Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Комплексное использование сапропелей

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Комплексное использование сапропелей"

На правах рукописи

Р Г Б ОД

-9 ОПТ 10П5

ИВАНОВА Тамара Александровна

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПРОПЕЛЕЙ

Специальность: 06.01.03 — Агропочвоведсние ; и агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург — 1995

Работа выполнена в Великолукской государственной сельскохозяйственной академии.

Научные консультант ы: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН В. А. СЕМЕНОВ; доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик академии аграрного образования и ¿Международной академии информатизации. заслуженный деятель науки Российской Федерации В. П. СПАСОВ.

О ф п ц п а л i. п ы о о п и о 11 с и т ы: доктор биологических наук, профессор Н. Ф. БАТЫГИН; доктор сельскохозяйственных паук, профессор М. Н. НОВИКОВ; доктор технических navK, профессор, член-корреспондент РАО В. А. ПРОСКУРЯКОВ;

Ведущее учреждение — Псковский научно-исследовательским институт сельского хозяйства.

Защита состоите:! « ¿L » Р 1995 Гр в 15.00 часов

на заседании специализированного Софта Д 020.21.01 в Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу: 1Ü3220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института.

Автореферат разослан « » 0 п995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор биологических паук

М. В. АРХИПОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 освоении 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-пель сушки морского мелководья и его последующей рекультивации, в ФРГ налажен выпуск технологического оборудования по з,обыче 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-оования сапропелей Северо-Западного региона. Представляло зна-пительный интерес выяснение фундаментальных закономерностей трансформации органического вещества в водных экосистемах с /четом взаимодействия компонентов ландшафта при антропоген-

ном воздействии па природную среду. Важным элементом дайной комплексной работы является математическое моделирование механизма нестационарного массопереноса влаги, а также экологически обоснованное использование сапропелей в сельском хозяйстве.

Для решения этой проблемы предусмотрено выполнение следующих 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. Сапропели 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 сильнообводненных 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 -массопереноса 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.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПРОПЕЛЕЙ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Особое положение на нашей планете занимает гидросфера, составляющая несколько процентов земной коры. В гидросфере преобладают гидробиоценозы, посмертный переход которых в каусто-биолиты связан с деятельностью микробов и низших грибов. На земной поверхности до сих пор идет образование гумуса, торфов, сапропелей (В. И. Вернадский, 1965). В природных условиях естественный гидробиоценоз относительно устойчив и гидрохимический режим водоемов сбалансирован. Усиление антропогенного воздействия ведет к деградации водной биоты, понижению естественной устойчивости и зарастанию водных экосистем.

Экологические последствия изменяют структуру функционирования водоемов. Происходит повышение биологической продуктивности, накапливание фосфатов, стимулирующих массовое появление сине-зеленых, диатомовых, десмидиевых, харовых, нитчатых водорослей, то есть видов, приуроченных к сильно эвтрофирован-ным водам. Интенсивное развитие зональной растительности продвигается в глубь озера и на месте открытой водной поверхности

ВО 70 30 50ШЧЮ1Ю153 но 70

Рис. 1. Схематическая карта; зональности сапропелевых отложений бывшего . СССР (А. И. Фомин, 1969):

/ — северная - зона слабого сапропеленакопления; // — центральная зона интенсивного сапропеленакопления; ///—южная зона слабого сапропеленакопления; IV—азональные области слабого сапропеленакопления; а — равнинно-мерзлотные; 6 — горно-мерзлотные; а — горно-таежные; V — зона сол'оноватых • сапропелей и минеральных грязей.

появляется болото! Б дальнейшем может происходить процесс разрастания болота , и заболачивание леса, лугов'. ."(В. Н. Сукачев, 1972, 1973, 1975).

Процесс эвтрофирования водоемов постоянно прогрессирует и если в настоящее время захватил озера, расположенные вблизи урбанизированных регионов, то в дальнейшем может распространиться на грунтовые и подземные воды. Общие ресурсы сапропе-лей, включая резервы, оцениваются цифрами примерно от 200 до 250 млрд. м3 (рис. 1). Реабилитация нарушенных водных экосистем— важнейшая научная и практическая проблема (А. Н. Каштанов, 1984).

При рассмотрении схемы взаимодействия компонентов определенного ландшафта: почва — гидробиоценоз водоема — донные отложения— болото — торфяник в условиях антропогенного эвтрофирования (рис. 2), вытекают следующие ключевые аспекты:

— пути формирования сапропелей;

— достижение равновесного состояния;

— пути восстановления экологического равновесия;

— необходимость грамотного сочетания сельского хозяйства и водного хозяйства;

'— пути использования сапропелей в разных направлениях.

Рис. 2. Схема взаимодействий между компонентами ландшафта: почва — гидробиоценоз водоема — донные отложения — болото —торфяник в условиях антропогенного эвтрофирования.

Предлагаемая концепция предусматривает разработку экологически обоснованного подхода к развитию водных экосистем' с целью познания процессов формирования сапропелей Северо-За-

падного региона и поиска путей восстановления экологического равновесия водоемов. Изучен химический состав и построена классификация местных сапропелей, позволяющая обеспечить рациональное их использование. Раскрыт механизм термических превращений сапропелей и комплексов, дана количественная оценка фракционного состава и практической ценности сапропелей.

Впервые нами поставлен вопрос о роли сапропелей в решении проблемы экотоксикологии. Теоретически процесс описан как фронтальная динамика сорбции пестицидов и их инактивации. Установлены закономерности миграции, накопления и деструкции пестицидов в отдельных элементах агроэкосистемы. Определены закономерности трансформации органического вещества в почве. Показано влияние физических свойств сапропелей на процессы аккумуляции минеральных удобрений в пахотном слое, повышения плодородия и улучшения водных и физических свойств легких почв.

Интенсификация обезвоживания сапропелей — явление огромной теоретической и практической значимости. Разработана математическая модель нестационарного массопереноса влаги, позволяющая прогнозировать закономерности обезвоживания в конкретных условиях. Разработаны физико-химические основы управления процессом переноса влаги в системах: почва — сапропель — растения, а также почва — сапропель — химические добавки. Освоены в производстве экологически адаптированные технологии получения регуляторов роста для управления продукционным процессом растений, а также технологии формования конструкционных изделий сельскохозяйственного назначения.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования являлись группы сапропелей нескольких видов, наиболее типичных для европейской части СНГ. Это группа малозольных сапропелей смешанноводорослевого вида: образец № 2 из озера Бельковское Великолукского района и образец № 5 из озера Крушинное Опочецкого района. В подавляющем большинстве представлена группа среднезольных сапропелей: из-вестковистый образец № 1 из озера Бор-Лазавское Великолукского района; кремнеземистый образец № 4 из озера Жижицкое Кунь-инского района; железистый образец № 6 из озера Островно Се-бежского района. В качестве группы повышеннозольных сапропелей выступал только один представитель — сапропель глинистого вида образец № 3 из озера Мелкое Великолукского района.

