Спосіб запобігання нагромадженню рухомих форм важких металів в рослинах кормових культур при вирощуванні в зонах техногенного забруднення

Реферат: UA 73479 U UA 73479 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі сільського господарства, польового кормовиробництва, а саме до способів виробництва кормових культур в умовах техногенного навантаження, і може бути використана у господарствах з різною формою власності, які вирощують рослинні корми в умовах техногенного навантаження для одержання кормових культур із низьким вмістом важких металів. Техногенне забруднення довкілля важкими металами, які спричиняють екопатогенний ризик для тварини і людей є нині однією із актуальних проблем. Особливої уваги дана проблема набуває в промислово розвинутих районах, де зосереджені великі індустріальні центри. Важкі метали негативно впливають на структуру і функції природних екосистем, змінюючи ґрунтовий біоценоз, функціонування якого підтримує родючість ґрунтів. Закономірності міграції рухомих форм важких металів у ґрунтах зумовлена насамперед їх властивостями: кількістю і формами органічних сполук, здатністю утворювати з катіонами металів різні за ступенем рухливості та розчинності сполуки, сорбційними процесами на поверхні твердої фази ґрунту, типом ґрунту, його станом (рН, вологість) та біологічними властивостями рослини. Під техногенним процесом рослини знижують до певного рівня адаптації потенціал, однак можуть нормально функціонувати до тих пір, коли концентрація металів досягає того рівня, при якому рослина не може протидіяти полютантам. У рамках екологічного моніторингу розповсюдження хімічних елементів і їх співвідношення в основних компонентах екосистеми з однією із важливих характеристик оцінки якості середовища. Відомі способи зниження вмісту рухомих форм важких металів у ґрунті, збереження ферментної активності та зниження токсичності і мутагенної дії ґрунту, а також підвищення резистентності мікробних угрупувань до полютантів [Андреюк К.І., Іутинська Г.О., Антипчук А.Ф. та ін. Функціонування мікробних ценозів ґрунту в умовах антропогенного навантаження. - К.: Обереги.-2001-239 с.]. Способи включають внесення меліорантів (цеоліт білий, біогумус, гіпс+S. Alboviridis 141, сополімер КС-1) в експериментально забруднені ґрунти з метою зв'язування рухомих форм металів. Даний спосіб дає можливість знизити мутагенний ефект забруднення ґрунту до рівня незабрудненого контролю, активізувати розвиток резистентної до важких металів мікрофлори. Зазначений спосіб нерозрахований на зменшення рівня солей важких металів до рослин та не враховує небезпеку наслідків згодовування кормів з підвищеним вмістом важких металів як: для тварин, так і для споживачів продукції тваринництва. Відомий спосіб запобігання нагромадженню також важких металів рослинами, який включає внесення в ґрунт кальцієвмісних речовин [Кисель В.И., Жеребная Л.А. Влияние минеральных удобрений на накопление тяжелых металлов в растениеводческой продукции // Вісник аграрної науки.-20011. - № 2. - С. 55-57]. Спосіб включає внесення в ґрунт кальцієвмісних сполук, які частково блокують надходження важких металів до рослин за рахунок того, що іони кальцію знижують конкурентну спроможність важких металів у іонообмінній сорбції на поверхні коріння рослин. Недоліком способу є погане розщеплення карбонату кальцію у ґрунтах, який навіть у кислих ґрунтах проявляє ефект запобігання нагромадженню іонів важких металів зеленою масою кормових культур через 2-3 роки після вапнування. Даний спосіб не сприяє зниженню трансформації важких металів зеленою масою однорідних кормових культур. Спосіб не враховує що в процесі вапнування в ґрунт додатково надходять солі важких металів, які підвищують концентрацію останніх у ґрунті. Найбільш близьким по суті до способу, що заявляється є спосіб запобігання нагромадження солей важких металів зеленою масою кормових культур в умовах техногенного забруднення [ДПУ на винахід № 61795 А]. Спосіб включає внесення в ґрунт під зяблеву оранку білого цеоліту 10-30 т/га шляхом рівномірного розсіювання. Заявлений спосіб і прототип мають загальні суттєві і спільні ознаки. Спосіб включає підготовку ґрунту до посіву чи садіння з дотриманням агротехнічних вимог, внесення в ґрунт під зяблеву оранку меліорантів, що мають сорбційну здатність і попереджують міграцію йонів важких металів, застосування білого цеоліту, в умовах техногенного забруднення ґрунтів, сповільнює всмоктування кадмію, свинцю та ртуті вегетативною масою кормових культур, запобігає негативному впливу як на рослину, так і на тварину, знижуючи рівень важких металів у кормах. Недоліком відомого способу є висока ціна білого цеоліту, складність його придбання