Автореферат (Воздействие высокодисперсного металлургического шлама на сельскохозяйственные растения)

На правах рукописиЗахарова Ольга ВладимировнаВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАМАНА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ03.02.08 – Экология (биологические науки)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Тамбовскийгосударственный университет имени Г.Р. Державина»Научный руководитель:Гусев Александр Анатольевичкандидат сельскохозяйственных наук, доцент,ФГБОУ ВО «Тамбовский государственныйуниверситет имени Г.Р. Державина», директорНИИ экологии и биотехнологииОфициальные оппоненты:Чурилов Геннадий Ивановичдоктор биологических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Рязанский государственныймедицинский университет имени академика И.П.Павлова»МинистерстваздравоохраненияРоссийской Федерации, профессор кафедрыобщей химии с курсом биоорганической иорганической химииСнегин Эдуард Анатольевичдоктор биологических наук, доцент,ФГАОУ ВО «Белгородский государственныйнациональный исследовательский университет»,профессор кафедры биологииВедущая организация: Федеральное государственное бюджетное научноеучреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимииимени Д.Н.

Прянишникова»Защита состоится 23 марта 2017 г. в 16 часов на заседании Диссертационногосовета Д 212.203.38 при Российском университете дружбы народов по адресу:115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотекеФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» по адресу: 117198, г.Москва, ул.

Миклухо-Маклая, д.6 и на сайте dissovet.rudn.ru.Автореферат разослан «___» февраля 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат биологический наукЕ.А. Ванисова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Проблема образования и переработки техногенныхотходов является одной из важнейших и недостаточно изученных проблем XXIстолетия (Деринг, 2007; Липенков, Фарафонов, 2006; Ануров и др., 2007; Бакаев,Бушуева, 2005; Байтелова, Гарицкая, 2007; Kozhevnikov et al., 2014). Значительнуюдолю неиспользуемых отходов составляют отходы металлургии (Lis et al., 2015).По имеющимся данным, на современных металлургических предприятиях привыплавке 1 млн.

т стали образуется 800 тыс. т шлаков, 100 тыс. т пыли и 30 тыс. тшламов (Волынкина, 2007). На сегодняшний день в России и странах СНГотсутствуют экономически доступные промышленные технологии рециклингавысокодисперсных отходов электрометаллургического и доменного производств –зол и шламов, которые характеризуются высоким содержанием железа (до 4050%), а также таких металлов, как цинк, медь, никель, свинец, кадмий и др.Данные отходы, потенциально являющиеся богатым железом металлургическимсырьем, не могут быть использованы в аглодоменном процессе из-за высокогосодержания цинка (более 0,5%), разрушающего футеровку доменных печей.(Kiventerä et al., 2016).

Вследствие этого на большинстве российскихметаллургических предприятий утилизация шламов осуществляется путемпомещения в отвалы (Брызгалов и др., 2009; Кузнецов и др., 2013).Неконтролируемо поступая оттуда в подземные воды и почву, шламовые отходыпредставляют экологическую угрозу, являясь источником тяжелых металлов,избыток которых негативно влияет на состояние природных экосистем и качестворастениеводческой продукции (Черных, Черных, 1995).В то же время присутствие в составе шлама железа, цинка, меди, марганца имолибдена делает перспективным его использование в растениеводстве в качествеисточника микроэлементов в высокодисперсной форме. Например, железо входитв состав ряда растительных ферментов, а также участвует в синтезе хлорофилла, вдыхании и в обмене веществ; цинк играет важную роль в белковом, углеводном ифосфорном обмене, в биосинтезе витаминов и гормонов роста – ауксинов(Школьник, Макарова, 1957; Дмитриев, 2006).Известны примеры успешного использования шламов сточных вод,содержащих переходные металлы, в качестве органоминерального удобрения дляпитания растений и повышения плодородия почв (Пахненко, 2009; Андронова,2002; Пасенко, 2013), однако высокодисперсные металлургические отходы до сихпор не рассматривались как перспективный почвенный стимулятор.Цель и задачи исследования.

Цель – исследование морфофизиологическихреакций сельскохозяйственных растений на воздействие высокодисперсногометаллосодержащего отхода в лабораторных, тепличных и полевых условиях дляопределения пределов толерантности растительных организмов и разработкиподходов к биоутилизации металлургических шламов.3Задачи:1. Проведение структурного и элементного анализа исследуемоговысокодисперсного металлургического отхода (шлама).2. Оценка влияния исследуемого отхода в составе культивационных средна показатели всхожести семян сельскохозяйственных растений влабораторных условиях.3. Анализ биологической и хозяйственной продуктивности, оценкабиохимического статуса сельскохозяйственных растений под воздействиемисследуемого отхода в условиях теплицы.4.

