Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Биологические науки
Экология

Диссертационная работа:

Коренькова Екатерина Анатольевна. Экологическая оценка роли продуктов техногенеза в системе почва-растение : диссертация ... кандидата сельскохозяйственных наук : 03.00.16 / Коренькова Екатерина Анатольевна; [Место защиты: Брян. гос. с.-х. акад.].- Орёл, 2008.- 165 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-6/82

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1 Экологическая оценка влияния продуктов техногенеза на
развитие элементарных почвенных процессов 11

1.1 Экологическая оценка влияния шлаковых отходов на развитие
агрогенных почвенных процессов 11

1.2 Экологическое влияние шлаковых отходов на развитие
мелиоративных и техногенных почвенных процессов 20

1.3 Эколого-микробиологическая оценка антропогенного изменения
почвенного покрова 27

2 Место, условия и методика проведения исследований 38

  1. Цель, задачи, объекты исследований 38

  2. Программа и условия проведения исследований 41

  3. Методика выполнения исследований 45

3 Экологическая оценка влияния отходов производства,
природных цеолитов и вермикомпостов на состав и свойства
питательных грунтов и особенности миграции и аккумуляции в них
тяжелых металлов 48

  1. Влияние отходов производства, природных цеолитов и вермикомпостов на водно-физические свойства, температурный и питательный режимы грунтов 49

  2. Экологическая оценка воздействия отходов производства, природных цеолитов и вермикомпостов на валовое содержание тяжелых металлов и образование их подвижных форм 57

3.2.1 Влияние отходов производства, природных цеолитов и
вермикомпостов на изменение валового содержания тяжелых
металлов 60

3.2.2 Оценка степени действия органических веществ
вермикомпоста, сорбционных свойств цеолитов, почвы и шлаковых
отходов на формирование подвижных форм тяжелых металлов в
питательных грунтах 67

3.3 Экологическая оценка биологических свойств питательных грунтов
на основе отходов производства, природных цеолитов и
вермикомпостов 73

3.3.1 Микроорганизмы - показатели степени токсичности
антропогенного загрязнения экосистем 74

3.3.2 Микробиологические свойства питательных грунтов на
основе гумусового горизонта темно-серой лесной почвы, цеолитов,
вермикомпоста и шлаковых отходов 76

3.4 Влияние шлаковых отходов, цеолитов и вермикомпостов на
изменение количественного содержания и качественного состава
органического вещества питательных грунтов 84

3.5 Экологическая эффективность использования питательных грунтов
на основе отсевов солевого алюминиевого шлака, цеолита,
вермикомпоста и гумусового горизонта почвы для выращивания
овощных культур 89

3.5.1 Оценка воздействия возрастающих концентраций водных
суспензий различных типов питательных грунтов на рост и
развитие растений лука 91

  1. Определение влияния различных типов питательных грунтов из шлаковых отходов, цеолита, вермикомпоста и гумусового горизонта темно-серой лесной почвы на рост и развитие растений салата 99

  2. Определение влияния различных типов питательных грунтов из шлаковых отходов, цеолита, вермикомпоста и гумусового горизонта темно-серой лесной почвы на рост, развитие и биопродуктивность растений огурца 106

3.6 Оценка геохимических барьерных свойств и экологической емкости
различных типов питательных грунтов на основе гумусового
горизонта темно-серой лесной почвы, цеолитов, вермикомпоста и
шлаков 112

3.7 Экономическая эффективность использования удобрительных
свойств шлаковых отходов, цеолитов, вермикомпоста при
производстве овощной продукции 118

Выводы 120

Рекомендации производству 124

список литературы 125

Приложения

Введение к работе:

К началу 90-х годов на территории России было размещено около 70% токсичных промышленных отходов от их общего объема в СССР, в том числе все виды наиболее крупнотоннажных отходов (отработанные формовочные смеси, отходы переработки сланцев, нефтешламы, гальванические шламы, металлургические отходы). При этом в России накопилось более 1,6 млрд. тонн токсичных промышленных отходов, каждый год увеличивает эту цифру на 50 млн.тонн, а используется из них только 20%. (Королев В.А., 2001; Никитин А.Т., Степанов С.А, Забродин Ю.М., 1997).

