Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Экологические аспекты утилизации органических отходов 9
1.2. Технологические аспекты утилизации органических отходов 12
1.3. Управленческие аспекты утилизации органических отходов 17
2. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Программа исследований 30
2.2. Объекты исследований 30
2.3. Методика выполнения полевых экспериментов 32
2.4. Методика выполнения лабораторных исследований 36
3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Природно-климатические условия района расположения опытных объектов 39
3.2. Характеристика хозяйственной деятельности и виды образующихся органических отходов 52
4. ВЫДЕЛЕНИЕ ОТХОДОВ ЗЕЛЕНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В ОТДЕЛЬНУЮ КАТЕГОРИЮ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ ОТХОДОВ.
4.1. Определение объемов образования отходов зеленого строительства 62
4.2. Агроэкологическая оценка отходов зеленого строительства 81
5. ПОЛУЧЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ ДЛЯ ЗЕЛЕНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА 96
6. РЕАКЦИЯ МОЛОДЫХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ ПОЧВЕННЫХ МЕЛИОРАНТОВ И СУБСТРАТОВ.
6.1. Реакция сеянцев сосны обыкновенной на внесение в почву нетрадиционных органических удобрений в различных дозах 109
6.2. Влияние состава компоста на рост однолетних сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы сибирской 113
7. ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ В ЗЕЛЕНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Г. ЙОШКАР-ОЛЫ
7.1. Концепция по обращению с отходами на территории Республики Марий Эл 119
7.2. Применение нетрадиционных органических удобрений путем их сплошного внесения в почву в декоративных питомниках 128
7.3. Использование нетрадиционных органических удобрений путем локального внесения в посадочную лунку 135
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
- Экологические аспекты утилизации органических отходов
- Методика выполнения полевых экспериментов
- Природно-климатические условия района расположения опытных объектов
Введение к работе
Проблема утилизации отходов возникла не сегодня, однако, проведенные исследования и новейшие разработки не решили ее полностью. В настоящее время необходим комплексный подход, учитывающий множество факторов обращения с отходами. Немаловажными из них являются: классификация, методы и способы переработки, возможность использования в полезных целях.
Состав и объем образования отходов может значительно варьировать исходя из величины населенного пункта, преобладающих отраслей промышленности и т. д., однако основную часть составляют органические отходы. Методы утилизации можно разделить на: химические, механические, термические и биологические, с различной степенью совместного комбинирования. Немаловажный вклад в выбор метода вносит и социально-экономическое положение, так физические и химические методы можно отнести к затратным, а биологические не требуют особенных разработок и соответственно их стоимость гораздо ниже. К биологическим или биохимическим методам переработки органических отходов относится компостирование.
Отходы зеленого строительства являются составляющими коммунально-бытовых отходов и до сегодняшнего дня у нас в стране в отдельную категорию не выделялись. Однако, ряд проблем сопровождающий процесс удаления, растущий интерес общественности заставляют специалистов и администрации муниципальных образований искать новые подходы к их решению.
До сегодняшнего момента основной практикой утилизации отходов зеленого строительства являлось их захоронение на свалках и полигонах. Этот вариант как показала практика, не приемлем в современных условиях, во-первых, в виду их низкой плотности транспортирование на далекие расстояние убыточно, тлеющие кучи листвы и веток древесных растений осенью и весной вызывает огромное недовольство населения. Почва, лишаемая органического вещества в результате уборки опада, обедняется, что приводит к ухудшению
условий произрастания древесно-кустарниковой и травянистой растительности и без того сложной с экологической точки зрения городской территории.
В результате возникает необходимость организовать переработку отходов зеленого строительства в полезную продукцию с ее дальнейшим использованием в зеленом строительстве городов.
Для реализации данного направления на территории Республики Марий Эл необходимо создание собственной нормативно-правовой базы, учитывающей местные особенности.
Исследования выполнялись по заказу Департамента природных ресурсов и экологической безопасности Республики Марий Эл «Создание банка данных органических отходов и концепция их утилизации в Республике Марий Эл» (2001 г.), Администрации г. Йошкар-Олы «Разработка технологии производства органоминеральных удобрений на основе осадков сточных вод для зеленого строительства г. Йошкар-Олы» (2002 г.), Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках научно-технической программы: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по теме: «Проблемы и природоохранные технологии утилизации коммунально-бытовых и промышленных органических отходов при лесовыращивании» (2003-2004 гг.), ФГУ ВНИИЛМ «Разработка технологии, повышения плодородия почв лесных питомников и лесокультурных площадей с использованием экологически безопасных отходов промышленности» (2003-2004 гг.), Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации «Разработка научных основ и практических рекомендаций по использованию органических отходов при лесовосстановлении» (2006 г.).
Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в комплексном решении проблемы утилизации органических отходов в зеленом строительстве с учетом решения экологических, технологических и управленческих аспектов.
В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:
определить виды органических отходов, которые можно использовать для производства нетрадиционных органических удобрений и изучить их агроэкологические свойства;
оценить объемы образования органических отходов, образующихся при осуществлении ухода за городскими зелеными насаждениями;
изучить биотехнологические аспекты производства нетрадиционных удобрений на основе органических отходов;
выявить эффективность применения нетрадиционных органических удобрений при выращивании древесных растений и создании газонов;
разработать схему обращения с органическими отходами в населенных пунктах (на примере города Йошкар-Олы).
Научная новизна работы. Разработаны подходы к оценке объемов образования отходов зеленого строительства. Изучены биотехнологические аспекты производства и применения удобрений на основе органических отходов на объектах озеленения города. Изучена реакция молодых древесных растений и газонной травы при использовании нетрадиционных органических удобрений в качестве почвенных мелиорантов и субстратов. Разработана схема обращения с органическими отходами в населенных пунктах.
Практическая ценность полученных результатов. Разработаны «Правила обращения с отходами на территории Республики Марий Эл», технические условия «Удобрения для зеленого строительства на основе осадков сточных вод ОСК г. Йошкар-Олы», «Технологии и рекомендации применения органоминеральных удобрений на основе осадков сточных вод ОСК г. Йошкар-Олы в зеленом строительстве и рекультивации нарушенных территорий». Созданы опытно-производственные объекты озеленения на территории г. Йошкар-Олы с использованием нетрадиционных органических удобрений.
Апробация. Материалы исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (г. Йошкар-Ола, 2004, 2005), Всероссийской научно-
практической конференции «Современные проблемы почвоведения и экологии» (г. Йошкар-Ола, 2006), научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ (Йошкар-Ола, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в т.ч. одна в реферируемом журнале «Лесное хозяйство».
Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных, разработки программы и методики исследований, сборе и обработки экспериментального материала, формулировании выводов и рекомендаций производству.
Научные положения и рекомендации, составляющие предмет защиты:
Целесообразность выделения отходов зеленого строительства в отдельную категорию ТКО (твердых коммунальных отходов);
Обоснование возможности использования древесных опилок для производства нетрадиционных органических удобрений на основе осадков сточных (ОСВ);
Агроэкологическая эффективность применения нетрадиционных органических удобрений в зеленом строительстве.
Концепция обращения с отходами зеленого строительства на территории муниципальных образований.
Обоснованность и достоверность результатов исследований основаны на достаточном объеме экспериментального материала и его обработке методами математической статистики, а также воспроизводимости результатов. Для определения биометрических показателей было измерено 8572 сеянцев и 2522 саженцев древесных растений, выполнен агрохимический анализ 150 смешанных образцов почвы и 50 органо-минеральных удобрений и их компонентов.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 140 страниц машинописного текста, в том числе 65 таблиц и 24 рисунка. Список литературы включает 140 наименований, в том числе 30 иностранных авторов.
Экологические аспекты утилизации органических отходов
Центральная роль проверки качества отводится в странах с разработанной системой компостирования, таких как Австрия, Германия, Дания, Нидерланды и Бельгия. Эти страны разработали и внедрили систему управления качеством для технологий компостирования, в которой в настоящий момент задействовано около 500 предприятий осуществляющих аэробное компостирование отходов и 30 анаэробного. Такие страны как Швеция, Норвегия, Великобритания и Франция - находятся в стадии концептуального проекта.
Установленные законом стандарты качества, включая непрерывный контроль или добровольную систему проверки качества, существуют в большинстве европейских стран. В Австрии, Бельгии (Фландрия), Германии, Люксембурге, Нидерландах и Швеции около 520 крупных предприятий переработки отходов методом компостирования - задействованы в реализации и контролируются системой управления качества - обрабатывают приблизительно 70 % предварительно отсортированных органических отходов в Европе. В Норвегии, Дании и Великобритании подобные системы проверки качества находятся на стадии развития. В Португалии, Италии, Испании, Франции и Ирландии создаются предпосылки для внедрения данной системы стандартов.