Оценка биологической и хозяйственной продуктивности растений,выращенных в полевых условиях под воздействием металлургического шлама.5. Исследование экологической безопасности применения шлама врастениеводстве.6. Разработка рекомендаций по дальнейшему исследованию подходов киспользованию шламовых отходов в растениеводстве.Научная новизна работы.В работе предложен возможный вариант использования накопленных в ходеприменения традиционных способов утилизации запасов высокодисперсныхотходов металлургической промышленности России (более 1250 тыс. тонн в год) вкачестве микроэлементного компонента удобрений.Новизна предлагаемого подхода заключается в попытке одновременнорешить сразу две задачи – экологически безопасной биоутилизацииметаллосодержащих шламов и создания на их основе эффективных и дешёвыхсельскохозяйственных удобрений.Впервые в условиях лаборатории, теплицы и полевых экспериментовпроведено исследование влияния шлама металлургического производства напоказатели всхожести, биологической и хозяйственной продуктивности, а также набиохимические параметры распространенных сельскохозяйственных культур.Впервые проведена оценка экологической безопасности металлургическогошлама, с учетом накопления его компонентов в органах растений и почве опытныхучастков.Практическая значимость работы.Впервые сформулированы практические рекомендации для разработкиподходов к использованию шлама в качестве компонента микроэлементныхудобрений, установлены оптимальные и пороговые концентрации для рапсаярового, свеклы сахарной и льна посевного.Результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплинам«Биоиндикация окружающей среды», «Расчёты и прогнозирование в экологии»,«Экологическая токсикология», «Техногенные системы и экологический риск» устудентов специальности «Экология и природопользование».Разработаны объекты интеллектуальной собственности:«Способэкологически чистой биоконверсии высокодисперсных отходов металлургической4индустрии, содержащих тяжелые металлы» (Пат.

№2541642) РоссийскаяФедерация, «Способ приготовления водных суспензий высокодисперсныхматериалов с использованием ультразвуковой обработки» (ноу-хау Свид. №2013–0002 от 19.06.2013 г.).Основные положения диссертации, выносимые на защиту:1. В лабораторных, тепличных и полевых условиях установлено достоверноевоздействие металлургического шлама на всхожесть, развитие вегетативныхорганов, активность ферментов антиоксидантной системы, содержаниефотосинтетических пигментов и урожайность растений рапса ярового, свеклысахарной и льна посевного.2. Почвенное использование исследуемого отхода при норме внесения до 4т/га не приводит к накоплению металлов в почве до значений, превышающихуровень ПДК (СанПиН № 42–123–4089–86; ГН 2.1.7.2041–06).3.

Металлургический шлам, при нормах внесения 0,5 т/га и 2 т/га, являетсяперспективным материалом для дальнейших исследований по разработкемикроэлементных удобрений для рапса ярового, свеклы сахарной и льна посевного.Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсужденына всероссийских и международных научно–практических конференциях: научно–практический семинар «Наноматериалы и живые системы. Технологиимедицины», НИТУ «МИСиС», Москва, 2013; I международная научно–техническая конференция «Научно–технический прогресс в черной металлургии»,Череповец, 2013; научно–практический семинар «Наноматериалы и живыесистемы», НИТУ «МИСиС», Москва, 2014; 7–ая Всероссийская научно–практическая конференция с международным участием «Экологические проблемыпромышленных городов», Саратов, 2015; 19–ая Международная Пущинскаяшкола–конференция молодых ученых «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА»,Пущино, 2015; III Международная молодежная научно–практическая конференция"Междисциплинарныепроблемынанотехнологий,биомедициныинанотоксикологии", Тамбов, 2015; Всероссийская научная конференция "Растенияв условиях глобальных и локальных природно–климатических и антропогенныхвоздействий", Петрозаводск, 2015; II международная научно–техническаяконференция «Научно–технический прогресс в черной металлургии – 2015»,Череповец, 2015; 2–nd International Young Scientists School “NANOSTRUCTUREDMATERIALS”, Tomsk, 2016.Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 работы визданиях, рекомендованных ВАК РФ.Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 143страницах, содержит 12 таблиц, 100 рисунков и состоит из следующих разделов:введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результатыисследований и их обсуждение, выводы, практические предложения, списокиспользованной литературы (291 источник, 172 из которых – иностранные).5Личный вклад автора заключается в поиске и анализе литературы по темедиссертации, постановке цели и задач исследования, в организации и проведенииэкспериментальных работ по оценке влияния металлургического шлама насельскохозяйственные растения в лабораторных, тепличных и полевых условиях,анализе и обработке полученных результатов.