изучить способы предотвращения загрязнений окружающей среды.
Практическое значение изучаемого вопроса велико. Без экологической экспертизы и мониторинга агроэкосистем невозможно долго поддерживать их стабильность и, как следствие, получать качественную продукцию. Не учитывая вредного воздействия сельскохозяйственного производства, можно серьёзно навредить компонентам ландшафта, что не даст возможность дальнейшего использования земель и вод по назначению.
Почвоутомление
«Утомляемость почв» - одно из основных нарушений при сельскохозяйственном производстве. Внешнее проявление почвенного утомления выражается в резком снижении урожайности сельскохозяйственных культур, что наблюдается при бессменном возделывании растений одного и того же рода. Наиболее часто это отмечается при повторных посевах льна, подсолнечника, сахарной свёклы, хлопчатника и некоторых других культур.
Почвоутомление может сохраняться в течение 7-10 лет и более. Наиболее сильно это явлениT проявляется на тяжелых почвах с близким уровнем грунтовых вод, с нейтральной или щелочной реакцией среды.
Основные причины почвоутомления - накопление в почве токсичных веществ, выделяемых корнями растений и микроорганизмами, разложение специфических вредителей, возбудителей болезней и сорняков.
Из-за возможности продуцирования микотоксинов при почвоутомлении и сложившихся экологических условий, способствующих проявлению этого процесса, становится реальной опасность заражения почв, что представляет серьёзную угрозу.
Чтобы предотвратить почвенное утомление необходимо соблюдать севообороты, оздоравливать почвы путём внесения органических удобрений, сидератов, выращивать устойчивые сорта.
Загрязнение тяжёлыми металлами
Сельское хозяйство может загрязнять почву тяжёлыми металлами наравне с вредными производствами. По оценкам ЦИНАО, к 1990 г. с фосфорными удобрениями в СССР внесено в почву 16633 т свинца, 3200 кадмия и 533 т ртути.
По данным агрохимических обследований, в 1996 г. в РФ более 1 млн га почв сельскохозяйственных угодий было загрязнено особо токсичными и около 2,3 млн га - токсичными элементами.
Для ликвидации последствий загрязнения почв тяжёлыми металлами важное значение имеют предупредительные меры, которые базируются на совершенствовании технологий производства, в том числе агрохимикатов.
Для очистки сточных вод, применяемых в качестве удобрений, используют различные вещества: известняк, ионообменные смолы, синтетические сорбенты.
Для ликвидации уже существующего загрязнения применяют материалы, связывающие тяжёлые металлы в недоступные для растений формы. Рекомендуют также возделывать культуры, толерантные к загрязнению или используемые на технические цели.
Для сильно загрязнённых территорий практикуют удаление загрязнённого слоя с последующим извлечением тяжёлых металлов путём перевода их соединений в подвижную форму и дальнейшего вымывания раствором FeCl3 в кислой среде. По завершению очистки проводят комплексное окультуривание почвы: известкование, внесение органических и минеральных удобрений, компенсирующих потери биогенных элементов при промывке.
Менее дорогой приём рекультивации почв - внесение веществ-инактиваторов. При этом кадмий, свинец, ртуть и никель прочно фиксируются в почве в нерастворимом и недоступном для растений виде. Одним из недостатков этого приёма является ограниченная ёмкость этих веществ.
Также эффективным средством химической мелиорации является изменение реакции среды, с помощью чего достигается перевод тяжёлых металлов в недоступное состояние. В гумидных регионах для этих целей вносится известь.
Одновременно активизируется деятельность бактериальной микрофлоры, существенно возрастает биомасса микроорганизмов, часть которых может аккумулировать металлы.
Наибольший эффект проявляется от совместного внесения извести и минеральных удобрений, т. к. последние компенсируют отрицательное воздействие избытка тяжёлых металлов, а известкование приводит к образованию менее подвижных соединений металлов и, как следствие, к значительному уменьшению содержания этих элементов в растениях.
Важное место в детоксикации отводится органическим удобрениям, которрые также снижают подвижность тяжёлых металлов вследствие образования органо-минеральных соединений, обладающих низкой растворимостью.
Для снижения фитотоксичности тяжёлых металлов можно использовать природные цеолиты.
