Введение к работе
Актуальность. Утилизация отходов сахарной промышленности, в частности свекловичного жома становится в настоящее время важной экологической проблемой.
Сахарная отрасль относится к материалоемким и энергоемким видам производства, в которых объем сырья и вспомогательных материалов в несколько раз превышает выход готовой продукции. При среднем выходе сахара 10 - 12 % к массе переработанной свеклы образуется около 83 % свежего свекловичного жома, 12 % фильтрационного осадка, (дефеката) 350 % сточных вод, около 10% свекловичного «боя» и хвостиков.
Основным побочным продуктом при получении сахара из свеклы является жом. В 90-е годы 20-го столетия 35 - 40 % его использовалось в свежем виде на корм скоту, 30 % жома высушивали, остальной жом скисал прямо в заводских хранилищах, теряя при этом до 30 % своей кормовой ценности и образуя еще один отход - жомокислую воду и твердую фракцию, подвергающуюся маслянокислому брожению. В настоящее время в связи с отсутствием потребности животноводства в кормах жом становится многотонажным опасным отходом, загрязняя масляной кислотой почвы и водоемы. Свежий жом в настоящее время в ряде хозяйств запахивают, используя его как растительные остатки (Антименкова, 2005; Житин, 2007). Однако, такой прием возможен в весьма ограниченные календарные сроки: сахарные заводы в РФ начинают работу в сентябре-октябре, в то время как в конце ноября во многих свеклосеющих районах наступают морозы, поэтому отходы жома лежат до весны в мерзлом состоянии. С наступлением весны многотонажные отходы (на среднем сахарном заводе Курской области скапливается 150-200 тыс. тонн жома) через 3-4 недели подвергаются маслянокислому брожению, распространяя потоки масляной кислоты, поступающие в водоемы.
Поскольку в настоящее время в Курской области функционирует 10 сахарных заводов, вопрос утилизации их отходов становится весьма актуальным.
Таким образом, наиболее актуальными вопросами экологической безопасности сахарного производства на сегодняшний день является степень утилизации такого отхода как свекловичный жом. Возможность утилизации кислого жома с помощью его обезвреживания методом компостирования с последующим применением на черноземах практически не изучена.
Цель работы. Определить токсичность отходов сахарного
производства методами биотестирования, изучить экологические
особенности их разложения в черноземных почвах в виде компостов, и
возможность применения жомодефекатных компостов в
сельскохозяйственном производстве на черноземных почвах для увеличения продуктивности и качества урожая сельскохозяйственных культур.
Задачи исследований:
-
Определить токсичность жома и дефеката методом биотестирования с помощью разных групп организмов.
-
Оптимизировать состав органического компоста на основе жома и дефеката.
-
Определить агрохимические и физико-химические свойства органических компостов.
-
Изучить микробный состав жомодефекатного компоста и микробный состав черноземных почв.
-
Изучить воздействие применения компостов на черноземе типичном на продуктивность и качество урожая сахарной свеклы и ячменя.
Научная новизна. Впервые изучена токсичность разных отходов сахарного производства методами биотестирования с помощью разных групп организмов, расширены представления о микробной сукцессии при разложении отходов сахарного производства. Изучены физико-химические свойства компостов на основе жома и дефеката, изучены возможности их применения на черноземных почвах для улучшения показателей плодородия и продуктивности сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость. Впервые представляется способ изготовления и использования жомодефекатных компостов как для утилизации многотонажных отходов сахарной промышленности, так и для улучшения свойств почв (Заявление о выдаче патента на изобретение, per. № 2012148028 от 12.11.2012). Жомодефекатные компосты могут стать основой для получения ценного органического удобрения, применяемого для улучшения показателей плодородия почв. Результаты исследований позволят подойти к разработке промышленных методов использования кислого жома совместно с дефекатом, что снизит риск загрязнения окружающей среды сахарными заводами.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Проценко Елене Петровне за постоянную консультационную помощь в работе. Особую благодарность автор выражает доктору биологических наук профессору МГУ Верховцевой Надежде Владимировне за возможность выполнения микробиологических исследований. Автор также благодарен всем сотрудникам кафедры общей биологии и экологии КГУ, оказавшим помощь в работе.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Отход сахарного производства - кислый жом, утративший потребительские качества по результатам биотестирования является
отходом 3 класса опасности, что препятствует его использованию в качестве мелиоранта.
-
Кислый жом совместно с дефекатом могут утилизироваться при помощи предварительного компостирования с использованием биологического активатора - закваски из каныги, вермикомпоста и вытяжки из чернозема, что подавляет уксуснокислое и маслянокислое брожение.
-
Компосты из кислого жома и дефеката при разложении их в черноземе типичном способствуют улучшению показателей его плодородия.
4. Компосты из кислого жома и дефеката при применении их на
черноземах способствуют повышению урожайности и качества
сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на научно-практических конференциях Курского отделения МОО «Общество почвоведов имени В.В.Докучаева» «Агроэкологические проблемы почвоведения и земледелия» (Курск, 2011) и «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (Курск, 2012); на Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты естественных и математических наук» (Новосибирск, 2012); на Международной научной конференции «Проблемы и перспективы развития науки в начале третьего тысячелетия в странах СНГ» (Переяславль-Хмельницкий (Украина), 2013); на Международной научной конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (Курск, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страницах компьютерного текста, включает 21 таблицу и 9 рисунков. Состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений. Библиографический список включает 164 наименования, в том числе 18 наименований зарубежных авторов.
