Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Главная > Реферат >Биология

Сохрани ссылку на реферат в одной из сетей:
Страницы: следующая →

1 2 3 4 5 Смотреть все

Введение

Биогенное загрязнение – распространение определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделения мертвых тел и т.п.) на территории и/или акватории, где они ранее не наблюдались.

Человек потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Значительное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смывается с сельскохозяйственных территорий. В основном они попадают в водоемы и водостоки без какой-либо очистки, а поэтому содержат высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей.

Главный же потребитель пресной воды — сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80 % всей пресной воды.

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий — производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды: при просачивании промышленных и сельскохозяйственных стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др. Загрязнения подземных вод не ограничиваются территориями промышленных предприятий, хранилищ отходов и пр., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20  30 км и более от источника загрязнения. Всё это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Цель данной курсовой работы заключается в рассмотрении источников загрязнения природных вод. Особое внимание я планирую уделить изучению воздействия промышленности и сельского хозяйства на процесс загрязнения природных вод.

Задачами курсовой работы является более глубокое изучение изменения экологического равновесия в водоемах, возможности определения биогенной нагрузки, экологические и санитарно-гигиенические последствия эвтрофирования вод, рассмотрение сельскохозяйственных источников биогенной нагрузки, как снизить биогенную нагрузку.

ПРИТОК ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ КАК ФАКТОР

ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ В ВОДОЕМАХ.

ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

Интенсификация сельскохозяйст­венного производства существенно ме­няет хозяйственно-биологический кру­говорот веществ, что нередко приводит к обострению экологических проблем, связанных с функционированием агро-экосистем, в том числе обусловленных состоянием поверхностных и подзем­ных вод, которые не только загрязняют­ся токсичными веществами, но и нахо­дятся под воздействием процессов уси­ленного эвтрофирования (от греч. eutrophe — тучность, жирность, усилен­ное питание). Являясь фактором-участ­ником в процессах эвтрофирования, сельское хозяйство может оказаться в крайне неблагополучной ситуации при водообеспечении селитебных террито­рий, животноводческих комплексов и орошаемых массивов.

Под эвтрофированием нередко по­нимают обогащение вод питательными веществами, вызывающее массовое раз­витие водорослей. Однако это всего лишь видимая часть сложного есте­ственно-антропогенного процесса, в котором превалируют природные про­цессы , а воздействие человека играет роль мощного катализатора. Таким образом, эвтрофирование эвтрофикация, эвтрофия) вод — это отношение биологической продуктивности водных объектов в результате наводнения в воде биогенных элементов воздействием антропогенных или естественных (природных) факторов (Иногда применяют также термин эвтрофизация».)

Эвтрофирование водоемов как за рубежом, так и в нашей стране интенсивно изучалось в период Международного десятилетия водных проблем ( 1990 гг.). Начальным этапом проведения эвтрофирования признано избыточное поступление биогенных элементов в водотоки и водоемы. Однако этот принцип не ограничивается поверхностны водами, поэтому в последние годы термин «эвтрофирование» применяют и для характеристики состояния подземных вод, а также загрязнения зон Мирового океана.

В геологических масштабах водоемы постепенно обогащаются биогенами и заполняются поступающими с суши наносами, т. е. эвтрофирование — составная часть природного процесса. Как подчеркивают некоторые исследователи, по своей су
ти — это естественный процесс «старения» водоемов, проявляющийся в по­вышенной продукции органического вещества. Однако хозяйственная деятельность человека значительно ускоряет процесс эвтрофирования: за не­сколько десятилетий антропогенный фактор эвтрофирования привел к из­менениям, которые в естественном ритме произошли бы в водоемах за десятки тысяч лет. Этому способствовало строительство каскадов ГЭС и водохранилищ, рекреационные мероприятия, судоходство, сбросы промышлен­ных, коммунально-бытовых и живот­новодческих сточных вод, ливневые стоки селитебных территорий и т.д.

Факторы эвтрофирования

Естественные:

Антропогенные

1)Климатические условия :

  • Инсоляция

  • Температура

  • Атмосферные осадки

  • Фотосинтез

Химические

(N, P и др.)

Биологические

Физические

1)Стоки:

-поверхностные

-сельхозугодий

-ливневые

-городские

-животноводства

-промышленности:

  • Минеральных удобрений

  • Пищевой

  • Оргсинтеза

  • Микробиологической

2)Рекреация

-зарегулирование стока

-слабый водообмен

-окультивирование ландшафтов

-прогревание воды АЭС, ТЭС

-Судоходство

-ложе водохранилищ

-промышленные выбросы в атмосферу

2) Эрозия берегов

-минерализация атмосферных осадков

3)Азотфиксация микрофлорой

4)Тип подстилающего грунта

- стоки


Факторы эвтрофирования водоемов (Григорьева, 1985)

Наиболее быстро процесс антропо­генного эвтрофирования развивается в водоемах, площади водосборов которых осваиваются сельскохозяйственным производством. Факторы интенсифика­ции растениеводства и животноводства (механизация, мелиорация и особенно химизация и промышленное производ­ство) стали мощным ускорителем про­цесса эвтрофирования вод.

Основной составляющей биосферы являются органогены (водород, углерод и кислород), которые связаны между собой биологическими и геологически­ми циклами; повсеместное распростра­нение этих элементов не может ограни­чивать развитие как биосферы в целом, так и ее квазиприродных (почти при­родных) единиц — агроэкосистем. Эле­менты, также необходимые для жизне­деятельности организмов, объединены в группу биогенных (биофильных), важ­нейшие из которых — азот, фосфор, ка­лий, кальций, натрий, сера, магний и др. Недостаток биогенов снижает пло­дородие почв и становится причиной нарушения нормального функциониро­вания агроэкосистемы.

В то же время биогены, участвуя в различных геохимических и биохими­ческих циклах, поступают в водные объекты, причем наиболее значимые для биологической наземной продук­тивности (фосфор, азот, калий) стано­вятся в них лимитирующими, т. е. при­обретают ограничивающие свойства, что особенно важно для водных ресурсов, используемых для водоснабжения населения, животноводческих ферм и рыбоводства и т. д.

Результаты проведенных исследований показали, что изменение состояния вод обусловлено не только внешним поступлением в них биогенных элементов и внутренними процессами, изменением экологического равновесия в водоеме. Нарушение равновесия ведет к дисбалансу между уровнями первичной и вторичной биологической продуктивности. Происходит накопление автотрофных гидробионтов, в результате которого в водоеме продуцируется в десятки и сотни раз больше органического вещества, вследствие хозяйственной деятельности. Таким образом, антропогенное поступление биогенов — это этап в развитии эвтрофирования водоемов, к которому в дальнейшем подключаются внутренние биологические процессы, ведущие к интенсивному накоплению органических веществ в воде, т. е. к са­мозагрязнению.

Изучение и описание экологических процессов, происходящих внутри водо­емов, позволили разработать ряд моде­лей эвтрофирования озер и водохрани­лищ при различных путях поступления биогенов. В одних водоемах (и таких большинство) основной причиной эвт­рофирования является поступление биогенов с водосборной площади (внешняя биогенная нагрузка), в других — выделение их из донных отложений (внутренняя биогенная нагрузка).

Явным признаком эвтрофирования как процесса нарушения экологического равновесия водоема следует считать изменение соотношения между двумя жизненными формами водных расте­ний: бентосной и фитопланктонной.

