Диссертация (1154518)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования«Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина»на правах рукописиЗахарова Ольга ВладимировнаВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАМАНА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ03.02.08 – Экология (биология)Диссертация на соискание ученой степеникандидата биологических наукНаучный руководитель:кандидат сельскохозяйственных наукдоцент,Гусев Александр АнатольевичМосква – 2016ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………......... 4ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...81.1 Проблемы рециклинга шламовых отходов доменного производства………………81.2 Экологические проблемы утилизации шламов доменного производства…….......... 111.3 Использование шламовых отходов в сельском хозяйстве…………………………...181.4 Роль микроэлементов для растений…………………………………………………...21ГЛАВА 2.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ……………………….........292.1 Объект исследования…………………………………………………………………...292.2 Тест–объекты…………………………………………………………………………… 302.3 Методики исследования………………………………………………………………..2.3.1Физико–химическоеисследованиеобразца35металлургическогошлама……... ………………………………………………………………………... 352.3.2Лабораторнаяметодикаоценкивсхожестииисследованияморфометрических параметров растений под воздействием компонентовметаллургических шламов в составе культивационных сред ……....................... 362.3.3 Методика исследования влияния металлургических шламов навегетативныеигенеративныепараметрырастенийвусловияхтеплицы……………………………………………………………………………...382.3.4 Методы биохимических исследований……………………………………...392.3.5 Методика проведения полевых исследований……………………………...462.3.6 Статистическая обработка данных…………………………………………..512.3.7 Методика исследования накопления металлов в тканях растений ипочве……………………………………………………………………………........51ГЛАВА 3.
РЕЗУЛЬТАТЫ…………………………………………………………….......... 523.1 Результаты физико–химического исследования образца металлургическогошлама………………………………………………………………………………………... 523.2 Результаты исследования влияния шлама металлургического производства насельскохозяйственные культуры…………………………………………………………..553.2.1 Лабораторное исследование……………………………………………......... 553.2.2 Результаты исследования в теплице………………………………………...
763.2.3 Результаты полевого исследования…………………………………….........943.3 Результаты исследования экологической безопасности применения шламовыхотходов в растениеводстве……………………………………………………………........11123.3.1 Содержание металлов в органах экспериментальных растений…………..1113.3.2 Содержание металлов в почве опытных участков…………........................1123.3.3 Анализ характера накопления компонентов шлама в органах растений…1134. ВЫВОДЫ………………………………………………………………………………… 1185. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ………………………………………………....... 119Список использованных источников……………………………………………………...1213ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Проблема образования и переработки техногенных отходовявляется одной из важнейших и недостаточно изученных проблем XXI столетия (Деринг,2007; Липенков, Фарафонов, 2006; Ануров и др., 2007; Бакаев, Бушуева, 2005; Байтелова,Гарицкая, 2007; Kozhevnikov et al., 2014).Значительную долю неиспользуемых отходов составляют отходы металлургии (Liset al., 2015).
По имеющимся данным, на современных металлургических предприятияхпри выплавке 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 СНГ отсутствуют экономическидоступныепромышленныеэлектрометаллургическогоитехнологиирециклингадоменного производстввысокодисперсных–золишламов,отходовкотоыехарактеризуются высоким содержанием железа (до 40-50%), а также таких металлов, какцинк, медь, никель, свинец, кадмий и др. Данные отходы, потенциально являющиесябогатым железом металлургическим сырьем, не могут быть использованы в аглодоменномпроцессе из-за высокого содержания цинка (более 0,5%), разрушающего футеровкудоменных печей. (Kiventerä et al., 2016). Вследствие этого на большинстве российскихметаллургических предприятий утилизация шламов осуществляется путем помещения вотвалы (Брызгалов и др., 2009; Кузнецов и др., 2013). Неконтролируемо поступая оттуда вподземные воды и почву, шламовые отходы представляют экологическую угрозу, являясьисточником тяжелых металлов, избыток которых негативно влияет на состояниеприродных экосистем и качество растениеводческой 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 входит в составряда растительных ферментов, а также участвует в синтезе хлорофилла, в дыхании и вобмене веществ; цинк играет важную роль в белковом, углеводном и фосфорном обмене,в биосинтезе витаминов и гормонов роста – ауксинов (Школьник, Макарова, 1957;Дмитриев, 2006).Известны примеры успешного использования шламов сточных вод, содержащихпереходные металлы, в качестве органоминерального удобрения для питания растений иповышения плодородия почв (Пахненко, 2009; Андронова, 2002; Пасенко, 2013), однаковысокодисперсные металлургические отходы до сих пор не рассматривались какперспективный почвенный стимулятор.4Цель и задачи исследованияЦель – исследование морфофизиологических реакций сельскохозяйственныхрастений на воздействие высокодисперсных металлосодержащих отходов в лабораторных,тепличных и полевых условиях для определения пределов толерантности растительныхорганизмов и разработки подходов к биоутилизации металлургических шламов.Задачи:1.Проведениеструктурногоиэлементногоанализаисследуемоговысокодисперсного металлургического отхода (шлама).2.
