Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописи

Тиньгаев Анатолий Владимирович

Управление использованием органических отходов в сельском хозяйстве на региональном уровне

Специальность: 06.01.02 – мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в отделе природоохранных технологий Всероссийского

научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации

им. А.Н.Костякова (ГНУ ВНИИГиМ) Россельхозакадемии

ФГУП АФ НИИССВ «Прогресс»

Защита состоится «11 » ноября 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Б.Академическая, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ.

Автореферат разослан « » ____________ 2010 года.

Учёный секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук С.Д. Исаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Среди экологических проблем в мире и России можно выделить проблему всевозрастающего количества и разнообразия отходов производства и потребления. Ежегодно в мире образуется около 25·10⁹ т отходов, из них в России более 3,8 млрд. т. По данным Мирового института природных ресурсов объем сточных вод к 1990 году достиг 14100 км³. В России ежегодно образуется более 52 км³ сточных вод и 1,5 км³ животноводческих стоков. В отвалах и хранилищах накоплено более 31 млрд. т. твердых отходов, в том числе токсичных. Из-за недостатка полигонов для захоронения и складирования отходов производства распространена практика их вывоза в места неорганизованного складирования, под которые изъято более 100 тыс. га земель (Государственный доклад, 2009; Масаев, Пермяков, 2009). Все это способствует ухудшению экологической обстановки, вызывает загрязнение почв, поверхностных водных объектов, грунтовых вод, воздушной среды.

Вместе с тем, использование органических отходов в качестве нетрадиционных удобрений в сельском хозяйстве позволяет решить несколько проблем. С одной стороны, вместе с отходами в почву поступает органическое вещество и элементы питания в доступных для растений видах, с другой, - решается проблема утилизации отходов, обеспечивающая охрану окружающей среды от загрязнения. Однако, при ненормируемом использовании или некачественной подготовке органических отходов наблюдается развитие негативных процессов: загрязнение, занитрачивание, засоление и осолонцевание почв, снижение их биологической активности за счет развития патогенной микрофлоры, ухудшение водно-физических свойств, миграция поллютантов в подземные воды, смыв в поверхностные водоисточники. Для предотвращения или снижения негативных последствий использования органических отходов в сельском хозяйстве необходимо разработать методы эффективного управления отходами с учетом особенностей их состава и природно-хозяйственных условий региона, что является актуальной и своевременной задачей научных исследований.

Рабочая гипотеза. Эффективность и безопасность использования органических отходов в качестве нетрадиционных удобрений для повышения плодородия малопродуктивных и деградированных почв может быть достигнута путем разработки современных методов подготовки отходов и технологий их управления на региональном уровне.

Цель и задачи исследований. На основе детального анализа объемов, качества и территориального размещения органических отходов разработать систему поддержки принятия управленческих решений по безопасному их использованию в сельском хозяйстве для восстановления плодородия деградированных и малопродуктивных почв.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

• выполнить анализ формирования и особенностей состава отходов в мире и России;

• изучить состав, территориальное размещение органических отходов, образующихся в Алтайском крае и оценить их качество;

• обосновать возможность использования органических отходов для восстановления деградированных и малопродуктивных земель с целью повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур;

• создать геоинформационную систему мониторинга обращения отходов в регионе с учетом их размещения, агро- и эколого-мелиоративных характеристик почвенного покрова, а также наличия водных объектов;

• разработать математические модели для прогнозирования влияния органических отходов на запасы гумуса в почве, загрязнения почв и грунтовых вод тяжелыми металлами и другими поллютантами;

• разработать модель оптимального распределения органических отходов в сельском хозяйстве региона;

• разработать региональную систему поддержки принятия управленческих решений по использованию органических отходов в сельском хозяйстве.

Методология и методика исследований. Методологической основой являются фундаментальные положения мелиоративной науки, почвоведения и экологии. При проведении исследований использованы принципы системного анализа, позволяющие обеспечить эффективную стратегию изучения объекта исследований. Для решения поставленных задач применены методы математического моделирования, метод двухслойной неявной конечно-разностной схемы, метод Рунге-Кута, симплекс-метод, регрессионный анализ пакета Statistica.

Научная новизна исследований состоит в теоретическом обосновании и практической реализации оптимального использования органических отходов в сельскохозяйственном производстве для восстановления плодородия деградированных земель.