В наших исследованиях использованы следующие методы: дифференциально-термического анализа, тонкослойной хроматографии, спектрофотометрический, капиллярной, и ротационной вискозиметрии, пластометрический, изотермического источника. Мето-

дики изучения процессов адсорбции сапропелями остаточных количеств пестицидов и минеральных удобрений, а также массопе-реноса влаги в лабораторных, вегетационных, модельных и производственных условиях разработаны нами впервые.

Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ И АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА САПРОПЕЛЕЙ

1.1. Элементный, химический и структурно-групповой состав местных сапропелей

Элементный состав сапропелей всех типов сравнительно постоянный. В органической составляющей преобладает углерод, число атомов водорода более 7 вес. %. Понятно поэтому и довольно высокое значение отношения С/Н, оно гораздо больше 7. Следует отметить равномерность распределения кислорода по всем группам сапропелей. Во всех случаях обогащенность органических соединений кислородом преимущественно высокая (табл. 1). Помимо кислородсодержащих группировок значительную долю в органическом веществе занимают серусодержащие и азотсодержащие гетероциклические соединения. В составе большинства сапропелей количество этих гетероатомов превышает 1,5 и 4,0 вес. %.

Таблица 1

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА САПРОПЕЛЕЙ, %

Тип образца Содержание зольных элементов, % на сухое вещество В % на органическое вещество С/Н

С н N Б о

1 42,3 52,33 7,38 4,56 2,22 33,51 7,09

2 25,9 53,51 7,23 4,27 1,61 33,38 7,40

3 65,7 52,77 7,56 4,28 2,99 32,40 6,98

4 50,0 53,11 7,32 4,33 1,83 33,41 7,25

5 39,1 54,39 7,44 4,14 1,60 32,43 7,31

6 50,0 53,60 7,51 4,49 2,48 31,92 7,14

В состав сапропелевой золы входит большое число элементов. Такие широко распространенные, как кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, фосфор и магний, всегда присутствуют в золе (табл. 2). В составе минеральной части обнаружены редкие и

)ассеянные элементы. Почти во всех образцах установлено повы-яенное содержание марганца, бора, никеля, цинка (табл. 3).

Таблица 2 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ САПРОПЕЛЕВОЙ ЗОЛЫ

О к с в д

Содержание оксида в золе образца, %

2

Крем кия

Алюминия

Железа

Каиьция

Натрия

Магния

Фосфора

Серы

Калия

13,09 3,63 6,91 69,79 0,08 2,15 0,04 2,14 отсутствует

43,03 5,39 8,36 13,48 0,12 1,56 0,13 4,33 0,17

*

Таблица 3

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ САПРОПЕЛЕИ

Элементы Содержание элемента в золе образца, %

1 2 4

Железо

Марта нец

Медь

Цинк

Свинец

Кадмий

Кобальт

Молибден

Никель

Хром

Натрий

Калий

Бор

Мышьяк

0,8050 0, 0307 0,0011 0,0040 0,0005 0,00002 0,0004 0,0003 0,0007 0,0003 0,0612 отсутствует 0,0025

0,9379 0,0163 0,0008 0,0037 0,0003 отсутствует 0,0003 0,0002 0,0012 0,0001 0,0918 0,0989 0,0052 отсутствует

0,4286 0,0261 0,0015 0,0043 0,0003 0,00004 0,0006 0,0001 0,0015 0,0004 0,1300 0,1804 0,0056

2-2219

9

Органическое вещество представляет собой смесь различны? простых и сложных органических соединений кислого,- гумусовогс и углеводного характера. В содержании фракции водорастворимых продуктов сапропели иллюстрируют большое разнообразие (табл. 4). Гидролизуемые вещества содержатся во всех сапропе-лях, но в переменных количествах. Гуминовый .коэффициент колеблется от 47 до 65. Удельная р-активность сапропелей варьирует от 0 до Ы0~9 Ки/кг и лежит в пределах природных фоновых значений.

Таблица 4

ГРУППОВОЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА САПРОПЕЛЕЙ, %

Гуминовые вещ-ва

Тип Водораст- Легкогид- в том числе • Трудно- Негидро-

образца воримые вещества мые вещества гуминовые кислоты фульво-ки слоты зуемые вещества лизуемый остаток

1 2,41 42,45 44,90 2,59 2,41 5,14

2 4,96 24,96 54,83 5,10 4,82 5,30

3 9,97 14,93 50,16 14,85 отсутствует 9,99

4 9,89 22,48 49,92 4,59 5,12 7,85

5 5,01 30,07 50,09 2,44 7,47 4,62

6 4,78 22,44 49,81 7,67 4,98 10,28

В основе дифференциально-термического анализа отражены по меньшей мере такие процессы, как потеря межслоевой и адсорбционной воды, термораспад органического вещества, разложение глинистых и карбонатных минералов (рис. 3). Большая часть органической массы разлагается при нагреве сапропеля до 400° С. В интервале температур 400—500° С идет дальнейшая деструкция органического вещества. При таких условиях неизбежны химиче-. ские реакции между продуктами термораспада и взаимодействие' последних с отдельными элементами минералов. В этом интервале происходит термораспад гуминовых кислот. Заметными становятся вторичные процессы — крекинг образовавшихся жидких продуктов, который ведет к выделению газа. Характерный набор эн-доэффектов высокотемпературной области 700—850° С подтверждает разложение карбонатов. Дополнительную информацию о ме- . ханизмах превращений и влиянии на эти процессы химического состава дают термогравиметрические кривые смешанноводорослево-'> го сапропеля (рис.4). .'V

Рис. 3. ДТА —кривые сапропелей:

/ — нзвестковистый; 2 — смешанноводорослевый; 3 — глинистый; 4 — кремнеземистый; 5 — смешанноводорослевый; 6— железистый

2* рослевого сапропеля 11

1.2. Физические, агрохимические свойства и биологическая активность сапропелей

Биологическая активность есть функция многих величин: степени насыщенности основаниями, концентрации подвижного азота, доли в органическом веществе водорастворимых веществ, лег-когидролизуемых соединений, гуминовых— и фульвокислот. В качестве количественной характеристики использован коэффициент агрономического эффекта (К).

Таблица 5

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ АГРОНОМИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ САПРОПЕЛЕЙ

Тип образца Установившийся коэффициент линейного роста растения Коэффициент агрономического эффекта по сухому веществу растения

1 0,46 0,65

2 0,14 0,19

3 0,32 0,40

4 0,38 0,52

5 0,40 0,58

6 0,21 0,37

Наиболее высокая степень насыщения основаниями — 87,7% и наибольшее содержание подвижного азота — 0,125% обнаружены у известковистого сапропеля. Следствием этого является максимальный агрономический эффект 0,65 (табл. 5). По мере снижения этих показателей биологическая активность падает. Тем не менее нельзя недооценивать роль водорастворимых веществ и фульвокислот в балансе органического вещества. Если их концентрация велика (9,97 и 14,85% у образца № 3), то биологическая активность сохраняется на высоком уровне, отражение которой проявляется в весьма значительной величине коэффициента агрономического эффекта (0,40). Самая низкая степень насыщенности основаниями — 65,3% установлена для смешанноводорослевого сапропеля (образец № 2). Остается пока неясным, почему именно этот сапропель, в балансе органического вещества которого максимальное содержание гуминовых кислот (54,83%, табл. 4), показывает пренебрежимо малую биологическую активность. Значение коэффициента агрономического эффекта составляет всего 0,19.

