Введение к работе
Актуальность темы. Процесс выращивания леса от семени до полноценного древостоя охватывает значительный период времени - от 50 до 100 и более лет. В течение этого периода в результате ведения хозяйственной деятельности человек оказывает существенное влияние на ход естественных процессов. При этом одной из основных задач лесохозяйствен-ной деятельности является увеличение продуктивности лесов путем оптимизации условий их воспроизводства, в том числе на начальных этапах. Этого невозможно добиться без применения мелиорантов.
В современных рыночных условиях высокая стоимость традиционных органических и минеральных удобрений ограничивает возможность повышения продуктивности лесов. Для интенсификации воспроизводства лесов на различных этапах в настоящее время целесообразно использовать органические отходы и продукты на их основе как наиболее дешевое и невостребованное сырье. Это связано с тем, что многие виды отходов содержат органическое вещество и элементы минерального питания растений, обладают другими полезными свойствами, что позволяет использовать их при выращивании древесных и кустарниковых растений. Поэтому вопросы, связанные с изучением переработки органических отходов современными биоконверсионными способами и их использованием в лесном хозяйстве, являются весьма актуальными.
Скопившиеся во многих местах отходы часто выступают в роли техногенных загрязнителей. Наличие в них различных видов нежелательных ингредиентов требует комплексного подхода, учитывающего множество факторов обращения с отходами, в том числе определение наиболее оптимальных методов и способов переработки, возможности использования в полезных целях в различных технологических процессах лесохозяйствен-ного производства. Поэтому утилизация органических отходов при лесо-восстановлении позволит решать и экологическую проблему - из категории загрязнителей окружающей среды они перейдут в разряд почвенных мелиорантов.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлась разработка научно-обоснованных технологий повышения интенсивности лесокуль-турного производства за счет переработки и экологически безопасного применения органических отходов в технологических процессах искусственного лесовосстановления.
В задачи исследований входило:
обосновать экологическую целесообразность и разработать практическое решение утилизации органических отходов при искусственном лесовосстановлении;
изучить биотехнологические аспекты и разработать технологии пе-
реработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты в лесном хозяйстве;
оценить экономическую эффективность производства нетрадиционных удобрений и субстратов из органических отходов для искусственного лесовосстановления;
изучить агролесоэкологические вопросы влияния нетрадиционных удобрений на свойства дерново-подзолистых почв, в том числе транслокацию подвижных форм тяжелых металлов по почвенному профилю;
определить оптимальные дозы внесения нетрадиционных органических удобрений и оценить эффективность их использования для комплексной мелиорации почв путем агрохимической диагностики и изучения отзывчивости древесных и кустарниковых растений;
изучить влияние способа и технологии переработки органических отходов на основные физико-химические и экологические показатели нетрадиционных корнезакрываюших субстратов для выращивания растений в условиях контролируемой среды;
обосновать возможность применения органических отходов и смесей на их основе в качестве мульчирующего материала для борьбы с сорной травянистой растительностью, оптимизации водного и температурного режимов почвы при выращивании древесных и кустарниковых растений.
Научная новизна. Впервые по результатам многолетних комплексных исследований проведена оценка физико-химических и агроэкологических свойств основных видов органических отходов для использования при выращивании древесных и кустарниковых растений. На основе экспериментальных исследований обоснована возможность экологически безопасного использования органических отходов в лесокулыурном производстве. Теоретически определены и практически подтверждены биотехнологические основы биоконверсионной переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты с обоснованием выполнения технологических операций на базе оборудования, которым оснащены лесохозяйственные предприятия. Определены оптимальные дозы внесения нетрадиционных органических удобрений (НОУ) в почву при выращивании древесных и кустарниковых растений. Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность комплексной мелиорации почв с применением нетрадиционных органических удобрений. Доказана эффективность использования органических отходов в качестве мульчирующего материала для снижения засоренности посадок при выращивании древесных и кустарниковых растений (пат. № 2162875). Предложены новые способы выращивания сеянцев в закрытом грунте (пат. № 2215402) и с закрытой корневой системой (пат. № 2195813) с использованием органических отходов и продуктов на их основе в качестве мульчирующего ма-
териала и субстрата. Впервые выявлено влияние технологии производства компостов из органических отходов, используемых в качестве корнеза-крываюших субстратов, на рост растений в контейнерах.
Практическая ценность полученных результатов. Разработаны оптимальные нормы безопасного применения компостов из органических отходов в качестве удобрений и корнезакрывающих субстратов в лесных питомниках, плантациях и теплицах на основе агрохимической диагностики и их влияния на растения, обеспечивающие интенсификацию лесокуль-турного производства. Технологии переработки и применения органических отходов при искусственном лесовосстановлении, разработанные в рамках диссертационной работы, прошли опытно-производственную проверку и внедрение (акты прилагаются) в Кададинском опытном лесном хозяйстве Пензенской области, Санчурском лесхозе Кировской области, Мушмаринском лесном питомнике Республики Марий Эл, Учебно-опытном лесхозе ГИТУ, Семеновском спецсемлесхозе Нижегородской области, Министерстве лесного хозяйства Республики Марий Эл. Внедрение рекомендаций позволило получить существенную экономию денежных средств. Технические условия ТУ 9291-001-02069579-98 «Удобрения на основе отходов гидролизно-дрожжевого производства» утверждены Федеральным агентством лесного хозяйства Российской Федерации, а ТУ 9291-002-02069570-00 «Удобрения для зеленого строительства на основе осадков сточных вод ОСК г. Йошкар-Олы» - администрацией г. Йошкар-Олы.
