Помощь студентам в учебе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ДОЗ ВНЕСЕНИЯ ПИРОУГЛЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР
|
Введение 3
1. Обзор литературы 6
1.1. Проблема переработки куриного помета 6
1.1.1. Отходы птицефабрик 6
1.1.2. Методы переработки куриного помета 8
1.2. Пиролиз куриного помета 14
1.3. Использование пироугля в качестве почвенного удобрения 18
2. Материалы и методы 22
2.1. Объекты исследования и подготовка почвенных образцов 22
2.2. Проведение лабораторного эксперимента 22
2.3. Определение респираторной активности 23
2.4. Определение физиологического профиля сообщества методом
мультисубстратного тестирования BiologEcoplate 24
2.5. Морфометрическая характеристика культур и
содержание хлорофилла 28
3. Результаты и их обсуждение 30
3.1. Результаты оценки респираторной активности почв 30
3.2. Результаты определения физиологического профиля микробного
сообщества методом мультисубстратного тестирования BiologEcoplate 33
3.3. Морфометрическая характеристика растений и
содержание хлорофилла 36
3.4. Сравнение влияния различных доз пироугля 41
Выводы 45
Список литературы 46
1. Обзор литературы 6
1.1. Проблема переработки куриного помета 6
1.1.1. Отходы птицефабрик 6
1.1.2. Методы переработки куриного помета 8
1.2. Пиролиз куриного помета 14
1.3. Использование пироугля в качестве почвенного удобрения 18
2. Материалы и методы 22
2.1. Объекты исследования и подготовка почвенных образцов 22
2.2. Проведение лабораторного эксперимента 22
2.3. Определение респираторной активности 23
2.4. Определение физиологического профиля сообщества методом
мультисубстратного тестирования BiologEcoplate 24
2.5. Морфометрическая характеристика культур и
содержание хлорофилла 28
3. Результаты и их обсуждение 30
3.1. Результаты оценки респираторной активности почв 30
3.2. Результаты определения физиологического профиля микробного
сообщества методом мультисубстратного тестирования BiologEcoplate 33
3.3. Морфометрическая характеристика растений и
содержание хлорофилла 36
3.4. Сравнение влияния различных доз пироугля 41
Выводы 45
Список литературы 46
Птицефабрики являются не только производителями яиц и мяса птицы, но и значительным источником загрязнения окружающей среды. Увеличение деятельности птицефабрик привело к осложнению экологической обстановки в России (Интеллект России, 2019). Условия содержания птицы в современных хозяйствах - это, прежде всего, сосредоточение на ограниченных площадях большого поголовья, использование многоярусных батарей, создание искусственного микроклимата в помещениях, включение в рационы нетрадиционных кормов. Всё это привело к изменению физико-механических характеристик и химического состава помёта, ежесуточно скапливающегося территории птицефабрик, племенных заводов и других предприятий. Одна средней мощности птицефабрика (400 тысяч кур-несушек или 6 миллионов цыплят-бройлеров) за год образует до 40 тысяч тонн помёта. К утилизации такого количества отходов хозяйства России оказались неподготовленными и буквально обрастают их залежами (Интеллект России, 2019). Известно, что птичий помет является сильным источником загрязнения окружающей среды (почва, грунтовые воды, флора и фауна) и воздействует отрицательно на здоровье и на качество жизни населения. Куриный помет содержит токсичные вещества и питательные элементы в очень высоких концентрациях, соответственно, при внесении необработанной биомассы, происходит поступление в чрезмерном количестве кальция в почву (в чистой курином помете с 60% влажностью до 3% кальция), загрязнение водных объектов фосфором и азотом и выброс метана и аммиака (Pintor, 2012). Содержащиеся в птичьем помете нитраты и фосфаты могут способствовать эвтрофикации, вследствие чего начинается быстрый рост водорослей.
Избыточные питательные вещества, попадающие в воду, вызывают цветение водорослей, гибель рыбы, возникновение запаха и уменьшение прозрачности воды. Бактерии, способствующие разложению помета, снижают уровень кислорода в воде. Загрязнение воды отходами может происходить несколькими
способами. Очевидными примерами загрязнения являются прямой сброс в поверхностные воды, предоставление животным прямого доступа к рекам и ручьям, сливание стоков из откормочных площадок и переполнение хранилища птичьего помета. Менее очевидными способами являются весеннее таяние снега содержащего птичий помет, таяние замороженного помета, просачивание в грунт чрезмерно высоких норм, используемых в качестве удобрения. Азот в курином помете легко переходит в нитратную форму, которая загрязняет источники питьевой воды. С 24 июня 2017 года согласно приказу Росприроднадзора куриный помет свежий относится к 3 классу опасности, поэтому его обычный выброс, захоронение, использование без переработки запрещено (Мишуров, 2015).
Имеющиеся технологии переработки не обеспечивают должного уровня утилизации куриного помета, в связи с чем, на прилегающих к птицефабрикам территориях скапливается огромное количество разлагающегося материала (Касимов, 2017). На сегодняшний день для решения данной проблемы в промышленно развитых странах интенсивно совершенствуются такие направления переработки биомассы, как пиролиз, газификация, ожижение. Среди современных технологий энергетического использования биомассы наиболее универсальной и эффективной, по мнению экспертов Международного энергетического агентства IEA, является термохимическая конверсия методом пиролиза (Мишуров, 2015). Данный метод позволяет получить новый вид органического удобрения, такого как пироуголь. Актуальность получения пироугля заключается в том, что он способен заменить минеральные удобрения, что в дальнейшем уменьшит негативное влияние на почву, водные объекты, флору и фауну. Применение пироугля позволяет не только решить проблему переработки куриного помета, но и повысить плодородие почвы.