Бентосные (от греч. benthos — глубинa) растения развиваются, прикрепив­шись или укоренившись на дне; это погруженная водная растительность, которая получает необходимые элементы из донных отложений и из воды, что спо­собствует самоочищению водоема.

Химические элементы, аккумулируемые водными растениями

Растение

Орган растения

Химический элемент

Тростник обыкновенный

Листья

N,K,Cl,Si,Ca,Mg,Mn

Рогоз узколистный

Листья

N,Ca,Cl,K,P,Mg,Mn,Na

Камыш озерный

Стебли

N,K,Cl,P,Na,Mg,Mn

Сусак зонтичный

Листья

K,N,Cl,Ca,P,Na,Mg,Mn

Частуха подорожниковая

Листья

N,K,Ca,Cl,P,Na,Mg,Mn

Рдест пронзеннолистный

Стебли

K,Ca,Cl,N,P,Mg,Si,Mn

Основное условие устойчивого фото­синтеза бентосных растений — проник­новение сквозь толщу воды достаточно­го количества света, что находится в прямой зависимости от второй жизнен­ной формы растений водоема — фитопланктона (от греч. phyto — растение и planktos -блуждающий), который представлен множеством видов водо­рослей (отдельные клетки, их скопле­ния, или «нити», которые держатся либо на поверхности воды, либо вблизи от нее). При высокой численности фи­топланктона вода становится мутной, а ее цвет темно-зеленым (цветение воды), в результате поглощается практически весь солнечный свет и бентосные расте­ния могут развиваться только на мел­ководье, когда часть их выступает над поверхностью воды. При этом глубоко­водные части водоемов лишаются по­ступления растворенного кислорода.

Особенностью фитопланктона явля­ется поглощение биогенов из воды. Кислород, выделяемый им в процессе фотосинтеза, перенасыщает верхний слой воды и улетучивается с ее поверх­ности в атмосферу.

Озера, подверженные эвтрофированию, иногда называют мертвыми, но с биологической точки зрения это неправильно, поскольку общая биопродуктивность фитопланктона может значительно превышать аналогичный показатель бентосной растительности. Планктоном иногда питаются крупные популяции некоторых рыб, избегающих глубоких, обедненных кислородом слоев воды. Следующим процессом нарушения равновесия в водоеме является отмирание фитопланктона, ведущего к накоплению на глубине огромного количества детрита. Как наиболее легкоминерализуемая часть органического вещества, он служит источником питания и энергии для микроорганизмов. Питающиеся детритом редуценты, в основном бактерии, как и другие обитатели водоема, потребляют в процессе дыхания кислород, сокращая таким образом до критического его содержания в воде, что проявляется как замор обитающих на глубине рыб и других представителей животного мира водоема. Бактерии же в таких условиях выживают, продолжая разложения детрита на биогенные составляющие за счет анаэробного брожения. Конвекционные потоки возвращают биогены к поверх­ности, что обеспечивает постоянный внутренний источник питания фито­планктона. Ослабление процесса нара­стающего эвтрофирования происходит при резком сокращении поступления биогенов извне и снижении температу­ры до уровня, не достигающего опти­мального для преобладающих видов водорослей. Так, установлено, что при средней температуре воды ниже 11 °С ее цветение маловероятно. Поэтому неудивительно, что в водохранилищах Дона и Днепра происходит интенсив­ное эвтрофирование: здесь цветет око­ло 90 % акватории; в Волжском каскаде этот процесс также сопровождается интенсивным цветением, охватывая свыше 70 % акватории Волги, а в си­бирских водохранилищах, которые также подвержены процессам эвтрофи­рования, цветение сдерживается более низкими температурами воды.

По удельным показателям биоген­ной нагрузки составляют территориаль­ную характеристику степени опасности антропогенного поступления биоген­ных веществ в водные объекты. Основ­ную сложность при этом представляет оценка суммарного поступления био­генных веществ (Wni). Для определе­ния этого показателя предложено мно­жество подходов, разработаны различ­ные модели, описывающие поведение биогенных веществ в пределах водосбо­ров с количественной оценкой их по­ступления от различных источников. Задача несколько упрощается, если каждый фактор — участник биогенной нагрузки на площади данного водосбо­ра рассматривать отдельно.

Анализ удельных показателей био­генной нагрузки позволяет установить особенности сельскохозяйственного производства в бассейне и биогенного загрязнения как всего водотока, так и отдельных его частей.

Для определения биогенной нагрузки на водные объекты зарубежными и оте­чественными исследователями предло­жены различные методы расчета, в том числе и на основе оценки выноса биогенных веществ с аграрных территорий.

В Гидрохимическом институте Роскомгидромета на основании результатов полевых наблюдений разработано око­ло 60 частных моделей выноса азота в форме NH4+ и более 90—в форме NO2-, а также установлены зависимости смы­ва NO3- и PO43- с аграрных территорий. Особый интерес представляют модели прогнозирования биогенной нагрузки, ориентированные на решение оптими­зационных задач с помощью методов линейного и динамического програм­мирования.

При расчете поступления биогенных веществ от рассредоточенных источни­ков рекомендуется рассматривать три основных комплекса: гидрологический, почвенно-эрозионный и почвенно-химический.

Гидрологический комплекс включа­ет характеристики, отражающие зави­симость выноса биогенов от поверхно­стного и почвенного стоков, инфильт­рации, испарения, густоты гидрогра­фической сети (рис 1 и 2), особенностей гидрологического режи­ма, интенсивности осадков, изменчиво­сти снеготаяния, уклонов рельефа, вод­но-физических свойств почв, степени покрытия водосборов растительностью и множества других факторов.




Почвенно-эрозионный комплекс включает систему характеристик, отра­жающих изменчивость гранулометри­ческого состава почв (рис 3), их фи­зических свойств и различных зон на­копления биогенных веществ (поверх­ностной, верхней, нижней и зоны грунтовых вод). Многочисленные исследования миграции загрязняющих веществ по вертикали позволили выявить особенности распространения биогенных веществ в реальных условиях. Имеются также уравнение для расчета транспорта выносов с поверхностным стоком.

Почвенно-химический комплекс включает характеристики, учитывающие трансформацию загрязняющих биогенных веществ в ходе их миграции.

Анализ существующих подходящих определению выноса биогенных веществ в водные объекты показывает, что рассмотренные модели не может быть использованы для прогнозирования и оптимизации биогенного загрязнения вод на этапе проектирования, так как для этих целей необходимы подходящие данные об экологическом состоянии изучаемых систем, получаемых на основе укрупненных показателей как в пространстве, так и во времени (месяц, сезон, год). Расчеты основываются на большом числе данных (начальная концентрация вещества в стоке, интенсивность поверхностного стока, концентрация вещества в потоке, количество биогенных веществ в пахотном слое почвы, слой поверхностного стока за расчетный интервал времени, глубина на пахотного слоя и его активной зоны, полная влагоемкость почвы и т. д.).

