Содержание к диссертации
Введение 4
Глава I Обзор литературы. Экологическая эффективность применения отходов
производства в зеленом строительстве 11
1.1 Влияние различных видов отходов на состояние системы почва-
растение 13
-
Влияние техногенного загрязнения на плодородие почвы 13
-
Видовая устойчивость растений к техногенному загрязнению почв 19
-
Экологическая оценка удобрительных свойств отходов производства и направления их использования 24
-
Экологическая эффективность применения цеолитов в различных почвенно-климатических зонах 38
Выводы по литературному обзору: 47
Глава II Экспериментальная часть 49
-
Условия и методика проведения исследований 49
-
Климатические условия 62
-
Агрометеорологические условия в годы исследования 64
Глава III Особенности действия различных доз удобрительных форм на
основе отходов производства и природных цеолитов на
биометрические показатели декоративных культур 69
-
Влияние удобрительных форм на основе отходов производства на рост и развитие бархатцев 70
-
Влияние шлаков, осадка сточных вод и цеолитов на рост и развитие рассады петунии 74
-
Эффективность использования удобрительных свойств отходов производства при выращивании агератума 77
-
Эффективность применения различных удобрительных форм под георгины и розы 80
-
Влияние удобрительных форм на основе шлаковых отсевов, осадка сточных вод и цеолитов на укоренении черенков герани 85
-
Влияние осадка сточных вод, шлаковых отсевов и природных цеолитов на рост и развитие растений астры 90
Глава IV Агроэкологическая эффективность применения отходов
производства и цеолитов на газонном травостое 93
Глава V Влияние шлаковых отходов производства и цеолитов на посевные
качества семян клевера 99
Глава VI Влияние удобрительных форм на основе отходов производства и
природных цеолитов на свойства темно-серой лесной почвы 105
-
Влияние удобрительных форм осадка сточных вод, цеолитов на состав и свойства почвенных растворов питательных грунтов 106
-
Экологическая роль почвенной фауны в оценке степени техногенного загрязнения почв 108
-
Экологическая оценка метода биотестирования в установлении степени очистки производственных отходов 109
-
Влияние удобрительных форм на численность и состав почвенных микроорганизмов 112
6.3 Влияние удобрительных форм на основе отходов производства и
природных цеолитов на содержание и концентрацию подвижных
форм тяжелых металлов в темно-серой лесной почве 116
Глава VII Эколого-экономическая характеристика применения солевых
алюминиевых шлаковых отсевов, осадка сточных вод и цеолитов в
зеленом строительстве 126
Выводы 131
Рекомендации производству 135
Список литературы 136
Приложения 160
Введение к работе
В условиях современного развития человеческого общества геохимические кризисы в ландшафтах и в целом их геохимическая обстановка определяется не только совокупностью природных процессов, характеризующих трансформацию (мобилизацию и иммобилизацию) веществ, их миграцию и аккумуляцию, но и в значительной степени разнообразными воздействиями, связанными с деятельностью человека.
Совокупность геохимических и геофизических процессов, связанных с деятельностью человека (антропогенной деятельностью) составляет понятие техногенез.
Понятие техногенез с точки зрения геохимии включает следующие три группы процессов: извлечение химических элементов из природной среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) и их концентрацию; перегруппировку, изменение химического состава соединений, создание новых веществ; перераспределение (рассеяние) вовлеченных в техногенез элементов в окружающей среде (миграцию и аккумуляцию).
При этом могут иметь место: положительные последствия техногенного воздействия на геохимию ландшафта и отрицательные результаты.
Отрицательное действие техногенеза на геохимию ландшафта объединяется понятием - загрязнение окружающей среды.
В незагрязненных биокосных системах (почвы, природные воды, атмосфера и др.) пределы колебаний концентрации техногенных веществ и формы нахождения должны удовлетворять следующим условиям:
1) не нарушаются газовые, концентрационные и окислительно-восстановительные функции живого вещества системы, регули- рующие геохимические самоочищенные системы; биохимический состав первичной и вторичной продукции не изменяется настолько, чтобы вызвать нарушение жизненных функций, в каком либо из звеньев пищевой цепи не только данной системы, но и за ее пределами при отчуждении биологической продукции; не понижается биологическая продуктивность системы; не понижается информативность системы: сохраняется необходимый для существования системы генофонд.
При нарушении перечисленных условий происходит техногенное изменение (трансформация) данной системы, а при критических условиях техногенного воздействия - ее гибель.