В связи, с вышесказанным, целью работы стало определение оптимальной дозы внесения пироугля, приготовленного при пиковой температуре 400oC в течение 2 часов, при выращивании злаковых культур.
В задачи исследования входило:
1) Провести вегетационный эксперимент с пшеницей (Triticum vulgare) и ячменем(Ногйеит vulgare), включающий в себя обработку почву пироуглем в дозах 0,5%, 1%, 2% и 5%;
2) Оценить влияние пироугля на респираторную активность микробного сообщества почв;
3) Оценить динамику изменения физиологического профиля микробных сообществ почв, с использованием коммерческой системы BiologEcoplate;
4) Оценить динамику роста растений (биомасса, содержания хлорофилла, длины стебля и корня).
Избыточные питательные вещества, попадающие в воду, вызывают цветение водорослей, гибель рыбы, возникновение запаха и уменьшение прозрачности воды. Бактерии, способствующие разложению помета, снижают уровень кислорода в воде. Загрязнение воды отходами может происходить несколькими
способами. Очевидными примерами загрязнения являются прямой сброс в поверхностные воды, предоставление животным прямого доступа к рекам и ручьям, сливание стоков из откормочных площадок и переполнение хранилища птичьего помета. Менее очевидными способами являются весеннее таяние снега содержащего птичий помет, таяние замороженного помета, просачивание в грунт чрезмерно высоких норм, используемых в качестве удобрения. Азот в курином помете легко переходит в нитратную форму, которая загрязняет источники питьевой воды. С 24 июня 2017 года согласно приказу Росприроднадзора куриный помет свежий относится к 3 классу опасности, поэтому его обычный выброс, захоронение, использование без переработки запрещено (Мишуров, 2015).
Имеющиеся технологии переработки не обеспечивают должного уровня утилизации куриного помета, в связи с чем, на прилегающих к птицефабрикам территориях скапливается огромное количество разлагающегося материала (Касимов, 2017). На сегодняшний день для решения данной проблемы в промышленно развитых странах интенсивно совершенствуются такие направления переработки биомассы, как пиролиз, газификация, ожижение. Среди современных технологий энергетического использования биомассы наиболее универсальной и эффективной, по мнению экспертов Международного энергетического агентства IEA, является термохимическая конверсия методом пиролиза (Мишуров, 2015). Данный метод позволяет получить новый вид органического удобрения, такого как пироуголь. Актуальность получения пироугля заключается в том, что он способен заменить минеральные удобрения, что в дальнейшем уменьшит негативное влияние на почву, водные объекты, флору и фауну. Применение пироугля позволяет не только решить проблему переработки куриного помета, но и повысить плодородие почвы.
В связи, с вышесказанным, целью работы стало определение оптимальной дозы внесения пироугля, приготовленного при пиковой температуре 400oC в течение 2 часов, при выращивании злаковых культур.
В задачи исследования входило:
1) Провести вегетационный эксперимент с пшеницей (Triticum vulgare) и ячменем(Ногйеит vulgare), включающий в себя обработку почву пироуглем в дозах 0,5%, 1%, 2% и 5%;
2) Оценить влияние пироугля на респираторную активность микробного сообщества почв;
3) Оценить динамику изменения физиологического профиля микробных сообществ почв, с использованием коммерческой системы BiologEcoplate;
4) Оценить динамику роста растений (биомасса, содержания хлорофилла, длины стебля и корня).
1. На основе полученных, в ходе проведения лабораторного эксперимента, данных, было установлено, что дозы внесения пироугля 0,5-2% не приводили к существенному изменению респираторной активности по сравнению с контролем, а соответственно не вызывали стрессовой реакции почвенного микробного сообщества.
2. В контрольном образце уровень потребления субстратов (AWCD) остается практически постоянным во все временные точки (2,23-2,74). Максимальное функциональное разнообразие микробиоты для образцов под ячменем и пшеницей установлено при внесении пироугля в дозе 1% (индекс Шеннона равен 3,9 и 3,31 соответственно). Однако дозозависимого эффекта на степень потребления субстратов и разнообразие микробного сообщества установлено не было.
3. Оценка удобрительных свойств в опыте с растениями показала, что оптимальными дозами внесения пироугля являются - 0,5-1%, не приводящие к снижению биомассы, длин корня и стебля. Анализ содержания хлорофилла показал, что под воздействием пироугля произошло незначительное увеличение содержания хлорофилла при дозах 2-5%. Дозы пироугля 0,5-1% показали уменьшение содержания хлорофилла в растениях.
4. Оценка эффектов на микробное сообщество и растения от внесения различных доз пироугля в почву при проведении вегетационного эксперимента растений показала, что оптимальной является доза внесения - 1% пироугля по массе.
2. В контрольном образце уровень потребления субстратов (AWCD) остается практически постоянным во все временные точки (2,23-2,74). Максимальное функциональное разнообразие микробиоты для образцов под ячменем и пшеницей установлено при внесении пироугля в дозе 1% (индекс Шеннона равен 3,9 и 3,31 соответственно). Однако дозозависимого эффекта на степень потребления субстратов и разнообразие микробного сообщества установлено не было.
3. Оценка удобрительных свойств в опыте с растениями показала, что оптимальными дозами внесения пироугля являются - 0,5-1%, не приводящие к снижению биомассы, длин корня и стебля. Анализ содержания хлорофилла показал, что под воздействием пироугля произошло незначительное увеличение содержания хлорофилла при дозах 2-5%. Дозы пироугля 0,5-1% показали уменьшение содержания хлорофилла в растениях.
4. Оценка эффектов на микробное сообщество и растения от внесения различных доз пироугля в почву при проведении вегетационного эксперимента растений показала, что оптимальной является доза внесения - 1% пироугля по массе.