Спосіб покращення приживлюваності рослин при залісненні девастованих земель

Реферат: Спосіб покращення приживлюваності рослин при залісненні девастованих земель включає проведення попередньої обробки ґрунту та висадку лісових культур. Додатково перед посадкою корені саджанців листяних та хвойних дерев занурюють у препарат, створений на основі суміші спор симбіотних грибів - маслюка звичайного, трюфеля чорного та вирощених штамів мікоризних грибів - індикаторів конкретного виду забруднення, виділених з ґрунту, який підлягає рекультивації та ремедіації, змішаних у рівних співвідношеннях, з розрахунку не менше 60 тис. спор в 1 л суспензії та іммобілізованих на желатиновому носії. UA 92182 U (12) UA 92182 U UA 92182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі біотехнології та екології, а саме до способів адаптації рослин, які застосовуються для відновлення порушених земель, зокрема відпрацьованих сірчаних кар'єрів і може бути використана в лісовому та садово-парковому господарствах різних форм власності, підприємствами агропромислового та житлово-комунального комплексу для біологічної рекультивації технологічно забруднених, засолених та деградованих ґрунтів. До найбільш перспективних способів відновлення ґрунтів відносять фіторемедіацію (Назаров А.В. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации / A.В. Назаров, С.Α. 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), яка відкриває можливості для рекультивації великих територій, характеризується відносно невеликою вартістю в порівнянні з іншими технологіями, високою ефективністю та екологічністю. Для підвищення ефективності ремедіації ґрунтів використовують рослини разом з асоційованими з ними мікроорганізмами (Роль микробно-растительной ассоциации в деградации нефти / А.А. Овчинникова [и др.] // Наука и образование для целей биобезопасности: материалы Междунар. конф., Пущино, 6-8 окт. 2008 г. / Пущинский науч. центр. - Пущино, 2008. С. 86; Григорьева, Т.В. Роль азотфиксирующих микроорганизмов в фиторемедиации промышленных углеводородных шламов: авторсф. … канд. биол. наук: 03.00.07 / Т.В. Григорьева. - Казань, 2009. - 23 с; Khan, A. G. Mycorrhizalremediation-an enhanced form of phytoremediation / A. G. Khan // J. of Zhejiang University. Science. B. - 2006. - Vol. 7). Роль рослин в очищенні ґрунту пов'язана з їх здатністю поглинати і трансформувати токсиканти, активізувати діяльність мікроорганізмів, і, як наслідок, інтенсифікувати біохімічні та хімічні процеси перетворення чужорідних сполук у ґрунті. Водночас, діяльність ризосферної мікрофлори та мікоризних грибів призводить до покращення розвитку рослин, за рахунок продукції фітогормонів, забезпечення біодоступними мікро- та макроелементами, зниження рівня токсичних речовин у ґрунті. Відомі способи рекультивації порушених земель передбачають інокуляцію насіння рослин штамами Azotobacter chroococum і Bacillus megaterium, або Azotobacter chroococcum Mut-I N ВНИИСХМ B-35 Д (Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, авторское свидетельство СССР № 1243168; Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, патент РФ № 2072756). Недоліками запропонованих способів є те, що необхідно замовляти штами бактерій у спеціалізованих закладах, окрім того немає даних про здатність мікроорганізмів адаптуватись до різних девастованих ґрунтів, і відповідно про їх ефективність. Інші відомі способи рекультивації порушених земель (Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, патент РФ № 2365077; Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, патент РФ № 2471579) включають застосування органічно-мінерального препарату, який містить торф з адаптованими до порушених земель мікроорганізмами. До недоліків способів відносять великі витрати на виготовлення препарату та трудомісткість, а також те, що вони не враховують ролі асоціації рослин з мікоризними грибами і не передбачають створення посадок листяних та хвойних дерев. Найближчим аналогом є спосіб створення довговічних лісових культур на рекультиваційних землях (Способ создания долговечных лесных культур на рекультивационных землях, патент РФ № 2225101), який включає попередню підготовку