способ снижения содержания тяжелых металлов в ягодах смородины черной

Формула изобретения

Способ снижения содержания тяжелых металлов в ягодах смородины черной, заключающийся во внесении на глубину пахотного слоя природного сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют молотый цеолитсодержащий трепел Хотынецкого месторождения в дозе 3 т/га в смеси с фосфорными и калийными удобрениями, дозы которых определяют по степени обеспеченности почвы фосфором и калием, при этом смесь цеолита с удобрениями вносят однократно при закладке плантации по всей площади поля, после чего поле обрабатывают тяжелыми дисковыми боронами, а азотные удобрения вносят весной следующего года в междурядья под культивацию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к плодоводству и к способам снижения поступления токсичных элементов из почвы в растительную продукцию, и может найти применение при выращивании смородины черной в условиях повышенного содержания тяжелых металлов в почве.

Известен способ очистки и рекультивации сельскохозяйственных земель за счет связывания в почве подвижных форм тяжелых металлов и радионуклидов при введении в почву природных сорбентов на основе глинистых минералов (монтмориллонит и палыгорскит) в дозе 2 т/га. Способ эффективен на малоплодородных, песчаных (супесчаных) сильнозагрязненных почвах. Патент РФ № 2210438, МПК В09С 1/00, 2002 г.

Недостатком этого способа является то, что палыгорскит устойчив в почвах только в условиях щелочной реакции, а в кислой среде (свойственной песчаным и супесчаным почвам) довольно быстро растворяется (Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах, Тула, 2005). Добавление 2 т/га монтмориллонита согласно данному способу составит всего 0,07% от массы пахотного слоя, в то время как почвы тяжелого гранулометрического состава - суглинистые и глинистые - уже содержат минералы монтмориллонитовой группы в количествах: от 1-2% от массы пахотного слоя - в подзолистых почвах, до 15-25% - в черноземах. Следовательно, применение способа существенно не изменит естественную сорбционную способность таких почв.

Наиболее близким техническим решением является способ повышения плодородия почвы, заключающийся во внесении на глубину пахотного слоя органических и/или минеральных удобрений, цеолита (2-5 т/га) и дополнительно порошка кварца (5-50 т/га). Патент РФ № 2259032, МПК А01С 21/00.

Недостатком данного способа является внесение кварца, что неблагоприятно сказывается на плодородии почв легкого гранулометрического состава. В описании известного способа показано увеличение биопродуктивности зеленных овощей (петрушки) в результате применения способа, но нет данных, подтверждающих влияние способа на содержание тяжелых металлов в растительной продукции.

Цель изобретения - снижение содержания тяжелых металлов в ягодах смородины черной, выращиваемой в условиях повышенного содержания тяжелых металлов в почве.

Поставленная цель достигается однократным внесением в почву на глубину пахотного слоя природного сорбента, в качестве которого используется молотый цеолитсодержащий трепел Хотынецкого месторождения в дозе 3 т/га в смеси с фосфорными и калийными удобрениями, дозы которых определяют по степени обеспеченности почвы фосфором и калием, при этом смесь цеолита с удобрениями вносят однократно при закладке плантации по всей площади поля, после чего поле обрабатывают тяжелыми дисковыми боронами, а азотные удобрения вносят весной следующего года в междурядья под культивацию.

Таблица 1
Минералогический состав цеолитсодержащего трепела Хотынецкого месторождения.
Минерал	Формула	Содержание, % масс.
Клиноптилолит	(Na,K)4Ca[Al 6Si30O72]20H2O	34
Морденит	Ca2(Na,K) 4[Al8Si40O96]28H2 O	4
Кристобаллит	SiO2	28
Кальцит	CaCO3	5,4
Монтмориллонит	Na 0,3(OH)4Al1,6Mg0,3(Si 4O10)	12
Слюда	K1-x(H 2O)[Al2Si3O10(OH) 2]nH2O	1
Кварц	SiO2	16

Важным компонентом трепелов Хотынецкого месторождения является клиноптилолит - минерал из группы цеолитов (Таблица 1).

Цеолиты представляют как бы молекулярные сита, способные абсорбировать ионы и молекулы определенного размера. Известно, что цеолиты обладают высокой селективностью ко многим тяжелым металлам, то есть избирательно сорбируют их из растворов.

Способ осуществляется следующим образом.

Молотая цеолитсодержащая порода (размер частиц менее 0,01 мм) из расчета 3 т на 1 га смешивается в тукосмесительной установке с фосфорными и калийными удобрениями. Дозы удобрений определяют в зависимости от степени обеспеченности почвы питательными веществами (таблица 2). При подготовке почвы для закладки плантации смородины черной после вспашки смесь цеолитсодержащих трепелов с фосфорными и калийными удобрениями вносят сплошь по всей площади поля с помощью машин для внесения минеральных удобрений и извести МВУ-5. Для лучшего перемешивания удобрений и цеолита с почвой после их внесения поле обрабатывают тяжелыми дисковыми боронами, а азотные удобрения вносят весной следующего года в междурядья под культивацию. Далее посадка смородины черной может производиться механизированным или ручным способом.

