), у фазу акно з винахідницьким задумом в забруднені ґрунти тивного росту і розвитку коренеплодів із розрахундодатково вносять суміш інактиваторів органічної ку урівноваження нестачі мікроелементів за та неорганічної природи, а розчин металівтоксичної дії ВМ у тест-рослинах. Моделювались антагоністів вносять у ґрунт та обприскують росмоно- та поліелементний характер забруднення, лини у фазі активного росту, причому цей розчин рівні забруднення Cd, Pb, Cr, Ni, які у 3 та 6 рази, використовують у таких співвідношеннях: Cd-Fe перевищують їх фоновий вміст у чорноземі 2:1, Ni-Zn - 3:5, Pb-Zn -3:5,Cr-Fe-2:1. опідзоленому важкосуглинковому Лісостепової При використанні більш широкого спектру мезони України. Такі рівні забруднення забезпечуваліорантів для сприяння зниженню рухомості ВМ та ли прояв токсичності ВМ в системі ґрунт - рослина. оптимізації стану ґр унтової складової системи Дослідження включали 18 варіантів у трикратній ґрунт - рослина, оптимізується мікроелементний повторюваності. В основі кількісної оцінки дії детостан рослинної системи шляхом обприскування ксикантів забруднення ґрунту ВМ лежить принцип тест-рослин розчином металів-антагоністів, надпороговості, тобто ступінь дії хімічних елементів ходження яких блокують метали-забруднювачі. залежить від концентрації їх у вивчаємій системі, Тобто інактивація токсичності ВМ проходить в сисдози, терміну, характеру дії ВМ, стабільності в темі за рахунок перетворення явищ антагонізму на системі, дози та виду детоксиканту, характеру його службу інактивації токсичності. дії, концентрації, стабільності в системі. В якості Необхідність комбінованого використання об"екологічної мішені" (слабкої ланки) дії токсичного прискування мікроелементами аналогами ВМ, агенту виступали тест-рослини (овес - Avena saliva внесення металів-антагоністів у ґрун т та викорисL, редис - Raphanus sativus var. radicula). Отриматання меліорантів органічної та неорганічної прина аналітична інформація щодо оцінки ефективнороди зумовлена підвищенням ефективності детоксті детоксикації забрудненого ВМ ґрунту була стасикації ВМ в системі високобуферний ґрунт тистичне оброблена що підтвердило її рослина та сприяє технологічності запропонованодостовірність. го способу Аналіз ефективності можливих варіантів (сеСпосіб детоксикації ВМ у системі ґрунт - росред обраних щодо санації в системі ґрунт - рослилина здійснюється на базі нового підходу, який на) показав, що найбільш перспективним є саме включає використання принципу геохімічного антапоєднання використання інактиваторів органічної гонізму катіонів металів у ґрунті, біо хімічного антата неорганічної природи із залученням металівгонізму ВМ та мікроелементів-метаболітів у росантагоністів, аналогів ВМ у відповідних співвіднолині, що підвищує рівень інформативності про шеннях: Cd-Fe - 2:1, Ni-Zn - 3:5, Pb-Zn - 3:5, Cr-Fe стан системи ґрунт - рослина в умовах забруднен2:1. Результатом взаємодії хімічних елементів є ня. Останнє сприяє інтенсифікації процесу розробсуттєве зниження рухомих форм Cd, Ni, Pb, Сr що ки інактиваторів токсичності ВМ, оптимізації склапідтверджує коректний та ефективний вибір всіх ду ґрунтово го поглинаючого комплексу, що запронованих способів інактивації ВМ в системі дозволяє зв'язувати іони токсичних