ґрунту, висадку швидкоростучих та довговічних лісових культур, наступну вирубку швидкоростучих дерев, залишаючи їх кореневу систему для росту і розвитку парості. Заявлений спосіб і найближчий аналог мають спільні суттєві ознаки, а саме: для створення довговічних лісових насаджень передбачається проведення попередньої обробки ґрунту та висадка лісових культур. Недоліками відомого способу є те, що він не забезпечую приживлення рослин на ґрунтах, забруднених сполуками сірки, та відповідно їх рекультивацію та ремедіацію, трудомісткий, затратний та малоефективний при створенні лісопарків. Заявлений нами спосіб усуває недоліки найближчого аналога та забезпечує приживлення дерев на засолених сполуками сірки та іншими похідними елементами ґрунтах, які накопичились у процесі експлуатації сірчаних кар'єрів, створення довговічних лісових насаджень, формування гумусу та високу ризосферну ремедіацію девастованих земель. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити новий ефективний спосіб 1 UA 92182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 покращення приживлюваності рослин при залісненні девастованих земель, спрямований на внесення в надратизмову систему іммобілізованих на желатиновому носії симбіотичних партнерів з потужним потенціалом до трансформації органічних та неорганічних забруднювачів, універсальний, екологічний та економічно обґрунтований. Поставлена задача вирішується тим, що перед посадкою корені саджанців листяних та хвойних дерев занурюють у препарат, створений на основі суміші спор симбіотних грибів маслюка звичайного, трюфеля чорного та вирощених штамів мікоризних грибів - індикаторів конкретного виду забруднення, виділених з ґрунту, який підлягає рекультивації та ремедіації, змішаних у рівних співвідношеннях з розрахунку не менше 60 тис. спор в 1 л суспензії та іммобілізованих на желатиновому носії. Відомо, що для нормального розвитку будь-якого виду дерев необхідні спеціалізовані штами грибів-мікроміцетів, які утворюють мікоризу. Обов'язкова мікотрофність дерев зумовлена участю ектомікоризних грибів у кругообігу біогенних елементів, а також їх здатністю активізувати метаболізм рослин, посилювати мінеральне живлення, стійкість до засухи, засолення та забруднення. У випадку мутуалістичного співвідношення гриби ектомікоризи отримають від рослин органічні речовини і стають конкурентними у ґрунті, а рослини мають можливість використовувати розвинену підземну комунікацію сітки міцелію і кореневу систему різних видів дерев, якими циркулюють метаболіти, поживні речовини, вітаміни, гормони та токсини. Таким чином, енктомікоризні гриби виконують функцію посередника в обмінних процесах між ґрунтом та рослиною. Окрім того, ризосферна мікориза забезпечує прояв основного механізму фіторемедіації ґрунту - ризодеградації забруднювача. Тому, використання природного адаптаційного потенціалу асоціацій рослин з грибами ектомікоризи складає основу сучасної біотехнології відновлення забруднених земель. Технічний результат заявленого способу досягають тим, що при виготовленні спорового препарату використовують види грибів, які найбільш часто зустрічаються в даному екотопі і мають здатність до трансформації різного типу забруднюючих речовин та створюють мікоризу з рослинами. Відомо, що у забрудненому ґрунті сірчаних копалень внаслідок накопичення діоксиду сірки знижується величина рН, відбувається істотне (у 30-90 разів порівняно з фоном) збільшення вмісту рухомих сполук Сu і Ni. Спостерігається зниження вмісту ґрунтової органічної речовини і вилуговування з профілю живильних елементів. Подібна деградація ґрунтових властивостей призводить до зміни мікологічних показників у забруднених ґрунтах. Tак, вміст грибного міцелію у цих сильно забруднених ґрунтах нижчий, ніж у фоновому ґрунті (Андроханов В.А. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция /В.А. Андроханов, Е.Д. Куляпина, В.М. Курачев. Новосибирск: СО РАН, 2004. - 151 с). Аналогічні дані зі зниження вмісту грибного міцелію для цих ґрунтів внаслідок забруднення отримали інші автори (Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов / О.Е. Марфенина. - Μ.: Изд-во Медицина для всех", 2005. - 196 с; Марфенина О.