Среди техногенных изменений среды обитания организмов наибольшую тревогу вызывает ее загрязнение промышленными и бытовыми отходами. Наибольшую опасность представляют токсические вещества различной природы.

Загрязнение - это процесс поступления и включения в экосистемы, техногенных или природных веществ в токсичных для экосистем количествах или способствующих образованию новых опасных соединений. Их можно классифицировать но химической структуре, по источникам поступления, по типу производств, по механизму воздействия на организмы, по особенностям миграции и трансформации.

Загрязнитель как вещество или смесь веществ техногенного или природного характера, нарушает циклы миграции химических элементов и трансформации энергии и оказывает неблагоприятное воздействие на функционирование экосистем в целом. В' биосфере формируются глобальные, региональные и локальные потоки и круговороты ксенобиотиков,1 т.е. '"чужеродных"' для нее химических соединений (Сает Ю.Е., Янин Е.П., 1991; Янин Е.П., 1997; Bowen H.J.M.,1979).

Следствием техногенеза как мощного антропогенного планетарного явления, отражающего состояние технологий общества, является изъятие (концентрирование) одних (Au, Ag, Pt, Fe), рассеяние других химических элементов (Cd, Hg, As, F, Pb, Al, Cr) в биосфере или сочетание обоих процессов

одновременно. Локализация и интенсивность поступления техногенных потоков
химических элементов обусловливает формирование техногенных аномалий и
биогеохимических провинций с различной степенью экологической
напряженности. В пределах таких территорий под влиянием токсических веществ
у животных и человека могут возникать патологические нарушения.
Преобразование среды приводит к обеднению флористического и
фаунистического состава биогеоценозов, сопровождающегося

биогеохимической дифференциацией живого вещества различных таксонов биосферы. При этом возрастает значение взаимодействий различных химических элементов и веществ природного и техногенного характера в биогеохимических циклах.

Для того, чтобы масштабы загрязнения окружающей среды (почвы, грунты, воды) не приняли бы необратимого и катастрофического характера необходимы, с одной стороны, изменения стратегии природопользования, устранение путей и источников дальнейшего загрязнения среды, с другой стороны, - разработка и практическое внедрение способов, а также технологий подавления токсичности и очистки различных элементов геологической среды от этих загрязнений, что и явилось целью нашего исследования.

Актуальность работы.

Использование огромных масс химических элементов, обусловленное техногенезом, пока не сказывается на глобальных циклах химических элементов, поддерживающих целостность биосферы. Но в будущем ряд техногенных процессов может оказать заметное влияние на изменение геохимического и радиационного фона биосферы, способствуя образованию техногенных аномалий в результате изменения биогеохимических циклов химических элементов.

Состав и напряженность геохимических потоков природных и техногенных веществ контролируется наличием ландшафтно-геохимических барьеров - блоков системы (или участков), где наблюдается резкое изменение

физико-химических или термодинамических условий: окислительно-восстановительных, кислотно-щелочных, фильтрационно-сорбционных, седиментационных, биогеохимических, а также температуры и давления. Ряд веществ при изменении условий миграции теряет подвижность, переходит в инертные нерастворимые формы и задерживается на геохимическом барьере.

Из теории геохимических барьеров следует, что каждой геохимической обстановке соответствуют свои классы геохимических барьеров^ и особая структура барьеров. Изменение любого из параметров, определяющих структуру барьеров, обязательно вызовет их перестройку. Направление и формы такой перестройки взаимообусловлены: а) свойствами поступающих в процессе техногенеза веществ, б) особенностями исходных ландшафтно-геохимических процессов.. Зная состав поступающих веществ, можно с определенной долей вероятности прогнозировать возможные формы перестройки местных барьеров, возможность их "прорыва!', зависящую от их потенциальной емкости, и т.д. Так как места локализации загрязнителей и их состав обусловлены технологией производства, анализ технологической цепочки позволяет предсказать .возможность возникновения качественно новых типов барьеров, не характерных для местных геохимических условий. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, связанные с разработкой методов прогноза подвижности тяжелых металлов в зависимости от природных и антропогенных факторов.

