Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие цивилизации в значительной :тепени зависит от состояния окружающей среды. Несмотря на очевидность этого положения, технократические преобразования в обществе всегда существенно опережают природоохранные меры. Процессы осадконакопления в водоемах и усиление стагнации донной фауны в течение последних 50 лет в значительной мере обязаны человеческой деятельности. Поэтому разработка и создание новых, безотходных технологий, обеспечивающих возможность замкнутости экологически чистых производств, приобретает особую актуальность.
В этой связи определяющими принципами в построении технологических схем должна быть комплексность выполнения работ с /четом, как санитарно-гигиенического фактора—восстановление заиленных водоемов для хозяйственных нужд, так и экономического— потенциальной ценности сапропелей. Поскольку потребность в органическом сырье неуклонно растет, освоение озерных отложений становится выгодным делом, несмотря на значительную стоимость разведки и добычи. Общие ресурсы сапропелей естественной влажности в бывшем СССР оцениваются цифрами примерно от 200 до 250 миллиардов кубических метров. Однако при эсвоении месторождений следует всегда учитывать один непреложный факт, что жизненно важные ресурсы небезграничны и пополнение их запасов не должно отставать от роста потребления. Ключевой задачей экономики должно стать строгое сочетание использования и охраны сапропелевых месторождений.
В Западных странах имеется опыт по системам добычи, осушению и потреблению морских осадков. В Нидерландах освоена мо-іель сушки морского мелководья и его последующей рекультивации, в ФРГ налажен выпуск технологического оборудования по хобыче илов ненарушенной структуры, в Польше организована промышленная переработка сапропелей. В нашей стране огромные запасы сапропелей едва освоены, мало изучены, и решение этой проблемы находится лишь на начальном этапе.
Наши исследования посвящены разработке концепции форми-эования сапропелей Северо-Западного региона. Представляло значительный интерес выяснение фундаментальных закономерностей трансформации органического вещества в водных экосистемах с /четом взаимодействия компонентов ландшафта при антропоген-
ном воздействии па природную среду. Важным элементом данной комплексной работы является математическое моделирование механизма нестационарного массопереноса влаги, а также экологически обоснованное использование сапропелей в сельском хозяйстве.
Для решения этой проблемы предусмотрено выполнение сле
дующих работ: j {
комплексное исследование процессов формирования органического вещества в водных экосистемах, определяющих структуру и динамику трансформации сапропелей;
системный подход к изучению влияния физических, агрохимических и биорегулирующих свойств сапропелей на процессы сорбции и деструкции остаточных количеств пестицидов в агро-экосистеме, включая почву—воду — сапропель — растения;
изучение трансформации органического вещества и влияния его на агрофизические свойства почвы;
разработка математической модели нестационарных процессов массопереноса влаги в гетерогенных сапропелевых системах;
разработка научных основ экологически обоснованного использования сапропелей в сельском хозяйстве.
Научная новизна. Установлены закономерности формирования и трансформации органического вещества в водных экосистемах Северо-Западного региона *. Показано влияние физических и агрохимических свойств сапропелей на динамику сорбции и деструкции остаточных количеств пестицидов в почве. Исследовано влияние сапропелей на биологическую активность почвы, а также влияние их на- остаточное содержание ксенобиотиков в почве, дренажных водах и растениях.
Установлены закономерности физико-химического закрепления элементов минерального питания в почве под действием сапропелей. Разработана математическая модель механизма нестационарного массопереноса влаги. Предложены физико-химические основы управления процессом переноса влаги в системах: почва — сапропель— растения, а также почва — сапропель — химические добавки (Авторское свидетельство СССР 1554792). Установлены закономерности трансформации органического вещества в почве. Исследовано влияние агрофизических показателей сапропелей на повышение плодородия и улучшение гидрофизических свойств легких почв.
Разработаны способы получения сапропелевого удобрения (Авторское свидетельство СССР 1278347 и авторское свидетельство СССР 1057482). Разработаны научные основы экологически адаптированных технологий получения регуляторов роста для, управления продукционным процессом растений (Авторское свидетельство СССР 1780658).
* Иванова Т. А. Сапропеля Северо-Западного региона: СПбТИ. — СПб., 1902. — 202с: 16 ил. — Библиогр.: 151 назв. —Деп. в НИИТЭхим ХП-92, №275,
Практическая ценность и реализация научных исследований.
