Экологические проблемы малых водных экосистем

 

  

 

 

 

Анализ данных  

 

Карта - схема состоит  из 5 водоразделов.

Общая площадь первого  водораздела равна 2218 га. В этом водоразделе произрастают следующие культуры: кукуруза, лен-долгунец, озимая пшеница, яровая пшеница, многолетние травы, яровой ячмень, гречиха, подсолнечник, картофель, овес, озимое тритикале, а также есть естественные сенокосы и смешанный лес. С/х угодья занимают площадь 1767 га, что составляет 80%, сенокосы-5%, смешанные леса-11% от общей площади водосбора. А также находится населённый пункт с численностью населения 4120 человек, в котором имеются очистные сооружения и свинокомплекс на 108 тысяч голов. Максимально удалено от реки поле подсолнечника на расстоянии 3600 м.

Второй водораздел занимает площадь 888 га. На нём располагаются  овес, многолетние травы, озимая рожь, смешанный лес и естественные  сенокосы. На долю с/х угодий приходится 50%, лес-17%, сенокосы-29%. Населённый пункт насчитывает 4120 человека. Естественный сенокос-2 максимально удалён от реки -3400 м.

Третий водораздел занимает площадь 888 га. На этом водоразделе населённый пункт на 380 человек,  и ферма КРС на 220 голов. Произрастают такие культуры как картофель, многолетние травы, яровой ячмень. Половину площади водосбора занимают с/х земли, 26% площади занимают леса (хвойный и лиственный), естественные сенокосы и пастбища-14%, болота-4%. Картофель максимально удалён от реки -2120 м.

На четвертом водоразделе, площадью 966 га, располагаются озимое тритикале, лук, свекла, морковь, огурец, томат, капуста, яровой овес, а также  естественные сенокосы и  кустарники.  Площадь с/х угодий составляет 328 га (34% ), естественные сенокосы-44%, кустарники – 11% от общей площади водосбора. Находящийся на территории водораздела населенный пункт насчитывает 360 человек, а комплекс КРС-2100 голов. Максимально удален от реки овес-1880 м.

Из всех водоразделов пятый  занимает наименьшую площадь, равную 841 га. В этом водоразделе произрастают  кукуруза, озимая рожь, картофель, многолетние травы и смешанный лес, а также болота. Площадь под с/х культурами равна 413 га, что составляет  49%,на долю леса приходится 34%, на долю болот 17%. На максимальном расстоянии от водоема, составляющего 1600 м,  находится смешанный лес. 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

2.2. Вынос биогенных  веществ в водную экосистему  с сельскохозяйственных угодий 

 

Элементы, необходимые для  жизнедеятельности организмов,  объединены в группу биогенных, 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, такие биогены, как азот, фосфор и калий становятся лимитирующими в процессах эвтрификации водоемов. 

 Влияние растениеводства  на водные экосистемы возрастает  в связи с увеличением распаханности территорий, трансформации угодий мощной техникой и гидромелиорацией, развитием процессов химизации на основе как минеральных, так и органических удобрений. Такие процессы, как пахота, боронование, окультуривание сенокосов и пастбищ, планировка земель для обработки способствуют неоднозначному механическому перераспределению вещества в агроландшафте. Трансформация почвы способствует миграции биогенных веществ. Она становится усилителем нежелательных, экологически опасных естественных процессов. При применении удобрений на с-х угодьях в неоправданно высоких дозах, нарушении технологий и сроков  внесения, неправильном их хранения и транспортировке вынос биогенных веществ увеличивается.

Биогенную нагрузку агроценозов определяют путем расчета приходной части соединений азота, фосфора и расходной части. К приходным статьям баланса относят: внесение биогенов с минеральными и органическими удобрениями под сельскохозяйственные культуры, их поступление с атмосферными осадками и за счет естественного содержания в почвах (фона). В расходной части учитывают вынос биогенов с урожаем. Избыток биогенов, формирующийся на каждом поле, определяют как разницу между приходной и расходной частями.