Е. Микроскопические грибы как показатель техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами / О.Е. Марфенина // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. -М.: Изд-во "Наука", 2007. - С. 189-196). Виділений нами з ґрунтів Яворівського родовища сірки гриб Oidiodеndron echinullatum проявляє стійкість до кислого середовища і є біоіндикатором забруднення ґрунту сполуками сірки, а при обробці саджанців дерев спорами - утворює мікоризу (Бабьева М.П. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами / М.П. Бабьева, С.В. Левин, М.С. Решетова // Тяжелые металлы в окружающей среде. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. - С. 115-122; Назаровець У.P. Реакція мікобіоти ґрунту на хімічне забруднення /У.Р. Назаровець // Науковий вісник НЛТУ України. - 2012. - Вип. 22.15. - С. 121-131). Маслюк звичайний (Suillus luteus) - утворює мікоризу із сосною звичайною та іншими соснами, переважно з молодими деревами. Росте у соснових лісах та посадках, та змішаних березово-соснових та дубово-соснових лісах на добре дренованих піскових ґрунтах. Споровий порошок має коричнево-жовтий, або світло-жовтий колір, його спори 7-10×3-3,5 мкм, еліпсоїдноверетеноподібні, блідо-жовті, гладенькі. Трюфель чорний (Tuber melanosporum) - формує мікоризу з дубом, рідше з іншими листяними деревами. Росте у листяних лісах з вапняковим ґрунтом на глибині від кількох сантиметрів до півметра. Споровий порошок темно-коричневого кольору, спори величиною 35×25 мкм, веретеноподібні або овальні. Таким чином, технічний результат заявленого способу забезпечує адоптацію дерев до ґрунтів девастованих земель шляхом формуванням асоціації рослин і грибів місцевої мікоризи стійких до певних умов та речовин-забруднювачів тих, які найчастіше трапляються на 2 UA 92182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 територіях земель, що потребують рекультивації. Разом із маслюком звичайним і трюфелем чорним - грибами, які використовують для мікоризації листяних та хвойних дерев, вони утворюють мікоризу з лісовими культурами, що сприяє підвищенню стійкості висаджених сіянців дерев, забезпечує відповідно їх приживлюваність та високу енергію росту. Отже, наведені відомості свідчать про те, що застосування заявленого способу забезпечує приживлюваність лісових культур на забруднених землях, зокрема відпрацьованих сірчаних копалень, та сприяє ефективній біологічній рекультивації девастованих земель за рахунок мікоризації коріння, формування рослинного покриття та ризосферної ремедіації території. При проведенні патентно-інформаційного пошуку заявником виявлено технічні рішення, які містять суттєві ознаки, спільні із заявленим способом покращення приживлюваності рослин при залісненні девастованих земель (Способ создания долговечных лесных культур на рекультивационных землях, патент РФ № 2225101), який передбачає проведення попередньої обробки фунту та висадку лісових культур. Однак, наявність зазначених, спільних із найближчим аналогом ознак недостатня для отримання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Способів, які за сукупністю ознак повністю співпадають із заявленим способом, не виявлено. У патентній і науково-теоретичній інформації не знайдено способів, які б містили ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від найближчого аналогу 1 забезпечують досягнення технічного результату тим, що перед посадкою корені саджанців листяних та хвойних дерев занурюють у препарат, створений на основі суміші спор симбіотних грибів - маслюка звичайного, трюфеля чорного та вирощених штамів мікоризних грибів - індикаторів конкретного виду забруднення, виділених з ґрунту, який підлягає рекультивації та ремедіації, змішаних у рівних співвідношеннях з розрахунку не менше 60 тис. спор в 1 л суспензії та іммобілізованих на желатиновому носії. Заявлений спосіб належить до галузі біотехнології та екології, а саме до способів адаптації рослин, які застосовуються для відновлення порушених земель, зокрема відпрацьованих сірчаних кар'єрів і може бути використана в лісовому та садово-парковому господарствах різних форм власності, підприємствами агропромислового та житлово-комунального комплексу для