На территории Российской Федерации действуют два основных документа, устанавливающих требования к агрохимическим, экологическим и санитарно-паразитологическим свойствам продукта переработки органических отходов: СаНПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений». Требования ко многим другим видам органических отходов и нормы применения удобрений на их основе в зеленом строительстве и рекультивации нарушенных территорий отсутствуют. Это приводит к необходимости их захоронения на свалках и полигонах, а зачастую к захламлению прилегающих территорий предприятий и организаций или сжиганию, что в свою очередь причиняет значительный экологический ущерб окружающей природной среде.
Методика выполнения полевых экспериментов
Полевые работы заключались в получении опытно-производственных нетрадиционных удобрений на основе органических отходов. Закладывались стационары и мелкоделяночные опыты с целью изучения реакции посевов сосны, газонной травы, сеянцев и саженцев декоративных видов древесных растений на внесение удобрений, а также изменения показателей почвенного плодородия.
Получение нетрадиционных органических удобрений осуществлялось методом аэробного компостирования в лесном питомнике Учебно-опытного лесхоза Марийского государственного университета. Расчет соотношения компонентов в смеси производился двумя способами: по влажности исходных компонентов и по соотношению углерода к азоту. В результате были заложены три компостных смеси: хвойные опилки + ОСВ, лиственные опилки + ОСВ и смесь хвойных и лиственных опилок + ОСВ, первые две смеси закладывались в ящики объемом 3 м в трехкратной повторности, а последняя обычным площадным спсобом. Для достижения оптимальных соотношений компонентов в смеси (Форстер, Дж. Вейз, 1987) осуществлялся отбор проб с целью определения их физико-химических и агрохимических показателей.
После завершения процесса компостирования осуществлялся отбор проб образцов в трехкратной повторности, влажность компонентов смеси, а также готового нетрадиционного органического удобрения измерялись термовесовым методом.
Закладка экспериментальных участков с целью изучения реакции на внесение нетрадиционных органических удобрений на основе отходов сеянцев и саженцев декоративных видов древесных растений, осуществлялась с последовательным и рендомизированным их размещением, в трехкратной повторности по методике Б. А. Доспехова (1979). .
Мелкоделяночные опыты были заложены в Учебно-опытном лесхозе МарГТУ и Ботаническом саду. На данных площадях проводились исследования связанные с изучением реакции сеянцев и саженцев древесных растений на внесение удобрений на основе органических отходов.
При изучении реакции сеянцев сосны обыкновенной на внесение удобрений в различных дозах, на опытные участки вносился компост в дозах 20, 30, 40, 60, 120, 240 и 480 т/га, контролем служили участки без внесения удобрений. Показателями благоприятных условий для произрастания растений служили линейные показатели сеянцев.
Исследования по определению отзывчивости сеянцев сосны обыкновенной на состав удобрения проводились путем внесения удобрений трех видов в дозе 120 т/га. Контролем также служили участки на которые удобрения не вносились. Показателями отзывчивости сеянцев на состав удобрения служили линейные показатели растений.
Испытание полученных удобрений в качестве субстрата при выращивании сеянцев лиственницы сибирской проводилось в теплице Ботанического сада. Показателями отзывчивости растений служили биометрические показатели, в качестве контроля использовался низинный торф.
В Учебно-опытном лесхозе создавалось школьное отделение путем посадки саженцев ели колючей, кедра сибирского, сосны веймутова, удобрения вносились в посадочную лунку в дозах 0,7 кг, 1,3 кг, контролем служили участки, на которые удобрения не вносились. Мелкоделяночные опыты по определению оптимальной дозы внесения удобрений при выращивании газонной травы (овсяницы луговой) производились путем внесения компоста в дозах 40, 105, 120, 240, 480 и 805 т/га, площадь участка составляла 2 м2, расстояние между участками составляло 50 см. Норма высева семян составляла 200 г/м . Для подтверждения полученных результатов у второго корпуса МарГТУ были созданы экспериментальные газоны с внесением оптимальной дозы удобрения. Опыт закладывался в трехкратной повторносте, в качестве контроля выступали участки, на которые вносился низинный торф. Технология создания газонов заключалась предварительном внесение удобрения и торфа в дозе 100 т/га, перемешивании с грунтом, далее производилось двукратное уплотнение субстрата катком с целью исключения эффекта «воздушной подушки», и выхода семян на поверхность. На подготовленных газонах производился посев семян овсяницы, с последующей ручной заделкой и мульчированием тем же субстратом 1 см слоем.
