DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 27.07.2012

Материалы

загрузка...

Эколого-биологическое обоснование использования ковдорского вермикулита в гидропонном растениеводстве в условиях крайнего севера

Иванова Любовь Андреевна, 27.07.2012

 

Научная новизна. Впервые дано эколого-биологическое обоснование использования ковдорского вермикулита для создания высокопродуктивного гидропонного растениеводства в условиях Кольского Севера.

На основании исследований физико-химических свойств ковдорского вермикулита впервые разработаны субстраты, по всем параметрам соответствующие требованиям гидропонного растениеводства.

Разработана дифференцированная система минерального питания для вермикулитопоники в условиях северного растениеводства.

Впервые разработана, апробирована и внедрена безотходная технология полного цикла использования вермикулита в растениеводстве.

Разработана инновационная технология «Ускоренное формирование растительного покрова на отходах обогащения апатитовых руд» (вошла в «Важнейшие результаты исследований РАН в 2011 г.» и отмечена Почетным дипломом за научные достижения).

Практическая значимость. Впервые разработана и внедрена в производство инновационная полезная модель – трубчатая наклонная печь (пат. № 55110) для создания на ней высококачественных модифицированных гидропонных субстратов нового поколения марки Випон (а. с. № 329074) из минерала Ковдорского месторождения (Россия).

Впервые разработан, апробирован и внедрен инновационный подход к формированию высококачественных растительных сообществ для оптимизации и оздоровления окружающей среды (ландшафтов) запатентованными экспресс-способами: настилом ковровой травяной дернины (пат. № 2393665), прямым посевом (Pub. No.: WO/2011/084079. International Application No.: PCT/RU2010/000001), применением многокомпонентной озеленительной (минерально-растительной) смеси (заявка № 2011127457), основанными на комплексном использовании вермикулитового субстрата и местных популяций многолетних травянистых растений.

Определены и экономически обоснованы с учетом регионального аспекта принципы создания экологически чистого, высокопродуктивного, адаптированного для вермикулитовых субстратов, конкурентоспособного гидропонного производства сельскохозяйственной продукции.

Полученные результаты использованы:

- в комплексных опытно-промышленных испытаниях при рекультивации различных категорий нарушенных земель;

- в оранжереях производственных и ведомственных предприятий Мурманской области, что подтверждено Актами о внедрении (Приложения 32-40);

- при создании зонального ассортимента оранжерейно-срезочных и комнатных растений для круглогодичного получения цветочной продукции в условиях Заполярья (Приложение 41);

- в работе многофункциональных малых предприятий – ООО «ВИПОН» (2004-2009 гг.) и ООО «САБРУС» (2010-2012 гг.) в России, «Wikin Gress» (2012 г.) в Норвегии;

- в проекте по освоению месторождения металлов платиновой группы (Федоровы тундры) (2008 г.);

- при разработке инновационной технологии производства биокапсулированных семян кукурузы (Москва, предприятие «Моссельхоз», 2006).

Для практики северного растениеводства издано 2 препринта, выпущено 13 Информационных листков Мурманского межотраслевого территориального ЦНТИ с практическими рекомендациями и технологиями по беспочвенному выращиванию растений.

Личный вклад автора состоит в разработке программы и определении основных направлений исследования, организации и личном участии в проведении экспериментов, анализе и обобщении полученных результатов, разработке зонального ассортимента оранжерейно-срезочных культур, инновационных технологий выращивания растений и предложений по их практической реализации.