1.3. Влияние сапропелей на агрофизические свойства почвы

Отчетливо проявляется значительная измененность первоначального органического вещества: накопление в групповом составе водорастворимых веществ при одновременном снижении количества гидролизуемых компонентов. Самое большое накопление приходится на образцы №№ 3, 4, 6. Характерные различия в среднем содержании гидролизуемых соединений равны 2—11%. Максимум соответствует образцам №№ 4, 6.; Эти изменения четко выражены во всех 6 случаях, то есть для всех типов сапропелей и связаны с рядом причин, в первую очередь, с переходом части легкогидролизуемых полисахаридов в водорастворимое состояние и частичным гидролизом наиболее аморфной части трудногидро-лизуемых веществ. Увеличение выхода негидр олизуемого остатка в среднем на 0,4—1,5% подтверждает правильность данного вывода (табл. 6). :

Таблица 6

ГРУППОВОЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ИСХОДНОГО И МОДИФИЦИРОВАННОГО САПРОПЕЛЯ, %

Тип образца Исходный Модифицированный

Водорастворимые вещества Гуминовые кислоты Фульво-кислоты Негидро-лизуемые вещества Водорастворимые вещества Гуминовые кислоты Фульво-кислоты Негидролизу-емые вещ-ва

1 2,41 44,90 2,59 5,14 5,35 41,02 5,16 6,31

2 4,96 54,83 5,10 5,30 5,82 46,35 14,97 5,41

3 9,97 50,16 14,85 9,99 22,47 30,17 22,42 10,10

4 9,89 49,92 4,59 7,85 24,96 38,48 11,69 8,14

5 5,01 50,09 2,44 4,62 7,05 43,46 7,37 6,61

6 4,78 49,81 7,67 10,28 12,63 37,29 19,91 1 11 >79

В присутствии гидроксида аммония активизируется переход самой низкомолекулярной части гуминовых кислот во фракцию фульвокислот. Максимум 5—10% приходится на образцы №№2, 5. Это обусловлено, по-видимому, реакциями аминирования, карбо-ниламинной конденсации и говорит об образовании органо-мине-ральных комплексов — солей гуминовых кислот. Существует прямая зависимость между концентрацией гуминовых кислот и коэффициентом агрономического эффекта. При относительно пониженных концентрациях кислот К убывает до 0,71—0,60, и, наоборот, при более высоких концентрациях возрастает до 0,75—0,83.

Различия в биологической активности обязаны прежде всего и больше всего изначальным различиям в типе органического вещества. Ускоренные темпы преобразования органического вещества особенно заметны при модификации образцов №№ 2 и 5. В этом случае концентрация фульвокислот увеличивается более, чем в 3 раза, естественно, что в таких условиях будет стимулироваться процесс роста растений. Мы усматриваем резкое возрастание К именно в повышенной активности фульво- и гуминовых кислот субстрата. Сформулируем более общую закономерность. Чем сильнее эффект модифицирования, и больше степень превращений, тем активнее поступление элементов питания к растениям и значимее результат. Еще одно следствие модифицирования — это улучшение гидрофизических свойств легких почв.

1.4. Физико-химические основы управления процессами сорбции и интенсификации деструкции пестицидов в агроэкосистеме

Именно то обстоятельство, что сапропелевые отложения совмещают в себе типы геохимических барьеров: восстановительный, щелочной, кислый, сорбционный, биологический — во многом и предопределило высокую реакционную способность органического вещества. Теоретически процесс может быть описан как фронтальная динамика сорбции пестицидов. Здесь часть пестицидов сохраняется в виде самостоятельных элементов, а часть сорбируется гуминовыми веществами, органо-минеральными комплексами и, очевидно, вплетается в структуру макромолекул органического вещества. Вполне резонно допустить в этом процессе участие липид-ных компонентов. В силу громадной обводненности сапропеля, доминирующей роли органического вещества, активной деятельности биогенных факторов, работы ферментных систем и теплового эффекта, пестициды неизбежно испытывают многообразные превращения -г- гидролиз, окислительное разрушение, деструкцию под влиянием микроорганизмов. Процесс этот сложен, многогранен и сопровождается накоплением полупродуктов разложения.

Данный вывод очень важен и нашел убедительное подтверждение на нашем фактическом материале (рис. 5). Так, интенсивность разложения пестицидов на контрольных вариантах не превышала 41,2% (гексахлорциклогексан), 8,9% (симазин), 22,8% (прометрин) и 1,3 (2,4-Д аминная соль). В случае с сапропелем остаточная концентрация всех перечисленных препаратов резко снизилась и. степень-разрушения их возросла.по сравнению с .контролем на 19,2; 21,5; 13,4 и 52,7%. Все это, естественно, сказалось на уровне загрязнения оросительных вод и накоплении пестицидов в-выращенной продукции.

о &

о.г

0 г ол

о

001 0.01 0.0) о.оъ о,о» асе о от 0.08 е.а? о.ю о.и 014

огг

от о.и ом ом о.г»

сит.

Рис. 5. Миграция пестицидов

по пр-офилю почвы 0—6 см и накопление в нижеследующих слоях 6—10 см и 10—14 см:

контрольных (1,3) и исследуемых

а. Сплошные кривые — остаточная концентрация 2,4—Д амшшой соли и гексахлорциклогексана (2,4) слоях 0—0 см и 10—14 см.

Пунктирные кривые — остаточная концентрация препаратов в слое 6—10 см.

б. Сплошные кривые — остаточная концентрация прометрина и симазина в контрольных (5,7) и исследуемых (6,8) слоях 0—6 см и 10—14 см.

Пунктирные кривые — остаточная концентрация препаратов в слое 0—10 см,

с, мг/л

ЦО 60

а, Кривые:

(«о 60

100 120 ь.сыг]

Рис. 6. Вьгнос пестицидов с оросительными водами

б. Кривые:

Г, 2 — остаточная концентрация 2,4—Д аминной соли; 3. 4 — гекса- 5. 6 — остаточная концентрация прометрина; 7, Я — сииазина в конт-хяорциклогексана в контрольных (/, 3) и исследуемых (2, 4) вариантах рольных (5, 7) и исследуемых (5, в) вариантах

При отсутствии прослойки вынос пестицидов в 1,7—3 раза превосходил аналогичные показатели, полученные с сапропелем. Добавление сапропеля, по существу, полностью исключило миграцию гексахлорциклогексана в растения. Относительно остальных пестицидов скажем, что их уровень снизился в среднем в 2 раза по сравнению с контролем.

