Утилизация органических отходов при искусственном лесовосстановлении

Мухортов, Дмитрий Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Утилизация органических отходов при искусственном лесовосстановлении
ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Утилизация органических отходов при искусственном лесовосстановлении"

На правах рукописи

Мухортов Дмитрий Иванович

УТИЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИИ

06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

10 ОКТ 2013

Йошкар-Ола - 2013

005534547

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет»

Научный консультант:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Романов Евгений Михайлович

Официальные доктор сельскохозяйственных наук, профессор

оппоненты: Жигунов Анатолий Васильевич

доктор биологических наук, профессор Архипченко Ирина Александровна

доктор биологических наук, профессор Селивановская Светлана Юрьевна

Ведущая организация:

ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» (ВНИИЛМ)

Защита состоится «24» декабря 2013 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.115.03 при ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» по адресу 424000, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, конференц-зал.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, направлять ученому секретарю диссертационного совета Д 212.115.03.

факс 8 (8362) 41-08-72; e-mail: muhortovdi@volgatech.net

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет» (г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3).

Автореферат разослан «23» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биол. наук, профессор

Демаков Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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-восстановлешт позволит решать и экологическую проблему - из категории загрязнителей окружающей среды они перейдут в разряд почвенных мелиорантов.

Цель п 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 корнезакрывающих 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 лесокультурном 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-крывающих 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 ПГТУ, 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 повышении квалификации руководителей и специалистов лесного хозяйства.

Предмет защиты. На защиту выносятся следующие положения:

1. Агролесоэкологическое обоснование возможности применения органических отходов, нетрадиционных органических удобрений и субстратов на их основе в технологических процессах искусственного лесовосстановления.

2. Разработанные технологии получения нетрадиционных удобрений и субстратов из органических отходов.

3. Эффективность применения нетрадиционных удобрений из органических отходов для комплексной мелиорации почв.

4. 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 н 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние проблемы

Для повышения продуктивности лесных насаждений на отдельных этапах лесовосстановления требуется проведение комплекса мероприятий, обеспечивающих повышение плодородия почв, интенсификацию роста древесных растений. Этого невозможно добиться без научно-обоснованного применения удобрений и субстратов. Но обеспеченность ими в отдельных регионах России не превышает 15-20% (Мерзлая, 1996). В связи с этим предложение использовать органические отходы в качестве сырья для получения нетрадиционных мелиорантов имеет особую актуальность.

По расчетам академика И. В. Петрянова-Соколова, только 2% добываемых природных материалов вовлекается в промышленное производство, остальное становится отходами. По другим расчетам, используемые компоненты составляют не более 50% извлекаемого сырья. Но и эта цифра свидетельствует о появлении и накоплен™ огромного количества вещества, изъятого из естественных условий нахождения в геосфере, преобразованного и превращенного в отходы (Боровский, 2001).

На сегодняшний день в Российской Федерации подавляющее большинство отходов подвергается захоронению, но они могут быть успешно использованы в лесном хозяйстве, так как многие из них богаты элементами минерального питания, органическим веществом и характеризуются другими полезными свойствами (Селюжицкий, 1978; Тикавый и др., 1983). Изучением свойств отходов различных производств занимаются достаточно давно. При этом многие исследователи предлагают использовать такие отходы в качестве органических удобрений и их компонентов (Петербургский, 1967; Васильев, Филиппова, 1988; Попов и др., 1988; Ефимов и др., 1987; Шкарада, 1985; Еськов и др., 2001; Никольский и др., 2003). Тем не менее, в 70-80-е годы прошлого столетия в качестве основы органических удобрений чаще предлагалось использование отходов животноводства или торфа, а отходы других производств и коммунального хозяйства применялись ограниченно, и сведений об их свойствах было явно не достаточно. С 90-х годов прошлого века по настоящее время изучению свойств наиболее многотоннажных органических отходов уделяется значительно больше внимание (Якименко, 1992; Ефремов, Курмышева, 1994; Афанасьев, 1995; Свечников, 1995; Мерзлая и др., 1995,1996; Сутурин и др., 1996; Кузнецова и др., 1996; Башара, 1996; Додолина и др., 1997; Podedworna, Heidrich, 1999; Ефремов, 1999; Курганова, 1999; Лазарев, Абрашин, 2000; Zablocki, Kiepas-Kokot, 2001; Moreno-Caselles и др., 2002; Тян, 2003; Никольский и др., 2003; Захаров, 2004; Чжоу, 2005; Еськов и др., 2001; Рольгейзер и др., 2004; Тысленко, 2003; Брюханова и др., 2010).

Наиболее перспективными методами обеззараживания отходов и получения на их основе удобрений и субстратов являются аэробное компостирование (Михтеев и др., 1989; Кураев, Пилюгина, 1989; Романов, 1997; Rajbanshi и др., 1998; Архипченко, 1998, 2001; Müller, 1999; Афанасьев, Максимов, 1999; Beck-Friis и др., 2000; Валявська, Чеботько, 2000; Wu, Ma, 2000, 2001; Ranalli, 2001; Сафрай, 2001; Коваленко, Петренко, 2002; Zhang, 2002; Zubillaga, Lavado, 2003; Орлова и др., 2004; Касатиков и др., 2005, 2007; Федорец, Бахмет, 2008) и вермикомпостирование (Еремин, 1997; Жариков, 1999; Kostecka, 1999; Завьялов, Постевой, 2000; Калинина, Чертов, Попов, 2002; Пуль, 2003; Попов, 2004; Liu, Yang, Zhang, 2005; Русакова, Кравченко, 2007). Показано, что технологически правильно приготовленный компост имеет высокую ценность и превосходит по своим свойствам традиционные удобрения. Внесение таких удобрений оказывает положительное влияние на плодородие почв (Батыров, Мамадалиев, 1989; Федорец и др., 1990; Чеботарев, 1997; Горшкова, 1998; Mitchell и др., 2000; Толстопятова, 2001; Foley, Cooperband, 2002; Комаров, 2003; Mu и др., 2004; Zhao и др., 2005; Мерзлая, 2005; Щербинина и др., 2005; Васбиева, 2009; Руденко, 2010) и рост растений (Пилюгина и др., 1978; Романов, 1996, 1999; Кругов, 1996;

Labrecque и др., 1996; Мордовина и др., 1996; Касатиков, 1997; Нуреева, 1998; Samuelson и др., 1999; Peraiiac и др., 1999; Риджал, 2000; Кураев, Маврина, 2000; Ведерников, Селивановская и др., 2001; Li Guibao, 2002; Yin, Wang, Li, 2004; Помогаева, 2006; Трегубов, 2006; Копылов, 2007; Мартынюк и др., 2010)

Но наряду с положительными свойствами органических отходов, их использование в качестве почвенных мелиорантов может привести к негативным последствиям (Газизуллин, Сабиров, 1996; Болышева, 2008). Поэтому необходимо научное обоснование экологически безопасного применения отходов при лесовосстановлении.

Предлагается использовать отходы и продукты на их основе в качестве тепличных субстратов (Hoitink и др., 1997; Schafer, 2000; Sramek, Dubsky, 2002; Bonne, Schacht, 2002; Ушнурцев, 2004; Витковская, 2008; Архипченко, Жигунов, 2009). Это позволит найти замену верховому торфу, промышленная заготовка которого ведется не во всех регионах России.

При существующем многообразии исследований в области изучения свойств органических отходов, их переработки в нетрадиционные удобрения и субстраты, утилизации при выращивании растений, нерешенными остаются многие вопросы, связанные с комплексной оценкой свойств отходов, методами их переработки в нетрадиционные удобрения и субстраты непосредственно в лесных предприятиях, безопасного применения в технологических процессах искусственного лесовосстановления.

2. Природные условия региона, объекты и методика исследований

2.1. Природные условия региона исследований. Район исследований относится к зоне хвойно-широколиственных лесов, а по административному делению - к Приволжскому федеральному округу. По лесокультурному районированию (Романов, 1999) район исследований включает 4-6 лесокультурных района. Климат региона умеренно-континентальный с четко выраженными сменами времен года. Длительность вегетационного периода начинается в средине-конце апреля, а заканчивается в начале-конце октября. Продолжительность периода с температурой воздуха выше 0°С варьирует от 197 до 210 дней, а выше +10°С - от 120 до 140 дней. Чаще всего в регионе исследований засушливыми бывают весна и начало лета. Вероятность возникновения засух составляет 4...20%. Сумма месячных осадков за безморозный период (выше 0°С) 360...378 мм. Величина гидротермического коэффициента находится в пределах 1,0... 1,3 (Г.Т. Селянинова, 1955).

Почвы региона обладают оптимальными лесорастительными свойствами и обеспечивают произрастание основных лесообразующих пород (Газизуллин, 1993). В северной части преобладают почвы подзолистые и дер-

ново-подзолистые, песчаные, супесчаные и суглинистые, в центральной -дерново-подзолистые светло-серые и серые лесные, коричнево-бурые супесчаные и суглинистые, в южной — почвы подзолистые и серые лесные, встречаются черноземы выщелоченные, оподзоленные и серые лесные.

2.2. Программа исследований предлагала решение следующих вопросов:

1) изучить агроэкологические свойства наиболее многотоннажных видов органических отходов;

2) определить технологические процессы лесовосстановительных мероприятий, где возможно применение органических отходов для интенсификации лесокультурного производства;

3) определить основные направления использования органических отходов при лесовосстановлении;

4) отработать технологии переработки отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты методами биодеградации органического вещества с применением технических средств, имеющихся на вооружении лесохозяй-ственных предприятий;

5) изучить влияние внесения нетрадиционных органических удобрений на агроэкологические показатели почв;

6) изучить влияние доз внесения нетрадиционных органических удобрений различного состава в почву на рост сеянцев и саженцев древесных и кустарниковых растений в открытом грунте посевного и школьного отделений питомника, культурах плантационного типа;

7) изучить влияние применения органических отходов и продуктов на их основе в качестве корнезакрывающих субстратов на рост древесных растений в условиях контролируемой среды;

8) обосновать возможность применения органических отходов для заделки семян и в качестве мульчирующего материала для борьбы с сорной растительностью, оптимизации водного и температурного режимов почвы при выращивании древесных и кустарниковых растений.

Для реализации программы исследований проведены обзор литературы и патентный поиск, а также осуществлены эксперименты в полевых и лабораторных условиях.

2.3. Объекты исследований располагались в пределах зоны хвойно-широколиственных лесов Поволжского федерального округа. Исследование свойств органических отходов производилось в республиках Марий Эл и Мордовия, Пензенской и Кировской областях. Опытные объекты по отработке технологий переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты, их использовании при искусственном лесовосстановлении располагались в Кададинском опытном лесном хозяйстве Пензенской области, Мушмаринском лесном питомнике НП «Марий Чодра», Кокшайском лесопитомнике РМЭ, лесных питомниках Ботанического сада и Учебно-опытного лесхоза ПГТУ, Санчурском лесхозе Кировской обла-

ста, Ардатовском лесхозе Республики Мордовия, Семеновском спецсем-лесхозе Нижегородской области, Камском лесхозе Республики Татарстан.

2.4. Методика исследований. При изучении характеристик органических отходов полевые эксперименты проводились путем отбора проб отходов с последующим проведением агроэкологических анализов в лабораторных условиях.

Для изучения влияния параметров аэробного компостирования на агрохимические показатели нетрадиционных удобрений и субстратов были сформированы смеси наиболее многотоннажных видов органических отходов, которые закладывались как в ящики объемом 3 м3, так и в бурты высотой 1,5-2,0 м, шириной 4 м по основанию и подвергались аэробной биодеградации. Интенсивность разложения органического вещества отходов в процессе компостирования определялась путем измерения температуры компостируемой массы, по изменению зольности и методом оценки цел-люлозоразрушающей активности (Звягинцев, 1991).

Отработка технологических параметров вермикомпостирования смесей органических отходов выполнялась с использованием популяции червей Евеша Гоейс1а (Бау.). В предварительно подготовленные и увлажненные смеси отходов, заселяли половозрелых червей из расчета 6 особей/дм3. Продолжительность экспозиции составляла в среднем 91 день. Опыты проводились в трех повторностях. Изучение интенсивности процесса вермикомпостирования проводилось при различных температурных режимах от 15 до 25°С. Результаты исследований оценивались по изменению плотности популяции червей, приросту биомассы биомассы популяции, количеству и качеству коконов, молодых и половозрелых особей.

Агроэкологические показатели органических отходов, нетрадиционных удобрений и субстратов определялись в смешанных образцах по общепринятым методикам. Отбор проб осуществлялся по ГОСТ 26712, содержание массовой доли влаги - по ГОСТ 26713, содержание органического вещества - по ГОСТ 26714 и ГОСТ 27980, кислотность рНсол - по ГОСТ 27979, содержание общего и аммонийного азота - по ГОСТ 26715, ГОСТ 26716 и ГОСТ 28990, содержание общего фосфора и общего калия - по ГОСТ 26717 и ГОСТ 26718, содержание тяжелых металлов - по ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02. Токсичность (класс опасности) отходов и нетрадиционных мелиорантов определялась по ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06 (ПНД Ф Т 16.1:2:3:3.9-06), ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04 (ПНД Ф Т 16.1:2.3:3.8-04).

При изучении эффективности влияния внесения нетрадиционных удобрений из органических отходов на агрохимические показатели почв, рост сеянцев и саженцев древесных растений в лесных питомниках и лесных плантациях экспериментальные участки были заложены по методике Б.А. Доспехова (1979) с последовательным и рендомизированным их размещением, в трех-четырехкратной повторности. Нетрадиционные удобре-

ния вносились в дозах от 15 до 480 т/га. Исследование действия и последействия НОУ в комплексе с песком и глиной осуществлялось на участках, где мелиоранты вносились как совместно, так и по отдельности.

