Автор(ы)

Дмитрий Андреевич Постников, Сергей Леонидович Белопухов, Ирина Евгеньевна Автухович

Аффилиация

ФГБОУ ВО "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева"

Руководитель

Постников Дмитрий Андреевич

Аннотация

Интенсивное загрязнение почвы и воды в результате хозяйственной деятельности человека уже привело к их резкому ухудшению качества. На смену энергетическому кризису, из которого можно выйти с использованием новых видов энергии, надвигается кризис почвенных и водных ресурсов, с которым справиться значительно сложнее.

В мире разрабатываются ресурсосберегающие технологии, в т.ч. и при ведении сельскохозяйственного производства. На уровне стран и регионов выбираются ресурсосберегающие направления хозяйственной деятельности. Однако необходима разработка и выбор для конкретных региональных технологий, обеспечивающих минимальное загрязнение почв и водной среды. Для решения данных проблем необходима и усовершенствованная оценка качества почв и вод, разработка методик допустимой антропогенной нагрузки на почвенные и водные ресурсы с учетом природных факторов.

Так, в значительной степени вода поступает в водные объекты, стекая по поверхности почвы, фильтруясь через почвы и испаряясь из почв. При этом, чем больше загрязнение почв, тем больше токсикантов, как в стекающей по поверхности почв воде, так и в мигрирующей через почвенный профиль воде, в испарениях из почв. При этом значительную долю в загрязнение вод вносит ведение сельскохозяйственного производства. Это обусловлено как большими площадями пахотных почв, так и отсутствием корректных разработок по прогнозу миграции через почвы токсикантов в составе вод, со сложностью контроля загрязнения вод на сельскохозяйственных предприятиях.

Указанное определяет необходимость установления закономерностей миграции биофильных элементов и токсикантов из почв в воды. Разработки алгоритмов и моделей прогноза изменения качества почвы и вод от характера ведения сельскохозяйственного производства и сорбционных свойств почв.

В то же время, необходимость более строгого учета водных ресурсов и их качества требует уточнения и параметров оценки экологического состояния вод. К сожалению, в настоящее время при оценке качества почвы и вод не учитывается их энергетическое состояние, которое в последние десятилетия резко ухудшилось. При оценке качества почвы и вод не учитываются структурные взаимосвязи между компонентами вод, соотношение элементов, которое часто в большей степени определяет токсичность почвы и вод, чем содержание элементов. В водной среде ионы не находятся в свободном состоянии, а связаны в ассоциаты и комплексы с органическими и неорганическими ионами, эти комплексы могут быть заряжены и положительно, и отрицательно. Влияние комплексов на биологические объекты в ряде случаев сильнее, чем ионных форм катионов и анионов, а очистка таких вод сложнее.

При оценке интегрального показателя загрязнения почвы и вод не учитывается все влияние отдельных ингредиентов на их экологическое влияние, не учитываются эффекты синергизма и антагонизма, эмерджентности, взаимовлияния отдельных компонентов. Химический состав почвенных растворов в значительной степени изменяется в течение года и вегетационного периода и в связи с сезонным поступлением в них токсикантов. Математическое описание трендов таких изменений также необходимо для более корректной оценки качества объектов агросферы.

Загрязнение почвы и вод зависит от поступления в них токсикантов из воздушной среды, при миграции из почв, при смыве с территорий, при сбросе предприятиями, при подъеме уровня загрязненных грунтовых вод, при смыве почв в результате эрозии. С нашей точки зрения, необходима сертификация предприятий (их технологических линий) на интенсивность проявления этих процессов. Это позволит как уменьшить загрязнение, так и более точно прогнозировать их химический состав.

С нашей точки зрения, при оценке качества почвы и вод важное значение имеет учет в формировании биогеоценозов и агрофитоценозов. Добровольский Г.В., Карпачевский Л.О. и Криксунов Е.А. (2010) отмечают, что существует неразрывная связь между свойствами гидросферы ее функциями в биосфере. Гидросфера является областью жизни и эволюции гидробионтов. В то же время, развитие гидробионтов приводит к изменению физических и химических параметров водной массы. Надземная растительность практически полностью зависит от свойств воды, но, в то же время, существенно влияет на ее состав. Авторы отмечают, что вода несет в себе такие жизненно важные функции для наземной растительности, как транспортную, структурную (поддерживая тургор), энергетическую и биоэнергетическую (будучи источником электронов для биоэнергетики фотосинтеза). В то же время, важна роль биоты в самоочищении воды. Большое значение имеет влияние гидросферы на атмосферу. При этом авторы отмечают важность следующих процессов: транспирацию воды растениями, регуляцию содержания СО2, эмиссию с водных источников ряда соединений, эмиссию водорослями и водными бактериями веществ, воздействующих на образование облаков.

Гидросфера участвует в формировании поверхности всей литосферы, а не только суши; известно существенное влияние гидросферы на свойства почв. Большое значение имеет гидросфера, как фактор формирования, регуляции и стабилизации глобального энергетического баланса. Особое внимание уделяется функции гидросферы, как связующего и интегрирующего фактора.

В то же время, антропогенное воздействие на гидросферу приводит к существенным изменениям ее взаимосвязей в экологической системе: происходит перераспределение потоков, изменение связей между блоками гидросферы, загрязнение гидросферы, негативное воздействие на биоту, нарушение регуляторных процессов в гидросфере (Алимов А.Ф., 2000; Пэнмэн Х., 1973; Остроумов С.А., 2000). Добровольский Г.В. с соавторами (2010) отмечает, что гидросфера несет важнейшие для биосферы функции регуляции, интеграции и стабилизации многих процессов и параметров биосферы.

С нашей точки зрения, следует рассматривать состояние почвы и воды, как живого или биокосного тела биогеоценоза и как компонента, необходимого для хозяйственных целей. Рассмотрение вод, как биокосного тела подразумевает наличие в них буферных свойств, эффектов самовозобновления, явления эмерджентности, эффектов синергизма и антагонизма, наличия математических структурных взаимосвязей между свойствами, процессами и режимами; изменением состояния вод во времени и в пространстве, наличия функциональных свойств и взаимосвязей со всеми компонентами экосистемы. С термодинамической точки зрения, это определяет возможность протекания реакций с увеличением негэнтропии, увеличение свободной энергии и энтальпии, разрабатывать системы агротехнологий, позволяющих снижать концентрации токсикантов в почвах.

В работе доказывается, что состав поверхностных вод определяется и с достаточным уровнем приближения может прогнозироваться, учитывая местоположение изучаемой территории – по картам геохимических провинций, распределения основных типов почв, картам уровней техногенного воздействия, расположения птицефабрик и животноводческих комплексов, промышленных предприятий и с учетом климатических условий (Хi).

Уi = f ΣkiXi, где Уi – показатель состояния вод, ki – степень влияния Xi на Уi.

При широких диапазонах Хi: Уi = f ΣkiXiп

Таким образом, применение фиторемедиации позволяет эффективно проводить очистку почв от тяжелых металлов и других токсикантов, рекомендовать приемы оценки качества водных растворов для объективной характеристики качества по интегральным показателям при существенном снижении трудо- и энергозатрат.

Содержание работы

Автор предпочел не показывать работу на сайте.

Конкурс, в котором автор работы принял участие: High Goals – 2020: открытый международный конкурс инициативных научно-исследовательских проектов
Отрасль наук: Сельскохозяйственные науки
Форма представления работы: Отчет о научно-исследовательской работе
Дата публикации работы: 04.06.2020