3. Сільськогосподарські джерела біогенного навантаження

Основні гідрологічні зміни в різних природних комплексах відбулися в історично осяжному минулому під впливом розширення землеробських площ, що з'явилося могутнім чинником формування сучасного агроландшафту.

В цілому всі водні басейни, особливо басейни крупних річок, – це території високого антропогенного навантаження. На 20% площі суші нашої планети проживає 90% населення і розвиваються всі найбільш водоємні галузі господарської діяльності. Площі водозбору малих водних об'єктів є основною територіальною базою розвитку агропромислового комплексу. Це місце мешкання 90% сільського населення України; тут сформувалися природно-аграрні системи, що супроводжувалося перетворенням частини лісів і степів в поля, пасовища, сінокоси, сади, ягідники і плантації, які функціонують, випробовуючи дію всіх чинників інтенсифікації сільськогосподарського виробництва.

У контексті дії на водні ресурси сучасний аграрний сектор – це не тільки богарне і зрошуване землеробство, осушні і обводнювальні меліорації, але і стійлове (промислове) і пасовищне тваринництво, агротехнічні і агрохімічні прийоми землеробства, сфера технічного і енергетичного забезпечення сільськогосподарського виробництва, агролісомеліоративні заходи і т.д. Багато хто з дослідників визнають, що сільське господарство, що інтенсивно розвивається, – це найбільш активне джерело надходження біогенних елементів.

Висновок Міжнародної комісії по евтрофуванню водоймищ про те, що розосереджені джерела грають важливішу роль в забрудненні водних об'єктів біогенними елементами, ніж міські стічні води, підтверджують результати, одержані в різних країнах. Так, в Швейцарії більше 70% азоту і 50% фосфору поступає у водоймища з сільськогосподарських полів; у США виявлені високі концентрації азоту (10 мг/л) в річках, що протікають через аграрні райони; у Німеччині 54% азоту поступає у водоймища з сільськогосподарських полів, 24 – з промисловим скиданням і лише 22% – з господарчо-побутовими стоками.

За останні 20 років надходження біогенних речовин з поверхневим стоком у водосховища Волги і Дніпра збільшилося в 2 рази. При цьому частка сільгоспугідь в надходження загального азоту складає 70%, мінерального фосфору – 36%. Картина переважного сільськогосподарського надходження біогенів у водоймища характерна для багатьох крупних водних об'єктів, оскільки 50% їх водних мас формується в агроландшафтах стоком малих річок, що знаходяться в безпосередній залежності від стану агросистем.

Вплив сільського господарства як джерела надходження біогенних речовин у водні ресурси зростає у зв'язку із збільшенням розораності територій, трансформації угідь могутньою технікою і гідромеліорацією, розвитком процесів хімізації на основі як мінеральних, так і органічних добрив. Ці чинники викликають зміну величини і спрямованості потоків біогенних елементів в агро-ландшафті. Всі процеси трансформації угідь, як цілеспрямовані, як такі, що є основними виробничими операціями (оранка, боронування, окультурення сінокосів і пасовищ, планування земель для обробки), так і супутні (наслідки руху по сільгоспугіддях при посіві, вирощуванні і збиранні врожаю, хімічної обробки полів) сприяють механічному перерозподілу речовини в агроландшафті. У цьому полягає принципова відмінність промислово-урбанізованої і сільськогосподарської гілок біогенного навантаження на водні ресурси. Перша – новий, суто антропогенний ланцюжок надходження біогенів і відповідно вимагає кардинальних заходів по попередженню скидання стічних вод промисловості, енергетики, транспортних підприємств і комунально-побутового господарства міст у водні об'єкти. У другій (сільськогосподарській) гілці сектор промислового тваринництва має аналогічні особливості у зв'язку з наростанням концентрації поголів'я і застосуванням інтенсивних технологій, а землеробська частина є окремо даною системою, оскільки в ній в основному зберігається механізм природної міграції біогенів. Проте трансформація, охоплюючи значні за площею території і руйнуючи природну структуру грунтового покриву, сприяє водній і вітровій ерозії, змиву і вимиванню, тобто міграції біогенних речовин. Вона стає підсилювачем небажаних, екологічно небезпечних природних процесів, залежних від природних чинників і особливостей: промивного режиму грунтів, розчленованої рельєфу, ерозійності, густоти гідрографічної мережі, швидкості вітру, інтенсивності сніготанення, змиваності грунтів, промерзання грунтового шару і інтенсивності його відтавання і ін. Крім того, як було показано раніше, в умовах інтенсивного розвитку сільського господарства змінюється природний цикл круговороту поживних речовин, порушується механізм їхніх потоків, який склався, що особливо характерно для головних елементів, що беруть участь в евтрофуванні, – азоту і фосфору.