Оценка влияния исследуемого отхода, в составе культивационных сред, напоказатели всхожести семян сельскохозяйственных растений в лабораторных условиях.3. Анализ биологической и хозяйственной продуктивности, оценка биохимическогостатуса сельскохозяйственных растений под воздействием исследуемого отхода вусловиях теплицы.4. Оценка биологической и хозяйственной продуктивности растений, выращенныхв полевых условиях под воздействием металлургического шлама.5.Исследованиеэкологическойбезопасностипримененияшламаврастениеводстве.6.Разработкарекомендацийпо дальнейшему исследованиюподходов киспользованию шламовых отходов в растениеводстве.Научная новизна и практическая значимость работы.В работе предложен возможный вариант использования накопленных в ходеприменения традиционных способов утилизации запасов высокодисперсных отходовметаллургической промышленности России (около 1250 тыс.
тонн в год) в качествемикроэлементного компонента удобрений.Новизна предлагаемого подхода заключается в попытке одновременно решитьсразу две задачи – экологически безопасной биоутилизации металлосодержащих шламови создания на их основе эффективных и дешёвых сельскохозяйственных удобрений.Впервые в условиях лаборатории, теплицы и полевых экспериментов проведеноисследование влияния шлама металлургического производства на показатели всхожести,биологической и хозяйственной продуктивности, а также на биохимические параметрыраспространенныхсельскохозяйственныхкультур.Впервыепроведенаоценкаэкологической безопасности металлургического шлама, с учетом накопления егокомпонентов в органах растений и почве опытных участков. Впервые сформулированыпрактические рекомендации для разработки подходов к использованию шлама в качестве5компонента микроэлементных удобрений, установлены оптимальные и пороговыеконцентрации для рапса ярового, 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: «Способ экологическичистойбиоконверсиивысокодисперсныхотходовметаллургическойиндустрии,содержащих тяжелые металлы» (Пат.
№2541642) Российская Федерация, «Способприготовления водных суспензий высокодисперсных материалов с использованиемультразвуковой обработки» (ноу-хау, Свид. №2013–0002 от 19.06.2013 г.).Основные положения диссертации, выносимые на защиту:В лабораторных, тепличных и полевых условиях установлено достоверноевоздействие металлургического шлама на всхожесть, развитие вегетативных органов,активность ферментов антиоксидантной системы, содержание фотосинтетическихпигментов и урожайность растений рапса ярового, свеклы сахарной и льна посевного.Почвенное использование исследуемого отхода при норме внесения до 4 т/га неприводит к накоплению металлов в почве до значений, превышающих уровень ПДК(СанПиН № 42–123–4089–86; ГН 2.1.7.2041–06).Металлургический шлам, при нормах внесения 0,5 т/га и 2 т/га, являетсяперспективнымматериаломдлядальнейшихисследованийпоразработкемикроэлементных удобрений для рапса ярового, свеклы сахарной и льна посевного.Апробация работы.
Результаты исследований были доложены и обсуждены навсероссийскихимеждународныхнаучно–практическихконференциях:научно–практический семинар «Наноматериалы и живые системы. Технологии медицины», НИТУ«МИСиС», Москва, 2013; I международная научно–техническая конференция «Научно–технический прогресс в черной металлургии», Череповец, 2013; научно–практическийсеминар «Наноматериалы и живые системы», НИТУ «МИСиС», Москва, 2014; 7–аяВсероссийская«Экологическиенаучно–практическаяпроблемыконференцияпромышленныхсмеждународнымгородов»,Саратов,участием2015;19–аяМеждународная Пущинская школа–конференция молодых ученых «БИОЛОГИЯ –НАУКА XXI ВЕКА», Пущино, 2015; III Международная молодежная научно–практическаяконференция"Междисциплинарныепроблемынанотехнологий,биомедицины и нанотоксикологии", Тамбов, 2015; Всероссийская научная конференция"Растения в условиях глобальных и локальных природно–климатических и антропогенных6воздействий", Петрозаводск, 2015; II международная научно–техническая конференция«Научно–технический прогресс в черной металлургии – 2015», Череповец, 2015; 2–ndInternational Young Scientists School “NANOSTRUCTURED MATERIALS”, Tomsk, 2016.Публикации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