Исследования выполнялись по 6 плановым госбюджетным тематикам НИР Федерального государственного бюджетного учреждения науки Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н.А. Аврорина Кольского научного центра РАН (ФГБУН ПАБСИ КНЦ). Полученные результаты использовались при проведении ряда хозяйственных договоров. Часть экспериментов и публикаций выполнена при финансовой поддержке Отделения общей биологии РАН, Президиума РАН, Программы Президиума РАН № 44 «Биологическое разнообразие», Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, ОАО «Кольская горно-металлургическая компания», ООО «Випон», ООО «Сабрус», ООО «Системы промышленной безопасности».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII симпозиуме «Биологические проблемы Севера» (Апатиты, 1979), совещании агрокомитета при правительстве Мурманской области «Перспективы развития производства вермикулитового концентрата и его применения в сельском хозяйстве области» (Мурманск, 1987), III Международной конференции «Цветоводство - сегодня и завтра» (Москва, 1998), IV Международной конференции «Проблемы цветоводства и декоративного садоводства» (Ялта, 2000), Международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2001), Международном совещании «Технопарки. Организация. Развитие. Проблемы», проводившемся по NMCP (Netherlands Management Cooperation Program) и проекту «Содействие развитию инновационных МСП в Балтийском регионе РФ» (Швеция, 2002), IV Международной научной конференции «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» (Санкт-Петербург, 2007), Международной конференции «Экологическая ответственность бизнеса как основа сохранения благоприятной окружающей среды и инвестиционной привлекательности Санкт-Петербурга и Ленинградской области» (Санкт-Петербург, 2007), I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008), Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России; проблемы и перспективы развития», (Архангельск, 2008), II Всероссийской конференции «Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира» (Волгоград, 2008), Международной научно-практической конференции «Ботанические сады в XXI веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения» (Белгород, 2009), XXII, XXIII международных научно-практических конференциях «Проблемы озеленения крупных городов» (Москва, 2009, 2010), European Geosciences Union General Assembly (Vienna, Austria, 2009, 2010), Российско-Нидерландском бизнес-семинаре (Россия, Мурманск, 2009), I, II международных Мурманских инвестиционных форумах (Мурманск, 2009, 2010), The 8th Conference of the Society for Ecological Restoration – Europe (SER) (?eske Bud?jovice, 2012), VI съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Петрозаводск, 2012).

Отдельные результаты исследований были представлены в экспозициях ВДНХ СССР: «Наука – промышленному цветоводству» (1976), «Наука – производству» (1979), где отмечены 2 бронзовыми медалями, а также на ежегодных всероссийских выставках отечественных товаропроизводителей «Имандра» (Апатиты, 2003-2008), всемирной выставке "Copenmind – 2008", (Копенгаген), I региональной выставке «Мурманская область: вчера, сегодня, завтра» (Мурманск, 2008).

Инновационная продукция: проект «Випон» – победитель Всероссийского конкурса «СТАРТ-04» (Санкт-Петербург, 2004); проект «Экспериментальная рекультивация нефтезагрязненных грунтов и земель в условиях Крайнего Севера с применением технологии рулонных газонных покрытий на основе субстрата Випон», представленный на Международном конкурсе инновационных проектов в рамках Международной программы «Golden Galaxy», награжден золотой медалью «Innovations for investment to the future» (2009) Американо-Российского центра международного делового сотрудничества (ARBU).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 100 работ. Наиболее значимые приведены в автореферате, в том числе в рекомендованных ВАК изданиях (12 статей в центральных журналах, 6 патентов и 2 свидетельства, 6 работ, депонированных в ВИНИТИ, 22 статьи в Материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов), 5 монографий.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, выводов, списка литературы и 42 приложений. Она изложена на 380 стр., включает 83 табл., 79 рис. Список литературы составляют 699 источников наименования, среди которых 84 иностранных.

Благодарности. Автор глубоко признателен своему первому учителю, инициатору гидропонного выращивания декоративных растений в Заполярье Ж.Ф. Онохиной, научному консультанту, академику РАН, профессору Б.А. Ягодину, выражает особую благодарность за оказанную поддержку, внимание и помощь д.б.н. В.И. Костюку. Автор искренне признателен с.н.с. В.А. Костиной за определение дикорастущих видов сосудистых растений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1. Обзор литературы

Представлены данные по истории становления и развития беспочвенного способа выращивания растений начиная с XVI века и до настоящего времени, приведена современная классификация методов гидропонного выращивания растений (Берсон, 1964; Чичев, Микая, 1983; Ирригация…, 2006). Отмечено, что стимулом в развитии отечественной гидропоники послужило открытие в 1960-е годы месторождений вермикулита (Климашевский и др., 1969). Приведена характеристика ковдорского вермикулита, отмечены особенности его использования в гидропонике (Переверзев, 1965; Ахтямов и др., 1969; Боровиков, 1969). Сделан анализ литературы по биологии, особенностям выращивания, ассортименту декоративно-цветочных и овощных растений, включенных в настоящую работу (Котовщикова, 1975; Сааков, 1983; Звиргздыня, 1984; Кочнева, 1979). Рассмотрены возможности управления процессами роста и развития этих видов для организации высокоэффективного северного гидропонного растениеводства (Артюшенко, 1970; Samels, 1977; Hurka, 1986; Klinkan, 1990). Проанализировано современное состояние и проблемы антропогенно-трансформированных земель на Кольском полуострове, опыт озеленительных и биорекультивационных работ (Любимова, Медведев, 1970; Переверзев, Подлесная, 1986). Выявлены основные проблемы в области северного растениеводства защищенного грунта, восстановления нарушенных территорий и современные пути их решения (Мантрова, 1981; Евдокимова и др., 2010).