Основними джерелами біогенного навантаження в межах аграрних територій є сільськогосподарські угіддя (рілля, сінокоси, пасовища), об'єкти тваринництва (приміщення для утримання худоби, відстійники стічних вод, гноєсховища), склади мінеральних добрив, сільські населені пункти і території садово-городніх товариств, а також природний рослинний покрив (ліси, луги, болота) і атмосферні опади. Ці джерела підрозділяються на розсіяні (дифузні, або площадкові) і точкові (сконцентровані в межах обмеженого простору).

Вплив розсіяних і точкових джерел біогенного навантаження агроекосистем на забруднення вод визначається наступними показниками:

• втрати біогенних речовин в рослинництві і тваринництві,

• їх змив в результаті ерозійних процесів,

• винесення поживних речовин з комунально-побутовими стоками сільських населених пунктів, а також

• їх надходження в природне середовище з атмосферними опадами і природним рослинним опадом, що розклався.

Втрати біогенних речовин в рослинництві умовно можна розділити на природні і технологічні. Перші в основному залежать від інтенсивності відкриття території, прийомів землеробства, кількості мінеральних добрив, що вносяться, і об'єму пожнивно-кореневих залишків, що утворюються після збирання врожаю культурних рослин, а другі – від різних порушень, що відбуваються під час доставки і внесення добрив на сільськогосподарські угіддя.

Рослинництво – один із значущих і складних елементів агроекосистем і чинить неординарний вплив на формування біогенного навантаження. Розорювання території, змінюючи умови формування водного стоку, сприяє активному винесенню біогенних речовин в природне середовище і водотоки. Розорані ґрунти порівняно з їхніми природними аналогами володіють абсолютно іншими водно-фізичними властивостями. Для них характерні низька водопроникність і значний поверхневий стік. Інтенсивний розвиток процесів фізико-механічного вивітрювання і змиву ґрунтотворних порід сприяє підвищенню мінералізації поверхневих вод. У той же час рослини грають значну роль в забороні і зниженні змиву і вимивання біогенів.

Надмірна розорюваність територій та величезний антропогенної діяльності призвели до порушення природного процесу грунтоутворення та ерозійних процесів. Наприкінці ХІХ ст.. вміст гумусу в чорноземах на півдні України становив 8-12%, а в деяких місцях – 16%. Нині його вміст знизився до 4-6% і навіть менше. Погіршення якості грунтів призводить до різкого зменшення врожайності польових культур та різних захворювань рослин, тварин і людей. За період 1986-1996 рр. площа орних земель в Україні скоротилася на 24,8 тис. га. Площа орної землі, яка припадає на одного мешканця України, за останні три десятиріччя скоротилася майже на 20%. Особливо гостро стоїть проблема охорони та раціонального використання земель у густонаселеному західному регіоні ( Рівненська, Чернівецька, львівська і Закарпатська області), де на душу населення припадає лише 0,55-0,16 га орної землі.

Додатковий транспорт біогенів може бути пов'язаний і з агротехнічними прийомами. Так, осіння підготовка грунту під ярові і просапні культури замість весняної сприяє зменшенню поверхневого стоку схилу і у результаті приводить до скорочення винесення біогенних речовин. Проте разом з тим зяблева оранка порушує протиерозійну стійкість грунтового покриву і сприяє збільшенню винесення біогенів з продуктами ерозії.

При тривалому застосуванні великих доз добрив винесення біогенних речовин з поверхневим стоком зростає унаслідок їхнього накопичення в орному шарі грунту. Аналогічна картина спостерігається при внесенні добрив по мерзлому грунту і особливо весною по талому снігу. Це підтверджують приведені нижче дані по винесенню біогенних речовин (мг/л) з сільськогосподарських угідь з поверхневим стоком при внесенні 1 кг діючої речовини на 1 га (В.А. Черніков, 2000р.):

Спосіб внесення добрив	Азот	Фосфор
Восени під оранку	0,010	0,0013
Восени поверхнево	0,085	0,0310
Восени поверхнево по мерзлому грунту	0,216	0,0510
Весною по талому снігу	0,866	0,5940

Ерозія грунтів, стимулюючи винесення біогенних речовин з водозбору, активно впливає на біогенне забруднення вод, в першу чергу фосфором. Оранка, особливо зяблева, призводить до того, що втрати фосфору з твердим стоком стають переважаючими і досягають більше 90% його загальних втрат. При цьому характерно, що винесення фосфору із змитим ґрунтом пропорційне змиву. Масштаби впливу ерозійних процесів на біогенне забруднення вод дуже великі. Наприклад, з кожною тонною твердого стоку з 1 га сільськогосподарських угідь виноситься близько 1 кг загального фосфору.