Почва открытая подсистема в более сложной системе - геохимическом ландшафте. Она связана потоком вещества и энергии с приземной атмосферой, с совокупностью обитающих в почве и на почве низших и высших растений и животных, с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами. Поэтому при анализе процессов загрязнения окружающей среды и ее устойчивости к техногенному загрязнению необходимо учитывать не только собственно почвенно-геохимические факторы (состав, свойства, комбинации почв и т.п.), но и ландшафтно-геохимическую обстановку в целом, усиливающую или ослабляющую влияние химического загрязнения.
Существенное место в этом анализе принадлежит оценке собственно почвенных геохимических условий, поскольку почвы регулируют (изменяют масштабно и качественно) процессы миграции веществ.
Это свойство почв имеет двоякое (прямо противоположное) значение. Она принимает своим верхним наиболее ценным слоем (пахотным, гумусовым) первый техногенный «удар». Очень важно знать, как он скажется на судьбе «загрязнителя» и самой почвы.
Здесь возможны следующие принципиально различные варианты:
1. «Загрязнитель» удерживается верхним слоем почвы (аккумулируется в нем), но не утрачивает своей потенциальной токсичности. «Загрязнитель» удерживается поверхностными горизонтами и подвергается детоксикации, т.е. обезвреживанию в результате различных процессов (микробиологическое разложение, фотохимическое разрушение и др.), переходит в качественно новое (безвредное) соединение. «Загрязнитель» не сорбируется почвенным профилем и в зависимости от условия водного режима выщелачивается на разную глубину: до грунтовых вод и тогда он загрязняет и присутствует вместе с ними в процессах миграции за пределы данного ландшафта; не достигает грунтовых вод, но выносится за пределы корнеобитае-мой толщи (глубокий непромывной режим). В этом случае профиль до глубины промачивания обезвреживается (очищается), а «загрязнитель» подвергается «самозахоронению»; «загрязнитель» вымывается только до глубины промачивания почвы в пределах корнеобитаемой толщи. Он загрязняет почвенную среду, сохраняя опасность проявления своей токсичности, включаясь в последующий биологический круговорот.
Устойчивость - способность природной системы противостоять техногенным воздействиям и сохранять нормальное функционирование.
Понятие устойчивости включает в себя, во-первых, сопротивляемость внешним воздействиям и, во-вторых, способность к восстановлению нарушенных этими воздействиями свойств природных систем.
В связи с изложенным актуальным является исследование условий применения удобрительных свойств отходов производства (шлаковые солевые алюминиевые отсевы, осадок сточных вод) и природных сорбентов цеолитсо-держащих минералов в зеленом строительстве и установление их эколого-экономической эффективности.
Актуальность темы: Угнетение почв и растительности в пределах города и лесопарковых зон обусловлено загрязнением тяжелыми металлами, органическими соединениями от автотранспорта и промышленных предприятий, засолением почв, связанным с применением солей для таяния снега; избыточным уплотнением почв и вытаптыванием растений; подтоплением участков в пониженных элементах рельефа и при близком уровне грунтовых вод; эрозией почв; развитием восстановительных условий под искусственными покрытиями; подкислением и подщелачиванием почв, связанным с характером атмосферных осадков в отдельных районах; с наличием геопатогенных для растений и биоты зон; с засорением участков бытовыми отходами и строительным мусором; с просадками и карстом; с нарушением почвенно-растительного покрова при строительстве; загрязнением почв, растений и грунтовых вод патогенами, как при прорыве сточных вод, так и в местах выгула собак; с влиянием техногенных тепловых, электрических и магнитных полей.
Почвенный покров парков и скверов в значительной степени определяет рост и развитие древесных и кустарниковых пород, газонов, перенос с пылью по воздуху токсикантов и патогенных микроорганизмов. Наблюдающееся усиление антропогенной нагрузки крупных городов на их лесопарковые зоны сопровождается деградацией растительного покрова и почв. Это приводит к уменьшению поступления в атмосферу кислорода, загрязнению воздуха, внутренних помещений зданий, водоемов и грунтовых вод. Развивающиеся процессы снижают фитосанитарную роль лесопарковых угодий, ухудшают фитодизайн и ослабляют положительное эстетическое действие растительного покрова на население. В конечном итоге, указанные процессы сопровождаются снижением производительности труда, увеличением заболеваемости людей, уменьшением продолжительности жизни (Алексеенко В.А., 1990; Дмитриев М.Т. и др.,1989;БерзиняА.Я., 1980).
Важным фактором деградации лесопаркового пояса является сохранение в нем отходов. Утилизация отходов являлась одной из наиболее сложных проблем XX века и, очевидно, будет еще более сложной в XXI веке. Теоретически для любых отходов можно разработать способы уменьшения их токсичности, оптимальные способы захоронения и технологии использования, исключающие загрязнение окружающей среды.