металів, переґрунт - рослина. Всі обрані варіанти двох блоків водячи їх в малорухомі форми, сорбувати і висодосліджень сприяють уповільненню рухомості ВМ, коефективно знешкоджувати ВМ. При обприскута збільшенню рухомості мікроелементівванні рослин оптимізується мікроелементне метаболітів. Такий підхід забезпечує поліпшення живлення тест - рослин, збільшується надходженякості тест-культур за умов забруднення ґрунту ня мікроелементів в тестові культури, знижується ВМ, а вміст ВМ у ґр унті наближається до фонового накопичення ВМ. вмісту їх рухомих форм. Ефективність дії детоксиСпосіб детоксикації забруднених ВМ ґрунтів кантів різної природи у дослідах з вивчання інаквключає наступні основні операції: проведення тиваторів токсичності ВМ в системі ґрунт - тестпідготовчих робіт (визначення рівня забруднення рослина та у ґрунтовій системі відображені у табґрунту ВМ, його якісного складу, використовуючи лицях 1, 2 відповідно. аналітичні методи та біологічну діагностику); внеВідмітними рисами запропонованого нового сення розчинів металів-антагоністів і детоксикантів способу, випробуваного в польових умовах, в порізної природи на забруднені ділянки ґрунтів шлярівнянні з відомими способами та підходами є нахом поливу та механічного перемішування внесеступне: них детоксикантів з ґрунтом. - максимальне зниження токсичності ВМ в сисВ польових умовах досліджено ефективність темі високобуферний ґрунт - рослина на базі активикористання детоксикантів різних за природою, вації процесів адсорбції та іонного обміну в ґр уннаприклад, гною у дозі 60т/га, вапна із розрахунку товій системі завдяки використанню меліорантів по гідролітичній кислотності та доведення до рН органічної та неорганічної природи, принципу анґрунту 6,9-7,2, заліза (у складі сульфату заліза та тагонізму в системі ґрунт - рослина шляхом заміоксиду заліза (III)) у дозі 180мг/кг та 1875мг/кг ґрущення металами-антагоністами металівнту відповідно, мінеральних добрив - N60P60K60 та токсикантів у ґр унті (створення явищ геохімічного 5 20299 6 антагонізму) та обприскування рослин розчином ацетатне - амонійній витяжці та на 6-44% у розчині металів-антагоністів, що заміщують елементи1н HCL. Рухомість Сr також знизилась на 2-65% та фітотоксиканти (біохімічний антагонізм); на 5-50%, відповідно у двох тестови х екстрагентах - ефективність використання способу, в ґрунВМ; тах, де забруднення Cd, Pb, Ni, Cr перевищувало - внесення металів-антагоністів аналогів ВМ в фонові рівні вмісту ВМ в 3-20 разів, приводило до забруднені ґрунти і рослини, на фоні використання зниження надходження та накопичення металівінактиваторів токсичності різної природи, підсилює токсикантів у тест-рослинах від 2 до 71%, збільі прискорює механізми самоочищення, внаслідок шення вмісту Cu на 10-22%, Со на 2-33%, Fe на 4чого відбувається зниження рухомості ВМ в ґрунті, 80%, Мn на 12-83% та Zn у 1,8-4 рази; що нейтралізує їх негативний вплив на систему - поєднання використання інактиваторів оргаґрунт - рослина, оптимізується мікроелементний нічної та неорганічної природи з залученням метасклад рослин, локалізується осередок токсичного лів-антагоністів аналогів ВМ найбільш ефективно у забруднення не лише за площею, а і вертикально, таких співвідношеннях: Cd-Fe - 2:1, Ni-Zn - 3:5, Pbчим