Для ориентировочной оценки повер­хностного сноса и выноса биогенных веществ из почвы рекомендуется агро­химический подход, основанный на за­висимости их потерь от процессов вы­мывания и выщелачивания, а также от выноса с урожаем.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭВТРОФИРОВАНИЯ ВОД

Проблема биогенного насыщения вод приобретает глобальный характер из-за негативных последствий его проявления. Для всестороннего изучения этого процесса, выявления особеннос­тей его развития в континентальных (по­верхностных и подземных), морских и океанических водах по программам Международной комиссии по эвтрофированию ведутся систематические на­блюдения, проводятся регулярные об­следования рек, озер, водохранилищ, морских акваторий. Например, в США, Канаде и странах Западной Европы про­ведена инвентаризация водных объектов по уровню трофности. Установлено, что в контексте повышения биологической продуктивности водоемов эвтрофирование можно рассматривать до определен­ных пределов как положительный про­цесс. Важно объективно оценить преде­лы безопасного присутствия биогенных элементов в водоеме.

По трофности различают 5 типов во­доемов, которые можно расположить по возрастанию этого показателя в следую­щем порядке:

  1. дистрофные (dys — нарушение) — с плохо развитой растительностью и высоким содержанием гумусовых кис­лот;

  1. олиготрофные (oligos — мало) — с низкой продуктивностью (глубокие озе­ра) (рис. 10.11);

  1. мезотрофные (mesos — средний) — с оптимальным состоянием в теплый период года;

  1. эвтрофные (ev — хорошо, усилен­но) — с высоким поступлением биоге­нов (рис. 10.12);

  1. гипертрофные (gyper — чрезмерное превышение нормы) — с катастрофичес­ки высоким поступлением биогенов.

Наиболее распространенным прояв­лением эвтрофирования водоемов является цветение воды. Оно свойственно всем гипертрофным водоемам и обус­ловлено массовым развитием синезеленых водорослей. Этот процесс как яв­ное последствие эвтрофирования вод интенсивно изучается гидробиологами, гидрохимиками, токсикологами, альгологами. Ниже приведена характеристи­ка четырех стадий цветения воды.

Стадия цветения воды Количество

биомас­сы фитопланктона, г/м1 воды

  1. Отсутствие цветения Менее 2,5

  2. Начальное цветение От 2,5 до 10

  3. Умеренное цветение От 10 до 100

  4. Интенсивное цветение От 100 до 500

Первая и вторая стадии благоприят­ны для экосистем водоема; третья допус­тима; четвертая опасна, так как цветение вызывает изменение свойств воды и приводит к замору рыб. На четвертой стадии происходит изменение микроб­ных ценозов водоема; при этом меняют­ся биологические, физико-химические и органолептические показатели воды, что приводит к возрастанию риска заболева­емости людей.

Уровень эвтрофирования водоемов можно также оценить по содержанию в планктоне хлорофилла, мкг/л: олиготрофное состояние — 0,1...1, мезотрофное — 1...10, эвтрофное — свыше 10.

Как последствие эвтрофирования вод вероятна полная утрата водохозяйственного и биогеоценотического значения .

Процессы эвтрофирования стимулируют возникновение ряда специфических заболеваний. Например, у рыб после повышенной физической нагрузки и переохлаждения отмечают боль, которая характеризуется следующими симптомами: появляется острая мышечная боль; затрудняется дыхание; становится бурого цвета из-за разрыва мышечной ткани и выведения почками гемоглобина; поражаются нервная и кровеносная системы, внутренние органы; в итоге развивается паралич диафрагмы и межреберных мышц, что водит к летальному исходу.

Изучение причин возникновения развития этого заболевания показывает, что оно связано с массовым развитием в водоемах синезеленых водорослей. Дело в том, что эти водоросли обладают активной аминазой, которую они выделяют в среду обитания. При нахождении в нем большого количества водорослей (0,6...5 мг/л) активность тиамина в организме рыб повышается. Разложение тиамина приводит к гиповитаминозу, а затем и к авитаминозу В1. Использование в пищу такой рыбы вызывает отравление и ведет к хроническому витаминозу. При высокой мышечной нагрузке и переохлаждении возрастает потребность в тиамине и кислород обусловливает развитие острого авитаминоза В 1. Сильный авитаминоз приводит к летальному исходу, нарушению функций желудочно-кишечного тракта и к аллергии. Toк синезеленых водорослей отнесем к высокотоксичным природным соединениям, которые действуют на центральную нервную систему, а также нарушаютют углеводный и белковый обмен.

Токсичное действие вод эвтрофированного водоема может быть обусловлено накоплением нитратов и нитритов. В период активной жизненной деятельности и после отмирания водоемов пополняют водоем значительным количеством азотсодержащих веществ, в числе и биологически активных биогенов, которые, взаимодействуя с нитратами и нитритами, могут образовывать высококанцерогенные нитрозоамины.

В летние месяцы биопродуктивность фитопланктона в прибрежных зонах не­которых водохранилищ может дости­гать 5 кг/м3. На участках сгона водорос­левой массы создаются анаэробные ус­ловия, при которых в воду экстрагиру­ется значительное количество раз­личных аминов. Этот процесс усугубля­ется нарушением самоочищения из-за возникновения резкого дефицита кис­лорода, связанного с оседанием отмира­ющих колоний водорослей. При усиле­нии анаэробного обмена в глубинной зоне водоема образуются метан, амми­ак, сероводород.

Ведущую роль в процессе образова­ния нитрозоаминов играют бактерии и их ферменты, и чем выше ферментивная активность микрофлоры, то с большей скоростью осуществляет этот процесс.

В целом нитрозоамины считают устойчивыми соединениями, поэтому при водопользовании и водопотреблении контролируют их концентрацию в соответствии с утвержденными (например, в воде ПДК диэтилнитрат амина составляет 0,006 мг/л). Величина допустимой антропогенной нагрузки водоемов биогенными веществами в вещественной степени зависят от свойственных условий, в которых находится данный водный объект. Так, в результате исследования фотохимического разложения нитрозоаминов при искусственном и солнечном освещении пока что на этот процесс могут влиять при­сутствие кислорода и рН воды. При оп­тимальных условиях полупериод разло­жения этих соединений в некоторых во­доемах может сократиться до одного дня, в то время как полупериод их гид­ролитического разложения составляет 3...11 лет, а биологического — от 15 мес до 7 лет.

Вследствие высокой динамичности процессов эвтрофирования усложняет­ся процесс установления эвтрофного статуса водного объекта. Одним из про­стых способов оценки этого показателя является соответствие фактической концентрации биогенных веществ пре­дельно допустимым.

Значение ПДК биогенных веществ, мг/л

Название вещества и его химическая формула

Хозяйственно-

питьевые

Рыбохозяйственный

Нитраты NO3- 10 9,0

Аммонийный азот NH4+ 2,0 0,05

Аммония :

Метавандат (NH4VO3) 2 -

Нитрат (NH4 NO3) 2 0,5

Перхлорат (NH4CLO4) 5 0,008

Тиоцианат (NH4SCN) 0,1 0,5

Сульфамат (NH4OSO2NH2) 2 -

Сульфат [(NH4)2SO4] 2 1,0

Хлорид (NH4CL) 2 1,2

Дихромат [(NH4)2Cr2O7] - 0,05

Согласно единым критериям каче­ства воды, в странах Восточной Европы для поверхностных вод первого класса, используемых для водоснабжения пи­щевой промышленности, коммуналь­ного хозяйства, разведения ценных по­род рыб, предельно допустимое содер­жание аммонийного азота составляет 0,1 мг/л, нитратного — 1, общих фосфа­тов — 0,005 мг/л. Регламентирование биогенного насыщения вод в зависимо­сти от развития процессов эвтрофиро­вания является сложной задачей, по­скольку существенную роль играет воз­действие дополнительных факторов, та­ких, как проточность воды, условия ее аэрирования и т. д. Экологические нор­мативы по неорганическому азоту, ис­пользуемые исследователями США, со­ставляют от 0,03 до 0,1 мг/л; в Германии ПДК для нитратов в питьевой воде — 50 мг/л, а в воде для грудных детей — не более 10 мг/л. Во избежание усиленного роста водорослей концентрация азота и фосфора в водоемах Англии ограничена значениями от 0,3 до 0,01 мг/л. В про­точных водах допускаются несколько более высокие ПДК.