Расчет выноса биогенов с с-х угодий проводят с учетом выноса биогенных элементов с урожаем культур и поправочных коэффициентов. (Табл. 2). 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

Приход азота  и фосфора с атмосферными осадками.  

 

Расчет производится по каждому  субводосбору. Для этого используется следующая формула:

W_а.о.=(?h_c·k_c+?h_g·k_g)F/10^-5, где

W_а.о.- количество биогенного вещества, поступающего с атмосферными осадками, кг;

?h_c- сумма твердых осадков (снег), см³;

k_c- концентрация вещества в снеговой воде, г/м³ (приложение 2);

F- площадь, га;

?h_g- сумма жидких осадков, см³;

k_g- концентрация вещества в жидких осадках, г/м³ (приложение 2); (Табл. 3) 

 

Табл.3 Поступление  биогенных веществ с атмосферными осадками по субводосборам (w _а.о.)  

 

№ субводосбора	F, га водосбора	?hc (мм)	Кс г/м3	?hg (мм)	Кg г/см3	W а.о. кг
N	P	N	P	N	P
1. субводосбор
1. Кукуруза-1	87	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,56	0,11
2. Лен-долгунец-1	95	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,61	0,12
3.Озимая пшеница	106	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,68	0,13
4. Лен-долгунец-2	67	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,43	0,08
5. кукуруза-2	69	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,44	0,09
6.озимый рапс	68	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,43	0,08
7. яровая пшеница	118	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,75	0,15
8. кукуруза-4	96	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,61	0,12
9. многол. травы	111	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,71	0,14
10.лен-долгунец-3	94	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,60	0,12
11.лен-долгунец-4	128	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,82	0,16
12. яровой ячмень	102	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,65	0,13
13. гречиха	78	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,5	0,1
14. подсолнечник	69	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,44	0,09
15. картофель	121	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,77	0,15
16.овес	106	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,68	0,13
17.оз. тритикале	125	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,8	0,16
18.кукуруза-3	127	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,81	0,16
2. субводосбор
1. овес	175	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	1,12	0,22
2. мн. травы	131	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,84	0,16
3. озимая рожь	141	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,9	0,18
3. субводосбор
1. картофель	230	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	1,47	0,29
2. мн. травы	74	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,47	0,09
3. яровой ячмень	140	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,89	0,17
4. субводосбор
1.озим. тритикале	68	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,43	0,08
2. лук	28	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,18	0,04
3.свекла	17	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,11	0,02
4.морковь	35	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,22	0,04
5. огурец	19	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,12	0,02
6. томат	16	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,10	0,02
7. капуста	37	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,24	0,05
8.яровой овес	108	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,69	0,13
5. субводосбор
1. кукуруза	83	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,53	0,10
2. озимая рожь	134	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,86	0,17
3. картофель	100	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,64	0,12
4. многол. травы	96	120	1,208	0,02	350	1,41	0,35	0,61	0,12

 

 

Приход биогенов за счет естественных поступлений. 

 

Количество азота и  фосфора, формирующихся на субводосборах рассчитывали по формуле:

W_ф ? F? b? t

F- площадь субводосбора, га;

W_{ф –} фоновое поступление биогенного вещества кг;

b – поступление с 1 га(для условий Беларуси фоновое поступление составляет:N- 1,4 кг/га,P- кг/0,04кг/га;

t- период времени ,год. (Табл.4).  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

Таблица 4- Фоновое  поступление биогенных элементов  по субводосборам (W_ф) 

 