забезпечується уповільнення можливої міграZn - 3:5, Cr-Fe - 2:1; ції ВМ у суміжні середовища. - застосування запропонованих способів сприПропонуємий спосіб є універсальним, зручним яло зниженню на 28-87% та на 2-66% рухомих та може використовуватись на ґрунтах різних типів форм Cd (відповідно ацетатно-амонійна витяжка та буферності, які характеризуються різною здатта екстракт 1н HCL), на 4-61% та на 12-58% рухоністю до самоочищення за різних рівнів забрудмих форм Ni відповідно у двох витяжках. Вміст нення ВМ. рухомих форм РЬ також знижувався на 7-48% у Таблиця 1 Зниження вмісту ВМ у тест - Збільшення вмісту мікроелементів у тест рослинах ,% ( - чисельникрослинах ,% ( - чисельник-овес, знаменВміст варіанту досліду овес, знаменник - редиска) ник - редиска) cd Ni Pb Cr Zn Cu Co Mn Fe Блок дослідів № 1 з використанням елементів - антагоністів металам - забруднювачам (розрахунки проведено відносно 1 варіанту) N60Р60К 60 - Фон+ 1 100 100 100 100 100 100 100 100 100 +(CdPbNiCr)3 1вар.+N30Р60К 30+ 33 2 -6 2 10 60 15 16 2 +Ca200 Mg60+ 58 68 43 30 у 3,20р > --13 67 +Zn Cu Мn Со В Мо № варіанту досліду 50 30 50 20 12 3 3 Фон+Сd6+(РbNіСr)3+ +Fе3 21 65 -52 29 25 23 20 -у 1 80 р > , 18 - 77 2 4 - 24 4 4 Фон+Nі6+(CdPbCr)3+ +Zn10 29 68 71 59 29 29 47 48 -у 2,20 р > -- 20 - -- 11 41 5 Фон+Рb6+ +(CdNiCr)3+Znio 29 62 -40 24 14 3 40 -- 33 2 11 - 9 22 6 Фон+Сr6+(CdNiPb)3+ +Fe3 2 40 10 - 41 17 2 - 28 у 1,80 р > 49 у 2,70 р > -- 46 13 -- 9 35 1вар.+N30P60K 30+ 83 -12 41 -14 45 2 48 +Ca200 Mg600+ +обприскування у 1,50 р > 37 -8 12 -6 -21 ZnCuMnCoBMo Блок дослідів № 2 з використанням інактиваторів токсичності органічної та неорганічної природи в системі ґрунт - рослина 3 вар.+перегній+ 24 15 , 41 31 --33 -16 8 +урівноваження елемен64 29 14 16 ----43 тів 3 вар.+перегній+ 41 29 15 , 53 6 -46 -16 9 +вапнування+ у 2,25р > 67 46 43 24 ---15 +урівноваження 7 10 11 3 вар.+перегній+ +оксид заліза+ +вапнування+ +урівноваження 4 вар.+ +глауконітовий пісок+ +вапнування+ +урівноваження 29 57 33 70 29 9 -4 41 у 2,10 р > 15 - 33 11 -- 12 - 33 71 -43 29 8 15 - 12 у 4,00р > -- -- -- 9 5 7 20299 8 Продовження таблиці 1 № варіанту досліду 12 13 14 15 16 17 Вміст варіанту досліду Зниження вмісту ВМ у тест - Збільшення вмісту мікроелементів у тест рослинах ,% ( - чисельникрослинах ,% ( - чисельник-овес, знаменовес, знаменник - редиска) ник - редиска) cd Ni Pb Cr Zn Cu Co Mn Fe 4 вар.+перегній+ +вапнування+ +урівноваження 4 вар.+перегній+ +оксид заліза+ +вапнування+ +урівноваження 5 вар.+цеоліт+ +вапнування+ +урівноваження 5 вар.+перегній+ +вапнування+ +урівноваження 30 21 35 15 -68 21 у 1 20 р > , -- -- -- 11 32 24 54 -36 18 14 -10 33 у 2,10 р > -- 6 2 -- -80 11 46 -60 41 30 -40 70 у 4,03р > -14 -- -- 12 56 20 5 36 51 29 15 -- 41 у 2,80 р > -22 20 8 -13 -93 -45 -46 41 30 15 60 -у 1,10 р > -- 20 - 15 - 9 34 21 64 6 вар.+глауконітовий пісок+урівноваження 6 вар. + оксид заліза +перегній +урівноваження -45 60 76 40 15 , -44 30 у 1,53 р > -- -- 2 - 25 12 Таблиця 2 Зниження рухомості ВМ у ґрун ті Збільшення рухомості мікроелементів у ,% (середні дані за 2 роки доґрунті ,% (середні дані за 2 роки дослісліджень, чисельник - ацетатно- джень, чисельник - ацетатно- амонійна бу№ варіанту Вміст варіанту дослідуамонійна буферна витяжка з рН ферна витяжка з рН 4,8, знаменник - витяждосліду 4,8, знаменник - витяжка 1н ка 1н HCl) HCl) cd Ni Pb Cr Zn Cu Co Mn Fe Блок дослідів № 1 з використанням елементів-антагоністів металам-забруднювачам (розрахунки проведено відносно 1 варіанту) N60Р60К 60 - Фон+ 1 100 100 100 100 100 100 100 100 100 +(CdPbNiCr)3 1вар.