Исследования влияния НОУ на агрохимические показатели почвы включали отбор смешанных проб почвы по ГОСТ 17.4.3.01. Физические и агрохимические свойства почвы были определены по общепринятым методикам: влажность — по ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.58-08, плотность сложения почвы - по методу Качинского (1958), гранулометрический состав - по методу гашеток, подвижный фосфор и калий - по Кирсанову (ГОСТ 26207), гумус - по методу И.В. Тюрина (ГОСТ 26213), азот аммонийный [io ГОСТ 26489, нитратный - ионометрическим методом (ГОСТ 26951), щелочно-гидролизуемый - по методике Казанского филиала ЦИНАО по Корнфильду, гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований - соответственно по ГОСТ 26212 и ГОСТ 27821, гиролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований — по ГОСТ 26212 и ГОСТ 27821, кислотность — по ГОСТ 26484. Содержание подвижных форм тяжелых металлов определяли атомно-абсорбщюнным методом (РД 52.18.28990 и ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02).

Для обоснования возможности выращивания растений в условиях закрытого грунта с использованием субстратов из органических отходов были испытаны компосты и вермикомпосты различного состава, полученные по разным технологиям, а также субстраты из низинного торфа, модифицированные органическими отходами (гидролизным лигнином и опилками) в отношении от 10 до 50% по объему.

Для изучения влияния применения органических отходов в качестве мульчирующего материала на рост древесных и кустарниковых растений и засоренность травянистыми растениями осуществлялось поверхностное внесение опилок и смеси нейтрализованного гидролизного лигнина с песком слоем 1,3, 5 и 7 см в посевном и школьном отделениях лесного питомника, лесных плантациях.

Наблюдения за всхожестью семян, ростом сеянцев и саженцев проводились по методике H.A. Смирнова (1969). Выкопка осуществлялась методом «глыбки» (Кречетова, 1990) с последующим измерением у них высоты стволика, текущего прироста, длины корней и диаметра корневой шейки, после чего растения разделялись на органы, высушивались и взвешивались.

Планируемое количество измерений и анализов обеспечивало, как правило, достоверность полученных данных не менее чем на 5%-ом уровне значимости. Для их оценки использовали методы большой выборки (Дворецкий, 1971), одно- и двухфакторный дисперсионный, регрессионный (Доспехов, 1973; Котов, Лебедева, 1977) и корреляционный анализ (Дю-ран, Мьюллер, 1977).

3. Агроэкологическая оценка коммунально-бытовых и промышленных органических отходов

3.1. Объемы образования органических отходов в зоне хвойно-широколиственных лесов Приволжского федерального округа.

По данным Росприроднадзора, на территории Российской Федерации с 2002 по 2010 год ежегодно образовывалось от 2,0 до 3,9 млрд тонн отходов. При этом только от 39,7 до 59,7% из них обезвреживалось и перерабатывалось в полезную продукцию. Наибольшее количество отходов образуется при добыче полезных ископаемых, производстве цветных металлов, в энергетике, химической промышленности. Для большинства этих отходов, представляющих собой минеральные, неорганические соединения, уже I разработаны технологии вторичного использования. В меньшей степени развито направление утилизации органических отходов, хотя объемы их образования также значительны.

В официальных статистических изданиях не приводится сведений об объемах образования органических отходов. Расчетным методом установлено, что в регионах, входящих в зону хвойно-широколиственных лесов Приволжского федерального округа, ежегодно образуется 24,6 млн тонн экскрементов и помета, около 2,5 млн м3 мягких древесных отходов и 12,3 млн м3 осадков сточных вод (ОСВ) очистных сооружений канализации.

Отдельные виды органических отходов используются и перерабатываются в полезную продукцию. Так, известно, что от 32,5 до 83,0% древесных, текстильных отходов и макулатуры были использованы в различных технологических процессах (ОП «Вторичное сырье»). Уровень переработки других видов органических отходов явно не достаточен, например, доля использования ОСВ составляет не более 1,5-2,0% (Протасов, 1995). Таким образом, происходит накопление значительного количества органических отходов, и они могут быть использованы в лесном хозяйстве для повышения продуктивности искусственных лесных насаждений.

3.2. Оценка свойств органических отходов производства и потребления проводилась на основании литературного обзора и собственных исследований. По литературным источникам проведена оценка агрохимических показателей, содержания тяжелых металлов (ТМ) и токсичности у более 100 видов органических отходов. Для уточнения и детализации свойств органических отходов, не освященных в научно-технической литературе, в диссертации приводятся результаты агрохимических и токсикологических испытаний 40 видов органических отходов. Установлено, что отходы природного происхождения имеют высокое содержание органического вещества, низкое содержание солей тяжелых металлов и практически не опасны для использования. Из них органические отходы, образующиеся в растениеводстве, при производстве пищевых и вкусовых продуктов, рас-

тигельных и животных жировых продуктов, древесные отходы, отходы целлюлозы, бумаги и картона, характеризуются низким содержанием элементов минерального питания, имеют крупную структуру, низкую влажность. Отходы содержания, убоя и переработки животных и птиц, напротив, имеют высокую влажность, содержание азота, фосфора и калия, мелкую структуру. Из отходов химического происхождения полезными для лесного хозяйства свойствами обладают только отходы текстиля, которые характеризуются высоким содержанием органического вещества. Из коммунально-бытовых отходов наиболее многотоннажными являются ОСВ, которые имеют высокую влажность, содержание органического вещества и элементов минерального питания растений. Вместе с тем их агрохимические свойства значительно варьируют, они могут содержать ТМ, поэтому их применение при лесовосстановлении должно быть научно обосновано в каждом отдельном случае.

3.3. Классификация органических отходов. В настоящее время отходы классифицированы и систематизированы по происхождению в Федеральном классификационном каталоге отходов (ФККО). Каждой группе отходов присвоен код, отражающий происхождение отхода, агрегатное состояние и физическую форму, опасные свойства и их комбинации, класс опасности для окружающей природной среды.

По показателям опасности отходов можно судить о возможности их переработки и возможности использования при лесовосстановлении. Отходы, относящиеся к 1...2 классам опасности, применять в лесном хозяйстве без дополнительных мер по их обезвреживанию не целесообразно. Для эффективного использования органических отходов при лесовосстановлении важны показатели агрегатного состояния и агрохимических свойств. Так, например, для производства органических удобрений методом компостирования отходы необходимо разделять на две категории по основным показателям (Романов и др., 2001), приведенным в таблице 1.

Таблица 1. Категории органических отходов для составления компостных смесей

Показатель Категория I (наполнитель) Категория II

Структура Крупная Мелкая

Содержание воды Низкое Высокое

Соотношение С:Ы Широкое Узкое

Код агрегатного состояния по ФККО (9 и 10 цифры кода) 01,08... 12, чаль с кодом 00 и 99 02.. .07, часть с кодом 00 и 99

Часть отходов можно отнести к категории III, которые могут использоваться в качестве добавок, имеющих различные свойства, позволяющие улучшить состав компостной смеси и свойства готовых удобрений.

Однородные и смешанные органические отходы, относящиеся к одной категории вполне могут быть утилизированы без дополнительных затрат на

сортировку. Применение смешанных органических отходов разных видов возможно только после проведения мероприятий по их сортировке.

С учетом происхождения органических отходов, их физических, агрохимических и экологических свойств была составлена схема методов переработки и экологически безопасного использования органических отходов при лесовосстановлении (рис. 1).

| ОРГАНИЧЕСКИЕ ОТХОДЫ

Отходы пр оизводства | | Отходы потребления ;

ГОтходы промышленного ^ потребления Отходы бытового потребления

ОТХОДЫ ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ (ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО) ОТХОДЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ отходы КОММУНАЛЬНЫЕ

1 1 1-1- 1 1 1 1 --1

<ь

2 В О й

8-1

1« о з

О Ж

Ей §

б Е к

ь В Я

; о. с

>4 ё

Б ?

С? о

Р !1

О д

О 4»

5 п.

и -& «й

I §

■2-Е

с о

Оценка свойств и класса опасности отхода

Чсрсзвычашюи

висоыо опасные (1-Й кнаос доюмспО

ЕЕ

Умеренно опасные и малоопасные (ПНУ класс опасности)

Практически не

0ПХ11ЫС (V класс опасности)

Однородные

Смешанные -1

Органические органические

Органические неорганические

Категория I (Ш-Укпасс опасности) Категория II (V класс опасности)

- крупная структура - низиэе содержание воды -широкое соотношение С':Ы - мелкая структура - высокое содержание воды -узкое соотношение

(Составление смесей с^ч последующим )

компостированием У -^-

Категория I (V класс опасности) Кшпегирин II ОП-У класс опасности

- крупная структура - низкое содержание воды -широкое соотношение С:Ы - мелкая структура - высокое содержание води - ^зкое соотношсшю

Применение отходов V класса опасности в чистом вице и компостов при лесовосстапопдении

(Составление смесей с~Х последующим ) компостированием у

Рисунок 1. Методы переработки и утилизации органических отходов при лесовосстановлении

3.4. Основные направления использования органических отходов при лесовосстановлении. При необдуманном использовании органических отходов в лесном хозяйстве может быть нанесен урон окружающей

среде и снижена продуктивность лесных насаждений. Причиной этому может служить содержание в некоторых из них нежелательных ингредиентов. Кроме того, для определения объектов и технологических процессов лесо-восстановительных мероприятий, где существует возможность применения органических отходов и продуктов на их основе, следует учитывать особенности лесного хозяйства России: большие площади лесного фонда с большим разнообразием участков и технологических процессов лесовос-становления, их растянутость по времени. Это приводит к сложности прогнозирования воздействия органических отходов на состояние окружающей среды, организации экологического мониторинга и невозможности унификации технологий их применения при лесовосстановлении.

Более предпочтительным является применение отходов на ограниченной территории в достаточно большом (оптимальном) количестве. Это позволит обеспечить проведение постоянного мониторинга за состоянием окружающей среды. Для снижения риска неблагоприятного воздействия отходов на окружающую среду использование органических отходов для повышения продуктивности лесных насаждений возможно только в технологических процессах с относительно коротким циклом производства, и на участках с высокой степенью воздействия человека на ход естественных процессов лесовосстановления.

При оценке возможности применения органических отходов в технологическом процессе необходимо учитывать продолжительность законченного цикла производства и сумму максимально допустимых агротехнических сроков для выполнения всех технологических операций с учетом их повторяемости с расчетом коэффициента «опекаемости» (табл. 2).

Таблица 2. Определение коэффициента степени технологического воздействия

Вид лесохозяйственного производства Получаемая продукция Сумма агротехнических сроков выполнения операций, дней (С) Продолжительность законченного цикла производства, дней (А) Коэфф-т

Создание и эксплуатация ПЛСУ Семена 620-700 9125-10950 0,06-0,07

Создание и эксплуатация ПЛСП 835-945 9125-10950 0,09-0,10

Выращивание сеянцев в открытом грунте Сеянцы 319-357 1460-1825 0,19-0,23

Выращивание сеянцев в теплицах 922-1763 365-730 2,42-2,53

Выращивание сеянцев с ЗКС 807-1873 365-730 2,21-2,57

Создание лесных культур Лесные культуры 105-215 2555-5475 0,02-0,08

Создание лесосырье-вых плантаций Ивовый прут 1100 6205 0,18

Безопасное использование органических отходов возможно при значениях коэффициента К0„> 0,1. Подобными значениями коэффициента «опекаемое™» характеризуются такие технологические процессы искусственного лесовосстановления, как создание ПЛСП, выращивание лесного посадочного материала и создание и эксплуатация лесосырьевых плантаций.

Учитывая физико-химические и токсикологические свойства органических отходов различных категорий и имеющийся опыт использования органогенных материалов в лесном хозяйстве, отходы можно применять как в чистом виде, так и в качестве компонентов для получения нетрадиционных мелиорантов. Они могут быть использованы для повышения плодородия почв, в качестве мульчирующего материала и для производства корнеза-крывающих субстратов с целью использования в закрытом грунте (рис. 2).

коьпкклмропшше и ^смесей огхедов У

Применение компостов для [елиорации почв.

При создании лесосеменных плантаций

.тгамизация параметр ермикцмпоечнроилпц

В посевном отделении питомника

-/¡о^анягсы >

■■■ним

компостов'

111 I

■негров дополнительной

. ОбраСОТКИ :КОД'ШОСХО,В».<

В школьном отделении питомника

—' Применение • компостов в качестве корнезакрывающих субстратов в -__теилиц.л^----

—-—Применение"-— отходов кате!'ории I в качестве добавок к корнезакрывагощим "-^_субстраталь—

При создании лесных культур плантационного _типа_

— Применение"-— отходов категории I в качестве

мульчирующего ----------------

При выращивании сеянцев с ЗКС

При выращивании сеянцев с ОКС

При доращиваини растений, полученных при микроклональиом размножении

ОРГАНИЧЕСКИЕ ОТХОДЫ

Рисунок 2. Направления применения органических отходов в технологических процессах искусственного лесовосстановления

На каждом этапе переработки и применения отходов необходима оптимизация технологических приемов. Поэтому в основу программно-

методической концепции диссертационной работы положены анализ взаимосвязей биотических и абиотических факторов с ходом естественно-биологических процессов биодеградации органического вещества отходов искусственного лесовосстановления и разработка параметров, обеспечивающих повышение эффективности каждой технологической операции с целью повышения продуктивности искусственных насаждений.

Экологическая безопасность при использовании органических отходов в лесном хозяйстве должна обеспечиваться за счет контроля и мониторинга содержания нежелательных ингредиентов в отходах, почве и лесохозяй-ственной продукции, путем оптимизации приемов переработки и использования отходов и распределения полученной при этом продукции на больших территориях.