№ субводосбора	S, га	b, кг/га	Wф, кг
N	P	N	P
1. субводосбор
1. Кукуруза-1	87	1,4	0,04	121,8	3,48
2. Лен-долгунец-1	95	1,4	0,04	133	3,8
3.Озимая пшеница	106	1,4	0,04	148,4	4,24
4. Лен-долгунец-2	67	1,4	0,04	93,8	2,68
5. кукуруза-2	69	1,4	0,04	96,6	2,76
6.озимый рапс	68	1,4	0,04	95,2	2,72
7. яровая пшеница	118	1,4	0,04	165,2	4,72
8. кукуруза-4	96	1,4	0,04	134,4	3,84
9. многол. травы	111	1,4	0,04	155,4	4,44
10.лен-долгунец-3	94	1,4	0,04	131,6	3,76
11.лен-долгунец-4	128	1,4	0,04	179,2	5,12
12. яровой ячмень	102	1,4	0,04	142,8	4,08
13. гречиха	78	1,4	0,04	109,2	3,12
14. подсолнечник	69	1,4	0,04	96,6	2,76
15. картофель	121	1,4	0,04	169,4	4,84
16.овес	106	1,4	0,04	148,4	4,24
17.оз. тритикале	125	1,4	0,04	175	5
18.кукуруза-3	127	1,4	0,04	177,8	5,08
2. субводосбор
1. овес	175	1,4	0,04	245	7
2. мн. травы	131	1,4	0,04	183,4	5,24
3. озимая рожь	141	1,4	0,04	197,4	5,64
3. субводосбор
1. картофель	230	1,4	0,04	322	9,2
2. мн. травы	74	1,4	0,04	103,6	2,96
3. яровой ячмень	140	1,4	0,04	196	5,6
4. субводосбор
1.озим. тритикале	68	1,4	0,04	95,2	2,72
2. лук	28	1,4	0,04	39,2	1,12
3.свекла	17	1,4	0,04	23,8	0,68
4.морковь	35	1,4	0,04	49	1,4
5. огурец	19	1,4	0,04	26,6	0,76
6. томат	16	1,4	0,04	22,4	0,64
7. капуста	37	1,4	0,04	51,8	1,48
8.яровой овес	108	1,4	0,04	151,2	4,32
5. субводосбор
1. кукуруза	83	1,4	0,04	116,2	3,32
2. озимая рожь	134	1,4	0,04	187,6	5,36
3. картофель	100	1,4	0,04	140	4
4. многол. травы	96	1,4	0,04	134,4	3,84

 

 

Расход биогенных  веществ.

Расчеты ведутся по уравнению:

W_у? F?у ?k, где 

W_у- вынос элемента культурой, кг;

F- площадь культуры, ц/га;

у- урожайность культуры

k- вынос элемента с 1 ц  основной и соответствующим количеством побочной продукции (приложение 3). (Табл.5). 

 

Таблица 5- Вынос  биогенных элементов с урожаем  культур по субводосборам 

 

№ субводосбора	с/х культуры	Площадь, га	Урожайность, ц/га	К	Wу
N	P2O5	N	P2O5
1	1. Кукуруза-1 (силос)	87	450	0,33	0,12	12919	4698
2. Лен-долгунец-1	95	10	5,81	0,29	5520	276
3.Озимая пшеница	106	50	2,82	1,08	14946	5724
4. Лен-долгунец-2	67	10	5,81	0,29	3893	194
5. кукуруза-2 (силос)	69	400	0,33	0,12	9108	3312
6.Озимый рапс	68	20	5,8	2,9	7888	3944
7. яровая пшеница	118	50	3,04	1,16	17936	6844
8. кукуруза-4 (силос)	96	600	0,33	0,12	19008	6912
9. многол. Травы (сено)	111	40	1,73	0,54	7682	2398
10.лен-долгунец-3	94	10	5,81	0,29	5461	273
11.лен-долгунец-4	128	10	5,81	0,29	7437	371
12. яровой ячмень	102	35	2,9	1,19	10353	4248
13. гречиха	78	10	3,75	1,98	2925	1544
14. подсолнечник	69	30	3,75	1,98	7763	4099
15. картофель	121	300	0,54	0,16	19602	5808
16.овес	106	40	2,9	1,19	12296	5046
17.оз. тритикале	125	40	2,6	1,15	13000	5750
18.кукуруза-3 (силос)	127	450	0,33	0,12	18860	6858
2	1. овес	175	40	2,9	1,19	20300	8330
2. мн. травы (сено)	131	35	1,73	0,54	7932	2476
3. озимая рожь	141	40	2,8	1,21	15792	6824
3	1. картофель	230	300	0,54	0,16	37260	11040
2. мн. травы (сено)	74	40	1,73	0,54	5121	1598
3. яровой ячмень	140	45	2,9	1,19	18270	7497
4	1.озим. тритикале	68	50	2,6	1,15	8840	3910
2. лук	28	300	0,3	0,12	2520	1008
3.свекла	17	250	0,33	0,11	1403	468
4.морковь	35	250	0,25	0,08	2188	700
5. огурец	19	140	0,15	0,05	399	133
6. томат	16	210	0,16	0,05	538	168
7. капуста	37	700	0,4	0,1	10360	2590
8.яровой овес	108	40	2,9	1,19	12528	5141
5	1. кукуруза	83	400	0,33	0,12	10956	3984
2. озимая рожь	134	50	2,8	1,21	18760	8107
3. картофель	100	300	0,54	0,16	16200	4800
4. многол. травы (сено)	96	40	1,73	0,54	6643	2074