+N30Р60К 30+ у 2,8 р у 6,3 р у 2,4 р 24 +Ca200 Mg60+ 51 -19 82 23 2 +Zn50Cu30 Мn50Со20 у 2,4 р у 7,0 р у 2,5 р 17 0,7 7 16 53 -В12 Мо3 Фон+Сd6+(РbNіСr)3+ 44 4 37 29 у 6,0 р 9 11 6 -3 +Fе3 2 -12 34 ------у 3,0 р у 2,0 р 13 34 15 29 у 7,0 р -Фон+Nі6+(CdPbCr)3+ 4 +Zn10 21 29 32 30 у 3,0 р 2,3 у 19 р , 6 5 Фон+Рb6+ +(CdNiCr)3+Zn 10 53 22 -- -- -- 6 Фон+Сr6+(CdNiPb)3+ +Fe3 37 - 43 44 7 6 22 9 у 5,0 р у 9,5 р у 4,5 р у 5,0 р у 3,5 р у 4,0 р у 3,0 р у 3,0 р у 5,5 р у 5,4 р 71 у 19 р , 76 у 2,3 р 41 у 2р 10 22 15 - 1вар.+N30P60K 30+ у 6,0 р у 3,5 р 27 87 30 22 9 35 8 +Ca200 Mg600+ +обприскування у 7,0 р у 3,0 р у 2,0 р 29 29 17 5 88 -ZnCuMnCoBMo Блок дослідів № 2 з використанням інактиваторів токсичності органічної та неорганічної природи в системі ґрунт - рослина 3 вар.+перегній+ 28 29 11 7 40 25 11 6 48 8 +урівноваження ін41 14 ----4 58 6 ших елементів 3 вар.+перегній+ у 7,8 р у 5,8 р у 2,2 р 40 -28 3 13 -9 +вапнування+ у 4,0 р у 6,0 р у 2,9 р у 2,0 р 22 19 -10 -+урівноваження 7 9 20299 10 Таблиця 2 Зниження рухомості ВМ у ґрун ті Збільшення рухомості мікроелементів у ,% (середні дані за 2 роки доґрунті ,% (середні дані за 2 роки дослі№ варісліджень, чисельник - ацетатно- джень, чисельник - ацетатно- амонійна буанту Вміст варіанту досліду амонійна буферна витяжка з рН ферна витяжка з рН 4,8, знаменник - витяждосліду 4,8, знаменник - витяжка 1н HCl) ка 1н HCl) cd Ni Pb Cr Zn Cu Co Mn Fe 3 вар.+перегній+ у 3,2 р у 1,5 р 24 +оксид заліза+ 22 32 18 -у 9,1р 4 10 +вапнування+ у 4,0 р у 2,6 р у 2,0 р 9 12 22 -6 15 +урівноваження 4 вар.+глауконітовий у 26,0 р 72 -31 59 ---44 11 пісок+вапнування+ у 18,0 р 6 -44 50 -20 34 15 +урівноваження 12 13 14 15 16 17 4 вар.+перегній+ +вапнування+ +урівноваження 4 вар.+перегній+ +оксид заліза+ +вапнування+ +урівноваження 5 вар.+цеоліт+ +вапнування+ +урівноваження 5 вар.+перегній+ +вапнування+ +урівноваження 6 вар.+ глауконітовий пісок+урівноваження 6 вар.+оксид заліза+ +перегній+ +урівноваження 52 34 -- -- 2 12 у 5,2 р у 6,0 р у 3,5 р у 4,0 р у 2,2 р у 2,7 р 24 у 2,0 р 21 4 55 33 -- 31 19 22 - у 5,3 р у 6,0 р у 3,3 р у 4,0 р у 2,4 р у 2,8 р 17 у 2,0 р 10 14 55 39 38 41 33 14 48 45 у 10,9 р у 18,0 р -- -8 15 35 39 - 31 - 32 44 -- -- у 5,5 р у 5,1р у 3,5 р у 4,0 р 84 у 2,4 р 28 у 2,0 р -- 64 32 32 37 37 21 65 - 29 - -- -8 51 67 у 4,4 р 15 64 38 61 58 48 38 33 9 у 7,2 р у 4,3 р у 2,3 р у 2,3 р 40 64 23 70 у 15 р , - Перелік посилань: 1. Пат. РФ № 2049107 С09К 17/00 Состав для мелиорации почв "Сорбэкс" 2. З.РФ № 94019460 C05F 11/02, А01В 79/00, A01N 65/00 Водорастворимые гуминовые кислоты, способ их получения и способ детоксикации зе Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський мель и рекультивации почв сельскохозяйственного назначения, осуществляемый с помощью этих водорастворимых кислот 3. Пат. України №38192 А01В 79/02, С09К 17/00 Спосіб детоксикації важких металів у техногенних грун тах Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601