Пример. Для определения оптимальной дозы цеолитсодержащей породы был проведен полевой опыт в реальных условиях повышенного содержания тяжелых металлов в почве. В серую лесную среднесуглинистую почву, где содержание Pb и Ni - в 2 раза превышало фоновый уровень, Zn - в 3 раза, Cu - в 6 раз, однократно при осенней посадке смородины черной вносили молотый цеолитсодержащий трепел Хотынецкого месторождения в возрастающих дозах от 3 до 24 т/га, в смеси с фосфорными и калийными удобрениями. Контролем служил вариант опыта без внесения минеральных удобрений и цеолитсодержащей породы. Агрохимическая характеристика почвы: pH_KCl 5,4±0,15, содержание подвижного фосфора 29,7±3,7, обменного калия 25,2±5,3 мг/100 г почвы, содержание гумуса 3,7±0,14%, сумма поглощенных оснований 19,01±4,7 мг-экв/100 г почвы.

Таблица 2
Дозы фосфорных и калийных удобрений, рекомендуемые для предпосадочной подготовки почвы при закладке плантации смородины черной (Система производства, переработки и доведения до потребителя ягод в Нечерноземной зоне России. М.: ВСТИСП - 2005 г.).
Степень обеспеченности почвы фосфором (P) и калием (K)	Содержание в почве по ГОСТ 26207-91, мг/100 г почвы	Минеральные удобрения, действующее вещество кг/га
P2 O5	K2O
Подвижного фосфора	Обменного калия
Низкая	<10	<10	250	375
Средняя	10-18	10-15	200	300
Повышенная	19-25	16-20	150	225
Высокая	25-30	21-25	100	150
Очень высокая	>30	>25	-	-

Поскольку обеспеченность почвы доступными растениям соединениями фосфора и калия находилась на границе между высоким и очень высоким уровнем (таблица 2), дозы фосфорных и калийных удобрений составили по 90 кг/га действующего вещества для каждого элемента. Азотные удобрения из расчета 90 кг/га действующего вещества вносили весной следующего года под культивацию. Опыт был заложен в четырехкратной повторности. При вступлении смородины черной в плодоношение, на 2-й и 3-й годы после посадки проведено определение содержания тяжелых металлов в ягодах.

Результаты изучения микроэлементного состава ягод на протяжении 2 лет приведены в таблице 3. Так как в почве были превышены регионально-фоновые уровни содержания Pb, Ni, Zn и Cu, микроэлементный состав ягод оценивался по суммарному показателю накопления (СПН) этих элементов.

Внесение минеральных удобрений увеличило суммарное накопление тяжелых металлов ягодами смородины черной. Минимальное значение СПН наблюдалось в варианте с внесением 3 т/га цеолита на фоне N₉₀P ₉₀K₉₀. При внесении более высоких доз цеолита в ягодах возросло содержание цинка и меди, что привело к увеличению суммарного накопления тяжелых металлов.

Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в ягодах смородины черной (среднее за 2 года).
Вариант	Содержание тяжелых металлов в ягодах, мг/100 г сырой массы	Суммарный Показатель Накопления (СПН)
Pb	Ni	Zn	Cu
Контроль	0,025	0,15	0,48	0,26	0,23
N 90P90K90	0,025	0,20	0,58	0,35	0,29
N 90P90K90 + Цеолит 3 т/га (предлагаемое)	0,030	0,07	0,15	0,18	0,10
N90P 90K90 + Цеолит 8 т/га	0,025	0,05	0,23	0,2	0,12
N 90P90K90 + Цеолит 16 т/га	0,023	0,04	0,34	0,25	0,16
N 90P90K90 + Цеолит 24 т/га	0,015	0,15	0,39	0,4	0,24
HCP 0,05	0,01	ОД	0,09	0,1
Примечание: HCP0,05 - наименьшая существенная разность для 5% уровня значимости; N90P90K90 - соответственно азотные, фосфорные и калийные удобрения в дозах 90 кг/га действующего вещества для каждого элемента.

Таким образом, в результате предпосадочной подготовки почвы по предлагаемому способу были получены ягоды смородины черной с наилучшим показателем экологической безопасности.

Способ позволяет уменьшить содержание Ni, Zn, Cu в ягодах на 50-70% и в течение всего периода эксплуатации насаждения получать экологически безопасную продукцию смородины черной на почвах с содержанием тяжелых металлов, превышающим фоновый уровень в 2-6 раз.