4. Переработка и обезвреживание органических отходов для использования при лесовосстановлении

4.1. Биотехнологические аспекты переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты. Наиболее доступным способом получения органических удобрений и субстратов на основе органических отходов в лесном хозяйстве является компостирование. Существует несколько принципиально отличающихся подходов переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты: аэробное, анаэробное и вермикомпостирование. Установлено, что наиболее перспективным методом переработки органических отходов для использования при лесовосстановлении является аэробное компостирование. Вермипере-работка отходов возможна для повышения ценности получаемых продуктов. Применение анаэробного компостирования в лесном хозяйстве в настоящее время несколько затруднительно.

4.2. Составление рецептов компостных смесей. Для аэробного процесса разложения необходимы оптимальные условия. Одним из них является рыхлая укладка смесей для обеспечения доступа воздуха по всему объему перерабатываемой массы. Этого можно добиться путем введения в состав смеси отходов категории I с крупной структурой (например, опилок). Как показали исследования, с увеличением доли опилок в составе компостных смесей из ОСВ ее плотность сложения снижается, что описывается уравнением вида у=0,13ехр(-{),ООЗос1,2), Я2=0,98, наблюдается увеличение содержания органического вещества, повышается кислотность, снижается содержание общего азота, а отношение С:Ы становится шире и описывается уравнением вида 1227,5■( 1-ехр(-0,004- (;с+7,8)0'3)), Л2=0,96 (х - доля опилок в составе компостной смеси по объему, %). Максимальная интенсивность разложения органического вещества отходов была отмечена при доле опилок в составе компостной смеси 40% по объему, или 11,1% по массе.

Подобные закономерности установлены и при использовании в смеси с ОСВ (отходы категории II) гидролизного лигнина (ГЛ), относящегося к категории I. Учитывая, что для успешного протекания процесса аэробной биодеградации органического вещества в компостируемой смеси требуется содержание азота более 1,3%, фосфора - более 1,0%, калия - более 0,5%, а отношение С:К должно быть в пределах 25...40:1 (Форстер, Дж. Вейз, 1987), по построенным моделям была определена оптимальная доля ГЛ при смешении с ОСВ. Для оптимального содержания азота в смеси доля ГЛ должна быть менее 14%, фосфора - 5%. Вместе с тем для оптимизации состава смеси по отношению в компостной смеси должно быть 20...45% ГЛ, а содержание элементов минерального питания можно довести до оптимальных значений путем введения минеральных или органических добавок.

Существует несколько подходов к регулированию соотношения ингредиентов в компостной смеси, основанных на оптимизации отдельных показателей компостируемой массы. Один из них ориентируется на влажность компонентов (Романов и др., 2001): М1 = (IV¡, - \У,тт)/(1¥<тт - №1), где М/-масса отходов категории I на 1 т отходов категории II, т; Щ— влажность отходов категории I, %; 1Уопт ~ оптимальная влажность компостируемой смеси, %; IVп— влажность отходов категории И, %. Контрольные замеры непосредственно после закладки буртов показали, что величина влажности смесей близка к расчетной и отклоняется на 2...5% от расчетной при промышленных способах компостирования отходов. При этом в полученных смесях и другие показатели, определяющие интенсивность процесса аэробного компостирования, находятся в допустимых пределах.

Другой подход основан на оптимизации отношения С:И в смеси органических отходов. При составлении смесей ОСВ и опилок с различными значениями С:Ы путем внесения аммиачной селитры установлено, что наиболее интенсивно биодеградация органического вещества происходит при компостировании смесей отходов с отношением С:Ы = 24...28:1. При отношении С:Ы = 51,1:1 интенсивность биодеградации на начальном этапе протекает медленнее, но после потери углерода и сужении отношения С:Ы в процессе компостирования интенсивность разложения органического вещества возрастает. При более узком отношении интенсивность потери органического углерода оказывается намного слабее, что говорит о вялом протекании процесса компостирования. Поэтому при формировании компостных смесей из органических отходов необходимо добиваться оптимальных значений отношения С:Ы по формуле Ми - ф -5'опт)/(5от, - 5//), где 5/- отношение С:Ы в отходах категории I; Бц~ отношение С:И в отходах категории II; Богт, - оптимальное отношение С:И в компостной смеси.

Установлено, что при составлении рецепта компостных смесей по отношению С:Ы процесс аэробной биодеградации органического вещества протекает более интенсивно, чем при расчете отношения компонентов компостной

смеси по их исходной влажности. Об этом свидетельствует более быстрое разложение органического вещества за одинаковый период времени.

В том случае, если невозможно добиться оптимальных значений отдельных физико-химических характеристик компостной смеси, допускается введение в ее состав отходов, относящихся к категории III, либо минеральных удобрений. Расчет массы добавки можно сделать по формуле Мт = {Котл - КксУ(Кш - Копт), где Мш~ масса добавки (отхода, относящегося к категории Ш) на 1 т компостной смеси, т; Копт — значение оптимального показателя в компостируемой смеси (например, валового содержания азота, фосфора или калия), %; Ккс - значение показателя в компостируемой смеси, %; Кш- значение показателя в добавке, %.

43. Исследование интенсивности процесса аэробного компостирования. Процесс аэробного компостирования делится на 4 стадии (Форстер, Дж. Вейз, 1987): мезофильную, термофильную, остывания и созревания. Об их прохождении и протекании сложных микробиологических процессов свидетельствует изменение показателей температуры компостируемой смеси. При компостировании смеси ОСВ и ГЛ в течение 11 месяцев (включая осенне-зимний период) в первые две недели происходил ее разогрев до 40°С (мезофильная стадия). Однако после достижения данной температуры из-за недостаточной аэрации тела бурта процесс разогрева приостановился. После перебуртовки началось повторное повышение температуры, которая достигла своего максимума (55,2°С) только к началу 11 месяца после закладки на компостирование. Через месяц компостируемая смесь остыла. Прохождение всех стадий компостирования обеспечило полное обеззараживание смеси от яиц гельминтов, патогенной микрофлоры, снизило ее влажность и улучшило физико-химические свойства. Конечный продукт представлял собой темно-коричневую рассыпчатую массу со специфическим запахом перегноя, имел рН 6,2, а по содержанию азота (1,0%) и фосфора (0,6%) не уступал традиционным видам органических удобрений.

Исследования интенсивности процесса аэробной биодеградации органического вещества смеси бесподстилочного навоза КРС и опилок по цел-люлозоразрушающей активности показали, что оптимальные условия для компостирования создаются в центральной части бурта, где деятельность бактерий, ответственных за разложение целлюлозы, была максимальна и составляла 75,8%. В верхней и нижней частях бурта данный показатель составил 43,7% и 30,1% соответственно. Это объясняется пересыханием компостной смеси на поверхности бурта и ее уплотнением и переувлажнением в его основании. Для интенсификации и равномерности протекания процесса разложения компонентов смеси по всему объему бурта необходимо проведение перебуртовок, а при сильном пересыхании - добавление воды до оптимальных показателей (около 70% массовой доли).

Интенсивность процесса биодеградации органического вещества зависит от степени аэрации смеси отходов. Установлено, что при повышении объема поступления воздуха с 90 до 300 м3 в сутки на 1 м3 компостируемой массы интенсивность разложения органического вещества смеси ОСВ и опилок возрастает, зольность смеси отходов повышается на 0,9% за 17-20 дней биотермической переработки.

4.4. Влияние размера частиц наполнителя на свойства компостной смеси и интенсивность процесса аэробной биодеградашш. Отходы категории I даже одного вида обладают различными физическими и агрохимическими свойствами. Это нужно учитывать при составлении компостных смесей. С увеличением размера частиц опилок снижается их плотность сложения. Минимальный показатель данного параметра был отмечен у опилок с размером частиц от 5 до 7 мм. При дальнейшем увеличении размера частиц плотность начинает увеличиваться. Лучшей влагоудерживаю-щей способностью обладают опилки с размером частиц от 0,5 до 1 мм.

Установлено, что большей интенсивностью разложения органического вещества обладали смеси с размером частиц отходов категории I от 1 до 7 мм. Это связано с тем, что такие опилки создают наиболее оптимальные для компостирования физические свойства компостной смеси и обеспечивают доступ воздуха по всему объему компостируемой массы.

Зависимость доли биодеградации льняной ткани от размера частиц опилок, входящих в состав компостных смесей (у=87,4х0,!ехр(-0,05л;1'1), 112=0,9), показала, что наиболее благоприятные для аэробного компостирования физико-механические параметры складываются при использовании опилок с размером частиц от 1 до 2 мм, а зоной оптимума можно считать размеры частиц от 1 до 5 мм.

4.5. Оптимизация дозы внесения известковых материалов при нейтрализации органических отходов (на примере гидролизного лигнина). Нейтрализацию избыточной кислотности чаще всего проводят известковыми материалами. Для выявления нормы известкования нами проведен постановочный лабораторный эксперимент с искусственным изменением кислотности ГЛ с использованием Н2304 и ЫН4ОН. Образцы воздушно-сухого ГЛ с различной кислотностью нейтрализовывались известковой мукой из расчета 0; 5; 15; 20; 25; 35 и 40 кг/т. Потенциометрическим методом определялись значения рНс0Л. нейтрализованного ГЛ. По полученным данным были построены математические модели и вычислены дозы известковой муки, при которых бы рНСШ1 ГЛ составляла 6,5. При рНсол. ГЛ 2,6: >>=2,6+0,1*, доза известкового материала - 39,0 кг/т; рН«)Л ГЛ 3,32: 7=3,32+0,1186^+0,0002Д доза 25,7 кг/т; рН^ ГЛ 3,54: у=3,54+0,1986-дг-0,0024л:2, доза - 19,5 кг/т; рНетл ГЛ 5,19: у=5,19+0,1469л:--0,0024л2, доза 10,9 кг/т. По данным точкам составлена функция для опре-

деления дозы внесения известковой муки в зависимости от кислотности воздушно-сухого ГЛ при доведении его рН^ до 6,5: у=247*"1'93 (Я2=0,99).

Для определения влияния содержания влаги в ГЛ на изменение рНсол. навески воздушно-сухого ГЛ смачивались дистиллированной водой в различных концентрациях и определялась влажность каждого варианта. Затем ГЛ данных вариантов нейтрализовали известковой мукой в дозе 25 кг/т и определяли рНс0Д. Было установлено, что при увеличении влажности ГЛ на 1% значение рНсол возрастает на 0,036.

С учетом содержания в известковой муке СаС03+М§С03 (81%) и изменения кислотности в зависимости от влажности ГЛ была построена модель норм внесения известковых материалов для нейтрализации ГЛ, а по ней составлена табл. 3.

Таблица 3. Нормы внесения известковых материалов (100% СаССЬ+]У^СОз) для нейтрализации гидролизного лигнина, кг/т._

рНс„ ГЛ' Норма известкового материала при массовой доле влаги в ГЛ, %

30 35 40 45 50 55 60

1,77-2,27 32,1-22,8 28,2-20,5 25,0-18,4 22,3-16,7 20,0-15,2 18,0-13,9 16,4-12,8

2,32-2,77 22,1-17,1 19,9-15,5 17,9-14,2 16,3-13,0 14,8-12,0 13,6-11,1 12,5-10,3

2,82-3,27 16,6-13,3 15,1-12,2 13,8-11,3 12,7-10,4 11,7-9,7 10,8-9,0 10,1-8,4

3,32-3,77 13,0-10,6 11,9-9,9 11,0-9,2 10,2-8,6 9,5-8,0 8,9-7,5 8,3-7,1

3,82-4,21 10,4-8,7 9,7-8,1 9,0-7,6 8,4-7,2 7,9-6,7 7,4-6,3 6,9-6,0

4,32-4,77 8,5-7,3 8,0-6,8 7,5-6,4 7,0-6,1 6,6-5,7 6,2-5,4 5,9-5,2

Примечание. * - расчет выполнен для значения влажности ГЛ, равного 7,5%.

Такой метод определения норм внесения известковых материалов рекомендуется и для других видов отходов с избыточной кислотностью.

4.6. Применение биоактивизирующих добавок при аэробном компостировании органических отходов. Интенсивность компостирования органогенных материалов напрямую зависит от состава и численности микроорганизмов, участвующих в аэробной биодеградации органического вещества. Введение в компостируемую смесь из органических отходов биоактивизирующих добавок позволяет изменить численность и состав микрофлоры. Для оценки влияния биоактивизирующих добавок на процесс компостирования и свойства получаемых НОУ в смеси ОСВ и ГЛ на разных стадиях аэробного компостирования были внесены активатор почвенной микрофлоры (АПМ), активатор разложения стерни (АРС) и азотовит (Родин и др., 1997). Это позволило увеличить общее количество микроорганизмов в компостируемой смеси в 0,60-1,75 раз. Установлено, что наиболее сильно на увеличение численности и состава микрофлоры оказывает внесение АПМ. При использовании азотовита возрастает количество микроорганизмов, относящихся к группе денитрификаторов, и существует опасность потери доступного для растений азота в процессе производства нетрадиционных удобрений. Это является эффективным приемом для перевода питательных веществ нетрадиционных удобрений в доступные для растений формы.

Наиболее действенным дня увеличения содержания доступных растениям форм азота, фосфора и калия в готовом удобрении является внесение АРС на стадии остывания компостируемой смеси отходов. Дополнительное внесение АПМ на стадии созревания компоста позволяет увеличить содержание обменного калия, а модификация азотовитом — нитратного азота.

4.7. Отработка технологий производства нетрадиционных органических удобрений методом аэробного компостирования проводилась путем моделирования различных операций, с использованием серийно выпускаемых машин и механизмов. Всего отработано 4 технологические схемы, отличающиеся перечнем технологических операций, марками используемых механизмов и видами органических отходов.