Биогенное загрязнение вод
Развивающееся сельское хозяйство - наиболее активный источник поступления биогенных элементов.
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 %. 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.
Таблица 1
Вынос биогенных веществ (мг/л) с сельскохозяйственных угодий с поверхностным стоком при внесении 1 кг действующего вещества на 1 га
Способ внесения удобренийАзотФосфорОсенью под вспашку0,0100,001Осенью поверхностно0,0850,031Осенью поверхностно по мерзлой почве0,2160,051Весной по талому снегу0,8660,594
Оценка распространения биогенных веществ в водном объекте может быть проведена на основе определения удельной биогенной нагрузки на водоём. По удельным показателям биогенной нагрузки составляют территориальную характеристику степени опасности антропогенного поступления биогенных веществ в водные объекты. Для определения этого показателя предложено множество подходов, разработаны различные модели, описывающие поведение биогенных веществ в пределах водосборов с количественной оценкой их потупления от различных источников. Анализ удельных показателей биогенной нагрузки позволяет установить особенности сельскохозяйственного производства в бассейне и биогенного загрязнения как всего водотока, так и его частей.
Косвенным показателем интенсивности выноса биогенных веществ в водоёмы является удельная сельскохозяйственная нагрузка, определяемая как отношение площади сельскохозяйственных угодий к длине сопряжённого участка водного объекта:
qуд = S : L, га/км длины водотока, (3.1)
где S - фактическая площадь годья, га;- длина участка водоприёмника, км.
Удельный вынос биогенов с площади, занятой i-й сельскохозяйственной культурой, определяют по формуле= aNkiyi + aPkiyi + aKkiyi, 3.2.
где aN, aP и aK - соответственно коэффициенты выноса азота, фосфора и калия для различных почвенных условий и сельскохозяйственных культур;
ki - вынос биогенов с урожаем i-й сельскохозяйственной культуры, кг/т;
yi - фактическая урожайность i-й сельскохозяйственной культуры, т/га.
Растениеводство оказывает неординарное воздействие на формирование биогенной нагрузки. Распашка территории, изменяя условия формирования водного стока, способствует активному выносу биогенных веществ в природную среду и водотоки.
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.
Дополнительный транспорт биогенов может быть связан и с агротехническими приёмами. Так, осенняя подготовка почвы под яровые и пропашные культуры вместо весенней способствует уменьшению поверхностного склонового стока и в итоге приводит к сокращению выноса биогенных веществ. Однако вместе с тем зяблевая вспашка нарушает противоэрозионную устойчивость почвенного покрова и благоприятствует увеличению выноса биогенов с продуктами эрозии.
Наряду с растениеводством немаловажным источником биогенного загрязнения вод является животноводство. При стойловом содержании скота накаливаются большие массы навоза. Из-за его несовершенной утилизации в водные системы выносятся немалые количества грубодисперсной малоразложившейся органики и биогенных веществ. Известно, например, что на молочных фермах промышленного типа годовой выход навоза составляет в среднем 25,55 тыс. т на 1 тыс. голов.
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 для минеральных удобрений, что вызывает их потери во время хранения.
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.
Для предупреждения эрозии почв, а также снижения и предотвращения передвижения потоков биогенов на площадях водосборов создают противоэрозионные системы. Противоэрозионная система представляет собой целостный комплекс составляющих элементов в пределах данного водосбора и включает специальные приёмы возделывания сельскохозяйственных культур и ресурсосберегающие технологии, естественные и культурные ценозы травянистой и древесной растительности, лесомелиоративные мероприятия и противоэрозионные гидротехнические сооружения. Такие системы называют противоэрозионными инженерно-биологическими системами водосборов.
Для улучшения санитарно-гигиенического состояния берегов, утилизации биогенов, повышения качества воды, предотвращения размыва берегов и абразии в пределах прибрежной полосы по обе стороны от русла создают прирусловые лесные насаждения.
Эвтрофирование водоёмов как следствие биогенного загрязнения вод
Между эвтрофированием и загрязнением есть существенная разница, заключающаяся в том, что загрязнение обусловлено сбросом токсических веществ, подавляющих биологическую продуктивность водоёмов, а эвтрофирование до известной степени повышает эту продуктивность. Кроме того, на степень эвтрофирования влияет большое количество факторов: интенсивность удобрения земель, поголовье скота и др.