Цель работы. Цель наших исследований состояла в экологической оценке эффективности действия различных типов геохимических барьеров, создаваемых на основе отсевов солевого алюминиевого шлака, цеолита, вермикомпоста и гумусового горизонта темно-серой лесной почвы на функционирование и продуктивность ландшафтов в.условиях агротехногенеза.

Задачи исследования:

1. Разработать субстраты с введением в их составы шлаковых отходов, природных цеолитов, вермикомпостов для проявления ими защитных

геохимических барьерных свойств и выращивания на них рассады овощных культур, адаптированных к условиям открытого грунта.

2. Дать сравнительную оценку действия разных фракций отсевов
солевого алюминиевого шлака на водно-физические свойства, химические
свойства грунтов и миграционную способность токсикантов.

  1. Оценить эффективность применения добавок цеолита и органических веществ вермикомпоста на интенсивность миграции и аккумуляции подвижных и валовых форм тяжелых металлов в грунтах.

  2. Установить выраженность гумусонакопления и качественный состав органических веществ в грунтах.

  1. Установить влияние различного состава питательных субстратов на перестройку структуры микробоценоза, видовой состав и численность микроорганизмов.

6. Дать оценку токсического эффекта действия шлаков методом
биотестирования.

7. Определить влияние исследуемых составов питательных субстратов
на рост и развитие растений, их биопродуктивность.

8. Установить количественные и качественные показатели
эффективности действия различных компонентов в системе создаваемых
геохимических барьеров.

Положения, выносимые на защиту:

- водно-физические свойства, тепловой и пищевой режимы, структура
микробоценозов, качественный состав органических веществ питательных
грунтов на основе гумусового слоя темно-серой лесной почвы, цеолита и
вермикомпоста в связи с внесением различных фракций отсевов солевого
алюминиевого шлака и выращиванием на них рассады овощных культур;

- использование цеолитов, вермикомпостов способствует снижению
подвижности тяжелых металлов в грунтах при внесении шлаковых отходов,

уменьшая их фитотоксичноств и бйоаккумуляцию; наиболее эффективным является совместное применение цеолита и вермикомпоста;

- для; использования количественных методов прогноза поведения
тяжелых металлов; в почвах фоновых и техногенноизмененных территорий
разработаны математические модели, отражающие причинно следственные
связи между содержанием подвижных форм ТМ,; свойствами и режимами
сконструированных питательных, грунтов; установлено,: что концентрация
подвижных форм ТМ зависит от валового содержания этих металлов в
шлаковых отходах, количества органических веществ и емкости поглощения
грунтов.

Научная новизна.

Впервые проведена комплексная оценка, состава: и свойств сконструированных, питательных грунтов на основе гумусового горизонта темно-серой лесной почвы, цеолита, вермикомпоста'и разных фракций отсевов > солевого алюминиевого шлака. Установлено, что* включение в состав субстратов; шлаковых; отходов обусловливает накопление валовых и подвижных форм* тяжелых металлов и формирование геохимических аномалий, представленных Zn, Сщ Gr, Ni; и. характеризующихся умеренной: степенью санитарно-токсикологической вредности.

Использование сорбционных свойств цеолита и органических веществ; вермикомпоста в составе грунтов обусловливает значительное снижение подвижности соединении, таких металлов; как. никель, свинец, цинк,, хром, медь и проявление барьерных свойств по отношению к. исследуемой группе металлов.

Исследованиями установлено; что внесение в почвенную среду больших количеств шлаковых отходов, цеолитов, вермикомпоста не оказывает негативного стрессового воздействия на аборигенные биоценозы.

Предложены регрессионные модели, являющиеся- основой для прогнозирования' особенностей миграции и аккумуляции тяжелых металлов в

сконструированных грунтах. Установлено, что концентрация подвижных форм ТМ зависит от валового содержания этих металлов в шлаковых отходах, количества органических веществ и емкости поглощения грунтов.

