Нормирование антропогенного влияния на почвенно-растительные системы
НОРМИРОВАНИЕ
АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Кузьмин О.Н.
загрязнение
почвенный раствор марганец кадмий
Одной из актуальных задач экологии
является нормирование антропогенного влияния на почвенно-растительные системы.
Одним из подходов базируется на математическом моделировании
почвенно-растительных систем. В качестве базовой примем модель разработанную в
работах Ефремова И.В. и соавт. Концентрации загрязнителей в модели определяются
как:
;
;
. (1)
В уравнении 1 знаменатель является
показателем взаимодействия в системе почва-растение (I). Этот показатель
зависит от физико-химических свойств почв и растений.
(2)
Преобразуем выражение (2) таким
образом, чтобы дифференциальный показатель зависел от двух переменных (λ1, λ2). Для
этого выразим λ3 через
λ1 и λ2.
Зная, что:
, (3)
, (4)
. (5)
Выразим из выражения (5) СП:
(6)
И из выражения (6) - Сн:
(7)
Подставим формулы 7 и 6 в 5.
Получим:
(8)
Подставив выражение (8) в (2),
получим:
(9)
Таким образом, мы выразили
дифференциальный показатель через две переменные.
Аналогично можно представить
дифференциальный показатель как функцию от λ1 и λ3; λ2 и λ3.
(10)
Рассмотрим частные
случаи интегральной функции при различных
интенсивностях перехода веществ:
1. Если λ1 >> 1, λ2
>> 1, тогда
то уравнение (10)
примет следующий вид:
(11)
2. Если 0 < λ1
<< 1, 0 < λ2 << 1, тогда , в этом случае
уравнение (10) будет выглядеть следующим образом:
(12)
. Если λ1
>> 1, 0 < λ2 << 1, то , дифференциальный
показатель будет рассчитываться следующим образом:
(13)
И наоборот, если λ2
>> 1, 0 < λ1 << 1, то, выражение (10) будет
иметь следующий вид:
(14)
Сформулируем задачу следующим
образом: определить допустимое загрязнение почвенно-растительных систем С0, при
котором в компонентах среды (почве, надземной части растений, корневой системе)
сформируется предельно-допустимая концентрация тяжелых металлов.
Согласно модели, концентрации
загрязняющих веществ в компонентах почвенно-растительной системы можно
определить из соотношений
; ;
.(15)
где Сн, Ск, Сп - концентрация
загрязнений в надземной части растений, корневой и почве;
Со - выпавшее исходное загрязнение.
Преобразуем систему к следующему
виду
(16)
Подставив в уравнение вместо Сн ,
Сп значение ПДК для растений и почвы по конкретному загрязнению, получим
(17)
Используя полученное
соотношение можно определить допустимую концентрацию исходного
загрязнения, выпадение на почву которого может привести к созданию
предельно-допустимых концентраций в растении или почве. В таблицах 1, 2
приведены результаты расчетов допустимых выпадений на почву, при которых в
почве создается предельно-допустимая концентрация (расчеты выполнены для
каждого металла в отдельности). Показаны концентрации тяжелых металлов в
выпадениях, характерных для исследованных территориях.
Таблица 1 - Допустимое содержание
марганца в почвенном растворе мг/л
|
+Пижма
|
+Овсюг
|
+Пырей
|
+Тысяче-листник
|
+Кострец
|
+Вейник
|
+Одуванчик
|
1.1
|
1413,6
|
1580,7
|
1911,1
|
621,4
|
1137,5
|
793,4
|
1102,4
|
1.2
|
921,2
|
51,3
|
523,2
|
835
|
709
|
921,3
|
1.3
|
630,6
|
181,8
|
2507,2
|
389,9
|
926,4
|
902,3
|
957,4
|
1.4
|
1734,1
|
1607,3
|
832,5
|
1799,9
|
1000,4
|
631,6
|
314,9
|
1.5
|
388,6
|
1033
|
1553,3
|
1542,8
|
887
|
1623,4
|
1796,3
|
1.6
|
2285,5
|
744,4
|
98,7
|
56,8
|
624,8
|
1787,2
|
1586
|
1.7
|
1872
|
807,2
|
2055,4
|
27
|
1186,8
|
936,4
|
520,9
|
2.1
|
1347,8
|
119,8
|
3305,4
|
1602,7
|
732,1
|
1396,3
|
740,8
|
2.2
|
1355,2
|
1142,2
|
320,1
|
897,9
|
877,6
|
246,7
|
438,4
|
2.3
|
1327,8
|
1440,2
|
2097,5
|
1450,1
|
848,6
|
657,8
|
1891,3
|
2.4
|
612,7
|
615
|
924,9
|
81,2
|
449,5
|
1041,5
|
2.5
|
877,3
|
1296,8
|
2175,8
|
578,9
|
822,2
|
1398,3
|
902,1
|
2.6
|
640,1
|
2475,2
|
1334,1
|
968,3
|
853,7
|
468,4
|
1414,7
|
2.7
|
966,4
|
413,2
|
1659,2
|
289,6
|
866,9
|
274,8
|
2169,7
|
3.1
|
1345,1
|
2524,4
|
959,3
|
1773,9
|
745,3
|
1445,7
|
832,1
|
3.2
|
1859,4
|
1974,4
|
879,5
|
404,9
|
836,5
|
994,7
|
1032,7
|
Таблица 2 - Допустимое содержание
кадмия в почвенном растворе мг/л
|
+Пижма
|
+Овсюг
|
+Пырей
|
+Тысяче-листник
|
+Кострец
|
+Вейник
|
+Одуванчик
|
1.1
|
0,015
|
0,008
|
0,138
|
4,221
|
0,124
|
0,173
|
0,201
|
1.2
|
0,224
|
0,243
|
1,557
|
0,022
|
0,158
|
0,156
|
0,069
|
1.3
|
0,158
|
0,185
|
0,214
|
0,18
|
0,017
|
0,067
|
1.4
|
0,157
|
0,416
|
0,239
|
0,015
|
0,203
|
0,268
|
0,145
|
1.5
|
0,084
|
0,03
|
0,53
|
0,032
|
0,242
|
0,116
|
0,291
|
1.6
|
0,03
|
0,038
|
0,38
|
0,076
|
0,168
|
0,154
|
0,281
|
1.7
|
0,207
|
0,397
|
0,087
|
0,051
|
0,083
|
0,162
|
0,045
|
2.1
|
0,28
|
0,048
|
0,769
|
0,053
|
0,13
|
0,3
|
0,099
|
2.2
|
0,154
|
0,232
|
0,113
|
0,038
|
0,052
|
0,245
|
0,267
|
2.3
|
0,19
|
0,23
|
0,033
|
0,022
|
0,111
|
0,02
|
0,09
|
2.4
|
0,239
|
1,974
|
0,015
|
0,173
|
0,254
|
0,087
|
0,136
|
2.5
|
0,207
|
0,036
|
0,158
|
0,088
|
0,232
|
0,124
|
2.6
|
0,058
|
0,029
|
0,045
|
1,292
|
0,27
|
0,09
|
0,22
|
2.7
|
0,264
|
0,243
|
0,237
|
0,238
|
0,049
|
0,08
|
0,026
|
3.1
|
0,062
|
0,105
|
0,227
|
0,112
|
0,136
|
0,018
|
0,257
|
3.2
|
0,105
|
0,022
|
0,272
|
0,422
|
0,193
|
0,302
|
0,107
|
Данный подход позволяет
прогнозировать воздействие промышленных предприятий и транспорта на природные
системы путем расчета на этапе проектирования допустимой нагрузки на
почвенно-растительные системы.