Роль процессов биологического са­моочищения учитывают при обоснова­нии экологических критериев. Так, по результатам многолетних исследований водохранилищ Днепровского каскада для сохранения экосистем предложены следующие предельные концентрации: азота — 0,4...1,8 мг/л, фосфора — 0,03... 0,1 мг/л.

Следующим фактором риска при ис­пользовании эвтрофированных водо­емов является изменение природных условий обитания возбудителей и пере­носчиков некоторых заболеваний (шистосоматоз, описторхоз, трипаносомоз), а также создание благоприятных усло­вий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков парази­тарных болезней. Общеизвестно, что вода может являться фактором передачи возбудителей многих бактериальных и вирусных болезней. При эвтрофировании пресноводных и морских водоемов значение данного фактора возрастает, поскольку при этом меняются микроб­ные ценозы и генетические свойства возбудителей инфекционных болезней людей. Среди различных заболеваний, передающихся водным путем, особое значение имеет группа кишечных ин­фекций бактериальной и вирусной эти­ологии. Для этой группы инфекций отмечено опасное увеличение фактора риска заболеваемости при эвтрофировании поверхностных вод.

Вода эвтрофированных водоемов становится опасной не только для чело­века и животных при прямом использо­вании в необработанном виде (купание, водопой животных, рыбоводство и др.), но и для водопроводных сетей. Во время нормальной работы водопроводных станций масса водорослей в очищенной воде составляет не более 0,08 мг/л. В пе­риод интенсивного развития водорос­лей в водоеме их масса в водопроводной воде может превышать 2 мг/л. Синезеленые водоросли обладают низкой спо­собностью к коагуляции, в результате образуются мельчайшие, плохо оседаю­щие хлопья. Для удаления большей час­ти водорослей используют микрофильт­ры, что позволяет удержать до 90 % кле­ток синезеленых водорослей, но при го­раздо меньшей скорости фильтрования, т. е. снижается производительность водоподготовки. Однако применяемые методы не позволяют избавиться от биологически активных веществ, обла­дающих токсичностью. Для снижения содержания в питьевой воде токсичных продуктов обмена фитопланктона при­меняют очистку активированным углем, озонирование, коагуляцию повы­шенными дозами коагулянтов.

Установлено, что фитопланктон эв­трофированных водоемов опасен не только в период развития и активной жизнедеятельности, но также при старении и после гибели. По литератур­ным данным, максимальная токсич­ность воды достигается после разруше­ния клеток водорослей. Этот факт име­ет большое практическое значение с гигиенической и экологической точек зрения. Если токсичность воды обус­ловлена попаданием в нее токсинов из разрушенных клеток и не связана с во­дорослевым детритом и клетками, то это обстоятельство следует учитывать при разработке мероприятий, препятствующих потреблению токсикантов человеком, а также при проведении водоподготовительных мероприятий. Наиболее важно установить период максимального поступления токсинов в воду. Однако если процесс цветения можно наблюдать визуально и оцени­вать, используя несложную инструмен­тальную базу, то определение токсич­ности этого процесса требует применения достаточно сложных методов ана­лиза. При этом следует учитывать, что проявление максимальной токсичности зависит от конкретных условий, сложившихся в водоеме.

Токсины, образующиеся в результате жизнедеятельности и постлетального разложения биомассы синезеленых во­дорослей, относятся к полипептидам, обладающим высокой биологической активностью по отношению как к теп­локровным организмам, так и к отдель­ным гидробионтам, включая микроор­ганизмы. Наличие в питьевой воде даже небольшого количества токсинов этих водорослей приводит к возникновению патологических изменений в организме человека и животных. Альготоксины оказывают влияние на многие органические системы; степень его проявления зависит от индивидуальной чувствительности; обычно наиболее выражены изменения, происходящие в нервной системе.

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ БИОГЕННОЙ

НАГРУЗКИ

Основные гидрологические изменения в различных природных коплексах произошли в исторически объемом прошлом под влиянием расширения земледельческих площадей, явилось мощным фактором формирования современного агроландшафта.

В целом все водные бассейны, особенно бассейны крупных рек, - территории высокой антропогенной нагрузки. На 20 % площади суши планеты проживает 90 % населения развиваются все наиболее водоемные отрасли хозяйственной деятельности. Площади водосбора малых водоемных объектов являются основной территориальной базой развития агропромышленного комплекса. Это место проживания 90 % сельского населения Российской Федерации; здесь сформировались природно-аграрные системы, что сопровождалось превращением части лесов и степей в поля, пастбища, сады, ягодники и плантации, которые функционируют, испытывая действие всех факторов интенсификации сельскохозяйственного производства.

В контексте воздействия на все ресурсы современный аграрный сектор — это не только богарное и oрошаемое земледелие, осушительные мелиорации, но и пастбищное животноводство, агротехнические и химические приемы земледелия, технического и энергетического облучения сельскохозяйственного производства, агролесомелиоративные мероприятия и т. д. Многие исследования признают, что интенсивно развивающееся сельское хозяйство — это наиболее активный источник поступления биогенных элементов.

Вывод Международной комиссии по эвтрофированию водоемов о том, что рассредоточенные источники играют более важную роль в загрязнении вод­ных объектов биогенными элементами, чем городские сточные воды, подтверж­дают результаты, полученные в разных странах. Так, в Швейцарии более 70 % азота и 50 % фосфора поступает в водо­емы с сельскохозяйственных полей; в США обнаружены высокие концентра­ции азота (10 мг/л) в реках, протекаю­щих через аграрные районы; в Герма­нии 54 % азота поступает в водоемы с сельскохозяйственных полей, 24 — с промышленным сбросом и только 22 % — с хозяйственно-бытовыми сто­ками.

За последние 20 лет поступление биогенных веществ с поверхностным стоком в водохранилища Волги и Днеп­ра увеличилось в 2 раза. При этом доля сельхозугодий в поступление общего азота составляет 70%, минерального фосфора — 36 %. Картина преимуще­ственного сельскохозяйственного по­ступления биогенов в водоемы харак­терна для многих крупных водных объектов, поскольку 50 % их водных масс формируется в агроландшафтах стоком малых рек, находящихся в не­посредственной зависимости от состоя­ния агросистем.

Влияние сельского хозяйства как ис­точника поступления биогенных, ве­ществ в водные ресурсы возрастает в связи с увеличением распаханности тер­риторий, трансформации угодий мощ­ной техникой и гидромелиорацией, раз­витием процессов химизации на основе как минеральных, так и органических удобрений. Эти факторы вызывают из­менение величины и направленности потоков биогенных элементов в агроландшафте. Все процессы трансформа­ции угодий, как целенаправленные, яв­ляющиеся основными производствен­ными действиями (пахота, боронова­ние, окультуривание сенокосов и пастбищ, планировка земель для обра­ботки), так и сопутствующие (послед­ствия движения по сельхозугодьям при посеве, выращивании и уборке урожая, химической обработки полей) способ­ствуют механическому перераспределе­нию вещества в агроландшафте. В этом заключается принципиальное различие промышленно-урбанизированной и сельскохозяйственной ветвей биоген­ной нагрузки на водные ресурсы. Пер­вая—новая, сугубо антропогенная це­почка поступления биогенов и соответ­ственно требует кардинальных мер по предупреждению сброса сточных вод промышленности, энергетики, транс­портных предприятий и коммунально-бытового хозяйства городов в водные объекты. Во второй (сельскохозяй­ственной) ветви сектор промышленного животноводства имеет аналогичные особенности в связи с нарастанием кон­центрации поголовья и применением интенсивных технологий, а земледель­ческая часть является отдельно рассмат­риваемой системой, поскольку в ней в основном сохраняется механизм при­родной миграции биогенов. Однако трансформация, охватывая значитель­ные по площади территории и разрушая естественную структуру почвенного по­крова, способствует водной и ветровой эрозии, смыву и вымыванию, т. е. миг­рации биогенных веществ. Она стано­вится усилителем нежелательных, эко­логически опасных естественных про­цессов, зависящих от природных факто­ров и особенностей: промывного ре­жима почв, расчлененности рельефа, эрозионности, густоты гидрографичес­кой сети, скорости ветра, интенсивнос­ти снеготаяния, смываемости почв, промерзания почвенного слоя и интен­сивности его оттаивания и др. Кроме того, как было показано ранее, в усло­виях интенсивного развития сельского хозяйства изменяется естественный цикл круговорота питательных веществ, нарушается сложившийся механизм их потоков, что особенно характерно для главных элементов, участвующих в эвтрофировании, — азота и фосфора.

Основными источниками биогенной нагрузки в пределах аграрных террито­рий являются сельскохозяйственные угодья (пашни, сенокосы, пастбища), объекты животноводства (помещения для содержания скота, отстойники сточных вод, навозохранилища и жи­жесборники), склады минеральных удобрений, сельские населенные пунк­ты и территории садово-огородных то­вариществ, а также естественный расти­ тельный покров (леса, луга, болота) и атмосферные осадки (рис. 10.14). Эти источники подразделяются на рассеян­ные (диффузные, или площадные) и то­чечные (сконцентрированные в пределах ограниченного пространства).

Влияние рассеянных и точечных ис­точников биогенной нагрузки агроэко-систем на загрязнение вод определяется следующими показателями: потери биогенных веществ в растениеводстве и животноводстве, их смыв в результате эрозионных процессов, вынос пита­тельных веществ с коммунально-быто­выми стоками сельских населенных пунктов, а также их поступление в природную среду с атмосферными осадками и разложившимся естественным растительным опадом.

Потери биогенных веществ в растениеводстве условно можно разделить на естественные и технологические. Первые в основном зависят от интенсивности распашки территории, приемов земледелия, количества вносимых минеральных удобрений и объема жнивно-корневых остатков, образующихся после уборки урожая культурных растений, а вторые —от различных нарушений, происходящих во время доставки и внесения удобрений на сельскохозяйственные угодья.

Растениеводство — один из значи­мых и сложных элементов агроэкосис-тем и оказывает неординарное воздей­ствие на формирование биогенной на­грузки. Распашка территории, изменяя условия формирования водного стока, способствует активному выносу биоген­ных веществ в природную среду и водо­токи. Распаханные почвы по сравнению с их естественными аналогами обладают совершенно иными водно-физически­ми свойствами. Для них характерны низкая водопроницаемость и значи­тельный поверхностный сток. Интен­сивное развитие процессов физико-ме­ханического выветривания и смыва почвообразующих пород способствует повышению минерализации поверхнос­тных вод. В то же время растения игра­ют значительную роль в сдерживании и снижении смыва и вымывания биоге­нов.

Площадь эрозионно опасных и под­верженных эрозии сельскохозяйствен­ных угодий составляет в России 124 млн га (56 % их общей площади), из них 87,3 млн га — пашни. Ежегодно около 25—30 тыс. га черноземов выво­дится из сферы сельскохозяйственной деятельности в результате роста овра­гов. Объем поверхностного стока талых и дождевых вод с сельскохозяйственных угодий, расположенных на склонах кру­тизной более Г, приближается к 90 млрд м3/год. Этот поток смывает по­чти 1,5 млрд т почвы. Вынос питатель­ных веществ с этой массой почвы вдвое превышает их количество, вносимое с удобрениями. Более 26 млн га (20,4%) пашни России находится на смытых по­чвах. На многих расчлененных террито­риях с черноземными почвами более 50 % распаханных земель эродированы и являются мощным источником поступления биогенных веществ в водные объекты.

Дополнительный транспорт биогенов может быть связан и с агротехни­ческими приемами. Так, осенняя подго­товка почвы под яровые и пропашные культуры вместо весенней способствует уменьшению поверхностного склонового стока и в итоге приводит к сокраще­нно выноса биогенных веществ. Одна­ко вместе с тем зяблевая вспашка нару­шает противоэрозионную устойчивость почвенного покрова и благоприятствует увеличению выноса биогенов с продук­тами эрозии.

При длительном применении боль­ших доз удобрений вынос биогенных веществ с поверхностным стоком возра­стает вследствие их накопления в пахот­ном слое почвы. Аналогичная картина наблюдается при внесении удобрений по мерзлой почве и особенно весной по талому снегу. Это подтверждают приве­денные ниже данные по выносу биоген­ных веществ (мг/л) с сельскохозяй­ственных угодий с поверхностным сто­ком при внесении 1 кг действующего вещества на 1 га:

Способ внесения удобрений Азот Фосфор

Осенью под вспашку 0,010 0,0013

Осенью поверхностно 0,085 0,0310

Осенью поверхностно по 0,216 0,0510
мерзлой почве

Весной по талому снегу 0,866 0,5940

Эрозия почв, стимулируя вынос био­генных веществ с водосбора, активно влияет на биогенное загрязнение вод, в первую очередь фосфором. Вспашка, особенно зяблевая, приводит к тому, что потери фосфора с твердым стоком становятся преобладающими и достига­ют более 90 % его общих потерь. При этом характерно, что вынос фосфора со смытой почвой пропорционален смыву. Масштабы влияния эрозионных про­цессов на биогенное загрязнение вод очень велики. Например, с каждой тон­ной твердого стока с 1 га сельскохозяй­ственных угодий выносится около 1 кг общего фосфора.



Территориальные особенности смы­ва биогенов хорошо прослеживаются при рассмотрении условий поверхност­ного смыва дождевыми водами. В этой связи на территории Нечерноземной зоны России выделяют три пояса: сла­бого смыва (характеризуется модулем смыва менее 0,1 т/га), умеренного (от 0,1 до 1,0 т/га) и интенсивного (более 1,0 т/га). Водоемы Нечерноземья нахо­дятся в условиях интенсивного эвтрофирования из-за эрозионного разруше­ния почв.