Критерии достижения водоёмами эвтрофного статуса. Одним из самых простых способов оценки достижения водоёмом эвтрофного статуса является проверка превышения фактическими концентрациями БВ предельно допустимых значений. Однако, содержание в поверхностных водах нитритов, общего азота и фосфора в РФ до сих пор не нормировано.
Уровень эвтрофирования водоёмов можно оценить также и по содержанию хлорофилла в планктоне (табл.1). Концентрация хлорофилла является показателем напряжённости биологических процессов, развивающихся в водоёме, и критерием уровня эвтрофирования, в том числе антропогенного.
Таблица 1
Зависимость уровня эвтрофирования водоемов от содержания в планктоне хлорофилла
Уровень эвтрофированияСодержание хлорофилла в планктоне, мкг/лОлиготрофныйОт 0,1 до 1МезотрофныйОт 1 до 10ЭвтрофныйСвыше 10
Кроме этого существуют классификации трофического состояния, основывающиеся на физических, химических или биологических комбинациях. Наиболее интересные из них:
- по катионному коэффициенту
- по индексу трофического состояния (ИТС), полученному на основе многокомпонентного анализа
- по однопараметрическуму показателю, характеризующему прозрачность воды по диску Секи
- по показателю первичной продуктивности, тесно связанному с альгальной вариабельностью
- по показателю бентосных макробеспозвоночных и рыбопродуктивности
- по ИТС, полученному на основе полиспектрального анализа волновых отражений света.
Наиболее удобными классификациями являются те, которые основаны на сравнении осреднённых за определённый отрезок времени концентраций рассматриваемых элементов и их предельно допустимых значений или предельно допустимых экологических норм. (Хрисанов Н. И., 1993)
Экологические и санитарно-гигиенические последствия эвтрофирования вод
Как последствие эвтрофирования вод вероятна полная утрата водоёмом хозяйствнного и биогеоценотического значения.
Процессы эвтрофирования стимулируют возникновение ряда специфических заболеваний. Например, у рыбаков после повышенной физической нагрузки и переохлаждения отмеают такие симптомы, как острая мышечная боль, затруднение дыхания, моча бурого цвета. Изучение причин возникновения этого заболевания показало, что оно связано с массовым развитием в водоёмах синезелёных водорослей.
Токсичное действие вод эвтрофированного водоёма может быть также обусловлено накоплением нитратов и нитритов. В период активной жизнедеятельности и после отмирания водоросли пополняют водоём значительным количеством азотсодержащих веществ, в том числе и биологически активных аминов, которые, взаимодействуя с нитратами и нитритами, могут образовывать высококонцерогенные нитрозамины.
Ведущую роль в процессе образования нитрозаминов играют бактерии и их ферменты, и чем выше ферментативная активность микрофлоры, тем с большей скоростью осуществляется этот процесс.
Классификация вододоохранных мероприятий и их выбор для природно-аграрных систем. Водоохранные мероприятия деляться на 3 уровня. 1 уровень - снижение биогенной нагрузки за счёт изменения применяемых технологий. 2 уровень - снижение миграционной способности БВ или водоотведение. 3 уровень - снижение содержания БВ в водоёмах и водотоках.
уровень. Для точечных источников биогенной нагрузки концентрация питательных веществ в отходах зависит от кормовых рационов животных, применяемых технологий удаления и утилизации навоза и очистки животноводческих стоков. Так, при заводской технологии приготовления кормов концентрация различных биогенных веществ в экскрементах снижается на 10-50%. При самосмыве отходов объём стоков значительно снижается.
Для рассеянных биогенных источников к первому уровню водоохранных мероприятий можно отнести технологические решения, направленные на снижение потерь минеральных и органических удобрений. К ним относятся внесение гранулированных удобрений, внесение максимально усвояемых удобрений, вспашка с почвоуглублением и рыхлением и др. Таким образом, первый уровень водоохранных мероприятий предусматривает переход аграрного производства на экологически чистые технологии.
Из-за недостаточной экологической эффективности водоохранных мероприятий первого уровня часть БВ поступает в природную среду и под влиянием поверхностного внутрипочвенного и дренажного стоков мигрирует по водосбору.