Глава 2. Условия, объекты и методы исследований

2.1 Агроклиматические условия

Исследования проводились в период с 1975 по 2011 гг. в Мурманской области (67°30? – 69°57? с.ш. и 33°40? – 41°26? в.д.) в гидропонных теплицах ПАБСИ КНЦ РАН, на модельных опытных площадках, находящихся в Хибинском горном массиве, на опытных площадках около городов Кировск, Апатиты, Мончегорск, Мурманск.

Агроклиматические условия Мурманской области характеризуются коротким вегетационным периодом, низкими среднемесячными температурами, краткостью безморозного периода, возможностью заморозков даже в июле, бедностью местных почв питательными веществами. Заполярное положение региона определяет колебания продолжительности дня от 0 (полярная ночь зимой) до 24 часов (полярный день летом) (Барановская и др., 1969; Головкин, 1973; Зюзин, 2006). Это создает неблагоприятные условия для культивирования растений как в открытом, так и защищенном грунте.

Теплицы ПАБСИ (типовой проект Гипронисельпрома) оснащены гидропонными установками, специально разработанными для использования искусственных субстратов. Для освещения используются дуговые ртутные люминесцентные лампы марки ДРЛ-450, температура воздуха в теплицах поддерживается при помощи центрального отопления (сентябрь-май) или электрообогрева (июнь-август). Влажность воздуха регулируется увлажнением дорожек и опрыскиванием растений водой.

2.2 Объекты исследования

В работе использован минерал вермикулит Ковдорского месторождения. Исследования выполнены на 7 видах вермикулитового субстрата: обожженном в год исследования, после 5, 15 лет использования и

4 модификациях вермикулитовых субстратов марки Випон (Випон-1, 2, 3, 4); на верховом сфагновом торфе и почвенной смеси (дерновая земля, торф, опилки, песок в объемном соотношении 2:2:2:1).

В защищенном грунте исследованы 7 видов (27 сортов и гибридов) растений: многолетние декоративно-цветочные культуры – альстремерия гибридная (Alstroemeria hybrida hort.) 3 сортов (Регина, Староза, Ставита), гербера гибридная (Gerbera hybrida hort.) 8 сортов (Лелде, Зелтене, Микус, Яутрите, Айме, Томс, Айра, Дарта), гиппеаструм гибридный (Hyppeastrum hybridum hort.), зантедешия эфиопская (Zantedeshia aethiopica (L.) Spreng. 4 сортов (Николаи, Штутгартская жемчужина, Литл Джем, Гигант), кринум Мура (Crinum moorei); овощные культуры – огурец посевной (Cucumis sativus L.) 9 партенокарпических гибридов (ТСХА 379, 805, 138, 40, 98, 194, Арбента, Вирента, Зозуля), томат обыкновенный (Lycopersicon esculentum Mill.) 5 индетерминантных высоко- и среднерослых раннеспелых гибридов (Русич, Верлиока, Портленд, Тортилла, Рококо).

В экспериментах в условиях открытого грунта использовалось 12 видов травянистых растений (мятлик луговой (Poa pratensis L.), овсяница красная (Festuca rubra L.), райграс пастбищный (плевел многолетний) (Lolium perennt L.), волоснец песчаный (Leumus arenarius (L.) Hochst., Elymus arenarius L.), клевер белый (ползучий) (Trifolium alba L.), клевер луговой красный (Trifolium repens L.), фестулолиум изумрудный (Festulolium smaragdinum), кострец безостый (Bromus inermis Leyss.), тимофеевка луговая ( HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Phleum_pratense&action=edit&r edlink=1" \o "Phleum pratense (страница отсутствует)" Phleum pratense ), мать-и-мачеха (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Web. ex Wig.), иван-чай (Chamaenerion anqustifolium (L.) Scop.).

Работы по рекультивации выполнены на локальных нарушенных территориях Мурманской области: действующем апатитонефелиновом хвостохранилище АНОФ-2 ОАО «Апатит», модельных нефтезагрязненных участках экспериментального полигона ООО «ОРКО-ИНВЕСТ».

2.3 Методы исследования

Аналитическая работа выполнена в специализированных аккредитованных лабораториях ФГБУН КНЦ РАН и ОАО «Кольский геологический информационный лабораторный центр» (г. Апатиты, Мурманская область), в ФГУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Мурманской области» (г. Мурманск). Показатели анализировались в соответствии с действующими ГОСТами и ОСТами.