Реферат Биогенное загрязнение вод
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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
| Факторы эвтрофирования | |||||
| Естественные: | Антропогенные | ||||
| 1)Климатические условия : v Инсоляция v Температура v Атмосферные осадки v Фотосинтез | Химические (N, P и др.) | Биологические | Физические | ||
| 1)Стоки: -поверхностные -сельхозугодий -ливневые -городские -животноводства -промышленности: v Минеральных удобрений v Пищевой v Оргсинтеза v 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;
2)олиготрофные (oligos — мало) — с низкой продуктивностью (глубокие озера) (рис. 10.11);
3)мезотрофные (mesos — средний) — с оптимальным состоянием в теплый период года;
4)эвтрофные (ev — хорошо, усиленно) — с высоким поступлением биогенов (рис. 10.12);
5)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:
v 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;
v размещение ферм и комплексов в непосредственной близости от уреза воды, что приводит к прямому выносу биогенных веществ в водотоки;
v вывоз навоза на поля в зимний период (по снегу), что в условиях снеготаяния способствует интенсивному смыву биогенных веществ талыми водами;
v несвоевременная перепашка вывезенных на поля удобрений, что вызывает миграцию биогенных веществ по водосбору и их смыв поверхностным стоком в ближайшие водотоки;
v несовершенная технология компостирования и хранения навоза, что вызывает миграцию биогенных веществ по рельефу местности;
v доставка удобрений на поля на необорудованной для этой цели технике, что приводит к их потерям по дороге от хранилищ к угодьям;
v отсутствие подготовленных складов
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