Впервые разработана региональная система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве на примере Алтайского края. Усовершенствована методика прогнозирования запасов гумуса в почве, учитывающая не только процессы гумификации органических отходов и растительных остатков, но и их накопление в почве. Разработана математическая модель миграции тяжелых металлов в почве, учитывающая поступление тяжелого металла с органическими отходами, как в подвижной, так и неподвижной формах, а также переход из одной формы в другую. Впервые предложена математическая модель оптимального использования отходов в регионе с учетом интересов предприятий, формирующих отходы, и возможных потребителей отходов. Для информационной системы поддержки принятия управленческих решений разработаны состав и структура мониторинга обращения отходов в регионе на базе геоинформационных технологий. На основе многолетних экспериментальных данных получены зависимости влияния органических отходов на микробиологическую активность почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

На защиту выносится:

-закономерности влияния объемов и компонентного состава органических отходов на микробиологическую активность почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

-научно-методическое обеспечение мониторинга обращения отходов в регионе и его реализация с использованием геоинформационной технологии.

-математические модели прогнозирования динамики запасов гумуса в почве и загрязнения почвы тяжелыми металлами при использовании органических отходов в качестве нетрадиционных удобрений;

-модель оптимизации распределения органических отходов на сельскохозяйственных полях, учитывающая запросы потребителя отходов и возможность их поставки с учетом интересов предприятий и сельхозпроизводителей;

-региональная система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве для Алтайского края.

Практическая значимость. Разработанная региональная система поддержки принятия управленческих решений может быть применена для научно-обоснованного размещения органических отходов на землях сельхозтоваропроизводителей, что позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур и плодородие почв и решить экологическую проблему, связанную с негативным влиянием отходов на окружающую среду. Разработанные математические модели могут быть применены научными и проектными организациями для изучения процессов накопления запасов гумуса и миграции тяжелых металлов в почве, а также использованы в учебном процессе. Система поддержки принятия решений может найти применение при обосновании природоохранных мероприятий и при проведении экологической экспертизы.

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении литературных источников и фондовых материалов по формированию объёмов и качества различных видов отходов и оценке возможности их использования в сельском хозяйстве. Автором разработаны эмпирические модели влияния органических отходов на микробиологическую активность почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур, математические модели и программное обеспечение динамики запасов гумуса и миграции тяжелых металлов, модель оптимизации распределения органических отходов на сельскохозяйственных землях. Выполнена компьютерная реализация и заполнение информационно-справочной и геоинформационной системы для Алтайского края. При личном участии автора проводились натурные эксперименты по использованию органических отходов на сельскохозяйственных угодьях Алтайского края.

Апробация результатов диссертационной работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы были доложены на международных научных конференциях во ВНИИГиМ (Москва, 2006-2009г. г.), Юбилейной международной научно-практической конференции (Барнаул, 2003 г.), международном конгрессе по управлению отходами Вэйстэк (Москва, 2003, 2007, 2009 г.), III российско-монгольской конференции (Бийск, 2004 г.), шестом международном конгрессе Экватэк (Москва, 2004 г.), международной научной конференции в ВНИИА (Москва, 2004 г.), IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004 г.), на международной научной конференции посвященной 95-летию со дня рождения академика И.И. Синягина (Новосибирск, 2006), международной научной конференции в МГУП (Москва, 2008 г.), 4-й международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» (Москва, 2008).

Работа награждена медалью лауреата ВВЦ на агропромышленной неделе (Москва, 2003 г.), премией Алтайского края в области науки и техники за 2004 г. и дипломом федерального агентства геодезии и картографии (Москва, 2008 г.).

Региональная система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве внедрена в Управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды Алтайского края.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 45 научных работах, в том числе 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 288 страницах машинописного текста, иллюстрирована 57 рисунками, содержит 48 таблиц. Список литературы включает 405 наименований, в том числе 53 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, дана методология и методика проведения исследований, приведены новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе выполнен анализ понятийного аппарата, рассмотрено формирование и особенности состава различных видов органических отходов, формирующихся в мире и России; приведен опыт использования органических отходов в сельском хозяйстве; изложены требования к качеству отходов, используемых для повышения плодородия почв и предложена концептуальная модель использования органических отходов в качестве нетрадиционных удобрений на региональном уровне.

В настоящее время одним из значимых источников загрязнения природной среды являются разнообразные отходы производства и потребления. Однако до сих пор в мире не существует единой классификации отходов. Отходы различаются как по происхождению (промышленные, сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовые, и пр.), агрегатному состоянию (твердые, полужидкие, жидкие, газообразные), так и по классу их опасности для окружающей природной среды (от практически неопасных до чрезвычайно опасных). В настоящей работе автор уделил внимание проблеме формирования, сбора, обезвреживания и использования твердых и жидких органических отходов. Органические отходы представляют собой остатки сырья, вещества и побочные продукты, образующиеся в результате технологических процессов при производстве продукции или в жизни людей и содержащие органические соединения растительного, животного и промышленного происхождения. В работе рассматриваются органические отходы, представленные навозом крупного рогатого скота и свиным, птичьим пометом, сточными водами различных предприятий и их осадками. Структура органических отходов представлена на рис.1

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов диссертации