Однако несмотря на более эффективную сорбцию препаратов в данных условиях, не достигнуто их полное отсутствие, ни в почве, ни в растениях, хотя остаточная концентрация последних не превышала предельно допустимую норму ни на одном варианте с сапропелем. Главная причина, на наш взгляд, заключается в специфических факторах: укороченном периоде вегетации, неполноценности растений и других. Так шш иначе, но факт остается фактом— во всех опытах с прослойкой питательная ценность продукции выше. Содержание каротина, сырого протеина и жира возросло по отношению к контролю в среднем на 20—40%. Определенное значение в этом плане имело и накопление гумуса в почве.

1.5. Взаимосвязь между физическими и агрохимическими свойствами сапропелей и процессом аккумуляции минеральных удобрений

Можно выделить общую тенденцию накопления подвижных соединений азота, фосфора, калия, кальция и магния по всему профилю почвы. Разница в суммарном накоплении значительна и равнялась 15—26% (по азоту); 25—28% (по фосфору); 20—24%| (по калию); 7—34%'' (по кальцию); 4—18% (по магнию) в пользу вариантов с сапропелем. Одно из основных следствий влияния сапропеля— локализация действия минеральных удобрений в пахотном слое. Внедрение низкомолекулярных солей в пространственную структуру сапропеля энергетически выгодно, так как способствует образованию дополнительных молекулярных связей.

Значимость роли этого фактора оценивали величиной выноса элементов питания с оросительными водами. Главный вывод: чем ниже исходное влагосодержание, тем больше степень концентрирования. Наиболее типичную картину распределения минеральных удобрений можно сформулировать так: остаточная концентрация элементов питания вследствие адсорбции сапропелем закономерно убывает. Вынос аммонийного азота снизился в 2—2,7 раза, остальных соединений — на 30—70%I по сравнению с контролем. Во многом этим обусловлено повышение качественных показателей продукции, например, только содержание каротина и жира возросло на 30—60%: (табл. 7).

Нет надобности пояснять, что увеличению в почве гумусовой составляющей в 1,7—2 раза обязано также присутствие сапропеля (табл. 8).

Таблица 7

КАЧЕСТВО ВЫРАЩЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Параметры, характеризующие качество Вар Контрольный и а н т ы Исследуемый

1 2 3 4 5 6

Вес зеленой массы, г 205 160 103 235 200 115

Кормовые единицы 0,11 0,10 0,19 0,14 0,16 0,20

Сырой протеин, % 2,50 2,75 2,38 3,06 3,38 3,25

Перевариваемый протеин, г/кг 20,80 20,10 17,10 25,40 24,70 23,40

Каротин, иг/кг 27,00 57,00 57,00 36,00 82,00 76,00

Жи р, % 0,42 0,39 0,74 0,56 0,66 0,95

Клетчатка сухая, % 1,23 1,69 5,30 1,50 2,58 7,29

Зола, % 1,94 1,85 2,24 2,08 2,95 2,32

Таблица 8

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СТЕПЕНЬ НАКОПЛЕНИЯ ГУМУСА В ПОЧВЕ

Вар и а н т ы

Гумус Контрольный Исследуемый

1 2 3 4 5 6

Исходное содержание, % 1,45 1,48 1,49 1,50 1,52 1,50

Конечное содержание в слое 0—6 см, % 2,45 2,29 2,29 2,74 2,45 2,74

Конечное содержание в слое 6—10 см, 3,44 2,35 2,86 5,60 3,47 5,20

Конечное содержание в слое 10—14 см, %; 2,40 2,12 2,08 3,42 3,10 3,05

1.6. Агрофизические свойства сапропелей и влияние их на интенсивность трансформации органического вещества в почве

Из приведенных выводов исследований вытекает первая наиболее общая закономерность: интенсивность выделения диоксида углерода зависит от исходной влажности сапропеля. Она падает

о мере возрастания общего содержания зольных элементов. Меж-,у содержанием органического вещества и емкостью поглощения уществует прямая связь, а между ними и концентрацией зольных лементов — обратная. Следовательно, преобладание органическо-о вещества в образцах №№ 2 и 5 способствовало гидрофилиза-;ии поверхности, так как повышение активности структурирую-щх агентов приводило к образованию дополнительных водородных вязей и увеличению исходной влажности. Вероятно, что умень-цение концентрации минеральных компонентов сказалось на улуч-нении условий аэрации и газообмена. Во всяком случае, это мог-ю быть причиной столь значительного разрушения органического ¡ещества, на суммарные потери которого приходилось от 0,85 до ,33%! (табл. 9).

Таблица 9

СОПОСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА САПРОПЕЛЕЙ

Тип образца

Параметры, характеризующие степень минерализации 1 2 3 4 5 6

Интенсивность выделения диоксина углерода, %' 0,13 1,33 0,73 0,57 0,85 0,71

Исходные:

Зольность, % 42,3 25,9 65,7 50,0 39,1 50,0

>Н 7,8 7,0 5,6 5,6 6,9 7,8

Р205, % 0,04 0,13 0,12 0,20 0,16 0,15

К20, %' отсутствует 0,17 0,17 0,31 0,16 0,01

Аз от общий, % 0,62 2,28 1,12 2,00 1,90 1,75

Конечные:

Зольность, % 58,0 37,5 67,4 50,0 70,6 50,0

рН 7,8 6,5 5,5 5,0 6,5 7,8

Р2051 % отсутствует 0,02 0,07 0,10 0,05 0,10

К20, %: 0,01 0,25 0,28 0,61 0,29 0,17

Азот общий, % отсутствует 0,80 0,58 0,58 0,50 0,80

В среднезольных и повышеннозольных сапропелях, напротив, происходят изменения в сторону относительного возрастания роли минеральной составляющей. Они касаются повышенной плотности

образцов, ухудшения аэрации и газообмена, слабощелочной реак ции среды, подавляющей деятельность ферментов и микрофлорь: низкой влажности, не только не способствующей развитию микрс организмов, но и затормаживающей такое развитие. Все эти яв ления в своей совокупности выражают тенденцию, обратную той которая соответствует минерализации малозольных сапропелем Вторая закономерность характеризует зависимость между скоро стью разложения органического вещества (и) и темпами накопле ния зольных элементов, преимущественно Р2О5 и КгО. В обще? виде она может быть сформулирована так: конечное содержание зольных элементов в процентах к начальному закономерно возрас тает по мере возрастания темпов минерализации.

Вырисовывается прямая связь между суммарным содержание? водорастворимых веществ, гуминовых кислот и скоростью выде ления диоксида углерода. Убывание концентрации этих компонен тов в составе органического вещества есть следствие его менее ин тенсивного разрушения. Интенсивность минерализации органиче ски сопряжена с вкладом гидролизуемых соединений. Видимо, мо жно сформулировать третью закономерность: возрастание дол! гидролизуемых соединений сопровождается увеличением степеш разложения органического вещества, повышением величины v.

