Удосконалення методів зменшення техногенного забруднення грунтового середовища

Abstract

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням процесів проникнення мінеральних добрив вертикальним профілем ґрунту. Розроблені математичні моделі міграції компонентів добрив внаслідок молекулярно-дифузійного перенесення у випадку засвоєння добрив рослинами та за його відсутності. Наведені теоретичні графічні залежності розподілу концентрації по вертикальному профілю ґрунту. Проведено перевірку на адекватність розроблених математичних моделей. Проведені експериментальні дослідження міграції гранульованих добрив у випадку їх вимивання атмосферними опадами. Для зменшення забруднення ґрунтового та водного середовища запропоновано як альтернативу гранульованим використовувати капсульовані добрива. Розроблені капсульовані добрива з регульованим вивільненням компонентів добрив за рахунок внесення різної кількості легкорозчинної кристалічної речовини до складу оболонки. Результати теоретичних та експериментальних досліджень передані у Державне управління охорони навколишнього природного середовища у Львівській області для впровадження їх у західному регіоні, ВАТ Інститут ГІРХІМПРОМ, Інститут землеробства і тваринництва західного регіону УААН та у навчальний процес.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процессов проникновения минеральных удобрений в вертикальном профиле почвы. Разработаны математические модели миграции компонентов удобрений за счет молекулярно-диффузионного перенесения в случае усвоения удобрений растениями и его отсутствии. Приведены теоретические графические зависимости распределения концентрации в вертикальном профиле почвы. Проведена проверка на адекватность разработанных математических моделей. Проведены экспериментальные исследования миграции гранулированных удобрений в случаи их вымивания атмосферными осадками. Для уменьшения загрязнения почвенной и водной среды предложено как альтернативу гранулированным использовать капсулированные удобрения. Разработаны капсулированные удобрения с регулированым высвобождением компонентов удобрений за счет внесения разного количества легкорастворимого кристаллического вещества в состав оболочки. Результаты теоретических и экспериментальных исследований переданы в Государственное управление охраны окружающей природной среды в Львовской области для внедрения их в западном регионе, ОАО Институт ГИРХИМПРОМ, Институт земледелия и животноводства западного региона УААН и в учебный процесс.

The thesis work is dedicated to the theoretical and experimental investigations of migration processes of fertilizers in vertical profile of ground environment. The pollution problem of ground and water environment by components of mineral fertilizers is analyzed that arises because of rapid dissolution of carried into soil the granulated mineral fertilizers and results in their un full absorption by plants as far as the root system of agricultural cultures which absorbs the nutrition components for soil solution is situated in a little soil layer only (about 60 sm.). The migration of granulated fertilizers by molecular — diffusion and convective methods is investigated. The molecular - diffusion migration of mineral fertilizers components takes place continuously till their full penetration into depth soil layers and soil waters. The migration caused by convective way exists only at atmospheric precipitating when the rapids washing out of fertilizers in over - and underground basins takes place. The mathematical model of migration of fertilizers components at the expense of molecular - diffusion transfer with and without absorption of fertilizers by plants are developed. The mathematical model in case of absorption the fertilizers components by plants enables to forecast the pollution of soil environment in vegetation time which lasts in the spring and summer period, and to do the same at absence of plants in autumn and winter period. The developed mathematical models take into consideration the period of constant concentration of mineral fertilizers on the surface of soil environment that corresponds to intensive dissolution of solid mineral fertilizers granules directly after their transfer into soil when the absorption of fertilizers by plants do not cause the change of concentration, the period of decrease of concentration on the surface due to time. As far as the absorption of substances by plants root system takes place more slowly then process of molecular - diffusion transfer, the flow of substance from the surface was defined that enables to forecast the losses of fertilizer components according to quality their transfer into the soil. Received in the experimental way the factor of molecular diffusion enables to define the migration velocity of fertilizers into the soil depth and to forecast the pollution of lower horizons by their components. The graphical dependences of concentration distribution on vertical profile of soil environment with taking into account of experimentally defined factor of diffusion are shown. The test on adequation of developed mathematical models is made. The developed mathematical models enable to define the concentration distributions of fertilizers in vertical profile of soil at anyone time moment and the possibility of pollution both soil and as result the underground waters. The experimental investigations of washing out of granulated mineral fertilizers from soil during imitation of atmospheric precipitating are shown which enable to define the losses of mineral fertilizers depending on environment of their use. The degree of components washing out in granulated fertilizers from sand and clay soils is defined. For decrease of contamination the soil and water environment the use of capsulated fertilizers as an alternative to granulated ones is proposed. The experimental investigations in regulation of penetration possibility of polymeric cover depending on ph-index of soil environment are made. The capsulated fertilizers were developed in which polymeric cover the easily crystalline substance is brought, where the regulation of component releasings in mineral fertilizers takes place in result of addition the difficult quantity of substance to the cover composition. The mathematical dependences for determination of polymeric cover thickness according to quantity of added easily soluble crystalline substance and need of plants are proposed. The using this fertilizers type enable to enlarge the use limits of mineral fertilizers according to soil and climate environment conditions and to decrease the migration velocity of fertilizers due to regulated releasing of fertilizers from capsules. The comparative experimental investigations of washing out the capsulated and granulated mineral fertilizers from sand and clay soil environment are made. The results of theoretical and experimental investigations are given to state department of environmental protection in Lviv region for their introduction in western district, OJSC Institute GIRCHIMPROM, Institute of culture and stock-breeding in west region UAAN and in educational process.