Водоохранные мероприятия второго уровня призваны не допустить попадания БВ в водные объекты посредством снижения их миграционной способности и водоотведения. К ним относятся целевое направление стоков (например, в отстойные пруды), создание водооборота, систематическая очистка русел мелиоративных каналов и др.
уровень предусматривает использование для очистки вод высших водных растений, активно поглощающих питательные вещества. (Хрисанов, 1993)
Экологические последствия орошения
Одно из наиболее опасных последствий орошения - засоление земель. К настоящему времени в России в неудовлетворительном состоянии находится 771 тыс. га орошаемых земель, в том числе из-за засоления - 292 тыс. га. Основной метод оценки процесса засоления - составление солевого баланса для данной почвы или земельного массива. Баланс представляет собой суммарный запас легкорастворимых солей в почве, равный разности между приходными и расходными статьями баланса. Принято выделять три типа солевого баланса почв: стабильный, баланс засоления и баланс рассоления.
Неблагоприятное влияние засоления почвы на развитие сельскохозяйственных культур связано с повышенным осмотическим давлением почвенного раствора, ухудшением водно-физических свойств почв и неблагоприятным солевым составом.
Основной мелиоративный приём, направленный на повышение продуктивности засолённых почв, - промывка водой, благодаря которым при наличии дренажа из почвенного профиля удаляются легкорастворимые соли. При содовом засолении рекомендуется высаживать солеустойчивые виды растений.
Вторичное засоление почв часто сопровождается загрязнением почв тяжёлыми металлами, пестицидами, гербицидами, нитратами, соединениями бора.
Для предупреждения вторичного засоления требуется устройство дренажа, проведение полива в строгом соответствии с оросительными нормами, отведение минерализованных грунтовых вод в дренажную сеть, применение полива дождеванием, создание лесных насаждений вдоль каналов.
Для удаления солей из почвы проводят многократную промывку пресной водой.
При несоблюдении правил и норм полива в орошаемом земледелии возникает ирригационная эрозия. В результате неумеренного полива на плохо спланированных (со значительной крутизной) участках верхний слой почвы смывается, а иногда даже образуются овраги. Ирригационная эрозия возникает преимущественно на пахотных землях в хлопководческих районах страны; иногда она наблюдается на пастбищах с легкими супесчаными почвами.
Известно, что при поливе по бороздам эрозии почв не наблюдается, если скорость потока в головной части борозды не превышает допустимой, равной 0,8 размывающей скорости. При этом какое-то перемещение частиц с верхней части борозды в нижнюю все же происходит, однако средние для верхнего 50-метрового участка потери не превышают допустимой нормы смыва.
Целью противоэрозионных мероприятий является предупреждение превышения потоком допустимой скорости. Это достигается или снижением скорости потока в поливной борозде, или повышением допустимых расходов воды.
Снижать скорость потока можно путем уменьшения расхода воды, повышения шероховатости поверхности, уменьшения уклона борозд.
Допустимые расходы воды в поливную борозду на крутых склонах, а также в случае почв с низкой противоэрозионной стойкостью на пологих склонах часто оказываются настолько малыми, что по экономическим соображениям не могут быть реализованы на практике. Полив же с использованием более высоких расходов приводит к смыву почвы. В этих условиях предусматривают дополнительные противоэрозионные мероприятия, направленные на снижение скорости потока - посредством уменьшения уклона поливных борозд, повышения шероховатости дна борозд и увеличения водопроницаемости почвы (или за счет повышения величины допустимой скорости в результате повышения водопрочности почвенной структуры и связности почвы).
Рациональным способом орошения крутых склонов является капельное и синхронно-импульсное дождевание.
Другими негативными последствиями орошения являются накопление агроирригационного горизонта почв, заболачивание <#"justify">·многоступенчатая очистка с разделением навоза на твёрдую и жидкую фракции
·использование стоков для производства торфокомпостных смесей, которые вывозят на поля биотермического обезвреживания
·очистка стоков с помощью прудов-накопителей и навозохранилищ
·самоочищение и утилизация отходов в естественных водоёмах, когда осветлённая жидкость из очистных сооружений стекает в пруд-накопитель и далее в водоёмы, а осадок используют для изготовления удобрений
·анаэробная переработка (сбраживание жидкого навоза, благодаря которому в нём гибнут патогенные микроорганизмы, навоз теряет неприятный запах, а семена сорных растений - всхожесть.
Животноводческие фермы отделяют санитарно-защитными зонами (СЗЗ) от жилой застройки.
Со стороны жилой зоны в СЗЗ предусматривают лесные полосы шириной не менее 48 м при ширине СЗЗ свыше 100 м.
Со стороны животноводческого комплекса для защиты их от снежных наносов, песка и пыли в СЗЗ создают лесные насаждения.
Экологические проблемы механизации
В результате неоднократного передвижения машин по полю происходит значительное переуплотнение почвы, которое распространяется на большую глубину.
В США ежегодные потери от уплотнения почвы оцениваются в 1,18 млрд долларов.
Меры по снижению уплотнения почв включают:
·организационно-технологические мероприятия
·агротехнические приёмы по повышению устойчивости почв к уплотнению и их разуплотнению
·совершенствование сельскохозяйственной техники, её ходовых систем с доведением давления на почву до допустимых значений.
Организационно-технологические мероприятия предусматривают разработку и внедрение технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальным проходом по полям тяжёлой колёсной техники.
К агротехническим приёмам относятся окультуривание почв и повышение содержания в них гумуса.
Экологические последствия применения химических средств защиты растений
Общепринятое собирательное название химических средств защиты растений - «пестициды». Подавляющее число пестицидов - кумулятивные яды, токсичное действие которых зависит не только от концентрации, но и от длительности воздействия. В процессе биотрансформации пестицидов наряду с детоксикацией имеет место и токсификация, т. е. Образование веществ, обладающих высокой токсичностью. По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды делятся на
·сильнодействующие - ЛД50 до 50 мг/кг живой массы
·высокотоксичные - ЛД50 до 200 мг/кг
·среднетоксичные - ЛД50 до 1000 мг/кг
·малотоксичные - ЛД50 более 1000 мг/кг.
В настоящее время разработаны математические методы, позволяющие прогнозировать опасность накопления того или иного пестицида в агроэкосистеме.
Отрицательные последствия, связанные с пестицидами, обусловлены главным образом разрушением биогеоценозов, в которых само существование и численность отдельных видов животных тесно связаны между собой. Пестицид, уничтожая вредителя, разрушает связи, благодаря которым численность данного вредителя поддерживалась. И если у такого вредителя возникает устойчивость к применяеемым препаратам, то происходит вспышка, поскольку связи, сдерживающие этот процесс, либо разорваны, либо ослаблены. (Г. Л. Тышкевич, 1987)
После освобождения с помощью гербицидов от сорянков поля заселяют более устойчивые к ним виды, которые прежде были редкими.
Пестициды всегда отрицательно влияют на обитателей почв, жизнедеятельность которых лежит в основе поддержания почвенного плодородия. При использовании гербицидов на фоне отсутсвия или слабого развития травяного покрова многократно увеличивается вероятность развития процессов эрозии почвы.
Как альтернатива пестицидам рекомендуется использовать биологический способ борьбы с вредителями, который основывается на внедрении в агроэкосистему полезных насекомых и клещей. (В. А. Черников и др., 2000)
Выводы
. Чтобы предотвратить почвенное утомление необходимо соблюдать севообороты, оздоравливать почвы путём внесения органических удобрений, сидератов, выращивать устойчивые сорта.
. Чтобы не допустить биогенного загрязнения вод, следует ещё до создания агроландшафта провести анализ рельефа и почв территории.
. Существует необходимость создания новых сельскохозяйственных машин и механизмов с лучшими характеристиками, не допускающими высокого давления на почву.
. Существует необходимость создания новых пестицидов, характеризующихся меньшей токсичностью для теплокровных животных.
. Применение биологических методов борьбы с вредителями - лучшая альтернатива химических средств защиты растений.
Список литературы
1. Агроэкология / В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев и др.; Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. - М.: Колос, 2000.
. Хрисанов Н. И., Осипов Г. К., Управление эвтрофированием водоёмов, Санкт-Петербург, ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ, 1993, 275 с.
. Экологический энциклопедический словарь, 1989.
5. <http://biofile.ru/geo/3375.html>