Предложена высокоэффективная технология ингибирования остаточных количеств пестицидов в почве. Рекомендовано производству использовать сапропель для локализации минеральных удобрений в пахотном слое почв. Применение сапропелей позволило интенсифицировать деструкцию пестицидов в почве на 19—53%, при этом уровень накопления ксенобиотиков в растениях и оросительных водах сократился в 1,7—3 раза, вынос элементов питания снизился на 30—70%-
Внедрены экологически адаптированные технологии интенсификации обезвоживания силыюобводненных сапропелей в отстойниках путем использования влаголюбивых трав, присадочных материалов и коагулянтов. Это позволило сохранить свойства исходных сапропелей, сократить длительность сушки до двух-трех месяцев, вместо двух лет, и одновременно получить комплексные биоорганические удобрения, обеспечивающие пополнение в почве гумуса и повышение качества сельскохозяйственной продукции.
Освоены в производстве экологически адаптированные технологии получения регуляторов роста для управления продукционным процессом растений, имеющие преимущества перед традиционной средой Мурасиге—Скуга. На этой среде выращены полноценные коллекционные растения картофеля in vitro.
Использование сапропеля в качестве наполнителя конструкционных материалов резко повысило эффект: улучшилась технологичность и возросло качество изделий. Выпущена опытно-промышленная партия технических изделий сельскохозяйственного назначения. Разработанные ресурсосберегающие технологии не имеют аналогов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
разработка концепции формирования ресурсов сапропелей в'водных экосистемах Северо-Западного региона с учетом взаимодействия элементов экосистемы в условиях интенсивного антропогенного воздействия на природную среду;
физико-химические основы управления процессами сорбции и деструкции остаточных количеств пестицидов в почвенной среде;
комплексное исследование механизма трансформации органического вещества в почве. Выяснена взаимосвязь между физическими свойствами сапропелей и процессом закрепления минеральных удобрений в пахотном слое почв, связь между агрохимическими свойствами сапропелей и процессом повышения плодородия и улучшения гидрофизических свойств легких почв;
"— математическое моделирование механизма нестационарного -массоперепоса влаги для прогнозирования закономерностей обезвоживания сапропелей в реальных условиях;
управление процессом переноса влаги в системах: почва — сапропель — растения, а также почва — сапропель — химические добавки;
основы создания экологически адаптированных технологий получения регуляторов роста на сапропелевой среде для управления продукционным процессом растений. Разработка технологии производства конструкционных материалов сельскохозяйственного назначения. Технология радикально улучшает состояние окружающей среды.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-техническом семинаре «Переработка, использование полимерных отходов и охрана окружающей среды», Санкт-Петербург, 1988 г.; на Всесоюзной научно-практической конференции «Новые эффективные полимерные материалы для различных областей техники», Санкт-Петербург, 1989 г.; на Всесоюзной научно-практической конференции с международным участием «Полимерные ком-позиты-90», Санкт-Петербург, 1990 г.; на Всесоюзной научно-практической конференции с международным участием «Оборудование и безотходная технология изготовления изделий из пластмасс», Санкт-Петербург, 1990 г.; на Всесоюзном совещании «Перспектива создания экологически чистых технологий возделывания сельскохозяйственных культур», Санкт-Петербург, 1990 г.; на Координационном совещании «По итогам и задачам исследований региональной программы», Пушкин, 1991 г.; на Всесоюзной научно-практической конференции «Химические волокна и композиционные материалы», Санкт-Петербург, 1991 г.; на Всесоюзной научно-практической конференции «О производстве и перспективах использования в народном хозяйстве гумусовых веществ», Днепропетровск, 1992 г.; на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Новые фильтровальные материалы в технологических и экологических процессах», Санкт-Петербург, 1992 г.; на Координационном, совещании «Научно-методическое обеспечение и состояние исследований по земледелию и агрохимии», Нижний Новгород, 1992 г.; на 1-й Всероссийской научно-практической конференции «По программе комплексных исследований сапропелей, производства и использования сапропелевой продукции в различных отраслях народного хозяйства», Москва, 1993 г.; на совещании-семинаре «Новые виды органических удобрений и эффективные технологии их применения в современном земледелии», Владимир, 1994 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ в журналах и монография, а также методические указания и получено 4 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Основной материал изложен на 249 страницах машинописного текста, включает 23 рисунка и 46 таблиц. Список литературы состоит из 305 названий.