та використання. Заявлений нами спосіб усуває недоліки прототипу і запобігає нагромадженню токсичних доз важких металів у рослинних кормових культур у локальній зоні техногенного забруднення і 1 UA 73479 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 забезпечує швидкий ефект, що досягається внаслідок унікальних та іоннообміних властивостей торфу, які максимально зменшують кумуляцію важких металів рослинами. Даний спосіб не спричинює докорінних змін у традиційних технологіях вирощування кормових культур, однак забезпечує збереження та підвищення родючості ґрунтів за рахунок активації біоорганічного комплексу, що посилює поживний режим ґрунту та переводить іони важких металів у нерозчинні форми, які недоступні для рослин. Вартість торфу, його придбання і транспортування не створюють складності для господарств. В основу корисної моделі поставлено задачу створити ефективний економічно вигідний доступний і зручний у застосуванні спосіб запобіганню рухомих форм важких металів рослинами кормових культур при вирощуванні їх в зонах техногенного забруднення. Поставлена задача вирішується тим, що як сорбуючий меліорант використовують торф в дозі 20-25 т/г, який вносять в ґрунт в умовах забруднення солями важких металів. Технічний результат заявленого способу обумовлений сорбуючими властивостями торфу як сорбуючого меліоранту, а саме зниженням трансформації солей важких металів, що надходять до рослин з ґрунту в умовах техногенного забруднення. Важкі метали, що надходять до ґрунту у вигляді різноманітних хімічних сполук, можуть нагромаджуватися в ньому до високих концентрацій, небезпечних для нормального функціонування ґрунтової біоти. Нагромадження рухомих форм токсичних елементів у ґрунті та кормових культурах знижує біологічну цінність рослинної та тваринної продукції, що в кінцевому результаті негативно впливає на здоров'я людей. Надмірна кількість рухомих форм свинцю та цинку негативно впливає на структуру і функції екосистем, змінюючи ґрунтовий біоценоз, функціонування якого підтримує родючість ґрунтів. Техногенний вплив на ґрунті призводить до деградації важких біологічних процесів природного комплексу біоценозу та порушує самовідновлення екосистем, що створює передумову до звичайної міграції йонів цих металів трофічними ланцюгами. Торф, як сорбуючий меліорант сприяє стабілізації процесів мінералізації за рахунок підвищення фізіологічної активності самоочищення ґрунтів та їх буферної здатності зв'язувати токсиканти. Крім того, торф - поверхнево-активна речовина, що зумовлює його здатність накопичувати на своїй поверхні значну кількість основних поживних речовин в доступній для рослин формі., що підвищує ефективність його застосування. Отже, наведенні інформаційні відомості пояснюють позитивний технічний результат заявленого способу. При проведенні патентного пошуку заявником знайдено технічне рішення [ДПУ на винахід № 61795А], що містить найбільшу кількість суттєвих ознак, спільних із заявленим способом, а саме, спосіб включає: підготовку ґрунту до посіву чи садіння з дотриманням технічних вимог внесення в ґрунт під зяблеву оранку меліорантів, що володіють сорбційною здатністю і попереджують міграцію йонів важких металів, що володіють сорбційною здатністю і попереджують міграцію йонів важких металів. Однак, наявність зазначених, спільних із прототипом ознак недостатня технічного результату, який забезпечує, заявлений спосіб. У патентній і науково-технічній літературі не знайдено технічних рішень, в яких були б описанні відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату: запобігання нагромадження солей важких металів рослинами кормових культур в умовах техногенного забруднення, що проявляється у підвищенні врожайності кормових культур в умовах техногенного забруднення, що проявляється у підвищенню врожайності кормових культур та зниженні рівнів солей кадмію, свинцю та ртуті у зеленій масі кормових культур досягають тим, як сорбуючий меліорант використовують торф в дозі 20-25 т/г, який вносять в ґрунт в умовах забруднення солями важких металів. Порядок здійснення способу реалізацію заявленого здійснюють таким чином. На сільськогосподарському об'єкті, який знаходиться у локальній зоні техногенного забруднення, проводять визначення рівня рухомих форм кадмію, свинцю та ртуті у ґрунті і якщо їх вміст перевищує МДК (максимально допустима концентрація), розрахунковим методом визначають необхідну кількість торфу для внесення в ґрунт під зяблеву оранку. Під зяблеву оранку перед посівом кормових культур вносять по 20-25 т/г шляхом рівномірного розсіювання. Спосіб пропонується використовувати як індивідуальних фермерських господарствах, так і в колективних господарствах з різними формами власності. 