При формировании компостной массы особое внимание необходимо уделять качеству перемешивания всех компонентов, так как это способствует более быстрому началу и оптимальному протеканию процесса компостирования. Исследования, проводимые при производстве НОУ из ГЛ, известковых материалов и ОСВ, показали, что смешение компонентов должно осуществляться в два приема: 1 - при нейтрализации ГЛ известковыми материалами; 2 — при смешении нейтрализованного ГЛ с ОСВ. Критерием оценки качества смешения компонентов удобно брать рН^, N^ и С^.

4.8. Агрохимические свойства нетрадиционных органических удобрений. Конечный продукт, полученный после компостирования смесей органических отходов, во всех случаях представлял собой темно-коричневую рассыпчатую массу со специфическим запахом перегноя. Основные показатели оказались в пределах требований к удобрениям на основе ОСВ (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001). Сравнение с традиционными видами органических удобрений показывает, что полученные компосты по основным агрохимическим показателям не уступают навозу крупного рогатого скота и торфо-минеральным удобрениям, а по некоторым и превосходят их.

4.9. Технологии переработки органических отходов методом аэробного компостирования. Выбор технологической схемы переработки органических отходов зависит от влажности исходных компонентов, в первую очередь — отходов категории II. При условии, что их влажность превышает 85%, технология приготовления компоста должна включать следующие операции: погрузка и доставка отходов категории I (наполнителя) на компостную площадку; формирование подушки из наполнителя с толщиной слоя 0,3-0,5 м; транспортировку и внесение минеральных или органических (категория отходов III) добавок; перемешивание наполнителя с добавками; формирование «корыта» из слоя наполнителя с высотой обваловки 0,8-1,0 м; заполнение «корыта» отходом категории II; разравнивание при необходимости слоя субстрата по слою наполнителя бульдозером; окончательное перемешивание компонентов; формирование штабеля (бурта); перебуртовки для дополнительного перемешивания компостной смеси и аэрации. По возмож-

ности в технологический процесс можно включить операции по внесению биоакгивизирующих добавок.

При влажности отходов категории П менее 85% можно применять технологию площадного компостирования, включающую все вышеперечисленные операции за исключением формирования «корыта». В случае, когда отвалы отходов категории I находятся в непосредственной близости от места расположения отходов категории II или места использования нетрадиционного удобрения, целесообразнее применять технологическую схему, при которой отходы категории II доставляются непосредственно на отвалы отходов категории I. Отличие данной технологической схемы от вышеизложенных заключается в исключении таких дорогостоящих операций, как погрузка и транспортировка отходов категории I.

Производство НОУ по данным технологическим схемам возможно на базе машин, которыми располагают лесные предприятия. Процесс компостирования может длиться в зависимости от условий от 4-5 месяцев до года. Периодичность перемешивания определяется температурой компостируемой смеси. В случае снижения влажности ниже 65% смесь нужно смачивать (доводя влажность до 70%). В зависимости от технологии производства себестоимость 1 тонны НОУ в 2,4-8,3 раза ниже себестоимости получения качественных ТМУ.

4.10. Переработка органических отходов методом вермикомпости-рования. Основой обеспечения качественной вермипереработки отходов является создание благоприятных условий для жизнедеятельности червей Е1зеша АэеИск (Бау.). Витальной для них средой являются органические отходы, характеризующиеся IV-V классом опасности. При этом летальная для дафний кратность разбавления должна быть не ниже 1,0, а индекс фитоток-сичности не ниже 0,8. Для снижения токсичности отходов перед вермипере-работкой рекомендуется осуществлять смешение высокотоксичных и низкотоксичных отходов. Так, оптимальная доля низкотоксичных отходов категории I в смеси с ОСВ различной токсичности составила от 48 до 61% в общем объеме субстрата. При этом доля отходов категории I должна возрастать с повышением токсичности отходов категории II (в среднем при классе опасности V - 54,3%, IV - 58,4%). Для ускорения процесса вермикомпости-рования при изменении температуры воздуха наиболее целесообразно регулировать состав субстрата: при повышении температуры увеличивать, а при снижении уменьшать долю наполнителя в составе смеси отходов в рамках оптимальных значений в зависимости от класса опасности отходов категории II.

Установлено, что оптимальной плотностью посадки при вермикомпо-стировании отходов является 12 особей/дм3 смеси, а наиболее эффективно переработка смеси органических отходов в вермикомпост осуществляется 2... 4 поколениями червей (12-15 месяцев после заселения).

5. Агролесоэкологическая оценка нетрадиционных органических удобрений

5.1. Влияние нетрадиционных органических удобрений на поступление в почвы и растения солей тяжелых металлов. При внесении в почву некоторых видов НОУ возможно повышение содержания в пахотном горизонте почвы солей ТМ. Известно, что ингибирующее воздействие ТМ может проявляться только при их переходе в доступные для растений формы. С внесением НОУ существенно увеличивается содержание органического вещества в пахотном горизонте почвы, снижается рН^л. и гидролитическая кислотность. Такие изменения способствуют образованию с ТМ труднорастворимых соединений и тем самым предотвращают их негативное воздействие на растения, снижают опасность их проникновения в нижележащие горизонты и грунтовые воды. Так, через 4 года после внесения НОУ на основе ОСВ и ГЛ в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву проникновение подвижных форм ряда ТМ отмечено лишь до глубины 60 см (рис. 3). При использовании НОУ для мелиорации легких почв соли ТМ также концентрируются в пахотном горизонте почвы (Нуреева, 1997).

Р05=0,28

-41-60 (3 61-80 81-100

пяяяяожаввя -и

"ЖЮЯЖКЁЖЛЖЛ ГЖКЯШ

тжжЁЖКвжжяюыжа/жп

мг/кг

g 0-20 rf 21-40 141-60 (561-80

1 ;Р05=О,177 ЬР„,=0,107

'¿¿¡¿¿¿¿{'»м-

0,5

1,0

,1,5

S °*20 «21-40

J41-60

561-80

81-100

я*

5=0,242

0,2 0,4

0,6 0,8 мг/кг

мг/кг^

Я 41-60 ¿61-80 81-100

Примечание. * - различие на 5% уровне значимости не существенно (Рфакт^ Ртабл.)

- внесены НОУ, 120 т/га;

- контроль (без внесения НОУ)

Рисунок 3. Транслокация тяжелых металлов по профилю дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при внесении 120 т/га НОУ

Исследования дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, куда были внесены 120 т/га НОУ из ГЛ и ОСВ с различным соотношением компонентов, показали, что при увеличении в их составе доли отходов, относящихся к группе II (ОСВ), возрастает валовое содержание ТМ в пахотном горизонте почвы. По сравнению с контролем достоверное на 5%-м уровне значимости повышение содержания в пахотном горизонте Си и N1 наблюдается при соотношении ГЛ и ОСВ по массе как 1:2,5, 2п и Мп -1:5,0, Сё-1:10,0 и выше.

Повышение дозы внесения НОУ также может повлечь за собой увеличение концентрации солей тяжелых металлов в пахотном горизонте почвы. Так, при внесении различных доз НОУ на основе ОСВ г. Йошкар-Олы и опилок в дерново-подзолистую суглинистую почву произошло увеличение содержания кадмия, меди и цинка, но существенное на 5%-м уровне значимости отличие в содержании ТМ отмечено только при повышенных дозах внесения - 240 и 480 т/га.

В силу того, что большая часть ТМ концентрируется в верхних горизонтах почвы, при выкопке посадочного материала происходит их вынос с растениями и почвой на корневой системе (табл. 4).

Таблица 4. Влияние внесения НОУ (120 т/га) на содержание в пахотном горизонте легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы солей тяжелых металлов_

Доза внесения НОУ Содержание солей тяжелых металлов до (1) и после (2) выкопки сеянцев сосны обыкновенной, мг/кг

кадмий никель свинец медь цинк

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

120 т/га 0,54 0,11 2,83 2,04 10,50 1,68 1,68 0,42 4,08 0,94

Конгроль (От/га) 0,27 0,05 2,32 1,97 9,00 1,40 1,22 0,22 2,33 0,54

НСРа 0,23 0,05 0,28 * * ф * * 0,73 0,18

ПДК 2,0 4,0 6,0 3,0 23,0

Примечание. * - различие на 5% уровне значимости не существенно (Рфа„.< И^бл).

5.2. Влияние состава и дозы внесения нетрадиционных органических удобрений на агрофизические свойства почвы. С увеличением дозы внесения НОУ возрастает влажность верхнего 10-сантиметрового слоя в засушливые периоды и снижается плотность сложения пахотного горизонта дерново-подзолистых почв. Плотность сложения достигает оптимальных значений (1,00-1,15 г/см3) при дозе внесения 240 т/га и выше в легкосуглинистые и 15-120 т/га в песчаные и супесчаные почвы.

Состав и виды компонентов НОУ влияют на плотность сложения почвы. Оценку влияния внесения НОУ на плотность сложения пахотного горизонта дерново-подзолистых почв можно проводить по следующим математическим моделям: для песчаных почву=ро-ехр(-0,00075 (¿/•¿•/?)0,75); для супесчаных почв у=Я)«ф(-0,0001 №-рТ\ для легкосуглинистых почв у=ро-ехр (-0,006-(¿Ь-р)0'42), где рь-первоначальная плотность сложения почвы, г/см3;

с/ - доза внесения НОУ, т/га; Ъ - доля отходов категории I в составе НОУ, %; р-насыпная плотность отходов категории I в составе НОУ, г/см3.

После внесения НОУ в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву наблюдается увеличение доли водопрочных агрегатов размером от 0,25 до 0,5 мм и от 1,0 мм и выше, а по содержанию физической глины почва на опытных участках перешла из категории легкосуглинистых в категорию супесчаных.

5.3. Влияние состава и дозы внесения нетрадиционных органических удобрений на агрохимические свойства почвы. При повышении дозы внесения НОУ изменяются практически все основные агрохимические показатели почвенного плодородия: увеличивается содержание гумуса азота и фосфора, снижается ее кислотность (рис. 4). Большинство из них достигают близких к оптимуму значений при дозе 80-120 т/га (30-45 т/га по с.в.).

Доза внесения по с.в1, т/га Доза внесения по слц т/га Доза внесения по с.в, т/га

Здесь А - содержание шслочно-гилролизусмого азота:у=;10,7(1-ехр(-2,91(Г?х1')Н<\9; Д3=0,7; Б - содержание подвижного фосфора: у=1,5(1-ехр(-0,в01- х")+5,8:1(2~0,7: В - кислотность солевой вытяжки: у=97,0 (1чч:р(-(и1(Г'х!^+92,8; 1{!=0,95.

Рисунок 4. Влияние дозы внесения НОУ из ОСВ и ГЛ (соотношение по массе 1,7:1) на агрохимические показатели дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы

При использовании нетрадиционных удобрений в качестве почвенных мелиорантов нужно учитывать их состав и содержание элементов минерального питания в исходных компонентах. Для дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава нужно применять компоста с долей органических отходов категории II в их составе не менее 30% (по массе), а для мелиорации более богатых суглинистых почв доля отходов категории II в составе компоста должна быть увеличена до 75% и более. В этом случае содержание элементов минерального питания растений в почве повыситься (рис. 5).

5.4. Влияние внесения нетрадиционных органических удобрений с различным сроком хранения на агрохимические свойства почвы. При

увеличении срока хранения нетрадиционных удобрений с 3 до 5 лет в 1,41,5 раза снижается их эффективность в повышении содержания в почве гумуса, но повышается возможность увеличения содержания зольных элементов, в том числе подвижных форм элементов минерального питания растений. Содержание Р205 на опытных участках увеличилось в 1,75-3,75 раз по сравнению с контролем.

О 8 16 24 32 40 48 56 Доля отхода группы 11 в компосте, %

О 8 16 24 32 40 48 56 Доля отхода группы 11 в компосте. %

содержание элементов минерального питания в пахотном горизонте почвы на контрольных участках (без внесения НОУ).

Рисунок 5. Влияние доли отходов группы II в составе НОУ на содержание подвижных форм азота и фосфора в пахотном горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы

5.5. Микробиологическая активность нетрадиционных органических удобрений при использовании в качестве почвенных мелиорантов. Использование компоста, изготовленного на основе органических отходов, привело к активизации почвенно-микробиологических процессов, в том числе процессов минерализации органических веществ, и к накоплению элементов питания для растений, что свидетельствует о возможности использования его в качестве органического удобрения наравне с торфом (табл. 5).

Таблица 5. Численность эколого-трофнческих групп микроорганизмов в дерново-

Бактерии, млн кл/г à. ° fs Ii -1 â-y 8 Относительная плотность микрофлоры, %

Вариант аммонифи-| цирующие алшлолити-ческие ячифоАи -огтю || X Îll гг fi

НОУ (1,40СВ : 1 опилки) 36,0 48,4 21,9 2,6 15,5 37,5 58,3 46,0

Низинный торф 23,6 38,9 23,9 3,2 19,7 62,2 44,9 33,0

Контроль 19,5 20,2 30,7 1,3 6,4 31,7 28,3 20,0

HCP„s 2,1 2,4 0,9 0,5 1,7 3,3 7,1 7,3

Через два года после внесения удобрений высокий пул микроорганизмов сохраняется, но отмечается тенденция к уменьшению численности гетеротрофных организмов. Преимущественное развитие получает оли-готрофная часть микробной системы, что приведет к более быстрой минерализации оставшегося органического вещества. Более высокими темпами минерализуется низинный торф.

Изменения микробиологических свойств и удобрительной ценности НОУ можно добиться применением биоактивизирующих добавок. Установлено, что при применении в качестве мелиоранта НОУ, модифицированных сочетанием АРС, АПМ и азотовита на стадии остывания, уровень содержания обменного калия в почве увеличился в 5,1 раза по сравнению с

контролем (без внесения НОУ) и в 1,3 раза по сравнению с участками, где применялся НОУ, не модифицированный биодобавками. При использовании НОУ с введенными в его состав на стадии созревания АРС и АПМ в почве повышается содержание нитратного азота.

