5.2. Прогноз выноса биогенных веществ

Для оценки роли с/х производства биогенном загрязнении окружающей среды выясняются и характеризуются источники поступления (удобрения, животноводческие и хозяйственно-бытовые стоки населенных пунктов) и пути миграции питательных веществ. Теоретической основой расчета возможного выноса их с с/х угодий являются известные агрохимические зависимости, связывающие величину выноса с характером почв, культурами и их урожайностью [3].

В общем случае объем поступления биогенных элементов в водохранилище (W_б.э.) складывается из выноса биогенных веществ (W_у) в зависимости от урожайности с/х культур и выноса в результате потерь удобрений (W_п) на всех стадиях технологического цикла (складирование, транспортировка к угодьям, внесение в почву и др.).

Для оценки поступления биогенных веществ в водохранилище выясняются количество и ассортимент используемых в хозяйстве удобрений по прилагаемой схеме (таблицы 5.2.1 и 5.2.2).

В таблице 5.2.1 графы 1 и 2 заполняются согласно структуре посевных площадей (Курсовой проект по курсу «Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации», ЧастьI).

Графы 3-7 – урожайность и дозы минеральных удобрений под планируемый урожай из таблиц 40-43 [3].

Графы 8-11 – количество удобрений на всю площадь определяются путем перемножения соответствующей нормы удобрений на площадь, занимаемую с/х культурой. По аналогии будем рассчитывать количество удобрений на всю площадь (таблица 5.2.1).

Таблица 5.2.1 Расчет потребного количества удобрений

С/х культура	Пло- щадь, га	Уро-жай-ность, ц/га	Норма удобрений на1га				Количество удобрений на всю площадь
			Орга-ничес кие, т/га	Минеральные, кг д.в.			Орга-ничес-кие, т		Минеральные, кг д.в.
				N	P2O5	K2O			N		P2O5		K2O
1	2	3	4	5	6	7		8		9		10		11
Однолетние травы	42,32	180	-	40	40	50		-		92,8		1692,8		2116,0
Озимые зерновые	211,6	68	20	80	70	90		4232		16928		14812		19044
Сахарная свекла	84,64	180	50	80	60	80		4232		6771,2		5078,4		6771,2
Яровые зерновые	84,64	70	20	70	70	80		169,28		5924,8		5924,8		6771,2
Многолетние травы	169,28	369	-	60	90	100		-		10156,8		15235,2		16928
Всего							8633,28		41473,6		42743,2		51630,4

В таблице 5.2.2 графы 2,3,4 заполняются в соответствии с приложением Г.1[2]; графа 5 для органических удобрений переносится из таблицы 5.2.1 (графа 8). Для пересчета дозы минеральных удобрений в кг действующего вещества (д.в.) на физические удобрения, указанную дозу (графы 9,10,11 таблицы 5.2.1) N, P₂O₅, K₂O делят на процент д.в. в соответствующих удобрениях (графы 2,3,4 таблицы 5.2.2). Графы 6,7,8 определяются как произведение стандартного содержания (графы 2,3,4 таблицы 5.2.2) на количество (физическая масса) удобрений потребных хозяйству (графа 5 таблицы 5.2.2).

Таблица 5.2.2 Структура и состав используемых в хозяйстве удобрений

Вид удобрений	Стандартное содержание д.в.,%			Количество (физическая масса) удобрений потребных хозяйству, ц	Количество биогенных веществ внесенных на поля, кг д.в.
	N	P2O5	K2O		N	P2O5	K2O
1	2	3	4	5	6	7	8
Органические
Навоз смешанный	0,54	0,25	0,70	8633,28	4661,97	2158,32	6043,296
Минеральные
Мочевина	45	-	-	921,64	8633,28	-	-
Суперфосфат двойной	-	40	-	1068,58	-	42743,2	-
Калийная соль	-	-	30	1721,01	-	-	51630,4
ВСЕГО					13295,25	44901,52	57673,696

Вынос биогенных веществ в зависимости от урожайности с/х культур определяется:

W_у=R·F, кг, (5.2.1)

где R – удельное количество вымывание i-ого биогенного вещества из почвы для исследуемой культуры, кг/га; F – площадь занятая данной культурой, га.

Величина R определяется в зависимости от вида и урожайности культуры, свойств почвы и коэффициента потерь биогенных веществ по формуле:

R= ·К_б·У, кг/га, (5.2.2)

где - коэффициент выноса i-ого биогенного вещества в водоемы [2]; К_б – вынос i-ого биогенного вещества с растительной массой урожая [2]; У – урожайность с/х культуры, ц/га.