Один из способов утилизации вторичных природных ресурсов, в том числе отходов металлургической промышленности - использование их для химической мелиорации и удобрения почв. При этом земледелие обеспечивается относительно дешевыми удобрениями (в ряде случаев почти готовыми известковыми, фосфорноизвестковыми или микроудобрениями) и выполняются задачи охраны окружающей среды - уменьшается загромождение территорий отвалами, предотвращается загрязнение.
Использование шламов металлообрабатывающего производства в качестве удобрений и микродобавок позволит устранить дефицит необходимых растениям микроэлементов на площадях с нарушенным почвенным покровом и снизить степень загрязнения окружающей среды шламами за счет их утилизации.
В связи с этим поиск приемов утилизации отходов производства и целенаправленного использования их удобрительных свойств в зеленом строительстве является актуальным.
Цель и задачи исследований. Цель нашего исследования состояла в разработке технологии применения удобрительных форм на основе отходов производства (солевых отсевов алюминиевого шлака, осадка сточных вод) и природных цеолитсодержащих минералов в зеленом строительстве. В задачи исследований входило: -дать агроэкологическую оценку удобрительных свойств шлаковых отходов и эффективности их применения в составе почвогрунтов при выращивании рассады цветочных культур и газонных трав; -оценить эффективность удобрительных свойств отходов коммунального хозяйства - осадка сточных вод (ОСВ) при выращивании цветочных культур и газонных трав; -установить эффективность использования природных цеолитов в составе питательных грунтов при выращивании цветочных культур и их рассады и газонных трав; -определить влияние удобрительных свойств отходов производства (шлака и ОСВ) и природных цеолитов в отдельных и различных сочетаниях на биологические и химические свойства почвогрунтов; -оценить сорбционные свойства цеолитов в снижении интенсивности загрязнения почвогрунтов тяжелыми металлами; -установить влияние удобрительных свойств шлаковых отходов, осадка сточных вод и цеолитов в различных сочетаниях в составе почвогрунтов на рост и развитие цветочных культур и газонных трав; -дать эколого-экономическую оценку исследуемым направлениям утилизации отходов производства и использованию их в цветоводстве при выращивании цветочных культур и газонных трав. Научная новизна исследований. Научной новизной работы является комплексная оценка экологических, физико-химических и биологических аспектов применения почвогрунтов на основе отходов производства и природных цеолитов в зеленом строительстве. Дано научное обоснование приемов применения удобрительных форм на основе солевых алюминиевых шлаковых отсевов, осадка сточных вод и цеолитов в почвогрунтах для выращивания декоративных цветочных культур и газонных трав в условиях открытого грунта, рассады цветов в закрытом грунте и установления экологической безопасности их использования в системе «почва - растение - человек».
Практическая значимость. По результатам исследований дана комплексная эколого-биологическая и физико-химическая оценка приемов использования удобрительных форм отходов производства на основе солевых алюминиевых шлаковых отсевов, осадка сточных вод и природных минералов - цеолитсодержащих агроруд Орловской области в городском фитодизайне. Установлено, что одним из факторов выявления биологической эффективности шлаковых отходов, осадка сточных вод и цеолитов как удобрительных форм является микробиота, обладающая определенной устойчивостью к полиметаллическому загрязнению почвогрунтов. Доказано влияние органических и минеральных коллоидов ОСВ и цеолитов на подвижность тяжелых ме- таллов и экологически безопасные условия применения шлаковых отходов в системе «почва - удобрительные формы - растения». Установлен видовой состав декоративных растений, адаптированных для выращивания в экологически напряженных зонах антропогенных ландшафтов. Предлагается способ предпосевной обработки семян декоративных растений отсевами алюминиевого шлака и цеолитами.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференциях в 2002-2005 гг. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, которые были доложены на международных, всероссийских и межвузовских научных и научно-практических конференциях: г. Орел (2002, 2003 гг.), г. Липецк (2004 г.), г. Москва (2005 г.), г. Пенза (2005 г.); получены 3 патента на изобретения.
Автор диссертационной работы выражает огромную благодарность и признательность научному руководителю работы доктору сельскохозяйственных наук, профессору Лидии Павловне Степановой, научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, заслуженному деятелю науки РФ, директору ГНУ Всероссийский научно-исследовательский конструкторский и про-ектно-технологический институт органических удобрений и торфа Анатолию Ивановичу Еськову, коллективам кафедры земледелия Орловского государственного аграрного университета и кафедры почвоведения и прикладной биологии Орловского государственного университета.