5.6. Влияние совместного внесения нетрадиционных органических удобрений с другими мелиорантами на физико-химические свойства почв. Оптимальных показателей почвенного плодородия можно достигнуть в короткие сроки за счет комплексного применения НОУ с другими мелиорантами. Внесение одного песка дозой 450 м3/га в среднесуглини-стую почву снизило содержание частиц илистой фракции на 5,26%. Одновременное использование НОУ (на основе ОСВ и ГЛ) и песка позволило довести содержание физической глины в пахотном горизонте до оптимальных показателей - 19,4%. Для улучшения физических свойств легкосуглинистой почвы оказалось достаточным внесение одного НОУ. По доле наличия фракции «физическая глина» почва приблизилась к категории супесчаных. Установлено, что пескование тяжелых почв, как отдельный аг-роприем, способствует снижению оструктуренности почвы, а совместное использование мелиорантов не привело к какому-либо достоверному изменению структурного состава пахотного горизонта дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. Использование НОУ и песка в комплексе позволяет оптимизировать значение плотности сложения пахотного горизонта.

Для мелиорации почв легкого гранулометрического состава эффективно проведение глинования (Родин, 1997). Нуреевой Т.В. (1998), Романовым Е.М. (1999) предложена комплексная мелиорация почв путем внесения глины и нетрадиционных органических удобрений. Это позволяет оптимизировать водно-физические свойства пахотного горизонта песчаных и супесчаных почв.

Применение НОУ в комплексе с другими мелиорантами позволяет существенно повысить агрохимические показатели почв. Внесение НОУ в дозе 120 т/га обеспечило повышение содержания органического вещества в супесчаной почве на 0,6%, среднесуглинистой - на 2,1%, легкосутлинистой - на 1,6%, подвижного фосфора - в 1,4; 1,5 и 1,2 раза соответственно, нитратного азота - на 11,2; 5,5 и 12,81 мг/кг. На содержание обменного калия этот агроприем влияния не оказал. Использование НОУ позволяет существенно повысить долю содержания в почве ионов Са2+ и Mg2+. Наблюдается снижение гидролитической кислотности, рН^ почвенного раствора приближается к нейтральным значениям.

Совместное использование НОУ и глины для мелиорации супесчаной почвы в еще большей степени позволило повысить содержание органического вещества, но привело к снижению содержания элементов минерального питания растений в пахотном горизонте. Применение пескования при мелиорации среднесуглинистой почвы, напротив, приводит к снижению

содержания органического вещества, а также элементов минерального питания. Комплексное внесение НОУ и песка позволяет повысить агрохимические показатели почвы.

5.7. Последействие нетрадиционных органических удобрений на агрохимические свойства почвы. В состав НОУ входят отходы, относящиеся к I группе (наполнитель), которые с трудом подвергаются полной деструкции при компостировании и в почве. Установлена тесная положительная связь между дозой внесения НОУ и основными параметрами почвенного плодородия (даже через 7 лет после его внесения): с органическим веществом - 0,94, нитратным азотом - 0,83, подвижным фосфором - 0,98, рНсод - 0,90, суммой поглощенных оснований - 0,95. Положительное влияние комплексной мелиорации почв с применением НОУ, песка и глины прослеживается на протяжении 7-10 лет (табл. 6).

Таблица 6. Влияние совместного внесения НОУ с другими мелиорантами на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв_

Вариант опыта Содерлс. органик. вещ-ва, % рНсол. Содержание, мг/кг

N-NOs Р2О, к2о

1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 \ 2 1 2

Супесчаная почва

Контроль 1.9 1,4 6,0 5,8 2,7' 14,4 126,6 29,4 44,3 18,1

НОУ 120 т/га 2,5 1,4 5,9 5,8 13,9 15,3 173,7 43,8 221,7 11,4

НОУ + глина (400 м7га) 3,6 2,2 5,6 5,9 7,0 13,6 128,3 65,4 166,3 13,1

НСРоз 2,31 0,24 0,2 * 4,93 * 2,16 10,29 4,76 0,84

Среднесуглинистая почва

Контроль 3,3 2,0 5,3 6,4 18,5 11,8 1792 155,3 117,7 92,3

Песок 450 м3/га 2,0 1,5 5,9 6,4 13,0 9,4 152,0 73,9 94,5 43,6

НОУ 120 т/га 5,4 3,6 6,9 6,0 74,0 12,9 275,5 178,2 121,0 76,3

НОУ + песок 3,0 2,2 7,1 5,9 45,5 11Д 185,0 86,6 95,3 87,7

НСР05 1,20 0,46 0,49 * 33,58 1,55 46,52 13,78 20,07 11,06

Оптимум 2,5 и более 5,5 - 150 и более 170 и более

Примечания\ 1 - через один год после внесения (супесчаная почва, 1995 год, средне-суглинистая почва, 1998 год): 2 - данные 2005 года; * - различие на 5% уровне значимости не существенно (F^/îF,* ) | h данные Нуреевой Т.В. (1998).

6. Применение модифицированных органических отходов в качестве почвенных мелиорантов

6.1. Отзывчивость древесных растений на внесение в почву нетрадиционных органических удобрений. Реакция саженцев различных видов древесных растений на внесение нетрадиционных удобрений из органических отходов неодинакова. Это связано с тем, что растения, с одной стороны, получают дополнительные элементы минерального питания, а с другой, их рост может подавляться содержащимися в удобрении нежелательными ингредиентами. Путем расчета доли влияния фактора внесения повышенной дозы НОУ на основе осадков сточных вод (360 т/га) на биомет-

рические показатели саженцев и определения коэффициента отзывчивости был составлен ряд распределения саженцев различных видов древесных растений: ель европейская (1,2) < туя западная (1,8) < сосна обыкновенная (1П,0) < барбарис обыкновенный (IV,8) < роза собачья (У,3) < магония па-дуболистная (У,5) < береза бородавчатая (VI,5) < липа мелколистная (VII,8). Это свидетельствует и о том, что при использовании в качестве почвенных мелиорантов отходов, загрязненных нежелательными ингредиентами, необходимо учитывать вид древесных растений.

6.2. Влияние дозы внесения нетрадиционных органических удобрений в почву на рост сеянцев и саженцев древесных и кустарниковых растений. Данная проблема изучалась в посевном и школьном отделениях лесных питомников. При увеличении дозы внесения нетрадиционных удобрений в почву до определенного уровня показатели роста сеянцев и саженцев древесных растений повышаются, затем происходит их снижение. Оптимум дозы внесения НОУ зависит от вида древесных растений и типа почвы: для ели он составляет 30-80 т/га на легкосуглинистой и 80120 т/га на среднесуглинистой почве; для лиственницы - 80-120 т/га на легкосуглинистой почве, для сосны - 30-120 т/га на легкосуглинистых, 40120 т/га на супесчаных, от 80 до 120 т/га на песчаных почвах.

Для оптимизации дозы внесения НОУ были построены уравнения связи вида по всхожести семян, приживаемости саженцев,

сохранности, линейным и весовым показателям сеянцев и саженцев, выходу растений с единицы площади. Полученные модели позволили вычислить оптимальные дозы внесения удобрения, при которых отдельные показатели роста сеянцев и саженцев хвойных пород имеют максимальные значения (табл. 7). Применение НОУ совместно с подкормками минеральными удобрениями позволяет снизить дозу внесения в 1,5-2 раза.

Таблица 7. Оптимальные дозы внесения НОУ в дерново-подзолистые почвы лесных питомников при выращивании сеянцев и саженцев хвойных пород_

Почвы Оптимальная доза внесения НОУ, т/га

Сосна обыкновенная Лиственница сибирская Ель европейская

Песчаные 80-100 -

Супесчаные 50 -

Легкосуглинистые 100 150 50-80

Среднесуглинистые - - 150

Лиственные породы требуют более высоких доз внесения НОУ. Выращивание саженцев березы показало, что применение нетрадиционных удобрений в малых дозах от 30 до 60 т/га приводят к подавлению их роста. Повышение дозы внесения в почву нетрадиционного удобрения позволило значительно увеличить линейные размеры березы. Лучшим ростом обладали саженцы, выращенные на участках, куда внесли 360 т/га компоста из органических отходов.

Влияние дозы внесения НОУ на продуктивность кустарниковых ив оценивалось по совокупному показателю урожайности с единицы площади (Трегубое, 2006). Установленные оптимумы составляют 230 т/га и выше. Для снижения нагрузки на окружающую среду НОУ в лесные плантации следует вносить полосами на месте будущих рядов культур (пат. №2438295).

6.3. Влияние состава нетрадиционных органических удобрений на рост древесных растений. Эффективность нетрадиционных удобрений напрямую зависит от их состава и технологических приемов, используемых при производстве. Рост сеянцев древесных растений на легких по гранулометрическому составу почвах ускоряется только при использовании компостов с содержанием отходов категории II не менее 50% (рис. 6), а на почвах с высоким содержанием агрегатов, относящихся к илистой фракции, - при наличии в составе компоста более 40% отходов категории I.

§4,5 ¿4,3

«<м

г*

§3,9

3'50 10 20 30 40 50 60 ¿У"'0 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60

Дата атшов категории Ц % Дата отходов категории И, % Дши ошшв катврии II, %

А - высота стволика (см) - у=4,6(1-ехр(-2,9.10<,х2-7))+3,6; КМ),81; Б - длина охвоеннон части (см) -у=343,4 (1-ехр(-3,4Ю'7 х2 г))+1; 1?=0,81; В - длина корневой системы (см) -у=10 (1-схр(-3,1 10 в х2*'))+15,6; [ | - данные на контрольных участках (без внесения НОУ); • - фактические значения.

Рисунок 6. Зависимость роста однолетних сеянцев сосны обыкновенной от доли отходов категории II в составе НОУ, вносимого в дозе 120 т/га в дерново-подзолистую песчаную почву

6.4. Влияние применения нетрадиционных органических удобрений, модифицированных биоактивизирующими добавками, на рост сеянцев сосны. Применение биоактивизирующих добавок в процессе аэробного компостирования смесей отходов позволяет повысить удобрительную ценность НОУ. Модифицирование нетрадиционных удобрений активатором разложения стерни на мезофильной стадии компостирования и стадии остывания, а на стадии созревания компостной смеси - активатором почвенной микрофлоры позволило повысить биометрические показатели сеянцев сосны и выход стандартного посадочного материала (рис. 7).

6.5. Влияние совместного использования нетрадиционных органических удобрений с другими мелиорантами на рост сеянцев древесных растений. Благодаря оптимизации водно-физических свойств дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы при внесении 120 т/га НОУ созда-

лись наиболее оптимальные почвенно-экологические условия для прорастания семян ели. Их всхожесть на опытных участках на 9,5-10,1% была выше, чем на контроле. Совместное внесение нетрадиционных удобрений и песка позволило повысить данный показатель на 16,3%. Высота стволика на опытных участках была на 14,3%, а масса растений на 20% больше, чем на контроле. Использование песка в дозе 450 м3/га для мелиорации средне-подзолистой почвы не привело к усилению ростовых процессов.

1 1 í

ж* i 1

Контроль без внесения НОУ Внесено 120 т/га НОУ

ба биодобавок сАРС с АРС и АПМ ii <3 u S

| - общий выход сеянцев, в том числе Щ - выход стандартных сеянцев. Рисунок 7. Влияние внесения НОУ, модифицированных биоактивизирующими добавками на мезофильной стадии (А) и стадии остывания (Б) компостной смеси, на выход двухлетних сеянцев сосны обыкновенной

Совместное использование нетрадиционных удобрений и глины не оказало положительного влияния на рост сеянцев сосны. Установлено, что при внесении только НОУ сеянцы характеризуются максимальными размерами и массой по сравнению с другими вариантами опыта (рис. 8).

100 200 300 400 Доза внесения глины, м'/га В

е6

Й 5 8.5 |4

а £ 2

■í I

I m_

100 200 300 400 Доза внесении глины, м/га

-100

у=о,н-Лхр(-: .6-

100 200 300 400 Доза внесения глины, »г/га

А - высота стволика, см; Б - текущий прирост, см; В - масса 100 растений, г;

< - зависимость биометрических показателей сеянцев от дозы

Ш внесения глины;

- значения биометрических показателей сеянцев нри совместном использовании глины и НОУ (120 т/га).

Рисунок 8. Влияние внесения глины и глины совместно с НОУ (на основе ГЛ и ОСВ) в дерново-подзолистую супесчаную почву на рост двухлетних сеянцев сосны

Это объясняется тем, что выращивание древесных растений после внесения глины может успешно осуществляться только после завершения перестройки физико-химических свойств модифицированной почвы легкого гранулометрического состава в сторону их большей оптимизации (Родин, 1997). Поэтому глинование легких по гранулометрическому составу почв целесообразно проводить за 3-4 года перед внесением НОУ с однократной дозой внесения для супесчаных почв 200 м3/га, песчаных - 350 м3/га.

6.6. Влияние срока хранения нетрадиционных органических удобрений на рост древесных растений. Качественные удобрения не должны терять своих полезных свойств на протяжении продолжительного времени. При хранении НОУ происходит постепенное разложение органического вещества с высвобождением зольных элементов, что приводит к снижению удобрительной ценности мелиорантов. Однако при использовании НОУ с более длительным сроком хранения на легких почвах в большей степени интенсифицировался рост сосны в плантационных культурах (рис. 9). Это связано с тем, что помимо повышения агрохимических показателей почвы с использованием удобрений изменились и ее физические свойства, так как это удобрение имело пылеватую структуру и позволило повысить содержание частиц, относящихся к илистой фракции в пахотном горизонте почвы.