Промывной тип водного режима, при котором количество выпадающих осадков превышает количество испаря­емой из почвы влага, является важным фактором вымывания элементов из по­чвы. Чем больше воды просачивается через корнеобитаемый слой почвы, тем выше потери растениями элементов пи­тания и тем большее их количество по­падает в подземные воды. Инфильтра­цию атмосферных осадков в связи с процессом усиления биогенной нагруз­ки исследуют в различных условиях, что позволяет выявить факторы снижения интенсивности данного процесса.

В центральной части Нечерноземья в среднем выпадает около 670 мм осад­ков, что формирует примерно 60-мил­лиметровый слой почвенного стока. В таких условиях осадки в виде гравита­ционной влаги могут проникать в почву вплоть до грунтовых вод. Просачива­ние, а следовательно, и вымывание эле­ментов зависят от многих факторов: времени года, количества осадков, их интенсивности и вида, температуры воздуха и почвы, свойств почвы, вида растений, их урожайности и степени обеспеченности удобрениями.

Наибольшее количество инфильтрационных вод образуется в ранневесен-ний период, когда насыщенность почвы влагой превышает полную полевую влагоемкость. Аналогичная ситуация скла­дывается в осенне-зимний период, ког­да почва свободна от растительности. В поздневесенний и летний периоды ос­новная масса выпадающих осадков рас­ходуется на транспирацию и образова­ние фитомассы. Эта закономерность атмосферно-почвенно-водных процессов, как и использование противоэрозионной роли растений, является основопо­лагающей при обосновании агрохимических приемов.

Четкая связь между устойчивостью агроэкосистем и состоянием водных ресурсов выявляется и при рассмотрении инфильтрационных процессов: количество просачивающейся воды меняется в зависимости от гранулометрического состава почвы, что обусловлено различиями во влагоемкости и водоудерживающей способности. Чем выше плодородие почвы и содержание в ней гумуса; тем больше ее гигроскопичность, а следовательно, и такие показатели, как влагоемкость и водоудерживающая способность. В то же время обеспеченность растений биогенами и влагой в наиболее критические фазы развития способствует максимальному усвоению питательных веществ и снижению их вымывания, т. е. состояние растений играет достаточно важную роль в развитии этих процессов играет так же совершенствование посевных площадей путем введения травосеяния, использования промежуточных и пожнивных культур и т. д. Пожнивные посевы в севообороте уменьшают вымывание азота на 50 %, фосфора — на 30 %; на площадях, занятых под многолетние травы, потери азота снижаются на 30—40 %.

В условиях использования интенсивных технологий в растениеводстве снижение вымывания достигается комплексом мероприятий, включающих в частности, оптимальное внесение удобрений в периоды активного потребления биогенов растениями, применение слаборастворимых, медленнодействующих видов минеральных удобрений, пользование таких их форм, которые содержат несорбируемых почвой ионов, применение ингибиторов нитрификации, соблюдение нормативов по дозам и способам внесения удобрений, особенно жидких органических, и т. д.

Благодаря многочисленным исследованиям установлены числовые значения средних ежегодных выносов биогенов в водные источники для различных типов почв. Дерново-подзолистые и серые лесные пахотные почвы характеризуются следующими средними значениями вымывания (кг/га в год): N—N0 — 10...30, Са- 140.. .180, Mg-25...40, К-10...20, P2O5-0,4.-1,0, S-S04-40...60. В этих показателях отражается воздействие как естественных, так и ан­тропогенных циклов круговорота ве­ществ, в основном регионального ха­рактера, но с определенным наложени­ем глобального из-за поступления био­генов с атмосферными выпадениями (сухое осаждение, дожди или снегопа­ды).

Наряду с растениеводством немало­важным источником биогенного загряз­нения вод является животноводство. Степень его воздействия на водные объекты в каждом конкретном регионе определяется общим поголовьем скота, особенностями расположения животно­водческих ферм и комплексов на водо­сборах, а также принятой в хозяйствах технологией содержания животных.

На значительной части территории России большую часть года скот нахо­дится в стойлах. Лишь в поздневесенний и летний периоды животных пере­водят на пастбища. Поступление загряз­няющих веществ в водотоки с животно­водческих ферм и комплексов зависит от способа удаления навоза. Оно проис­ходит при прямом смыве сточных вод после очистки, а также в результате по­терь, возникающих в процессе утилизации отходов животноводства.

При стойловом содержании скота накапливаются большие массы навоза. Из-за его несовершенной утилизации в водные системы выносятся немалые количества грубодисперсной малоразложившейся органики и биогенных веществ. По оценкам некоторых специалистов, потери органических отходов на фермах и комплексах составляют в среднем 20—40 % их объема. При выпасе скота на пастбищах также происходит вынос биогенных веществ в водотоки, поскольку пастбищные угодья чаще всего размещают в речных долинах. Влияние животноводства на биогенное загрязнение вод обусловлено и тем, что фермы и комплексы располагаются преимущественно в непосредственной близости от рек и озер. Поскольку продолжительность миграционного пути биогенов от их источников до водных объектов невелика, они не успевают закрепиться в почве и их концентрация остается высокой. Управление движе­нием биогенных веществ от источников их образования на основе рециклизации является экологически обоснован­ным и экономически оправданным, по­скольку способствует решению пробле­мы повышения продуктивности агроэкосистем .

Содержание биогенных веществ в отходах животноводства, г/сут

на 1 голову

Вид скота

Азот

Фосфор

Калий

КРС

180

87

190

Свиньи

38

16

50

Кроме того, на всех стадиях произ­водства растениеводческой и животно­водческой продукции происходят поте­ри биогенных веществ, обусловленные различными нарушениями используе­мых технологий (технологические поте­ри), что существенно увеличивает вы­нос биогенов в водотоки. В ряду факто­ров, способствующих увеличению по­терь биогенов, уместно отметить следующие:

  • отсутствие или недостаточная ем­кость специальных навозохранилищ и жижесборников при фермах и комплек­сах, что приводит к необходимости час­того вывоза навоза на поля, однако из-за нехватки транспорта это, как прави­ло, не осуществляется;

  • размещение ферм и комплексов в не­посредственной близости от уреза воды, что приводит к прямому выносу биоген­ных веществ в водотоки;

  • вывоз навоза на поля в зимний пери­од (по снегу), что в условиях снеготая­ния способствует интенсивному смыву биогенных веществ талыми водами;

  • несвоевременная перепашка выве­зенных на поля удобрений, что вызыва­ет миграцию биогенных веществ по во­досбору и их смыв поверхностным сто­ком в ближайшие водотоки;

  • несовершенная технология компос­тирования и хранения навоза, что вызы­вает миграцию биогенных веществ по рельефу местности;

  • доставка удобрений на поля на нео­борудованной для этой цели технике, что приводит к их потерям по дороге от хранилищ к угодьям;

  • отсутствие подготовленных складов

    о о


    для минеральных удобрений, что вызы­вает их потери во время хранения.

Наряду с перечисленными фактора­ми на уровень технологических потерь влияют и физико-географические усло­вия местности, причем их значение для различных природных зон, районов и хозяйств варьирует в широких пределах.

Большое влияние на процессы биогенного загрязнения вод оказывают сепитебные территории. Хозяйственно-бытовые стоки сельских населенных пунктов могут выносить до 0,355 кг азота и 0,277 кг фосфора (на одного человека в год). Кроме того, с застроенных территорий дополнительно может смываться около 6,0 кг/га азота и 5,0 кг/га фосфора в год.