Природно-климатические условия района расположения опытных объектов
Климатические особенности г. Йошкар-Олы обусловлены тем, что он находится в Иошкар-Олинском водораздельно-равнинном районе смешанных лесов. Климат республики и города Йошкар-Олы умеренно-континентальный, на него влияют воздушные массы умеренных широт, отличающиеся сухостью и приносящие высокую температуру летом и низкую - зимой. Вторжение морского воздуха вызывает продолжительные оттепели зимой и прохладную дождливую погоду летом. При поступлении с севера и крайнего северо-востока арктического холодного воздуха наблюдаются антициклоны: зоны повышенного атмосферного давления. Весной и осенью территория республики находится под влиянием в основном западных циклонов, приходящих с Атлантического океана (Иванов, 1992).
Переход к весне происходит в последней декаде марта. Однако настоящим весенним месяцем является апрель. Вегетационный период начинается, когда температура воздуха переходит через +5С. Массовое об-листвение деревьев, усиленный рост трав начинаются в первой декаде мая, в это время суточная температура воздуха превышает +10С. Однако до конца мая обычно бывают заморозки, продолжающиеся иногда до первых чисел июня. Осадки весной выпадают в виде снега и дождя. В целом, весна прохладная, а в отдельные годы и сухая.
Лето начинается в первой декаде июня, когда температура воздуха переходит через -5С. Наиболее высокая температура во второй половине июля. В жаркие дни воздух прогревается до 37-38С. С июня увеличивается облачность, несколько чаще, чем в мае, идут дожди, в основном в виде ливней и сопровождаются грозами. С первых чисел августа начинается понижение температуры и в последней декаде опускается до -5С и ниже. Таким образом, лето в городе умеренно-жаркое и достаточно влажное, длится от 77 до 82 дней, иногда июль и август бывают очень жаркими, а порою - засушливыми.
Переход к осени происходит в начале третьей декады августа, когда начинаются первые осенние заморозки. В начале октября прекращается вегетация растений. Вегетационный период длится от 164 до 167 дней (Иванов, 1992). Осень в целом прохладная и влажная, преобладает пасмурная с дождями погода, в течение всего сезона наблюдаются заморозки.
В конце октября - начале ноября происходит переход к зиме, выпадает первый снег. Устойчивый снежный покров ложится лишь в середине ноября, когда средняя суточная температура становится меньше +5С. Самое холодное время наступает во второй половине января и в первой декаде февраля. В этот период морозы могут держаться по нескольку дней подряд, причем температура может опускаться до -34-38С. Зимы обычно снежные, высота снежного покрова достигает 45-50 см, максимальная толщина снежного покрова бывает в первой декаде марта.
Глубина промерзания почвы 60-90 см, но при малоснежье и сильных морозах она промерзает до 160 см. Средняя дата замерзания рек - во второй половине ноября, а вскрытие рек наблюдается в середине апреля.
Среднегодовая температура +2,6 С, января около -14С, июля + 18С. В суточном ходе температуры воздуха в течение всего года максимум наблюдается обычно в послеполуденные часы, минимум - в 7-8 часов в холодное время года, а летом - в более ранние часы, перед восходом солнца.
В течение всего года осадки выпадают примерно 62 дня, хотя снег идет почти в два раза дольше, чем дождь, именно последний дает около 70% всех осадков. Общее количество осадков - 538 мм в год, большая часть их (387 мм) выпадает в период с апреля по ноябрь (Васильева, 1979, Лихачева и др., 1996).
В пределах Среднего Поволжья отмечается три периода усиления ветров: осенний - в октябре-ноябре, зимний - в январе-феврале и ранневесенний - в марте. Наиболее сильные ветры связываются с двумя типами синоптических процессов: 1 - с глубокими циклонами, вторгающимися на север территории с запада или северо-запада, с одной стороны, и с действиями усиливающихся антициклонов на юго-востоке Европейской части России; 2-е выходом южных циклонов с Черного моря и одновременно с вторжением усиливающегося гребня с северо-западной части Сибири на север Европейской части.
В целом климатические условия Республики Марий Эл являются благоприятными для произрастания древесной растительности.
Протяженность территории Республики Татарстан в широтном и долготном направлении сравнительно небольшая, поэтому радиационный режим здесь меняется слабо. Число часов солнечного сияния около 2000. Наиболее солнечным является период с апреля по август. Территория РТ характеризуется умеренно-континентальным климатом с теплым летом и холодной зимой. Средние годовые температуры , в зависимости от рельефа , высоты места и облачности, изменяются от 2 до 3 . Самым теплым месяцем является июль (-Ч 8 - 20 С), самым холодным - январь (-13 -44"С).
С апреля по октябрь среднемесячные температуры воздуха положительные, а с ноября по март- отрицательные . Период вегетации в среднем 140-170 дней.