г 20 --£- г 12

Тб>.-=3,903 вШеф»«г.=4,439 »

2 19 —ШШ--ШШг- Ь

13 15 60 т/га 120 г/га Н ° бОт/га 120 т/га

¡¡Ц - срок хранения НОУ 5 лет; §Ц - срок хранения НОУ 3 года;]£- ошибка среднего (Xi.-p.tnix); §Ц -линейные размеры саженцев сосны на участках без внесения НОУ (Хч>.*пь)

Рисунок 9. Влияние внесения нетрадиционных органических удобрений с различным сроком хранения на линейные размеры саженцев сосны обыкновенной в плантационных культурах (^=1,96)

6.7. Последействие нетрадиционных органических удобрений на рост сеянцев и саженцев древесных растений. Применение нетрадиционных органических удобрений оказывает положительное влияние на рост и развитие сеянцев древесных растений в течение продолжительного времени. Через 7 лет после внесения НОУ в легкосуглинистую и через 12 лет в супесчаную почву установлено достоверное на 5%-м уровне значимости положительное влияние на линейные и весовые показатели сеянцев сосны, а также выход посадочного материала с единицы площади.

Оптимальная доза внесения НОУ при выращивании саженцев сосны без повторного внесения НОУ во вторую ротацию севооборота состав-

ляет в среднем 102,5 т/га. При внесении данных удобрений в каждую ротацию севооборота вполне достаточной для получения эффекта может считаться доза в 1,3 раза ниже.

7. Применение субстратов на основе органических отходов при выращивании сеянцев в теплицах

7.1. Использование органических отходов в качестве добавок при производстве субстратов на основе низинного торфа для выращивания сеянцев в теплицах. Для улучшения агрофизических показателей субстратов на основе низинного торфа (НТ) можно использовать отходы, относящиеся к категории I: гидролизный лигнин и опилки. Введение в субстрат ГЛ позволяет повысить его стерильность, что отражается на увеличении сохранности и снижении отпада от полегания всходов сосны и лиственницы. При выращивании сеянцев сосны в контейнерах происходит увеличение практически всех биометрических показателей при повышении доли ГЛ в субстрате до 20-30%, а лиственницы сибирской - до 10-30% ГЛ. После достижения данных соотношений ГЛ и НТ наблюдается снижение ростовых процессов. Моделирование процесса влияния доли ГЛ в составе субстрата на рост древесных растений с использованием функции вида у=к-х~ых)-ехр(-с-хь)+а позволило установить, что оптимальной долей гидролизного лигнина при выращивании сеянцев сосны является 16,8% по объему, а лиственницы сибирской —16,2%.

Введение в состав субстрата из НТ опилок от 0 до 60% по объему позволило существенно снизить его плотность сложения и приостановить процессы биодеградации органического вещества при выращивании сеянцев лиственницы сибирской в контейнерах. Введение 20% опилок в состав субстрата в 1,8 раза снижает содержание аммиачного азота. Снижение содержания Р205 при повышении доли опилок в субстрате с 0 до 60% описывается уравнением 7=13,4«хр(-0,002-х1'4), Я2=0,97; К20 -^=6,29-ехр(-0,006-х1'4), Я2=0,99. Добавление опилок способствует снижению рН,^ до 5,5-6,0.

Максимальная сохранность сеянцев лиственницы (92,8 %) наблюдается при введении в субстрат 60 % древесных отходов. Существенно меньше всходов (83,3 %) сохранилось в субстрате из чистого НТ по причине их отпада от полегания. С повышением доли опилок до 50 % рост сеянцев в высоту усиливается по сравнению с контролем. Масса хвои и стволиков растений максимальна при содержании в субстрате 40 % опилок. Для достижения максимальных значений биометрических показателей сеянцев при их выращивании на таких субстратах необходимо вносить минеральные удобрения и регулярно проводить подкормки в соответствии с потребностями растений (Романов, 2000).

7.2. Использование компостов на основе органических отходов в качестве тепличных субстратов для выращивания сеянцев древесных

растений. Линейные размеры и масса сеянцев сосны и лиственницы, полученных на нетрадиционных субстратах достоверно на 5% уровне значимости превосходят растения, выращенные на субстрате из НТ, и не отличаются от сеянцев, выращенных на субстрате из верхового торфа (табл. 8).

Таблица 8. Влияние использования субстратов различного состава на биометрические показатели контейнерных сеянцев лиственницы сибирской (числитель) и сосны обыкновенной (знаменатель) __

Состав субстрата Высота стволика, см Диаметр шейки корня, мм Масса 100 сеянцев в сухом состоянии, г

хвоя стволики корни диаметрам

>1мм <1мм

Верховой торф -/7,4 -/1,5 -/31,5 -/73 -13,7 -/13,8

Низинный торф 2,7/5,6 1,3/1,2 3,9/18,1 2,7/3,7 1,9/1,8 3,7/5,9

Компост из ОСВ и лиственных опилок (6,8:1) 11,4/8,4 2,6/1,5 22,4/31,4 15,4/8,5 7,6/33 6,0/10,6

Компост из ОСВ и хвойных опилок (20,6:1) 10,8/83 3,0/1,7 16,9/28,5 18,7/7,6 83/3,0 9,6/6,7

Компост из ОСВ и хвойно-лиственных опилок (1,4:1) 12,7/- 2,58/- 17,78/- 18,0/- 6,6/- 7,26/-

НСРо5 2,91/1,07 0,39/* 5,77/7,19 6,09/2,33 2,30/0,62 0,88/3,69

Примечание. * Различие на 5% уровне значимости не существенно (Рфа„<Рта6л )

Регулированием состава и видов органических отходов, входящих в компостную смесь, можно добиться более оптимальных условий для роста сеянцев в теплицах. При увеличении доли отходов категории I в составе компостной смеси от 0,25 до 0,5 частей на 1 часть отходов категории II (по массе) снижается плотность сложения (от 0,40 до 0,28 г/см3) и повышается содержание органического вещества (от 47,0 до 77,2%).

Лучшими биометрическими показателями обладают сеянцы сосны, выращенные на нетрадиционных субстратах из органических отходов при отношении С:Ы в исходных компостных смесях в пределах 24...28:1, а среднее оптимальное значение, выявленное построением регрессионных моделей, составляет 26,8:1. Это согласуется с оптимальным отношением СЛЧ при аэробном компостировании.

На качество получаемых нетрадиционных субстратов оказывают влияние режимы аэробного компостирования. Исследования показали, что лучшим ростом обладают сеянцы древесных растений, выращенные на компостах из органических отходов, полученных методом аэробной биодеградации и прошедших все стадии компостирования по сравнению с вариантом с незавершенным процессом (табл. 9). При этом необходимо добиваться того, чтобы температура саморазогрева смеси на термофильной стадии достигала 55°С.

Тепличные субстраты должны обладать постоянной структурой, близкой к оптимальной. Этим требованиям отвечает субстрат на основе ВТ. Компосты на основе ОСВ и опилок хотя и не имеют такой же стабильности, но в течение 1 сезона выращивания сеянцев лиственницы структурно-агрегатный их состав был в пределах оптимальных значений. Регулировать

количества частиц необходимых размеров можно путем просеивания ком-постов (рис. 10).

Таблица 9. Влияние использования субстратов из органических отходов с различным сроком компостирования на линейные размеры сеянцев лиственницы сибирской (числитель) и сосны обыкновенной (знаменатель) _

Стадия компостирования Высота стволика, см Диаметр шейки корня, мм Длина корневой системы, см

Термофильная 3,2/3,5 1,3 /0,9 6,7/12,2

Созревания 11,4/8,4 2,6/1,5 9,8 / 10,9

Контроль (низинный торф) 2,7/- 1,3/- 9,5/-

Контроль (верховой торф) -/7,4 -/1,5 -/16,7

НСР05 1,867/0,854 0,361/0,378 0,226/2,483

Поэтому при подготовке корнезакрывающего субстрата к использованию нужно выполнять просеивание компоста из органических отходов с отбраковкой частиц размером более 5 и менее 1 мм.

V ■ * ч э о

Размер часпш нетрадиционного субстрата, мм Размер частиц нетрадиционного субстрата, мм

Линейные размеры при размере частиц:[Щ-менее 1 мм;|Ц-1_> мм;Щ-3_5мм;Ш|-5_7мм;

Рисунок 10. Влияние размера частиц нетрадиционного субстрата на основе ОСВ и опилок на линейные размеры сеянцев сосны обыкновенной

7.3. Применение вермикомпостов из органических отходов при выращивании сеянцев древесных растений в теплицах. Вермикомпости-рование смесей органических отходов, прошедших аэробную биодеградацию, оказывает влияние на структурно-агрегатный состав и агрохимические свойства получаемых продуктов: в 1,5 раза повышается зольность, в 1,3-2,9раза-содержаниеШ3, в 1,5-2,0-Р205 ив 1,1-1,5-К20.

Применение вермикомпостов из смесей органических отходов в качестве нетрадиционных тепличных субстратов позволяет существенно повысить линейные размеры сеянцев сосны и лиственницы (рис. 11).

Состав исходного субстрата и вида переработки оказывает значительное влияние на массу растений. Однако не во всех опытных вариантах метод вермикомпостирования способствует большему набору массы по сравнению с аэробным компостированием: использование продуктов вермипе-реработки смеси 2 в качестве субстрата привело к снижению массы хвои (на 10%) и корней (на 15%), а смеси 3 - массы корней (на 27%) сеянцев сосны. В остальных случаях масса сеянцев, выращенных на субстратах из

вермикомпоста, превышала массу растений, полученных при использовании компоста, подвергнутого аэробной биодеградации.

fgj- компост;^- вермикомиогпХ- ошибка средлсго (;ш.);Л - высота стволика, си; В - диаметр шейки корня, мм; В - дани» корневой системы, см; факчнчсский t-критсрии Сгыодснта при * - различие на 5% уровне значимое™ не существенно; | ]-линейные

покоптели сеянцев, пырашеппых на стострате 11а основе нертавого торфа (Х„ т.); смесь 1 - ОСВ и хвойные опилки (Wt:l по массе с, в.); смесь 2 — ОСВ н лиственные опилки (20,6:1 по массе с. в.); смесь 3 -НТ, опилки и растительные остатки

Рисунок 11. Влияние вида переработки органических отходов в нетрадиционные субстраты на линейные размеры однолетних контейнерных сеянцев сосны

Вермикомпост из смесей органических отходов можно использовать в качестве добавки к субстрату из верхового торфа. Увеличение доли вермикомпоста (х) позволяет повысить содержание элементов минерального питания в субстрате: Р205-у=32+107,63-х, R2=0,95; К20->>=145,6+1289,8*, R2=0,95 и снизить кислотность-^=2,6+4,5-х, R2=0,99.

Рост однолетних сеянцев сосны и лиственницы также зависит от доли вермикомпоста в составе субстрата. Закономерность всхожести семян, сохранности, линейных и весовых показателей растений от доли вермикомпоста описываются уравнением у= ¿*(М)-ехр (-с-х^+а, при этом коэффициент детерминации находится в пределах 0,8-0,98. По полученным моделям установлены оптимумы содержания вермикомпоста в субстрате из ВТ: от 0,1 до 0,32 части на 1 часть торфа (в среднем 0,17).

8. Применение древесных отходов для заделки семян и мульчирования поверхности почвы

8.1. Применение гидролизного лигнина для заделки семян хвойных пород в теплицах. Одним из недостатков НТ для использования в качестве тепличных субстратов является наличие в нем патогенной микрофлоры, вызывающей полегание сеянцев. Для снижения инфекционного полегания предлагается новый способ защиты от грибов из рода Fusarium, при котором семена в контейнерах заделываются слоем нейтрализованного гидролизного лигнина толщиной 0,5-1,0 см. (табл. 10).

В этом случае повышается грунтовая всхожесть семян, увеличивается сохранность проростков и снижается их отпад от полегания. Это связано с тем, что гидролизный лигнин, по данным Селюжицкого и др. (1978), обладает способностью подавлять развитие патогенов, в том числе грибов из рода Fusarium sp.

Таблица 10. Влияние мульчирующего материала на устойчивость к полеганию сеянцев сосны (числитель) н лиственницы (знаменатель) _

Заделывающий материал Грунтовая всхожесть, % Сохранность, % Отпад от полегания, %

Низинный торф 33,0/21,0 70,0 / 75,0 27,1/25,0

Гидролизный лигнин 67,0 / 60,0 93,0/91,0 6,3 / 8,0

НСРо5 5,19/3,58 4,12/1,79 5,55/3,61

Для повышения устойчивости семян и всходов хвойных пород к полеганию при выращивании в закрытом грунте, но с открытой корневой системой был использован субстрат из низинного торфа толщиной 15 см, покрытый 4 см слоем предварительно нейтрализованного известью гидролизного лигнина (ГЛ). Отпад однолетних сеянцев на субстрате с лигнином был более чем в 2 раза меньше, по сравнению с контролем.

В итоге в варианте с использованием лигнина при норме высева 1400 шт. семян на 1 м2 выход двулетних стандартных сеянцев составлял 4,6 млн шт./га, а при высеве 1600 шт./ м2 - 4,2 млн шт./га, в контроле соответственно 3,3 млн и 4,0 млн шт./га. На данный способ выращивания посадочного материала хвойных пород получен патент № 2215402.

8.2. Использование древесных отходов в качестве мульчирующего материала для борьбы с сорной растительностью и усиления роста сеянцев и саженцев. Мульчирование почвы древесными отходами - опилками и субстратом на основе нейтрализованного гидролизного лигнина и песка - позволяет снизить встречаемость различных видов сорных травянистых растений, их общее количество на единице площади и массу. Но требуемого эффекта возможно добиться только при определенной толщине мульчирующего слоя. Так, при закрытии поверхности почвы слоем 1 см смесью ГЛ и песка масса сорняков по сравнению с контролем возрастает в 1,6 раза. На существенную величину (на 118%) масса травянистых растений снижается лишь при толщине слоя мульчи 5 см. Данный результат объясняется прежде всего стерильностью субстрата, который механически подавляет проростки сорных растений. Биотестирование водных вытяжек из нейтрализованного ГЛ на фитотоксичность по отношению к куриному просу дало отрицательный результат.