Глава 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВЛАГИ В ГЕТЕРОГЕННЫХ САПРОПЕЛЕВЫХ СИСТЕМАХ

2.1. Кинетика конвективной сушки сапропелей

Данные экспериментов убедительно подтвердили, что при по< вышенных концентрациях органического углерода (53,5—54,4%) рост исходной влажности сапропелей связан с повышением гидро-фильности надмолекулярных структур и увеличением вклада физико-химически связанной влаги. При относительно пониженных концентрациях углерода (52,3—52,7%) зольность и плотность последних возрастает, начальная же влажность при этом убывает. В итоге доля связанной влаги падает. Большую роль в этом процессе играет рН дисперсионной среды. С ростом рН и, соответственно, заряда частиц содержание связанной влаги растет. Положение первой критической точки сдвинуто относительно оси абсцисс и строго соответствует вполне определенным значениям влажности, пониженным у среднезольных, и повышенным у малозольных сапропелей (рис. 7). Отклонение закономерности наблюдается только в одном случае, при повышенной концентрации ионов кальция в дисперсионной среде. Во многом это является следствием образования кальциевых мостиков между полярными группами макромолекул и экранизацией активных центров сорбции.

С, г/З1

Рис. 7. Кривые интенсивности сушки (с) сапропелей:

1 — известковистый; 2 — смешанноводорослевый; 3 — глинистый; 4 — кремнеземистый; 5 — смешанноводорослевый; б1—железистый; II? — влажность; К — первые критические точки влажности

2.2. Математическое моделирование нестационарного

массопереноса влаги в процессе обезвоживания сапропелей

Методика расчета, реализованная в виде программы для ЭВМ, меет формализованный типовой цикл интегрирования по времени равнения массопереноса, позволяющий включать его в задачи с .временными граничными условиями: и при относительно сложных .сходных распределениях влагосодержания, и при переменных войствах сапропеля по толщине слоя. Модель позволяет прогно-ировать закономерность обезвоживания и разделить внутренние [еханизмы массообмена.

Постановка задачи

— А (о

дt ~ дх \ дх)

Граничные условия

а) Iго рода С<^>) Р С(0,0 }

в) II-рода

<7(0,0/

c) и,™ род,

q(0, t) — ао [Со* — С (0, t) J

d) Комбинации граничных условий

Iго, IIго или IIIго рода.

С(х, t) —текущая влажность; D — коэффициент массопереноса влаги; Я — толщина слоя сапропеля; q— плотность потока массы влаги;

ан, ао — эффективные коэффициенты массоотдачи влаги; Си*, ¿о* — влажно,сть контактирующих сред;

Рис. 8. Блок-схема алгоритма

00, вМ — род граничных условий (1, 2, 3); п — число шагов по х(0^х^.Н); В — функция для вычисления 0(х, С, /).

ДСг-1 ---¡- —-

Сеточное уравнение:

Ал:

+ 1

Лх

v+l

1

+ 1

+ЛС

д

¿+1

'v + l

Ах

V-fl

»+1

где Л ==

Глава 3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ МАССОПЕРЕНОСА ВЛАГИ ПРИ СУШКЕ САПРОПЕЛЕЙ

3.1. Закономерности переноса влаги в системе: сапропель — растения

Из-за громадной обводненности сапропелей и коллоидной структуры их обезвоживание в естественных условиях — трудно разрешимая задача. Это направление выдвинуло перед нами необходимость изыскать новые пути в интенсификации обезвоживания, и впервые мы использовали влаголюбивые растения: овсяницу тростниковую и тростниковый канареечник. Утвердительно можно сказать: оба вида растений способны прижиться и произрастать в условиях длительного водяного перенасыщения и при этом активно испарять влагу, степень испарения которыми неодинакова и является следствием их ботанико-морфологических различий.

Из всех вариантов посева наиболее выгодной оказалась схема совместного высева семян канареечника и овсяницы тростниковых. Норма высева семян по данной схеме равнялась 8 и 13 кг/га. Здесь происходило многослойное потребление влаги и элементов питания, и из верхних, и из нижних слоев, обеспечивающих благоприятное развитие трав. Поэтому именно на этом варианте наблюдалась максимальная всхожесть и приживаемость растений и, следовательно, получен наивысший эффект. Реализация схемы видового смешивания растений позволила снизить влажность сапропеля с 95 до 15%, против 20—50% для остальных 10 вариантов, сократить длительность сушки на 20 суток, стимулировать объемное осушение и достичь самого продуктивного испарения. Если на контроле испарение не превысило 40-мм с 1 см2 площади, а среднесуточная интенсивность испарения равнялась 0,5 мм, то в случае совместного высева аналогичные показатели возросли в 2 и 3 раза и имели значения 82 мм и 1,5 мм.

3.2. Закономерности переноса влаги в модельной системе: почва — сапропель — растения

Данные исследований убедительно подтвердили, что из всех изученных- -вариантов именно совместный посев семян проявлял наилучшую жизнеспособность и устойчивость. В целом, он демон-

Стрйровал самый большой процент испаренной влаги (31,55), максимальное испарение (256,6 мм), наивысшую среднюю величину испарения (0,071 мм/час.) и транспирации влаги (0,036 мм/час.). И лишь средняя величина фильтрации была немного хуже, чем на других вариантах (0,025 мм/час.) (рис. 9).

1 - -

2 53 -

3-69

4 26 35

Итак, подбор двух растений, близких по темпам развития, но различных по листовой поверхности, обеспечивал наибольшую интенсивность транспирации. Обоим растениям и канареечнику, и овсянице тростниковым, когда они растут вместе, очевидно, свой-

ггвенен характер ярусного обезвоживания. Этот способ позволил 1а 18—20%; ускорить процесс естественной сушки сапропеля. Ко-1ечно, результат мог быть значительно выше, если бы не имели «есто такие отрицательные моменты, как состояние полной водо-яасыщенности, малая площадь обезвоживания, ограниченная га-5арнтамп сосудов, их достаточно большая высота. Нельзя в данном :лучае пренебрегать и отсутствием полной герметичности послед-щх в местах соприкосновения с поддонами. Экономическая целе-:ообразность разработанного способа не вызывает сомнений. Здесь эезультирующий эффект складывался из двух — конкретного обез-зоживающего и практического сопутствующего (накопление зеленой массы трав).

3.3. Влияние химических добавок на эффективность переноса влаги в сапропелях

Перспективность данной технологии бесспорна, так как, во-пер-зых, она предполагает формирование крупнопористой структуры, а не сухой поверхностной корки, во-вторых, становится возможным использование дешевых материалов, по существу являющихся отводами производств, в-третьих, объем последних невелик, не трудоемка и операция их напыления. Из результатов исследований зытекает первая закономерность: увеличение концентрации припадочных материалов сопровождается снижением величины предельного напряжения сдвига (стСд.), повышением влагопроводности шесей. Между количеством этих материалов и степенью набуха-тя существует прямая связь, а между ними и величиной (Гсд.— обратная (табл. 10).