Таблица 5.2.3 Вынос биогенных веществ с урожаем

С/х культура	Пло щадь, га	Урожай-ность, ц/га	Коэффициент			Вынос биогенных веществ Кб, кг/ц			Wу= ·Кб·у·F, кг/год
			N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О	N	Р2О5	К2О
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Однолетние травы	42,32	180	-	0,15	0,25	1,76	0,63	1,95	-	719,86	3713,58
Озимые зерновые	211,6	68	0,16	0,12	0,07	3,4	0,9	2,0	7827,5	1553,99	2014,432
Сахарная свекла	84,64	180	0,6	0,3	0,5	0,33	0,1	0,47	3016,57	457,06	3580,272
Яровые зерновые	84,64	70	0,16	0,04	0,12	3,3	1,4	2,6	947,968	331,79	1848,54
Многолетние травы	169,28	369	-	0,15	0,25	1,76	0,63	1,95	-	5902,88	30451,356
ВСЕГО									11792,038	8965,58	41608,18

Суммарный вынос i-ого биогенного вещества (W_п.i) с с/х угодья в результате потерь удобрений определяется по формуле:

W_n.i=W_i·P·d, кг, (5.2.3)

где Р – коэффициент учитывающий удаленность с/х участка от уреза воды водохранилища. Для многоводного года при удаленности до 500м Р=1,0; d – доля потерь i-ого биогенного вещества с участка [2]; W_i – суммарное количества i-ого биогенного вещества, внесенного удобрением на участок, кг, принимаемаем по таблице 5.2.2, колонки 6,7,8.

Все расчеты будем производить в виде таблицы 5.4.

Таблица 5.2.4 Вынос биогенных веществ в результате потерь удобрений

Вид удобрений	Р	d,%	Wi,кг				Wni,кг
			N	Р2О5	К2О		N		Р2О5		К2О
1	2	3	4	5	6		7		8		9
Органические	1	10	4661,97	2158,32	6043,296		4661,97		21583,2		60432,96
Минеральные
аммиачная селитра	1	4	8633,28	-	-		34533,12		-		-
суперфосфат двойной	1	4	-	42743,2	-		-		170972,8		-
калийная соль	1	4	-	-	51630,4		-		-		206521,6
ВСЕГО						34533,12		170972,8		206521,6

Информация о пространственном распределении с/х угодий и биогенной нагрузки вдоль водохранилища и в его водосборе позволит оценить современную и прогнозную ситуацию в отношении превышения критических концентраций биогенных элементов.

Концентрацию i-ого биогенного вещества в водохранилище можно определить из соотношения:

, мг/л, (5.2.4)

где W_Б.Э.I – суммарный объем выноса i-ого биогенного вещества, мг;W_вод – объем воды водохранилища на конец периода вегетации, л, W_вод=4,453·10⁹ л (таблица 2.4.2для октября месяца); [ПДК] – нормативное содержание биогенных элементов, мг/л [2].

Расчет концентрации проводим для N, Р₂О₅, К₂О. Суммарный объем выноса i-ого биогенного вещества составляет сумму выноса биогенного вещества с урожаем и выноса биогенного вещества в результате потерь удобрений (таблица 5.2.3, 5.2.4).

W_Б.Э.N= 947,968+34533,12=35481,088·10⁶мг;

W_Б.Э.PO=331,79+170972,8=171304,59·10⁶мг;

W_Б.Э.КО=1848,54+206521,6=208370,14·10⁶мг.

Затем рассчитываем концентрацию биогенных веществ по формуле 5.2.4:

С_(N) =35481,088·10⁶/4,453·10⁹=7,97≥ [ПДК]=0,3;

C_(PO) = 171304,59·10⁶/4,453·10⁹=38,47≥ [ПДК]=0,03;

C_(KO) =208370,14·10⁶/4,453·10⁹=46,8≥ [ПДК]=0,3.

Концентрации биогенных веществ выше допустимых, поэтому необходимо намечать специальные природоохранные мероприятия.

Будем проводить мелиоративные мероприятия, которые предусматривают облесение береговых зон, а также ряд других мер. Эффективным средством является создание на водосборах защитных лесных полос, которые снижают в стоке концентрацию нитратного азота до 15-40%, аммиачного азота – до 20-50%, взвешенных частиц до 75-100, фосфора до 30-65%.

Для предотвращения поступления биогенных элементов в водотоки, необходимо охранять и восстанавливать естественную растительность по ложбинам стока поверхностных вод. Эти участки вместе с поймами рек являются ландшафтно-биохимическими барьерами, препятствующими сливу почвы с биогенными веществами, в первую очередь с фосфором.

Для удаления избыточного количества нитритов в водотоках будем использовать денитрификацию, происходящую под действием анаэробных микроорганизмов, с высвобождением кислорода. Предусматриваем резервуары с осветленными стоками, пруды-накопители возвратных вод.