Мульчирование смесью ГЛ и песка либо опилками обеспечивает более устойчивый температурный режим пахотного горизонта почвы. Влажность, особенно 10 см ее слоя, покрытого мульчей, всегда выше, чем на контроле. Менее интенсивно на данных участках происходят и процессы уплотнения почвы. Улучшение условий почвенной экологии, а также снижение степени конкурентного влияния «сорной растительности» интенсифицирует рост древесных растений.

При мульчировании поверхности почвы опилками в посевном отделении питомника на 2-й год выращивания сеянцы сосны имеют лучшие биометрические параметры при толщине мульчирующего материала около 4...5 см. Максимальных значений показатели роста саженцы ели в школьном отделении питомника достигают при 5 см слое субстрата из смеси ГЛ

и песка. Дальнейшее его увеличение приводит к снижению высоты, текущего прироста, диаметра стволика, массы саженцев и их выхода с единицы площади.

Мульчирование поверхности почвы опилками является эффективным способом борьбы с сорной растительностью и оптимизации почвенной экологии и при создании плантаций ивы на лозу. Особенно заметно положительное влияние на состояние культур ивы в фазе приживания.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Многие виды органических отходов характеризуются высоким содержанием органического вещества и элементов минерального питания растений, поэтому могут с успехом использоваться при искусственном ле-совосстановлении. Для определения основных физических, химических и экологических свойств отходов удобно использовать Федеральный классификационный каталог отходов, а сами отходы целесообразно разделять на три основных категории, отличающиеся отношением С'ЛЧ, влажностью и структурой.

2. Использование органических отходов для повышения продуктивности лесных насаждений возможно только в технологических процессах с относительно коротким циклом производства и на участках с высокой степенью воздействия человека на ход естественных процессов. Для определения возможности применения органических отходов при искусственном лесовосстановлении нужно рассчитать коэффициент «опекаемости», учитывающий продолжительность законченного цикла производства и сумму максимально-допустимых агротехнических сроков для выполнения всех технологических операций с учетом их повторяемости. При этом значение коэффициента должно быть 0,1 и выше.

3. Основным методом переработки органических отходов в полезную продукцию является аэробное компостирование. Для интенсификации аэробной биодеградации из отходов, относящихся к различным категориям, нужно формировать смеси. Расчет соотношения компонентов в смеси можно вести по исходной влажности отходов категорий I и II. В случае если влажность отходов категорий I и II близка к оптимальной (65-75%), расчет соотношения лучше вести по отношению (оптимум 24...28:1). Для регулирования содержания элементов минерального питания, кислотности или структуры компостной смеси в ее состав рекомендуется вводить добавки (отходы категории 1П). В процессе компостирования нужно выдерживать оптимальный режим, ориентируясь на показания температуры смеси при ее разогреве в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов (около 55°С). Для достижения таких параметров компостирования достаточно иметь стандартные технические средства, которыми оснащены лесохозяйственные предприятия. Получаемые из отходов удобрения и субстраты по основным агрохимическим показателям не уступают традиционным удобрениям, а по некоторым показателям и превосходят их. При этом себестоимость их получения в 2,5...8 раз ниже.

4. Для получения особо качественных нетрадиционных удобрений и субстратов органические отходы IV-V классов опасности можно подвергать вермикомпостированию. При V классе опасности отходов категории II в компостируемую смесь необходимо добавлять 54,3% отходов категории!, а при IV классе опасности - 58,4%. С увеличением температуры окружающей среды в перерабатываемой смеси необходимо повышать долю отходов категории I. Оптимальной плотностью первоначальной посадки червей Eisenia foetida (Sav.) является 12 особей/дм3. Через 12-15 месяцев после первоначального заселения червей нужно подселять новых.

5. Компоста, получаемые путем аэробного компостирования смесей органических отходов, можно использовать для повышения почвенного плодородия в лесных питомниках, на лесосеменных и лесосырьевых плантациях. Эффективность нетрадиционных удобрений зависит от их состава, физико-химических характеристик исходных компонентов, дозы внесения, а также исходного плодородия мелиорируемых почв и может повышаться при их комплексном использовании с другими мелиорантами (песком, глиной, минеральными удобрениями и др.). Для мелиорации легких по гранулометрическому составу почв рекомендуется использовать компосты с содержанием отходов категории II более 50% (по массе), а для мелиорации почв с высоким содержанием агрегатов, относящихся к илистой фракции, в составе компоста должно быть более 40% (по массе) отходов категории I. Однократная доза внесения НОУ при выращивании хвойных пород колеблется от 50 до 150 т/га. При использовании в комплексе с минеральными удобрениями доза НОУ может быть снижена на 16-38%. При выращивании лиственных древесных и кустарниковых растений оптимальная доза внесения может быть выше, но при этом нужно учитывать содержание в удобрениях солей ТМ и не допускать превышения уровня ПДК в пахотном горизонте почвы. Использование НОУ в оптимальных дозах за счет увеличения грунтовой всхожести семян, приживаемости, сохранности и биометрических показателей растений позволяет в 1,2-2,3 раза повысить выход стандартного посадочного материала в посевном и школьном отделении питомника. Продуктивность лесосырьевой плантации ивы на лозу возрастает в 1,6-2,3 раз.

6. Органические отходы могут быть использованы при производстве тепличных субстратов. Древесные опилки и гидролизный лигнин можно применять в качестве добавки в субстрат на основе НТ (40-50% от объема). Это позволяет улучшить водно-физические свойства субстрата, снизить скорость его разложения, в 1,1-3,1 раз повысить линейные и весовые характеристики сеянцев древесных растений, выращиваемых на таком субстрате по сравнению с сеянцами, полученными при использовании чистого низинного торфа.

7. В качестве тепличных субстратов можно применять компосты из смеси органических отходов. При этом требования к аэробному компостированию должны быть повышены (отношение C:N=26...27:1), в процессе

компостирования необходимо строго выдерживать температурный режим и обеспечивать доступ воздуха по всему объему компостируемой смеси. Смесь отходов должна пройти все стадии компостирования (мезофильную, термофильную, остывания и созревания). Готовые компосты нужно просеивать с отбраковкой частиц менее 1 и более 5 мм. Дополнительное применение вермикомпостирования после аэробной биодеградации смесей органических отходов оптимизирует агрегатно-структурный состав субстрата и увеличивает содержание доступных для растений форм элементов минерального питания. Это обеспечивает повышение в 1,2-2,3 раза биометрических показателей и на 10% сохранности сеянцев. Введение вермикомпоста в состав субстрата на основе верхового торфа из расчета 0,17:1 позволяет на 18% повысить всхожесть семян, снизить отпад сеянцев от инфекционных поражений и в 1,8-2,5 раза увеличить биометрические показатели посадочного материала.

8. Для повышения фунтовой всхожести семян хвойных пород в 1,6-3 раза и устойчивости всходов к полеганию при выращивании сеянцев в теплицах на субстрат из НТ рекомендуется нанесение слоя нейтрализованного гидролизного лигнина толщиной 4 см, а при выращивании посадочного материала в контейнерах заделку семян нужно осуществлять лигнином слоем 0,5 см.

9. Отходы переработки и обработки древесины можно применять в качестве мульчирующего материала для борьбы с сорной травянистой растительностью в посевном и школьном отделениях питомника, на плантациях. С увеличением толщины мульчирующего слоя сокращаются биомасса и видовой состав сорняков, оптимизируются водно-воздушный баланс и тепловой режим в пахотном горизонте почвы. За счет этого интенсифицируется рост культивируемых растений. Биомасса сеянцев сосны увеличивается на 14-43%, а саженцев ели - в 1,2-2,0 раза. Оптимальная толщина мульчирующего слоя опилок или смеси нейтрализованного гидролизного лигнина с песком составляет 4-5 см.

10. Экономический эффект применения органических отходов при искусственном лесовосстановлении достигается за счет снижения расходов на получение нетрадиционных удобрений и субстратов (себестоимость производства НОУ в 2,5...8 раз ниже, чем качественных торфо-минеральных удобрений), повышения выхода стандартного посадочного материала с единицы площади открытого и закрытого грунта лесных питомников и увеличения продуктивности лесных плантаций.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Учебные пособия

1. Романов, Е.М. Лесные культуры. Производство и применение нетрадиционных органических удобрений в лесных питомниках: учебное пособие / Е.М. Романов, Т.В. Нуреева, Д.И. Мухортое. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 156 с.

2. Интенсивная технология выращивания лесопосадочного материала на биоэкологической основе: аудиовизуальное учебное пособие / Е.М. Романов, A.A. Трегубое, Т.В. Нуреева, Д.И. Мухортое. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. - 30 мин.

3. Управление отходами производства и потребления. Нормативы образования отходов и лимиты на их размещение: учебное пособие / Е.М. Романов, Д.И. Мухортое, К.А. Копылов. - Йошкар-Ола: ПГТУ, 2013. - 108 с.

Публикации и издания по перечню ВАК

4. Романов, Е.М. Биотехнологические аспекты производства новых органо-минеральных удобрений в лесных питомниках / Е.М. Романов, Д.И. Мухортое // Лесной журнал. - 1997. - № 4. - С. 76-81.

5. Природоохранные технологии утилизации коммунально-бытовых и промышленных органических отходов при лесовырашивании / Е.М. Романов, Д.И. Мухортое, Т.В. Нуреева и др. // Записки Горного института. Экология и рациональное природопользование. - 2005. - Т. 166. - С. 74-76.

6. Технология механизированного выращивания ивы на лозу с применением нетрадиционных органических удобрений / Е.М. Романов, Д.И. Мухортое, Д.А. Трегубов, К. А. Копылов // Лесное хозяйство. - 2006. - № 6. - С. 43^15.

7. Выращивание сеянцев с закрытой корневой системой в малых тепличных комплексах / Е.М. Романов, A.B. Ушнурцев, Д.И. Мухортое, Ю.Н. Гагарин // Лесное хозяйство. - 2007. - № 1. - С. 26-27.

8. Субстраты на основе органических отходов для выращивания сеянцев в контейнерах / Е.М. Романов, Д.И. Мухортое, A.B. Ушнурцев, В.В. Ускова // Лесное хозяйство. -2009,-№2.-С. 35-37.

9. Мухортов, Д.И. Утилизация органических отходов при выращивании дернины для газонов // Д.И. Мухортов, А.Д. Средин, Е.М. Романов // Вестник МарГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. - 2010. - № 1. - С. 69-74.

10. Средин, А.Д. Утилизация органических отходов при создании и выращивании газонов / А.Д. Средин, Д.И. Мухортов, Е.М. Романов // Экология урбанизированных территорий. -2010.-№ 2. - С. 78-83.

11. Микробиологическая активность компостов из органических отходов при выращивании декоративных газонов / А.Д. Средин, Т.Х. Гордеева, Д.И. Мухортов, H.H. Гав-рицкова // Аграрный вестник Урала. - 2011. - № 2(81) - С. 55-57.

12. Выращивание декоративных цветочных растений в культуре in vitro с использованием субстратов из органических отходов / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, А.Д. Средин и др. // Вестник МарГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. - 2011. - № 3. - С. 72-82.

13. Применение биоактивизирующих добавок при переработке органических отходов в нетрадиционные удобрения / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, С.С. Гордеева, Э.Н. Мичеева // Вестник МарГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. - 2012. -№ 2. - С. 74-84.

14. Онучин, Е.М. Формирование территориальных агролесоводственных биоэнергетических комплексов на основе технологий интенсивного лесопользования [Электронный ресурс] / Е.М. Онучин, Д.И. Мухортов, A.A. Медяков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). - Краснодар: КубГАУ, 2012. - №08(82). - Режим доступа-http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/25.pdf

15. Романов, Е.М. Мелиорация почв лесных питомников с применением нетрадиционных органических удобрений / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, Т.В. Нуреева // Вестник ПГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. -2013. 2. - С. 59-73.

16. Мухортов, Д.И. Утилизация органических отходов при искусственном лесовос-становлении /Д.И. Мухортов, Е.М. Романов // Вестник ПГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. -2013. -№ 3. - С. 20-35.

Патенты

17. Способ борьбы с сорной растительностью и усиления роста саженцев в лесных питомниках: пат. 2162875 РФ: МПК7 С09К17/52, A01G23/00 / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов С.С. Гордеева. -№ 99113552/13; заяв. 21.06.1999; опубл. 10.02.2001; приоритет 21.06.1999.

18. Способ выращивания сеянцев с закрытой корневой системой: пат. 2195813 РФ: МПК7 A01G23/00 / Е.М. Романов, A.B. Ушнурцев, И.И. Митякова, Д.И. Мухортов Ю.Н. Гагарин. 2001106890/13; заяв. 13.03.2001; опубл. 10.01.2003; приоритет 13.03.2001.

19. Способ выращивания сеянцев хвойных пород в закрытом грунте: пат. 2215402 РФ-МПК7 A01G23/00, A01G31/00 / Е.М. Романов, Н.М. Ятманова, Д.И. Мухортов -№ 2001106800/13; заяв. 13.03.2001; опубл. 27.05.2003; приоритет 13 03 2001

20. Система комплексной переработки органических отходов: пат. 81906 РФ: МПК С12М1/00, C08J11/00, B01D61/00 / Е.М. Романов, Н.И. Лагунцов, Е.В. Левин, Ю.Н. Сиды-ганов, А.Ю. Окунев, И.В. Эштуков, Д.В. Костромип, Д.И. Мухортое, В.Н. Свечников, Р.В.Яблонский, Е.М. Онучин, Д.Н. Шамшуров. - № 2008142577/22; заяв. 28.10.2008; опубл. 10.04.2009; приоритет 28.10.2008.