Сельские населенные пункты в основном не обеспечены очистными сооружениями. Кроме того, в последние годы естественные участки агроландшафтов (малопродуктивные, неудобные земли) интенсивно осваиваются городскими жителями. Во всех пригородных зонах больших и малых городов (в радиусе до 200 км и более) расширяются плотно застроенные дачные городки. И хотя они функционируют главным образом в теплый период года, изменения, вызываемые ими, наблюдаются даже без специальных исследований. Наряду с положительными эффектами облагораживания малопродуктивных участков из-за низкого уровня экологической культуры год от года, к сожалению, уве­личивается захламленность лесных и пойменных земель бытовыми и строп­ильными отходами. Необходима научно обоснованная оценка изменений нарушений) естественного круговорота веществ в связи с периодической миграцией городских жителей и возникновенияем дополнительных факторов воздействия на агроландшафты. Подтверждением сказанному могут служить име­вшиеся оценки суточной массы загрязнений, приходящейся на одного человека (г/сут):

Показатели

Количество

Взвешенные вещества

65,0

Азот аммонийных солей

8,0

Калий (K2O)

3,0

Фосфор (Р2О5)

3,3

Хлориды

9,0

Поверхностно-активные вещества

2,5

БПКполн

75,0

БПК5

54,0

В селах в отличие от городов сохра­няются некоторые условия для закреп­ления биогенных элементов и хозяй­ственно-бытовых отходов почвами при­усадебных и дачных участков. Однако нельзя не учитывать поступления био­генов с общей застроенной территории в период дождей и снеготаяния.

Вероятностный вынос биогенных веществ в водоемы с селитебных территорий агроландшафта

Источник выноса

Азот аммонийный

Фосфаты

Хозяйственно-бытовые стоки, г на 1 человека

2,62

0,76

Застроенные территории, г/(га*сут)

16,44

8,22

Особенностью миграции биогенов в пределах площади водосбора водного объекта является сходимость потоков от рассмотренных выше основных антро­погенных источников биогенной на­грузки. В снижении процессов эвтрофирования наряду с частными отрасле­выми мерами (в земледелии, животно­водстве) эффективны общие, при­уроченные к конкретному водному объекту, такие, как создание защитных полос, водоохранных зон рек, водохра­нилищ и озер, санитарных зон водоза­боров и т. д.

Комплексное изучение динамики биогенных веществ в природно-аграр-ных системах показывает, что наряду с антропогенными источниками биоген­ной нагрузки существенную роль игра­ют такие факторы, как атмосферные осадки и естественный растительный покров.

Влияние естественной растительнос­ти на биогенное загрязнение вод зави­сит от содержания азота и фосфора в лесном опаде, которое определяется ти­пом растительного покрова. Основная часть биогенных веществ после разло­жения опада поступает в почву и усваи­вается растительностью, а оставшаяся переносится поверхностным стоком по водосбору и поступает в водоем.

Количество азота и фосфора, поступающее в водные объекты из лесного растительного опада.

Место наблюдения

Удельный вынос биогенов, кг/га

Азот

Фосфор

Карелия

1,8

0,06

Костромская обл.

0,5

0,03

Ленинградская обл.

1,1

0,04

Московская обл.

1,3

0,05

Новгородская обл.

1,5

0,05

Псковская обл.

2,5

0,04

Для атмосферных осадков как источ­ника поступления биогенных веществ в природно-аграрные системы характер­ны следующие особенности. Выпадение жидких и твердых осадков приводит к возникновению поверхностного стока, качественный состав которого опреде­ляется как самими осадками, так и ин­тенсивностью хозяйственной деятель­ности в пределах площади водосборов. Часть атмосферных осадков, минуя во­досбор, выпадает непосредственно на поверхность водоемов, загрязняя их.

Поступление азота и фосфора в вод­ные объекты из атмосферных осадков определяется в первую очередь степе­нью их насыщения этими веществами, которая зависит от таких факторов, как ионизация атмосферы, испарение вод, дефляция почвенного покрова, вулка­ническая деятельность,- лесные пожары, а также антропогенное загрязнение. Большинство исследователей отмечают значительную пространственную из­менчивость концентраций азота и фос­фора в атмосферных осадках.

Среднегодовое поступление минеральных азота и фосфора с атмосферными осадками на земную поверхность.

Место наблюдения

Азот

Фосфор

Годы наблюдения

Среднее поступление кг/га

Годы наблюдения

Среднее поступление кг/га

Калужская обл.

1971-1981

12,1

-

-

Карелия

1980-1981

3,0

1980

0,003

Ленинградская обл.

1958-1961

6,6

1975-1976

0,135

Московская обл.

1958-1981

9,5

1967-1976

0,375

Формирование биогенной нагрузки претерпевает определенное корректи­рующее воздействие за счет природных и антропогенных факторов, активизирующих или тормозящих миграцион­ные процессы. Наиболее сильное влия­ние оказывает состояние почв. Извест­но, что под естественной растительнос­тью вынос биогенных веществ осуществляется как поверхностным, так и почвенным стоком. Однако после окультуривания почв поверхностный сток становится преобладающим. Установлено, что при переходе от тяжелых почв к более легким относительное влияние характера угодий на сток возрастает. Наименьший сток с сельхозугодий наблюдается на зяби. С увеличением стока возрастает и вынос в водотоки биогенных веществ, причем на малых водосборах это проявляется более отчетливо, чем на водосборах площадью более 2 км2.

Коэффициенты поверхностного стока в зависимости от вида угодий и гранулометрического состава почв.

Угодья

и агротехнический фон

Почвы

суглинистые

супесчаные

песчаные

Лес

0,19

0,03

0,01

Зябь

0,39

0,23

0,10

Залежь

0,53

0,33

0,20

Многолетние травы

0,59

-

-

Стерня

0,77

0,39

-

Озимь

0,78

-

-

В Нечерноземной зоне важную рол в сдерживании миграции биогенных веществ играет почвенный покров. Так для широко распространенных в данном регионе дерново-подзолистых почв характерна высокая поглотительная способность фосфат-ионов, что обусловлено наличием в этих почвах полуторных оксидов. Они адсорбируют так же анион Н2РО4 и катионы NH+4, К+, Са2+. Необратимая фиксация фосфора таких почвах иногда достигает от 500 д 1800 мг Р205 на 1 кг почвы.

Пахотный и подпахотный горизонты почв способны поглощать практически неограниченное количество фосфора : предотвращать его последующее выщелачивание.

К основным факторам, определяющим масштабы вымывания биогенов и почв различных генетических типов, относят степень ее окультуренности и насыщенности основаниями; наличие динамического равновесия между минеральным и органическим азотом, которое обусловлено противоположными процессами — аккумуляцией и минерализацией этого элемента; уравновешенность питательного режима почв благода­ря поддержанию на постоянном уровне соотношения N : Р : К; порозность, минералогический и гранулометрический составы; степень микробиологической активности.

Существенное влияние на миграционные процессы оказывает лесная растительность.

Зависимость стока (а) и выноса фосфора в водные объекты (б) от заселенности водосбора.