Таблица 10

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ, СТЕПЕНЬ НАБУХАНИЯ И ПРОЧНОСТЬ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЯ

Название

Процент влаги, удаленной за 60 суг. при «18° С

Продолжительность обезвоживания до конечной влажности 50%. сут.

Степень набухания в дистиллированной воде при температуре 20° С

Предельное напряжение при сдвиге, МПа

Наотропелъ (контроль) ЮЛ 28,1/0,90 ЗОЛ 29,0/0,96

:ол 30,0/1,00

:АС 28,1/0,90 :АС 29,0/0,96

;АС 30,0/1,00

55,6 75,6 84,4 88,9 71,1 79,1 83,0

110

85 72 63 90 78 72

13,3 15,9 26,6 32,7

15.5

25.6 31,3

Примечание. В колонке 1 в числителе указано содержание древесных шилок (СОЛ) И| древесной золы (САС), а В1 знаменателе — соответственно, мела г гипса (вес, %).

Вторая закономерность может быть сформулирована так: оптимальное содержание опилок с золой должно находиться в пределах от 28,3 до 30,0 вес. %, а мела с гипсом — от 0,92 да 1,0 вес. %1. Чем больше в сапропеле присадочных материалов, тем больше в нем медленно разлагающейся клетчатки и хуже качественные показатели и, наоборот, чем меньше нейтрализующих агентов, тем выше кислотлость конечного продукта и меньше доля удаленной влаги, При соблюдении указанных соотношений достигается наилучший эффект обезвоживания: процент удаленной влаги возрастает дс 83—88, а длительность сокращается до 72—68 сут., против 55% и 110 сут. для исходного сапропеля.

Этот способ с успехом прошел производственную апробацию, Конкретные цифры следующие: время обезвоживания — 90 сут.; абсолютные изменения влажности на глубине 120 см — 6,8%, на поверхности — 9,3%. Во всех случаях с присадочными материалами аналогичные показатели гораздо больше—17,1 и 19,8%. Конечная цель этой работы — не столько сама сушка, сколько ее следствия: уплотнение сапропеля привело к увеличению несущей способности и стала возможной его выгрузка из отстойников для промораживания. У исходного сапропеля эффект промораживание практически отсутствовал или был ничтожно мал.

3.4. Управление процессом коагуляции сапропелей

Из полученных данных вытекает первая закономерность, ха-растеризующая зависимость влагопереноса от концентрации коагулянтов. В общем виде она может быть сформулирована так: интенсивность обезвоживания сапропеля закономерно возрастает пс мере увеличения содержания коагулянтов. Чем больше концентра ция последних, тем больше скорость гидролиза и, следовательно степень понижения гидратации адсорбата. Последнее означает,чтс разрушение коллоидной структуры влияет на перераспределен™ влаги и накопление доли свободной воды. Если у исходного сап ропеля количество этой категории невелико и колеблется в.сред нем от 15 до 20%, то в смесях — возрастает} до 30—35%;.

Следует строго соблюдать определенные соотношения межд; исходными компонентами. Отсюда вытекает вторая закономер ность: рекомендуемое соотношение в вес.%—сапропель 80—95 мел — 2,5—10; 2,5—5%-ный раствор фосфорной кислоты — 2,5—1С При выдерживании этих требований разница в количестве уда ленной влаги из исходного сапропеля и смесей может достигать 33%, а различие в длительности сушки — 50 сут.

Из результатов опытов с мочевиной отметим следующее основ ное положение: скорость отвода воды из сапропеля тем больше чем больше концентрация адсорбента. При варьировании содержа ния карбамида в пределах от 5 до 25 вес. %; имеем такое снижени показателей к контролю: предельное напряжение при сдвиге -

1,0—3,3, МПа; -степень набухания — 6,6—27,0; количество удаленной..влаги— 21^7-^34,4%; длительность сушки—12—54 сут.-Прямая зависимость, между содержанием- адсорбента и скоростью эбезвоживания вырисовывается и в случае с аммонийной селитрой, таибольший эффект.наступал при концентрации нитрата аммония, завной 25 вес. %. Само собой, разумеется, что интенсивность суш-<и зависит не только и не столько от количества адсорбента, как эт разновидности самого сапропеля. Не удивительно, что различие становится более контрастным при переходе от известковистого сапропеля к глинистому. Разница в суммарно удаленной воде рав-1ялась 40%'.

Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПРОПЕЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ

4.1. Использование сапропелей для улучшения

корневого питания растений

Разработана технология приготовления удобрения на основе кремнеземистого сапропеля и аммиачной селитры. Выявлено оптимальное соотношение между исходными компонентами. Получение данные подтверждают высокую эффективность органо-мине-эального удобрения при выращивании томатов в нормальных поч-зенно-климатических условиях. Внесение этого удобрения сопровождается повышением.урожая в 2 раза и снижением количества штратов в-продукции в 1,2—1,5 раза по отношению к варианту с юлным минеральным удобрением без сапропеля.

4.2. Применение сапропелей для управления продукционным процессом растений

Если в качестве минерального субстрата использовать вместо точвы. сапропель, то процент всхожести семян овсяницы и канареечника тростниковых возрастает в 1,3—4 раза, продуктивность растений — в 1,1 —1,5 раза, вес корней — в 1,2—2 раза, при одновременном снижерии расхода питательного раствора в 1,4—2 ра-)а к'контролю.

4.3. Управление процессами деструкции пестицидов и аккумуляции минеральных удобрений в пахотном слое

При использовании сапропеля в виде прослойки уровень накопления пестицидов в растениях снижается в 2 раза по сравнению с контролем, питательная ценность продукции повышается на 20— 10%, содержание гумуса в почве — на 2,5—4%, вынос пестицидов

с оросительными водами сокращается в \,1—3 раза, аммонийного азота —в 2—2,7 раза. Эту технологию целесообразно'применять

на орошаемых полях, легких по механическому составу. '

4.4. Разработка метода хранения коллекционных образцов картофеля на сапропелевой среде

Разработана технология поддержания и хранения коллекционных образцов картофеля in vitro на питательной среде, содержащей только четыре компонента в определенных соотношениях: сапропель, аммонийную селитру, сахарозу и агар, вместо полной среды Мурасиге-Скуга. Данная технология позволяет вырастить полноценные растения, имеющие карликовый тип и образующие клубни, что необходимо для длительного культивирования и хранения коллекций картофеля в пробирочной культуре.