біологічної рекультивації технологічно забруднених, засолених та деградованих ґрунтів. Повністю відповідає критерію корисної моделі - "Промислова придатність". Реалізацію заявленого способу здійснюють наступним чином: технічний етап передбачає вирівнювання території, терасування, проведення механізованих та меліоративних робіт, а біологічний включає заходи з озеленення - на підготовленій території висаджують саджанці листяних та хвойних дерев, коріння яких обробляють препаратом спор грибів - маслюка звичайного, трюфеля чорного та вирощених штамів мікоризних грибів - індикаторів конкретного виду забруднення, виділених з ґрунту, який підлягає рекультивації та ремедіаціі, змішаних у рівних співвідношеннях з розрахунку не менше 60 тис. спор в 1 л суспензії та іммобілізованих на желатиновому носії. Для виготовлення препарату спор симбіотних грибів, попередньо відбирають проби ґрунту, в польових умовах, за допомогою приладу Литвинова, згідно з загальноприйнятою методикою. Після чого, відібраний ґрунт потрібно посіяти на живильне середовище. Готується воно в лабораторних умовах. Добрим середовищем для культивування мікроскопічних грибів та інших гетеротрофних мікроорганізмів є солодове (не охмелене) сусло. Для усунення білків сусло фільтрують, за допомогою сахариметра визначають у ньому концентрацію вуглеводів у градусах Балінга (°Б), використовують сусло з концентрацією 68°Б. Для приготування середовища "суслоагар" до сусла додають 1,52 % агару. Також доливають дистильовану воду згідно пропорції. Гарячий суслоагар розливають у колби або пробірки і стерилізують при 0,5 атм. протягом 20-30 хв. Найбільш надійний і широко застосовуваний спосіб стерилізації живильних середовищ - це стерилізація насиченою парою під тиском (автоклавування). Перед внесенням проби ґрунту на живильне середовище пробу необхідно просіяти. Посів відбувається наступним чином: беремо по 1 г з кожної проби ґрунту, розводимо кожен отриманий зразок в 9 мл стерильної дистильованої води. Отриману суспензію просаджуємо в 4 пробірки поетапно. Вміст останньої пробірки виливаємо в чашку Петрі з застиглим середовищем, яку попередньо витримано 20 хв. у стерильному боксі з ввімкнутою бактерицидною лампою. Закриваємо кришкою і залишаємо на 7-9 днів. Як результат мікроміцети розростаються і утворюють колонії різного забарвлення, готові для мікроскопічного дослідження під світловим мікроскопом для встановлення необхідних видів-індикаторів. У відборі грибів, після їх ідентифікації враховують літературні дані про токсичність, алергічні реакції, інтенсивність спороношення. Для штучної мікоризації рослин використовуються штами мікроміцетів, які домінують у культурі та формують стійкі комплекси. Види грибів "місцевої" 3 UA 92182 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 мікоризи, вирощують на рідкому середовищі Чапека за температури + 25 °C. Спорові суспензію отримують методом змиву конідій водою з поверхні культури. Перед використанням змішують у рівних кількостях спори грибів "місцевої мікоризи", маслюка звичайного та трюфеля чорного у рівних співвідношеннях, з розрахунку 60 тис. спор в 1 л суспензії, проводячи контроль кількості під мікроскопом. До спорової суспензії додають желатину в кількості 150 г на 1 л. У готовий препарат спор мікоризних грибів занурювали коріння саджанців листяних та хвойних дерев перед посадкою в ґрунт. Ефективність заявленого способу і його переваги перед найближчим аналогом підтверджені прикладом конкретного виконання способу. Дослідження протягом 2011-2013 рр. проведено на Яворівському родовищі сірки Яворівського р-ну, Львівської обл. Картування ґрунтового покриву земель у межах берегової смуги Яворівського озера (площа обстеженої території - 950 га) базувалося на поєднанні підходів щодо знімання мікро- і мезоключів. Такий підхід зумовлений складністю техногенного ландшафту досліджуваної території. За масштабу карти 1.10000, кількість гектарів, що припадають на один ґрунтовий розріз, становила 40 га, що відповідає картуванню територій IV категорії складності ландшафту. Дослідження ґрунтів у межах пробних ділянок охоплювало морфологічний опис ґрунтових профілів, встановлення таксономічної