Сток с водосбopa, залесенность которого составляет 64 %, в 2,7 раза меньше, чем с необлесенного, а вынос фосфора —в 10 раз. Лесные полосы шириной 10 м перехва­тают (адсорбируют) 32 % фосфора, а при переводе поверхностного стока в почвенный концентрация в нем фосфора снижается на 66 %. Аналогичная зависимость наблюдается и для азота, например, в лесных полосах шириной около 20 м содержание нитратного азота в стоке на 15...39%, а аммонийного 120...25 % ниже, чем в стоке с необлесенной территории. Защитные полосы ; хвойных пород в 2,5 раза эффективнее, чем из лиственных.

В формировании выноса биогенных веществ большую роль играет не только степень залесенности водосборов, но и топография участков леса в пределах водосбора, поскольку на миграционные процессы влияют не все лесные массивы, а лишь те, через которые проходит значительная часть стока.

Кроме леса на миграцию биогенных веществ оказывают влияние и другие угодья. Например, культурный луг (ка­нареечник, мятлик) шириной 500 м снижает концентрацию растворенного фосфора в проходящем по нему стоку в 28 раз.

Таким образом, чем больше поверх­ностные воды соприкасаются с нерас­паханными угодьями, тем меньше биогенных веществ выносится ими в водные объекты; это, несомненно, принимается во внимание при научно обоснованном формировании водоох­ранных зон.

СНИЖЕНИЕ БИОГЕННОЙ НАГРУЗКИ С ПОМОЩЬЮ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ ИНЖЕНЕРНО-БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ(ПИБС)

Биогенная нагрузка на различные водные объекты возрастает в результате эрозионно-аккумулятивных процессов на водосборах и последующего выноса биогенов из площадных и точечных ис­точников водами местного стока.

Для предупреждения эрозии почв, а также снижения и предотвращения пе­редвижения потоков биогенов на пло­щадях водосборов создают противоэро-зионные системы.

Противоэрозионная система пред­ставляет собой целостный комплекс со­ставляющих элементов в пределах дан­ного водосбора и включает специаль­ные приемы возделывания сельскохо­зяйственных культур и ресурсо­сберегающие технологии, естествен­ные и культурные ценозы травянистой и древесной растительности, лесомели­оративные мероприятия и противоэро-зионные гидротехнические сооруже­ния. Благодаря взаимосвязи и взаимо­действию указанных элементов друг с другом и с окружающей средой система приобретает свойства, способствующие достижению устойчивости и продук­тивности агроландшафта, а также охра­не природы. Такие системы называют противоэрозионными инженерно-био­логическими системами водосборов (ПИБС).

Внутренняя организация ПИБС за­висит от сложности структуры (элемен­ты и их связи) и особенностей размеще­ния в рельефе основных элементов (лесные насаждения и гидротехничес­кие сооружения).

По категориям сложности структуры ПИБС бывают простыми и сложными. Простые системы включают только от­дельные элементы — лесные полосы, гидротехнические сооружения, приемы агротехники, фитоформы трав. Слож­ные ПИБС подразделяются на опреде­ленное число подсистем (подсистемы на пахотных приводораздельных зем­лях, в звеньях гидрографической сети, в водоохранных зонах рек и др.), кото­рые, в свою очередь, могут быть разде­лены на подсистемы более низких уров­ней или на отдельные элементы.

Каждый класс внутренней организа­ции ПИБС (простых и сложных) под­разделяют на подклассы субоптимизирующихся и оптимизирующихся систем. Под субоптимизирующимися подуразумевают системы, которые в процессе последовательного улучшения (саморганизации и антропогенной peакции) не могут достичь наилучшее возможных результатов .

Регулирование рассеянных потоков биогенных элементов от площадных источников и утилизацию этих биогенов можно приводить путем создания ПИБС водосборов. Такие системы включают следующие виды лесных насаждений: стокорегулирующие, привражно-прибалочные и приречные лесные полосы; балочные (донные) насаждения; насаждения на коренных берегах :речных долин и надпойменных террасах; пойменные лесные полосы. При необходимо их сочетают с простейшими гидро-хническими сооружениями.

На сельскохозяйственных угодьях юбходимо предусматривать полосное 1змещение многолетних трав, пара, юпашных культур и культур сплош-эго посева, применять ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

На орошаемых и осушенных землях вдоль магистральных каналов и водо­емов следует оставлять нераспаханные полосы земли (при уклонах менее 0,002 — не ближе 30 м от уреза воды, бо­лее 0,002 — не ближе 100 м).

Пойменные земли на 50—70 % сле­дует использовать преимущественно под сенокосы. Площадь пашни не должна превышать 10—15 % от площа­ди поймы. Лесные полосы и поймен­ные леса обеспечивают сохранение ус­тойчивости и продуктивности агроэкосистем, если они занимают 20— 25 % площади поймы.

На сельскохозяйственных полях не­обходимо строго соблюдать дозы, сро­ки и технологии внесения минераль­ных и органических удобрений, исклю­чая, как отмечалось выше, внесение удобрений по снежному покрову и промерзшей почве.

В пределах водоохранных зон запре­щается:

  • опыливание ядохимикатами и авиа­внесение любых удобрений;

  • размещение складов для хранения пестицидов и минеральных удобре­ний, животноводческих ферм и комп­лексов, оросительных систем, в кото­рых используются навозосодержащие сточные воды, мест захоронения и складирования навоза, свалок и отхо­дов, взлетно-посадочных полос для ведения авиационно-химических ра­бот;

  • строительство новых и расширение старых предприятий;

  • стоянка, заправка, мойка и ремонт автотранспортного парка.

В пределах прибрежных полос до­полнительно запрещаются распашка земель, выпас и организация летних лагерей для скота, применение ядохимикатов и удобрений, строительство баз отдыха и палаточных городков и т.п

При наличии в водоохранных зонах ( или прибавочных участках лощин балок) точечных источников биогенов( животноводческие комплексы проводят дополнительные мероприятия по ограничению выноса потока биогенных элементов по гидрографической сети и поступления их в водные объекты.

Заключение

В данной курсовой работе я изучил , что происходит интенсивное развитие сельскохозяйственного производства, и как следствие этого - сильным загрязнением природных вод (рек, озёр, водоемов. Природные воды загрязняются сточными водами различных предприятий и бытовой сферы.

Я узнал, что загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), токсичных тяжелых металлов, сокращении содержания растворенного в воде кислорода, увеличении содержания радионуклидов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

По мере стабилизации в экономике изменения в состоянии природных вод будут неоднозначны. Укрепление государственного контроля и упрочнение финансового положения , выйти на наиболее высокий уровень сельскохозяйственного производства будет способствовать улучшению ситуации . Стабилизация в сельском хозяйстве приведет к росту загрязнения поверхностных водоемов страны.

Список литературы

  • Куценко А.М, Писаренко. Охрана окружающей среды в сельском хозяйстве. – Киев : Урожай , 1991г.

  • Небел. Б. Наука об окружающей среды, как устроен мир / Пер с англ. : В 2 томах – 1993 г.

  • Миллер Т. Жизнь в окружающей среде / Пер с англ. М: Прогресс – Пангея , 1993-1996

  • Хрисанов Н.И, Осипов Г.К Эвтрофирование водоемов. Гидрометеоиздат 1993г.

  • Окружающая среда : энциклопедический словарь-справочник / Пер. с нем.- М: Прогресс, 1993.г

38

Страницы: следующая →

1 2 3 4 5 Смотреть все


Скачать работу

Похожие работы:

Загрузка...