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ САПРОПЕЛЕЙ

В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

5.1. Использование сапропеля в композиционных материалах

на основе поливинилхлорида

Разработана технология получения композиций, содержащих сапропель и бывшие в употреблении пленочные материалы. Композиции легко формуются любым традиционным способом, применяемым при переработке термопластов. Введение сапропеля в бывший в употреблении поливинилхлорид, приводит к повышению показателя текучести расплава, улучшению перерабатываемости, снижению водопоглощения на 10—15%. Полученные композиционные материалы имеют более высокие прочностные показатели, чем исходный поливинилхлорид. В связи с нуждами сельского хозяйстве применение последних перспективно в качестве гидроизоляционных настилов в животноводческих комплексах.

5.2. Использование сапропеля в композиционных материалах

на основе наполненного полиэтилена

Разработана технология получения композиций, содержащие сапропель и отходы потребления пленки ПЭНП. Из полученньи композиционных материалов выпущены опытно-промышленнък партии изделий технического назначения: трубы для каркасов тёп лиц и подпочвенного обогрева диаметром 25, 63 и 110 мм, устройства для крепления виноградной лозы, которые успешно процш лабораторные и натурные испытания. Изделия обладают повы шенной атмосферостойкостью.

5.3, Использование сапропеля для получения резины на основе, бутадиеннитрильного каучука СКН-40 м

Разработана технология получения резин с новыми ингреди-нтами. Введение сапропеля в резиновую смесь приводит к сниже-ию вязкости, крутящего момента, повышению стойкости к под-улканизации и улучшению технологичности. Полученные резины тличаются от стандартных повышенными коэффициентами теп-ового старения, изделия из которых также найдут применение в азличных сферах сельскохозяйственного производства.

Выводы

1. Разработана концепция формирования ресурсов сапропелей водных экосистемах Северо-Западного региона, являющаяся особой рационального и экологически обоснованного использования апропелей в сельском хозяйстве.

2. Разработаны физико-химические основы управления процес-ами сорбции и деструкции пестицидов в отдельных элементах аг-оэкосистем. Установлено влияние биотических факторов на интен-ифйкацию окисления, гидролиза и деструкцию пестицидов, что низило уровень их накопления в почве на 19—53%, в растениях — е менее чем в 2 раза, в оросительных водах — в 1,7—3 раза. Вы-ос элементов питания снизился на 30—70%, аммонийного азота - в 2—2,7 раза.

3. Исследованы закономерности трансформации органического ещества и установлены взаимосвязи между физическими свойст-ами сапропелей и процессами закрепления минеральных удобре-ий, а также улучшения гидрофизических свойств легких почв.

4. Разработана математическая модель нестационарного мас-опереноса влаги в гетерогенных сапропелевых системах, которая :озволяет прогнозировать закономерности их обезвоживания, в ре-льных условиях.

5. Исследованы процессы переноса влаги в модельной системе: очва — сапропель — растения, а также выявлено влияние коагу-янтов на влагоперенос в сапропелях. На основе полученных ре-ультатов разработана технология существенного сокращения сро-:а сушки сапропелей в отстойниках с двух лет до двух-трех меся-ев.

6. Разработаны основы применения экологически адаптирован-;ых технологий получения регуляторов роста для управления про-укционным процессом растений. Доказана высокая эффективность [ целесообразность сапропелевой коллоидной среды для массового (азмножения растений в биотехнологических исследованиях.

7. Разработана технология высокоэффективного производства инструкционных материалов сельскохозяйственного назначения а основе утилизации бывших в употреблении изделий из пласт-[асс.

. . . . РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ . .

1. Мелиоративным организациям/ занимающимся 'добычей i обезвоживанием санропелей в отстойниках, для 'ускорения, обезвоживания применять посев трав канареечника и овсяницы тростниковых, которые позволяют на 18—20%' ускорить процесс естественной сушки. Норма посева семян составляет 8 и 13 кг/га (Авторское свидетельство СССР 1554792).

Для интенсификации обезвоживания рекомендуется применять химические добавки: смесь древесных опилок с мелом, или древесной золы с гипсом в соотношении 30,0; 1,0 и 69,0 вес. % — сапропель, а также раствор фосфорной кислоты (2,5—5,0%-ный) в смеси с мелом в количестве 10,0; 10,0 и 80,0 вес. % — сапропель. Напыление вести с дамбы отстойника с помощью широкозахватного опыливателя ОШУ-50. Химические добавки позволяют'на 50—60% ускорить процесс естественной сушки (Авторское свидетельство СССР 1278347 и авторское свидетельство СССР 1057482).

. 2. При хранении коллекционных образцов картофеля в условиях in vitro в качестве питательной среды применять сапропель в количестве 500 г/л, аммоний азотнокислый — 6 г/л, сахарозу — 60 г/л и агар— 10 г/л. Сапропелевая среда позволяет удешевить производство пробирочных растений картофеля из-за резкого снижения потребления дефицитных веществ (Авторское свидетельство СССР 1780658).

3. Для резиновой и полимерной промышленности рекомендуется в качестве наполнителя применять сапропель в количестве 15,0—50,0 масс. % и утилизировать бывшие в употреблении изделия из пластмасс. Это позволит снизить себестоимость продукции и повысить технологические и эксплуатационные свойства конструкционных материалов сельскохозяйственного назначения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванова Т. А. Сакропели Северо-Западного региона: СПбТИ. — СПб., 1992, —202 с.: 16 ил. — Библиогр'.: 151 назв. —Деп. в НИИТЭхим ХП-92, № 275.

2. А. с. 1278347 СССР, С 05F7/00. Способ получения сапропелевого удоб->ения/Т. А. Иванова (СССР)/'/Открытия. Изобретения. — 1986. — № 47, —С. 92.

3. Иванова Т. А. Модификация гетерогенных сапропелевых систем//Аг-юхимия,— 1994, —№ 9, —С. 105—109.

4. И в а н о в а Т. А. Свойства и течение влага в дисперсных средах (сапро-1елях)//Материалы 1-й Всероссийской науч.-практ. конф. «Программа комплексных исследований сапропелей, производства и использования сапропелевой продукции в различных отраслях народного1 хозяйства». — Мытищи; 23 декабря 1993 г.,— Москва: Интерлист, 1994, —С. 137.

5. Иванова Т. А. Понятие о сапропелях и современные представления о химических прев'ращен'иях сап'ропелей в природе. Обзор: СПбТИ.— СПб., 1994.— 12 е. —Библиотр.: 29 назв. —Деп. в ВИНИТИ РАН, № 1746-В 94.

6. И в а1 и о в а-Т. А. Структурно-групповой состав сапропелей Северо-Запад-гого- региона//Наука' и передовой опыт — в сельскохозяйственное производство i учебный процесс. Тезисы докладов XXXI межвузовской науч.-практ. конф./ ВСХИ, — Великие Луки, 1994, —С. 16.

7. А. с. 1057482 СССР, C05F 7/00. Способ тол учения сапропелевого удобрения/Т. А. Иванова!, А. И. Фомин (СССР)//Открытия. Изобретения. — 1983.— № 44. — С. 100.