Практическая значимость. Доказана? эколого-экономическая эффективность использования в; составе питательных грунтов для выращивания- рассады; овощных культур удобрительных свойств шлаковых отходов; цеолитов^ вермикомпоста.

Наличие: в составе питательных, грунтов, шлаков, цеолита и вермикомпоста способствует созданию устойчивости температурного, водно-воздушного;, питательного, окислительно-восстановительного и биологического режимов грунтов и оптимизации^ процесса адаптации выращиваемых на них растений;

Использование в; составе питательных грунтов; компонентов, различающихся по химическому составу и свойствам; (шлак, цеолит, вермикомпост и гумусовый' горизонт темно-серой- лесной'; почвы) обуславливает формирование различных по качественному и количественному составу геохимических ассоциаций; основной .группой элементов* в которых являются биофильные элементы Zn,Gu;Cr,Ni.

Установлено, что сочетание цеолита с органическими веществами* вермикомпоста в составе грунтов: обусловливает значительное: снижение подвижности: соединений; таких металлов, как никель, свинец, цинк, хром, медь и проявление барьерных- свойств по* отношению к исследуемой группе металлов.

В искусственно: сконструированных грунтах на основе цеолитов и шлаков создаются оптимальные условия для эффективной работы, микроорганизмов^ осуществления имюпроцессов преобразования соединений различных элементов и, как следствие,* их аккумуляцию.

Рекомендуется і применение геохимических барьеров на основе гумусового горизонта темно-серой лесной почвы, цеолита; вермикомпоста с

использованием построенных регрессионных моделей для оптимизации и прогнозирования особенностей миграции и аккумуляции тяжелых металлов в техногенноизмененных ландшафтах.

Апробация работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований ФГОУ ВПО «Орел ГАУ». Материалы диссертации были представлены на международных научно-практических конференциях (Орел, 2004, Пенза, 2005, Москва, 2005). Результаты исследований ежегодно докладывались на заседании научно-технического совета университета по земледелию, включены в научные отчеты кафедры земледелия и прошли производственную проверку в ОАО «Юбилейное» Орловского района, СПК «Победное» Залегощенского района.

В рамках Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов, аспирантов по естественным, техническим наукам (в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам по направлению 1.7. «Развитие профессионального образования в области высоких технологий и инновационной деятельности в образовательной сфере» Федеральной программы развития образования РФ получен диплом победителя конкурса, представленная работа завоевала грант.

Публикации работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 научных работах, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК. По результатам работы получено 2 патента на изобретение, подана 1 заявка на получение патента.

Автор выражает глубокую признательность, благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Л.П. Степановой, заведующему кафедрой земледелия, профессору В.Т. Лобкову и коллективу кафедры земледелия Орловского государственного аграрного университета.

Подобные работы
Бокова Татьяна Ивановна
Закономерности детоксикации антропогенных загрязнителей (тяжелых металлов) в системе почва - растение - животное - продукт питания человека
Пильгук Олег Николаевич
Экологическая оценка состояния кадмия в системе "почва-растение" в условиях Семипалатинского Прииртышья
Замана Светлана Павловна
Эколого-биогеохимические принципы оценки и коррекции элементного состава системы почва - растения - животные
Спринчак Дмитрий Викторович
Детоксикация тяжелых металлов (свинца и кадмия) в системе "почва - растение - животное"
Кайрамбаев Самат Капашевич
Миграция радионуклидов в системе "почва - растение" на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона
Ткаченко Ольга Анатольевна
Влияние различных видов вермикомпоста на поведение цезия-137 и тяжелых металлов в системе почва-растение
Ноздрина Светлана Ивановна
Экологическая эффективность применения осадка сточных вод и цеолитовых туфов в системе почва-растения (В условиях черноземных почв Орловской области)
Дьяконова Ольга Владимировна
Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение
Шаранова Екатерина Вячеславовна
Экологические аспекты трансформации соединений тяжелых металлов (меди и свинца) в системе почва-растение
Джамбетова Петимат Махмудовна
Исследование эколого-генетического влияния загрязнения почв нефтепродуктами на природные популяции растений и тест-системы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net