21. Устройство для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов: пэт. 81906 РФ: МПК B01F7/00, С12М1/00 / Е.М. Романов, Н.И. Лагунцов, Е.В. Левин, Ю.Н. Сидыганов, B.C. Черепанов, А.Ю. Окунев, И.В. Эипуков, Д.В.Костромин, Е.М. Онучин, Д.И. Мухортое, В.Н. Свечников, Р.В.Яблонский, Д.Н. Шамшуров. -№ 2008142580/22; заяв. 28.10.2008; опубл. 10.04.2009; приоритет 28.10.2008.

22. Способ получения дернины для создания газонов: пат. 2412583 РФ: МПК A01G1/00 (2006.01) / Е.М. Романов, А.Д. Средин, Д.И. Мухортое. - № 2009124359/21; заяв. 25.06.2009; опубл. 27.02.2011; приоритет 25.06.2009.

23. Смесь семян для создания газонов с использованием компостов на основе осадков сточных воя пат. 2412584 РФ: МПК A01G1/00 (2006.01) / Е.М. Романов, А.Д Средин, Д.И. Мухортое. -№2009124363/21;заяв. 25.06.2009;опубл.27.02.2011; приоритет25.06.2009.

24. Способ создания постоянных лесосеменных плантаций сосны на землях, вышедших из-под сельскохозяйственного пользования: пат. 2438295 РФ: МПК A01G 23/00 / Д.И. Мухортое, В.Г. Краснов, И.А. Алексеев. -№ 2010107705/13; заяв. 25.03.2010; опубл. 10.09.2011; приоритет 02.03.2010.

25. Управление базой данных органических отходов и составление рецепта компостных смесей для их аэробной биодеградации: свид. 2013613776 РФ / Д.И. Мухортое, И.И. Петров.-№2013611851; заяв. 05.03.2013; зарег. 16.04.2013.

Прочие

26. Романов, Е.М. Производство и применение удобрений на основе гидролизного лигнина и иловых осадков в лесных питомниках / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, Т.В. Нуреева // Лесохозяйственная обзорная экспресс информация / ВНИИЦлесресурс. -2000.-№5-8.-С. 31-51.

27. Романов, Е.М. Технология производства нетрадиционных органо-минерапьных удобрений / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, Т.В. Нуреева // Сборник докладов первой окружной ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов «Российским инновациям - российский капитал». - Н. Новгород, 2003. - С. 35-37.

28. Романов, Е.М. Использование органических отходов в лесном хозяйстве / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов // Вестник МарГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». -2007. -№ 1. - С. 22-29.

29. Сидыганов, Ю.Н. Пути применения биогазовых технологий в агропромышленном комплексе Республики Марий Эл / Ю.Н. Сидыганов, Д.И. Мухортов, Д.Н. Шамшуров // Вестник МарГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». - 2007. - № 1. - С. 70-78.

30. Мухортов, Д.И. Оптимизация параметров вермикомпостирования осадков сточных вод, различающихся по токсичности / Д.И. Мухортов, В.В. Ускова // Вестник МарГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». - 2008. - № 2. - С. 60-71.

31. Sredin, A.D. Turf cultivation technology using organic waste / A.D. Sredin, D.I. Mukhortov // Gardens-paiks and landscape construction: theory, practice, innovation: proceedings of the Russian-Polish scientific practical conference. -"Cartouche". Orel: 2010. - P. 145-150.

32. Романов, Е.М. Оптимизация технологических параметров производства нетрадиционных органических удобрений в лесных питомниках / Е.М. Романов, Д.И. Мухортов, A.A. Мамаев // Лесное хозяйство. - 2011. - № 3. - С. 21-23.

33. Мухортов, Д.И. Субстраты на основе органических отходов для выращивания сеянцев с закрытой корневой системой / Д.И. Мухортов, Э.В. Мичеева // Инновации и технологии в лесном хозяйстве: материалы II Международной научно-практической конференции, 06-07 февраля 2012 г., Санкт-Петербург. 4.1. - СПб.: СПбНИИЛХ, 2012. - С. 169-177.

Подписано в печать 19.09.2013. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетаая.Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5196. Редакционно-издательский центр ПГТУ 424006, Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Мухортов, Дмитрий Иванович, Йошкар-Ола

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет»

05201450432

Мухортов Дмитрий Иванович

На правах рукописи

УТИЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИИ

Специальность 06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.М. Романов

Йошкар-Ола - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ..................................................... 14

1.1. Нормативно-правовые документы, регламентирующие обращение с отходами................................................................................ 15

1.2. Агрохимическая характеристика органических отходов............. 24

1.3. Методы переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты.............................................................. 25

1.4. Применение органических отходов и продуктов их переработки при искусственном лесовосстановлении............................................... 39

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА, ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЪЕМЫ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ 48

2.1. Природные условия региона исследований.............................. 48

2.2. Программа исследований..................................................... 52

2.3. Объекты исследований......................................................... 53

2.4. Методика выполнения полевых экспериментов.......................... 56

2.5. Методика выполнения лабораторных исследований.................... 66

3. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ.....70

3.1. Объемы образования органических отходов в зоне хвойно-широколиственных лесов Приволжского Федерального округа.......... 70

3.2. Классификация органических отходов..................................... 87

3.3. Оценка свойств органических отходов производства и потребления 92

3.4. Основные направления использования органических отходов при лесовосстановлении.................................................................. 135

4. ПЕРЕРАБОТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИИ 147

4.1. Биотехнологические аспекты переработки органических отходов в нетрадиционные удобрения и субстраты....................................... 147

4.2. Составление рецептов компостных смесей.................................157

4.3. Исследование интенсивности процесса аэробного компостирования 177

4.4. Влияние размера частиц наполнителя на свойства компостной смеси и интенсивность процесса аэробной биодеградации................. 185

4.5. Оптимизация дозы внесения известковых материалов при нейтрализации органических отходов............................................ 188

4.6. Применение биоактивизирующих добавок при аэробном компостировании органических отходов....................................... 191

4.7. Отработка технологий производства нетрадиционных органических удобрений методом аэробного компостирования............................. 197

4.8. Агрохимические свойства нетрадиционных органических удобрений 209

4.9. Технологии переработки органических отходов методом аэробного компостирования..................................................................... 210

4.10. Переработка органических отходов методом

вермикомпостирования............................................................. 229

5. АГРОЛЕСОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ............................. 248

5.1. Влияние нетрадиционных органических удобрений на поступление

в почвы и растения солей тяжелых металлов.................................. 248

5.2. Влияние состава и дозы внесения нетрадиционных органических удобрений на агрофизические свойства почвы................................ 256

5.3. Влияние состава и дозы внесения нетрадиционных органических удобрений на агрохимические свойства почвы............................... 262

5.4. Влияние внесения нетрадиционных органических удобрений с различным сроком хранения на агрохимические свойства почвы....... 268

5.5. Микробиологическая активность нетрадиционных органических удобрений при использовании в качестве почвенных мелиорантов...... 271

5.6. Влияние совместного внесения нетрадиционных органических

удобрений с другими мелиорантами на физико-химические свойства почв 276

5.7. Последействие нетрадиционных органических удобрений на 287

агрохимические свойства почвы..................................................

6. ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ

ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ПОЧВЕННЫХ МЕЛИОРАНТОВ............. 292

6Л. Отзывчивость древесных растений на внесение в почву нетрадиционных органических удобрений.................................... 292

6.2. Влияние дозы внесения нетрадиционных органических удобрений в почву на рост сеянцев и саженцев древесных и кустарниковых растений 295

6.3. Влияние состава нетрадиционных органических удобрений на рост древесных растений.................................................................. 324

6.4. Влияние применения нетрадиционных органических удобрений, модифицированных биоактивизирующими добавками на рост сеянцев сосны.................................................................................... 334

6.5. Влияние совместного использования нетрадиционных органических удобрений с другими мелиорантами на рост сеянцев древесных растений.................................................................. 339

6.6. Влияние срока хранения нетрадиционных органических удобрений

на рост древесных растений....................................................... 346

6.7. Последействие нетрадиционных органических удобрений на рост сеянцев и саженцев древесных растений....................................... 350

6.8. Экономическая эффективность применения нетрадиционных органических удобрений в качестве почвенных мелиорантов............ 357

7. ПРИМЕНЕНИЕ СУБСТРАТОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЯНЦЕВ В ТЕПЛИЦАХ......... 365

7.1. Использование органических отходов в качестве добавок при производстве субстратов на основе низинного торфа для выращивания сеянцев в теплицах................................................................... 366

7.2. Использование компостов на основе органических отходов в качестве тепличных субстратов для выращивания сеянцев древесных растений................................................................................ 376

7.3. Применение вермикомпостов из органических отходов при 413

выращивании сеянцев древесных растений в теплицах.....................

7.4. Экономическая эффективность применения компостов из

органических отходов в качестве тепличных субстратов................... 431

8. ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ЗАДЕЛКИ СЕМЯН И МУЛЬЧИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ............................. 436

8.1. Применение гидролизного лигнина для заделки семян хвойных пород в теплицах..................................................................... 436

8.2. Использование древесных отходов в качестве мульчирующего материала для борьбы с сорной растительностью и усиления роста сеянцев и саженцев................................................................... 440

8.3. Экономическое обоснование применения древесных отходов для

заделки семян и мульчирования поверхности почвы......................... 459

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................... 464

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................... 468

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................... 470

Приложение А. Выписка перечня органических отходов

из Федерального классификационного каталога отходов................. 494

Приложение Б. Категории основных видов органических отходов..... 500

Приложение В. Расчетно-технологические карты на производства нетрадиционных органических удобрений методами аэробного

компостирования..................................................................... 502

Приложение Г. Расчетно-технологическая карта на производство 100 т

торфоминеральных удобрений площадным способом........................ 507

Приложение Д. Расчетно-технологическая карта на производство 100 т

вермикомпоста на основе органических отходов............................. 508

Приложение Е. Расчетно-технологическая карта выращивания сеянцев ели обыкновенной в открытом грунте питомника с применением НОУ 509 Приложение Ж. Акты о внедрении результатов исследований в производство.......................................................................... 515

ВВЕДЕНИЕ

Естественный процесс выращивания леса от семени до полноценного древостоя охватывает значительный период времени от 50 до 100 и более лет. В течение этого периода на ход естественных процессов, в результате ведения хозяйственной деятельности, человек оказывает существенное влияние. Одной из основных задач лесохозяйственной деятельности является увеличения продуктивности лесов путем оптимизации условий воспроизводства лесных ресурсов. Процесс воспроизводства и выращивания леса условно разделен на периоды роста, фазы и виды производства (Еремин, 2004). На каждой из которых в настоящее время уже разработано достаточно большое количество хозяйственных мероприятий и технологий, направленных на увеличение продуктивности лесных насаждений. Основными из которых являются:

- повышение урожайности и качества семян;

- повышение выхода и качества посадочного материала;

- повышение приживаемости и сохранности молодняков;

- повышение устойчивости молодняков;

- повышение интенсивности роста и продуктивности лесных насаждений;

- рационализация проведения рубок главного пользования и др.

Для повышения продуктивности и интенсификации воспроизводства лесов в настоящее время существует возможность использования органических отходов и продуктов на их основе как наиболее дешевого и не востребованного сырья. Это связано с тем, что многие виды отходов содержат органическое вещество и элементы минерального питания растений, обладают другими полезными свойствами, что позволяет использовать их в лесном хозяйстве при лесовосстановлении в качестве почвенных мелиорантов для повышения почвенного плодородия, для борьбы с сорняками и болезнями древесных растений.

В свою очередь, технологии переработки отходов в полезную продукцию должны быть экологически безопасны, учитывать состав отходов, их агроэкологические характеристики. Одним из направлений утилизации отходов при лесовосстановлении является их переработка в нетрадиционные органо-минеральные удобрения и субстраты. Это связано в первую очередь с тем, что обеспеченность органическими удобрениями в отдельных регионах России не превышает 15-20% [119]. В качестве удобрений в лесном хозяйстве чаще всего применяется торф (верховой и низинный), навоз и компосты на их основе. Однако навоза недостаточно для удобрения сельскохозяйственных угодий, приусадебных и дачных участков, а залежи торфа расположены неравномерно и имеются не во всех регионах, кроме того, они находятся в поймах рек, и их разработка может привести к серьезным экологическим последствиям. Утилизация органических отходов при лесовосстановлении позволит решать и экологическую проблему - из категории загрязнителей окружающей среды они перейдут в разряд почвенных мелиорантов.

Цель и задачи исследований.

Основной целью работы являлась разработка научно-обоснованных технологий повышения интенсивности лесокультурного производства за счет переработки и экологически безопасного применения органических отходов в технологических процессах искусственного лесовосстановления.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило: -обосновать экологическую целесообразность и разработать практическое решение утилизации органических отходов при искусственном лесовосстановлении;

-изучить биотехнологические аспекты и разработать технологии переработки 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 корнезакрывающих 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 лесокультурном

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 материала и субстрата. Впервые выявлено влияние технологии производства компостов из органических отходов, используемых в качестве корнезакрывающих 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 лесокультурного производства. Технологии переработки и применения органических отходов в технологических процессах искусственного лесовосстановления, выполненные в рамках диссертационной работы, прошли опытно-производственную проверку и внедрение (акты прилагаются) в Кададинском опытном лесном хозяйстве Пензенской области, Санчурском лесхозе Кировской области, в Мушмаринском лесном питомнике Республики Марий, Администрации г. Йошкар-Олы, Учебно-опытном лесхозе МарГТУ, 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.

Результаты исследований использованы при разработке 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 �

Информация о работе