8. А. с. 1554792 СССР, А01В 79/02. Способ мелиорации переувлажненных земель/'Т. А. Иванова; В. П. Спасов, М, С. Тризна (СССР) /'/Открытия1. Изобретения. — 1990. — № 13.— С. 100.

9. А. с. 1780658 СССР, А 01 Н 4/00. Питательная среда для культивирования растений картофеля in vitro/'Л. И. Алексеева, Т. А. Иванова (СССР)//От-крытия. Изобретения.— 1992. — № 46. — С. 11.

10. Иванова' Т. А., С и ас о в> В. П. Биологическое обезвоживание сапро-пелей//Почво'ведение. — 1993. — № 8. —С. 108—109.

11. Иванова Т. А., Спасов В.| П.,, X Р'»з но М. С. Адсорбция пестицидов сапропелями//Коллоид. жури.— 1992. —№ 6. — С. 24—29.

12. Иванов® Т. А., Спасов В. П., Тризно М. С. Адсор'бция остатков минеральных удобрений сапропелями//Коллоид. журн. — 1992. — № 6. — С. 30 — 35.

13. И в а н о в а Т. А., Т р> и з н о М. С., Ми х а л е в а Н. М. Полимерная композиция из огходов//Пл'аст. массы.— 1993. — № 6. — С. 50—51.

14. Алексеева Л. И., И в а н о> в а> Т. А., Спасов В. П. Поддержание и хранение коллекционных образцов картофеля в стерильной культуре с использованием сапропеля. Методические указания/ВИР— ВСХИ. — Великие Луки, 1994. — 12 с.

15. Иванова Т. А., Спасов* В. П„, Алексеева Л. И. Использование сапропеля в качестве сорбента остатков минеральных уд1обрений//Перспектива создания экологически чистых технологий возделывания сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр./РАСХН. — СПб., 1990, —С. 38—39.

16. Ива нов'a- Т. А., Спасов. В, П. Термические превращения в сапро-пелях/'/Материалы 1-й Всероссийской науч.-практ. конф. «Программа1 комплексных исследований сапропелей, производства и использования сапропелевой про-

Дукция в различных отраслях народного хозяйства».— Мытищи, 23 декабря 1993 г.— Москва: Интерлист, 1994.— С. 131.

17. Иванова Т. А., Спасов В. П., Тризно М. С. Использование элементного, агрохимического, спектрофотометрического, структурютр'уппового и термического анализа дотя иосяедова'ния состава сапропелей Северо-Западного региона/'/Химичеекая технология, переработка и применение полимерных материалов со специальными свойствами: Об. науч. тр./СПбТИ.— СПб., 1994.— С. 6-8.

18. Иванова Т. А., Спасов В,. П., Алексеева Л. И. Биологическая активность сапропелей Северо-Западного региона//0 производстве и перспективах использования в народном хозяйстве гумусовых веществ: Сб. науч. тр./ ИТМ АН Украины. — Днепропетровск, 1992, —С. 78—80.

19. Композиционные материалы на основе наполненного полиэтилена вто-ричного/Н Р. Дмитриева, Т. И. Волков, Н. M.i Михалева, Т. А. Иванова/'/Пласт. массы. — 1993. — № 6. — С. 36—39.

20. Воскресенский А. М„ Иванова Т. А., Спасов В. П. Примеры расчета массопереноса в плоском слое сапропеля/'/Материалы 1-й Всероссийской вауч.-практ. конф. «Программа комплексных исследований сапропелей, производства и использования сапропелевой продукции в различных отраслях народного хозяйства». — Мытищи, 23 декабря 1993 г.— Москва: Интерлист, 1994.— С. 118—120.

21. Иванова Т. А., Волков Т. И., Михалева Н. М. Дифференциаль-но-термическнй анализ сапропелей Северо-Западного региона//0 производстве и перспективах использования в народном хозяйстве гумусовых веществ: Сб. науч. тр./ИТМ АН Украины.—Днепропетровск, 1992. — С. 75—77.

22. Иванова Т. А. и др. Разработка резин с новыми ингредиентами/Иванова Т. А., Девикина Д. И„ Михалева Н. М.: СПбТИ. — СПб. 1994 — 6 С — Деп. в ВИНИТИ РАН, № 1744-В.94.

23. Иванова Т. А. и др. Проблемы использования сапропелей в народном хозяйстве. Обзор, часть I./'Иванова Т. А., Михалева Н. М.: СПбТИ.— СПб

1991, —90 е.: 17 ил. — Библиогр.: 127 назв. — Деп. в НИИТЭхим ХП-91, № 19!

24. Иванова Т. А. и др. Проблемы использования сапропелей в народном хозяйстве. Обзор, часть II./Иванова Т. А., Михалева Н. М.: СПбТИ.— СПб

1992.— 37 е.: 13 ил. — Библиогр.: 57 назв.—Деп. в НИИТЭхим ХП-92, № 23Ö!

25. Иванова Т. А. и др. Проблемы использования сапропелей в народном хозяйстве. Обзор, часть 111./Иванова Т. А., Михалева Н. М.: СПбТИ. — СПб

1992, —43 е. —Библиогр.: 66 паев, —Деп. в НИИТЭхим ХП-92, № 231.

26. Иванова' Т. А., Спасов В. П. Новые наполнители при переработке полимерных отходов//'Перер,аботка, использование полимерных отходов и охрана окружающей среды: Сб. науч. тр./ЛДНТП.— Л., 1988. — С. 75—76.

27. Иванова Т. А. и др. Поиск природных биологических мелиорантов. Лабораторные исследования/Иванова- Т. А., Спасов В. П., Михалева Н М.: СПбТИ.— СПб., 1993.— 6 с. — Библиогр.: 3 назв.— Деп. в НИИТЭхим ХП-93 № 250.

28. Иванова1 Т. А. и др1. Модельные исследования с использованием биологических мелиорантов/Иванова Т. А., Спасов В. П., Михалева Н. М.: СПбТИ. — СПб., 1993. —4 с. — Библиогр.: 1 назв. —Деп. в НИИТЭхим ХП-93, № 251.

29. Иванова Т. А. и др. Модифицирующий фактор активирования органического вещества сапропелей/Иванова Т. А., Михалева Н. М.: СПбТИ. — СПб.,

1993.— 10 с.— Библиогр.: 1 назв. — Деп. в, НИИТЭхим ХП-93, № 252.

30. И в а к о в а' Т. А. и др. Влияние зольности и состава сапропелей нй интенсивность разложения органического' вещества/Иванова Т. А., Спасов В. П., Михалева Н. М..: СПбТИ. — СПб., 1993. — 14 с. — Библиогр.: 2 назв. — Деп. в НИИТЭхим ХП-93, № 253.

31. Иванова Т. А. и др. Свойства и кинетика влаги при конвективной сушке сапропелей/Иванова Т. А., Михалева Н. М,: СПбТИ. — СПб., 1993. — 7 е.: 1 шт. — Деп. в НИИТЭхим ХП-93, № 272.