По результатам исследований разработаны «Рекомендации по переработке и использованию коммунально-бытовых и промышленных отходов в лесном хозяйстве», «Рекомендации по применению нетрадиционных органо-минеральных удобрений на основе коммунально-бытовых и промышленных отходов при выращивании лесного посадочного материала» и «Технологии и рекомендации по использованию органических отходов и продуктов на их основе при выращивании посадочного материала с закрытой корневой системой в контейнерах», которые одобрены на заседании экспертной комиссии Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации при рассмотрении отчета по НИОКР: «Разработка научных основ и практических рекомендаций по использованию органических отходов при лесовосстановлении» в 2007 году.
Результаты исследований использованы при проведении НИР №02.515.11.5020 по теме «Разработка способов получения удобрений и субстратов методом биодеградации биологически разлагаемой части твердых коммунальных отходов для использования в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве», №02.552.11.7005 по теме «Проведение маркетинговых исследований и заказ научных приборов и оборудования». Анализ имеющихся методов и методик и заключение контрактов на разра-
ботку недостающих методик», №02.552.11.7048 по теме «Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области рационального лесопользования, разработки технологий переработки и получения топлива и энергии из органического сырья» и № 15.515.11.5053 по теме «Разработка инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления на ландшафтно-типологической основе с использованием адаптивно-модульных образцов техники и инфотелекоммуникационных методов экомониторинга» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»; №П208 по теме «Разработка новых способов и технических систем для переработки органических отходов, получения экологически чистых энергоносителей, удобрений и рекультивации нарушенных земель» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Материалы диссертации в форме учебных пособий широко используются в учебном процессе лесных вузов и техникумов РФ, при повьппении квалификации руководителей и специалистов лесного хозяйства.
Предмет защиты. На защиту выносятся следующие положения:
-
Агролесоэкологическое обоснование возможности применения органических отходов, нетрадиционных органических удобрений и субстратов на их основе в технологических процессах искусственного лесовосстановления.
-
Разработанные технологии получения нетрадиционных удобрений и субстратов из органических отходов.
-
Эффективность применения нетрадиционных удобрений из органических отходов для комплексной мелиорации почв.
-
Новые виды субстратов на основе органических отходов для выращивания сеянцев в условиях контролируемой среды.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на международных конференциях и симпозиумах «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (Пенза, 1996), «Экологические и технологические вопросы производства и использования органических и органо-минеральных удобрений на основе осадков городских сточных вод и твердых бытовых отходов» (Владимир, 2004), «Крокус-Экспо» «Коммерческое использование нетрадиционных ресурсов метана и отходов сельскохозяйственного и лесного производства» (Москва, 2009), «Садово-парковое и ландшафтное строительство: теория, практика, инновации» (Орел, 2010), «Инновации и технологии в лесном хозяйстве - 2012» (Санкт-Петербург, 2012), всероссийских конференциях и ярмарках (Йошкар-Ола, 1995, 2005, 2006, 2008; Санкт-Петербург, 1996; Н.Новгород, 2003; Чебоксары, 2005, 2008; Казань, 2006),
итоговой научно-практической конференции по результатам выполнения мероприятий программы за 2007 год по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» (Москва, 2007), деловой программе «Национальные приоритеты развития России: образование, наука, инновации» (Москва, 2008), научно-практической конференции «Лесная генетика, селекция и биотехнология в лесном хозяйстве» (Пушкино, 2008), региональных конференциях и научных чтениях (Йошкар-Ола, 1996-2011; Казань, 2004). Научные разработки экспонировались на Всероссийской выставке «РосБиоТЕХ», автором получены дипломы и 2 медали.
Личный вклад автора заключается в обработке литературных данных, разработке программы и методики исследований, научно-методическом руководстве закладкой опытных объектов студентами и аспирантами ПГТУ, сборе, обработке и интерпретации экспериментального материала, формулировании выводов и рекомендаций производству.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 работ, в том числе 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 7 патентов на изобретение, 2 технических условия. Материалы исследований использованы при подготовке 4 учебных пособий, в том числе 2 с грифом УМО по образованию в области лесного дела.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы и приложений. Изложена на 493 страницах, включает 192 таблицы, 103 рисунка, библиографию из 298 наименований, в том числе 51 на иностранных языках, 7 приложений.
Похожие диссертации на Утилизация органических отходов при искусственном лесовосстановлении