приналежності фунтів з використанням класифікації ґрунтів техногенних ландшафтів і визначення фізичних, фізико-хімічних та агрохімічних властивостей ґрунтів. Для мікологічного аналізу території кар'єру було закладено 22 стаціонари, з яких відбирали ґрунтові зразки. З них 8 розташовані навкруги об'єкту на зональних ґрунтах, а 14 профільним методом на техноземах. Ґрунтові зразки відбирали протягом 2011-2013 pp. у квітні, липні та у жовтні кожного року. Ґрунтові проби підбирали у поверхневому шарі на глибині 0-5 та 8-15 см. Ідентифікацію ґрунтових мікроміцетів здійснювали на основі їх морфолого-фізіологічних особливостей. Усі однофакторні експерименти проводили у трьохкратній повторності. Математичне та статистичне опрацювання результатів виконували за допомогою програмних пакетів Microsoft Excel. Для штучної мікоризації рослин використовували види мікроміцетів, які виділяли з техноземів Яворівської копальні - ті, які формували стійкі комплекси, а саме Oidiodendron еchinullatum, а також гриби, які відповідають за утворення мікоризи у хвойних - маслюк звичайний та листяних - трюфель чорний. Види вирощували на рідкому середовищі Чапека за температури 25 °C. Спорові суспензії цих видів змішували перед використанням. В умовах лабораторного експерименту для удобрення коренів рослин застосовували споровий препарат мікоризи. У зв'язку з мікотрофністю деревних порід, вагомого значення набуває питання використання мікоризи в практиці вирощування садивного матеріалу. З цією метою в умовах контрольованого середовища було проведено експеримент із вирощування садивного матеріалу. Використовували: дуб звичайний Quercus robur L., сосну звичайну Pinus sylvestris L., березу повислу Betula pendula Roth., горобину звичайну Sorbus aucuparia L., сливу розлогу (алича) Prunus divaricata Ledeb., акацію білу Robinia pseudoacacia L., обліпиху крушинову Hippophea rhamnoides L., шипшину собачу Rosa canina L. Для цього в ящиках було висаджено по 50 саджанців кожної породи. В експерименті використовували оброблення коренів рослин споровим препаратом мікоризи в концентрації 60 тис. спор в 1 літр суспензії іммобілізованої желатином. Контролем були такі ж сіянці, висаджені без попередньої обробки (Табл.). Таблиця Приживлюваність садивного матеріалу обробленого і необробленого препаратом AM грибами, % Порода Дуб звичайний Сосна звичайна Акація біла Береза повисла Слива розлога (алича) без обробки Роки спостережень 2012 2013 20 20 30 32 34 24 30 32 24 22 4 з обробкою Роки спостережень 2012 2013 82 86 80 76 92 96 96 96 86 98 UA 92182 U Продовження таблиці Порода Горобина звичайна Обліпиха крушинова Шипшина собача 5 10 без обробки Роки спостережень 2012 2013 30 30 20 20 20 24 з обробкою Роки спостережень 2012 2013 78 84 62 86 60 70 Ріст саджанців оброблених препаратом практично досяг допустимого приросту однорічних рослин даних видів за рік часу в нормальних умовах, на відміну від саджанців не оброблених попередньо мікоригуючим препаратом, ріст яких є дуже уповільненим. Таким чином, результати, отримані у науковому досліді, підтверджують ефективність заявленого способу покращення адаптивних властивостей рослин на девастованих землях і вказують на те, що застосування препарату спор грибів "місцевої" мікоризи (Oidiodendron echinullatum), маслюка звичайного та трюфеля чорного суттєво активізують процеси росту сіянців листяних та хвойних дерев на техногенно забруднених та деградованих ґрунтах сірчаного кар'єру. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб покращення приживлюваності рослин при залісненні девастованих земель включає проведення попередньої обробки ґрунту та висадку лісових культур, який відрізняється тим, що перед посадкою корені саджанців листяних та хвойних дерев занурюють у препарат, створений на основі суміші спор симбіотних грибів - маслюка звичайного, трюфеля чорного та вирощених штамів мікоризних грибів - індикаторів конкретного виду забруднення, виділених з ґрунту, який підлягає рекультивації та ремедіації, змішаних у рівних співвідношеннях, з розрахунку не менше 60 тис. спор в 1 л суспензії та іммобілізованих на желатиновому носії. 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 5