Потери биогенных  веществ

Потери биогенных веществ  определяют балансовым методом. При  этом приходная часть включает поступление  биогенных элементов с минеральными и органическими удобрениями, с  атмосферными осадками и их фоновое  содержание. Расходная часть- вынос с урожаем. На этом этапе вводятся поправочные коэффициенты на тип почвы, рельеф местности, хозяйственное использование участков водность года и среднюю удаленность субводосбора к водной экосистеме. Расчет осуществляется по зависимости:

Р_с.у(N)= (W_уд. - W_y) ?В₁?В₂?В₃?а

Р_с.у(P)= (W_уд. - W_y)?а 

 

где Р_с.у.- потери биогенных веществ с с/х. угодий, кг;

W_уд. -  количество биогенного вещества, поступившего с удобрениями, кг;

W_а.о.- количество биогенного вещества, поступившего с атмосферными осадками, кг;

W_ф.- фоновое поступление биогенных веществ, кг;

W_у.- вынос биогенных элемента с урожаем культуры, кг;

В₁- поправочный коэффициент на тип почв;

В₂- поправочный коэффициент на рельеф;

В₃- поправочный коэффициент на использование угодий;

а- коэффициент миграции в зависимости от водности года и удаленности участка от водного объекта. Табл.6 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

2.3 Вынос биогенов от объектов животноводства 

 

Помимо сельхозугодий  источником загрязнения водоемов биогенными веществами являются и животноводческие объекты. В водные системы поступают очищенные сточные воды из животноводческих комплексов. Большое количество веществ поступает в результате смыва поверхностным и внутрипочвенным стоком, с участков, где хранится навоз, с полей фильтрации жидких фракций отходов, с пастбищ.

Потери биогенных  веществ с ферм

Годовой выход биогенных  веществ с объекта определяется по формуле:

Где - годовой выход биогенного вещества, кг ;

n – численность поголовья животных;

m – масса выхода экскрементов на 1 животное в сутки, кг (приложение 6) ;

h – масса вещества в 1 тонне навоза, кг (приложение 1) ;

t – расчетный период, сутки ;

Объемы поступления в  водотоки и водоемы соединений азота  с подземным стоком – 2% от исходного  содержания их в навозе, а фосфора  – 0,2%.

W_ж(N)== 8514;

4351,6;

Азот:

8514 - 100% 

X - 2%

X = 170,3 кг;

Фосфор:

4351,6 - 100%

X - 0.2%

X=8,7 кг 

 

Потери биогенных  веществ с комплексов.

Свинокомплекс.

При расчете нагрузки по биогенным веществам вначале  находят массу экскрементов, выделяемых за год животными по формуле: