Способ снижения аккумуляции радионуклидов в многолетних злаковых травах

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ АККУМУЛЯЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ В МНОГОЛЕТНИХ ЗЛАКОВЫХ ТРАВАХ(71) Заявитель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(72) Авторы Михайловская Наталья Алексеевна Богдевич Иосиф Михайлович Шкуринов Петр Иванович(73) Патентообладатель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(56) МИХАЙЛОВСКАЯ Н.А. Проблемы питания растений и использование удобрений в современных условиях. Материалы конференции. - Мн. Белорусское издательское товарищество Хата, 2000. - С. 328-332. БОГДЕВИЧ И.М. и др. Проблемы питания растений и использование удобрений в современных условиях. Материалы конференции. - Мн. Белорусское издательское товарищество Хата, 2000. - С. 50-53. БОГДЕВИЧ И.М. и др. Проблемы питания растений и использование удобрений в современных условиях. Материалы конференции. - Мн. Белорусское издательское товарищество Хата,2000. - С. 54-57.1080 1, 1996.1228 1, 1996. Рекомендации по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь. - Мн., 2003. С. 9, 16-20. БОГДЕВИЧ И.М. Современные проблемы повышения плодородия почв Беларуси и пути их решения. Материалы конференции. - Мн., 1998. - С. 13-22. РОМАНЮК М.Д. Современные проблемы повышения плодородия почв Беларуси и пути их решения. Материалы конференции. - Мн., 1998. - С. 75-79.2004136870 , 2006.2003110459 , 2004.(57) Способ снижения аккумуляции радионуклидов в многолетних злаковых травах, включающий внесение в почву минеральных фосфорных, калийных и азотных удобрений,предпосевную бактеризацию семян бактериальным препаратом на основе азотфиксирующих бактерийи ежегодную поддерживающую обработку травостоя тем же препаратом, отличающийся тем, что фосфорные и калийные удобрения вносят до достижения оптимального содержания в почве подвижных форм фосфора и калия, составляющего 200-300 мг/кг и 170-250 мг/кг, соответственно, азотные удобрения вносят в дозах, не превышающих 30-60 кг/га, в качестве азотфиксирующих бактерий используют штамм-4485, а обработку травостоя проводят в начале вегетации и/или после первого укоса. 11943 1 2009.06.30 Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к приемам снижения содержания радионуклидов в кормовой продукции, получаемой на почвах, загрязненных радионуклидами. Изобретение может быть использовано при ведении кормопроизводства на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Биологические особенности растений обусловливают межвидовые различия по накоплению радионуклидов. Многолетние травы в значительно большей степени аккумулируют радионуклиды, чем другие сельскохозяйственные культуры, иногда в 10-30 раз. Наиболее загрязненным бывает пастбищный корм, сено, сенаж, силос. Загрязнение кормов представляет особую опасность, так как радионуклиды по пищевой цепочке поступают в молоко 1, 2. В зоне радиоактивного загрязнения почв проблема снижения загрязнения кормов актуальна. Известными способами снижения содержания радионуклидов в растениеводческой продукции является применение минеральных удобрений - калийных, фосфорных, азотных 1, 2, которые повышают урожайность и тем самым способствуют разбавлению содержания радионуклидов в продукции. Калийные удобрения, наряду с прибавкой урожайности, ограничивают поступление радиоцезия в растения за счет антагонизма катионов цезия и калия в почвенном растворе. Особенно эффективны повышенные дозы калийных удобрений. Нормативы внесения калийных удобрений определяются из расчета обеспечения потребности растений и повышения содержания калия в почве до оптимального уровня. Для предотвращения избыточных доз калийных удобрений и ухудшения качества продукции введены соответствующие ограничения. Оптимальное содержание калия в почве способствует снижению перехода радионуклидов в продукцию 1, 2. Внесение фосфорных удобрений также снижает содержание радионуклидов в продукции, так как фосфорные удобрения способствуют закреплению радионуклидов в почве,что уменьшает их переход в растения. При ведении сельскохозяйственного производства на загрязненных территориях предусматривается постепенное повышение содержания фосфора в почве до оптимального уровня. Оптимальное содержание фосфора в почве также способствует снижению перехода радионуклидов в продукцию 1, 2. В отношении азота, который играет решающую роль в формировании урожая, складывается особая ситуация. С одной стороны, недостаток азота в почве приводит к снижению урожайности и, соответственно, к увеличению концентрации радионуклидов в продукции. С другой стороны повышенные дозы азотных удобрений могут способствовать аккумуляции радионуклидов в урожае 1, 3. Поэтому приемы ограничения доз азота при одновременном поддержании оптимального режима азотного питания представляют значительный практический интерес. В зоне радиоактивного загрязнения необходимы экологически безопасные и эффективные заменители минеральных азотных удобрений. Связывание атмосферного азота почвенными микроорганизмами - единственный экологически безопасный и дешевый путь снабжения растений азотом. Альтернативой азотным удобрениям являются ризосферные азотфиксирующие бактерии-4485, внесение которых обеспечивает оптимизацию азотного питания и позволяет снижать дозы минерального азота в среднем на 30 кг/га, а также повышает продуктивность многолетних трав и улучшает питательную ценность кормов 4, 5, 6. Применение препаратов азотфиксирующих бактерий в зоне радиоактивного загрязнения дает возможность снижать уровень аккумуляции радионуклидов в урожае многолетних злаковых трав и получать более чистые корма. Наиболее близким техническим решением является Способ повышения продуктивности многолетних злаковых трав (Патент РБ 8239 от 2001.08.28) 7. Однако данное техническое решение было направлено только на повышение урожайности многолетних злаковых трав. Не решалась задача оптимизации питания растений за счет сочетания азотных и бактериальных удобрений, не учитывалось повышение качества травяных кор 2 11943 1 2009.06.30 мов при достижении оптимального содержания подвижных форм фосфора и калия в почве, не рассматривалось совместное влияние перечисленных факторов на аккумуляцию радионуклидов в урожае многолетних злаковых трав. Указанные недостатки не позволяют в полной мере использовать потенциал минеральных и бактериальных удобрений для достижения максимального снижения накопления радионуклидов в многолетних злаковых травах. Техническая задача решается тем, что предложен способ снижения аккумуляции радионуклидов в многолетних злаковых травах. Способ включает применение минеральных и бактериальных удобрений. Минеральные фосфорные и калийные удобрения вносят в почву до достижения оптимального содержания подвижных форм фосфора в почве - 200300 мг/кг (Р 2 О 5), калия - 170-250 мг/кг (К 2 О), оптимизацию азотного питания осуществляют за счет сочетания азотных и бактериальных удобрений, при этом дозы азотных удобрений не должны превышать 30-60 кг/га, а в качестве бактериального удобрения используют препараты азотфиксирующих бактерий-4485 как для бактеризации семян, так и для ежегодной поддерживающей обработки травостоя в начале вегетации и (или) после первого укоса. Основная цель изобретения - снижение аккумуляции радионуклидов в многолетних злаковых травах за счет применения природного штамма ассоциативных азотфиксирующих бактерий-4485, что оптимизирует режим азотного питания,стимулирует рост и повышает урожайность трав. Использование природных штаммов микроорганизмов экологически обосновано и не представляет опасности для окружающей среды, позволяет снижать дозы азотных удобрений, которые могут усиливать переход радионуклидов в корма. Сущность изобретения. При возделывании многолетних злаковых трав на почвах легкого гранулометрического состава, загрязненных радионуклидами, предлагается наряду с обязательными мероприятиями по оптимизации содержания калия и фосфора в почве путем внесения К- и Р-удобрений проводить предпосевную бактеризацию семян ассоциативными азотфиксирующими бактериями-4485. При последующем использовании травостоя рекомендуется ежегодно проводить поддерживающее внесение бактерий путем обработки посевов в начале вегетации и (или) после первого укоса. Пример 1. Эффективность бактеризации четырех видов многолетних злаковых трав-4485 изучали в полевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве. Дерново-подзолистые супесчаные почвы преобладают в зоне радиоактивного загрязнения. Агрохимические свойства почвы гумус 1,2(по Тюрину)(КС) 6,0-6,2 Р 2 О 5 250-280 мг/кг, К 2 О 180-200 мг/кг (по Кирсанову). Содержание фосфора и калия в почве доведено до оптимального для минимизации перехода радионуклидов в продукцию. Учетная площадь делянки - 6,4 м 2. Повторность в опыте четырехкратная. Расположение делянок рендомизированное. Плотность загрязнения почвы радиоцезием - в пределах 180-185 кБк/м 2,радиостронцием - 12 кБк/м 2. Тимофеевку луговую ( ), овсяницу луговую ( ), кострец безостый ( ) и ежу сборную ( ) выращивали в одновидовых посевах при равных условиях минерального питания (30 Р 60 К 90). Для предпосевной бактеризации семян трав при закладке полевого эксперимента использован торфяной препарат.-4485 (титр 3-4109 клеток/г). В последующие 3 года посевы ежегодно обрабатывали водной суспензией торфяного бактериального препарата в начале вегетации трав и после первого укоса. Установлено, что бактеризация достоверно повышала урожайность всех четырех видов трав. Наиболее отзывчивыми на инокуляцию в среднем за 4 года были кострец безостый и ежа сборная - средний уровень прибавок урожайности составил 10 и 9 ц/га сухой 3 11943 1 2009.06.30 массы соответственно. Бактеризация тимофеевки луговой и овсяницы луговой обеспечила прибавки 7 и 5 ц/га сухой массы соответственно (фиг. 1). Многолетние злаковые травы различались по способности к аккумуляции радиоцезия. Наиболее высокой удельной активностью отличалась фитомасса костреца (60 Бк/кг), далее в убывающем порядке - тимофеевки (50 Бк/кг), ежи (43,3 Бк/кг) и овсяницы (36,7 Бк/кг)(фиг. 2). Бактеризация .-4485 обеспечивала снижение удельной активности всех видов испытуемых злаковых трав. Степень снижения перехода 137 из почвы в фитомассу коррелировала с величиной прибавки урожайности от инокуляции (фиг. 2). Полевой эксперимент показал, что применение .-4485 в сочетании с невысокой дозой азота (30) оптимизирует азотное питание и снижает аккумуляцию 137 в многолетних злаковых травах. Снижение удельной активности фитомассы по 137 при бактеризации обусловлено повышением продуктивности трав и соответствующим разбавлением радионуклида в урожае. Установлены различия по способности многолетних злаковых трав к аккумуляции 90. Наиболее высокой удельной активностью отличалась фитомасса ежи сборной (37 Бк/кг),далее в убывающем порядке - костреца (28 Бк/кг), тимофеевки (20 Бк/кг) и овсяницы(16 Бк/кг) (фиг. 3). Бактеризация .-4485 также обеспечивала снижение удельной активности четырех испытуемых видов злаковых трав. В среднем за счет бактеризации удельная активность всех видов трав снижалась примерно в два раза. Так как степень снижения перехода 90 из почвы в фитомассу практически не зависела от величины прибавки урожайности, эффект разбавления радионуклида в данном случае нельзя считать единственным действующим фактором. Ассоциированные с корнями многолетних трав азотфиксирующие бактерии .-4485 способны оказывать влияние на переход 90 из почвы в растения. В этом случае наиболее вероятно сочетание эффекта разбавления с биосорбцией радионуклида. Пример 2. В полевом эксперименте изучено также действие бактеризации семян-4485 на показатели аккумуляции 137 в урожае ежи сборной. Бактерии были внесены однократно путем предпосевной обработки семян торфяным препаратом, поддерживающее внесение бактерий в последующие годы использования травостоя не проводили. Опыт заложен на дерново-подзолистой супесчаной почве, характеризующейся следующими агрохимическими свойствами гумус 1,0-1,2 ,- 6,0-6,1, содержание 2 О 5 и К 2 О соответственно 200 и 170 мг/кг. Содержание калия и фосфора оптимально для минимизации перехода радионуклидов в растения. Плотность загрязнения радиоцезием 5-7 Ки/км 2. Повторность в опыте четырехкратная. Учетная площадь делянки 25 м 2. Схема полевого опыта включала два блока 1) без бактеризации, 2) бактеризация семян .-4485. На каждом блоке опыта изучали следующие варианты 0, 30, 60 РК. Дозы фосфора и калия - Р 60, К 90. Показано, что бактеризация семян ежи сборной .-4485 была эффективным приемом оптимизации азотного питания и повышения продуктивности. Урожайность сухой массы ежи сборной увеличивалась в среднем на 6,5 ц/га (17 ) на фонах РК-удобрений и на 13-14 ц/га при внесении 30 и 60 кг/га азота (16-19 ) при урожайности без бактеризации 36,4, 72,0 и 91,2 ц/га (фиг. 4). В среднем за 3 года бактеризация семян также обеспечивала снижение удельной активности сухой массы ежи сборной на 16-24 . Степень снижения перехода 137 из почвы в фитомассу также коррелировала с величиной урожайности и прибавкой от бактеризации(фиг. 4, 5). Эта зависимость указывает на эффект разбавления радионуклида за счет повышения урожайности. Наибольший процент снижения содержания 137, в пределах 18-32 , под действием инокуляции семян .-4485 отмечали, как правило, в первый год жизни травостоя. При дальнейшем использовании травостоя эффективность бактеризации снижалась. 4 11943 1 2009.06.30 В первый год жизни снижение содержания 137 составляло 15-28 , во второй год - 1225 , в третий год жизни - 5-10(фиг. 6). Одной из причин снижения эффективности биопрепарата по мере увеличения возраста трав, очевидно, является естественное уменьшение численности ассоциативных бактерий в зоне корня 5. Данные, приведенные в примере 1, показывают, что поддерживающее внесение водной суспензии бактериального препарата в начале вегетации и после первого укоса позволяет повысить эффективность бактеризации, в том числе как средства минимизации содержания радионуклида в продукции. Учитывая зависимость степени снижения перехода 137 из почвы в фитомассу от величины урожайности и прибавки от бактеризации, наиболее очевидным механизмом действия-4485 является повышение продуктивности и соответствующее разбавление радионуклида. Однако в ряде случаев корреляция с величиной урожая и прибавкой от инокуляции отсутствовала. Следует принять во внимание и другие возможные факторы действия бактерий, тесно связанных с корнями растений трав. Одним из возможных факторов может быть биосорбция радионуклида. Таким образом, бактеризация семян и посевов-4485 в сочетании с агрохимическими мерами может быть использована для минимизации перехода радионуклидов из почвы в урожай многолетних злаковых трав на почвах легкого гранулометрического состава, которые широко распространены в зоне радиоактивного загрязнения. Источники информации 1. Руководство по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь на 1997-2000. - Мн., 1997. - 76 с. 2... , 1996. - . 55-58. 3. Алексахин Р.М., Моисеев М.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение цезия-137 в системе почварастение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае // Агрохимия. - 1992. -8. - С. 127-128. 4. Михайловская Н.А., Жила Г.В., Юрко Л.А. Эффективность бактеризации ежи сборной-4485 на дерново-подзолистой супесчаной почве // Почвенные исследования и применение удобрений, 2004. Вып. 28. - С. 217-222. 5. Михайловская Н.А., Юрко Л.А. Влияние минерального питания на эффективность бактеризации овсяницы луговой-4485 // Земляробстваахова раслн,6, 2005. - С. 15-17. 6. Патент РБ 4632, 2002. 7. Патент РБ 8239, 2006. Влияние .-4485 на урожайность многолетних злаковых трав Влияние .-4485 на удельную активность сухой массы трав по 137 Влияние .-4485 на удельную активность сухой массы трав по 90 Эффективность бактеризации семян ежи сборной .-4485 Влияние возраста ежи сборной на уровень снижения содержания под действием бактеризации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7