2 UA 73479 U 5 10 Ефективність заявленого способу і його порівняння з відомим способом (прототип), а також визначення оптимальної кількості внесеного торфу були перевірені в умовах господарства ПП "Флора - С" Сокальського району Львівської області, яке розташоване в районі ЛьвівськоВолинського вугільного басейну. З фоновим вмістом у ґрунті кадмію, свинцю, цинку, міді. Для мікропольового досліду було виділено 5 ділянок, площею 0,2 га кожна. На усіх ділянках з дотриманням агротехнічних вимог було посаджено та посіяно картоплею, пшеницю і ячменю. Забруднення солями Cd, Pb, Zn, Сu моделювали у концентрація, які віддзеркалюють реальне навантаження. Як сорбуючий меліорант на першу ділянку було внесено цеоліт (20 т/га) - прототип на три інші (новий спосіб) різні кількості торфу (20, 25, 30 т/га). Одержані результати показали, що на всіх ділянках, де меліорантом, нагромадження рухомих форм кадмію та свинцю в рослинах була менша. На ділянках меліорованих цеолітом, вміст цих металів у рослинах був нижчим - на 27,2-28,6 % та 3,2-8,2 %; для зерна пшениці на 12,9-18,0 % та 7,6-8,2 %; для зерна ячменю на 6,9-16,0 % та 6,5-7,2 % відповідно. Таблиця Ефективність дії меліорантів на акумуляцію важких металів сільськогосподарськими рослинами, мг/кг, М±m, n=10 Показники Картопля Рівень Сd, мг/кг Рівень Рb, мг/кг Зерно пшениці Рівень Сd, мг/кг Рівень Рb, мг/кг Зерно ячменю Рівень Сd, мг/кг Рівень Рb, мг/кг Контроль Дослідні ділянки 2 3 1 4 0,58±0,03 5,46±0,32 0,42±0,05* 4,16±0,46 0,30±0,03* 4,03±0,33* 0,03±0,04* 3,79±0,38* 0,31±0,05* 3,82±0,37* 5,46±0,32 7,12±0,56 0,39±0,03* 5,67±0,44* 0,34±0,03* 5,12±0,41* 0,34±0,03* 5,21±0,38* 0,32±0,02* 5,24±0,34* 0,59±0,04 6,97±0,41 0,44±0,05 5,58±0,44* 0,39±0,05* 5,18±0,42* 0,41±0,05* 5,18±0,44* 0,37±0,04* 5,22±0,43* * - зміни показників, що вірогідні відносно контролю, Р≤0,05. 15 20 25 30 35 40 Найвищий ефект щодо підвищення врожайності кормових та фуражних культур був на дослідних ділянках, де під зяблеву оранку вносили торф у дозі 25 т/г; 20 т/га для зерна пшениці та 25 т/га для зерна ячменю. Внесення торфу в прийнятих дозах, порівняно до ґрунту, де використовувався цеоліт як меліорант сприяло підвищенню врожайності картоплі на 14,7 %, зерна пшениці та ячменю відповідно на 9,3 і 20,5 % із вмістом важких металів, що не перевищував ГДК. Результати досліджень показали, що рослини із ґрунтів забрудненими важкими металами активно акумулюють рухомі форми кадмію і свинцю в концентраціях, що перевищують ГДК. 2+ 2+ Використанні меліоранти сприяють частковому зниженню міграції йонів Cd i Рb (в середньому від 27,6 до 40,3 і від 23,9 до 26,2 % відповідно). Найвищу сорбційну активність має використаний торф як меліорант, який попереджував 2+ 2+ міграцію йонів Cd і Рb порівняно з ґрунтами, де як меліорант використовують цеоліт: для картоплі на 22,2-28,6 % та 3,2-8,2 %; для зерна пшениці на 12,0-18,6 % та 7,6-8,2; для зерна ячменю на 6,9-16,0 % та 6,5-7,2 % відповідно. Такий результат пояснюється оптимальною дозою торфу (20 т/га), який підвищує активність мікрофлори ґрунту, що забезпечує максимальне зв'язування мікрофлори ґрунту, що забезпечує максимальне зв'язування рухомих форм кадмію і свинцю, переводячи їх у нерозчинні і мало доступні для рослин форм. Активація ґрунтової мікрофлори, у свою чергу, стимулює збільшенню надходження до рослин поживних речовин, а також сприяє синтезу білків, вуглеводів, хлорофілу, які забезпечують підвищення стійкості рослин до факторів довкілля і, зокрема, до зв'язування важких металів. Внесені меліоранти сприяли підвищенню врожайності і картоплі на 4,6 %-20,1 %, зерна пшениці на 13,0-23,6 % і зерна ячменю на 4,2-25,7 % порівняно з контрольними ділянкам, де не застосовували меліоранти. Найкращий ефект щодо підвищення врожайності досліджуваних культур спостерігався на дослідних ділянках, де під зяблеву оранку вносили торф 25 т/га для картоплі, 20 т/га для зерна пшениці та 25 т/га зерна ячменю. Таким чином, дані, одержані у прикладі конкретного виконання способу, підтверджують ефективність заявленої корисної моделі. 3 UA 73479 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб запобігання нагромадженню рухомих форм важких металів в рослинах кормових культур при вирощуванні в зонах техногенного забруднення, який включає підготовку ґрунту до посіву чи садіння з дотриманням агротехнічних вимог, внесення в ґрунт під зяблеву оранку меліорантів, що мають сорбційну здатність і попереджують міграцію йонів важких металів, який відрізняється тим, що як сорбуючий меліорант використовують торф в дозі 20-25 т/г, який вносять в ґрунт в умовах забруднення солями важких металів. 10 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4