Промивний тип водного режиму, при якому кількість випадних опадів, що випадає перевищує кількість випаровуваної з грунту вологи, є важливим чинником вимивання елементів з грунту. Чим більше води просочується через кореневмісний шар грунту, тим вищі втрати рослинами елементів живлення і тим більша їхня кількість потрапляє в підземні води. Інфільтрацію атмосферних опадів у зв'язку з процесом посилення біогенного навантаження досліджують в різних умовах, що дозволяє виявити чинники зниження інтенсивності даного процесу.

На Поліссі в середньому випадає близько 670 (?) мм опадів, що формує приблизно 60-міліметровий шар грунтового стоку. У таких умовах опади у вигляді гравітаційної вологи можуть проникати в грунт аж до грунтових вод. Просочування, а отже, і вимивання елементів залежать від багатьох чинників:

пори року,

кількості опадів,

їхньої інтенсивності і вигляду,

температури повітря і грунту,

властивостей грунту,

виду рослин,

їхньої врожайності і

ступеня забезпеченості добривами.

Найбільша кількість інфільтраційних вод утворюється в ранньовесняний період, коли насиченість грунту вологою перевищує повну польову вологоємкість. Аналогічна ситуація складається в осінньо-зимовий період, коли грунт вільний від рослинності. У пізньовесняний і літній періоди основна маса опадів витрачається на транспірацію і утворення фітомаси. Ця закономірність атмосферно-грунтово-водних процесів, як і використання протиерозійної ролі рослин, є основоположною при обґрунтуванні агрохімічних прийомів.

Чіткий зв'язок між стійкістю агроекосистем і станом водних ресурсів виявляється і при розгляді інфільтраційних процесів: кількість води, що просочується, міняється залежно від гранулометричного складу грунту, що обумовлено відмінностями у вологоємкості і водоутримуючій здатності. Чим вище родючість ґрунту і вміст в ньому гумусу, тим більша його гігроскопічність, а отже, і такі показники, як вологоємкість і водоутримуюча здатність. В той же час забезпеченість рослин біогенами і вологою в найбільш критичні фази розвитку сприяє максимальному засвоєнню поживних речовин і зниженню їхнього вимивання, тобто стан рослин грає достатньо важливу роль в розвитку процесів змиву і вимивання. Результати проведених досліджень свідчать про те, що важливу роль в розвитку цих процесів грає також вдосконалення посівних площ шляхом введення травосіяння, використання проміжних і пожнивних культур і т.д. Пожнивні посіви в сівозміні зменшують вимивання азоту на 50%, фосфору – на 30%; на площах, зайнятих під багаторічні трави, втрати азоту знижуються на 30 – 40%.

В умовах використання інтенсивних технологій в рослинництві зниження вимивання досягається комплексом заходів, що включають, зокрема,

– оптимальне внесення добрив в періоди активного споживання біогенів рослинами,

• застосування слаборозчинних, повільнодіючих видів мінеральних добрив,

• використання таких їхніх форм, які не містять несорбованих ґрунтом іонів,

• застосування інгібіторів нітрифікації,

• дотримання нормативів по дозах і способах внесення добрив, особливо рідких органічних, і т.д.

Завдяки численним дослідженням встановлені числові значення середніх щорічних виносів біогенів у водні джерела для різних типів грунтів. Дерново-підзолисті і сірі лісові орні ґрунти характеризуються наступними середніми значеннями вимивання (кг/га в рік):

N – N0₃ – 10...30,

Са – 140...180,

Мg – 25...40,

К – 10...20,

Р₂О₅ – 0,4...1,0,

S – SO₄ – 40...60.

У цих показниках відображається дія як природних, так і антропогенних циклів круговороту речовин, в основному регіонального характеру, але з певним накладенням глобального через надходження біогенів з атмосферними випаданнями (сухе осадження, дощі або снігопади).

Разом з рослинництвом важливим джерелом біогенного забруднення вод є тваринництво. Ступінь його дії на водні об'єкти в кожному конкретному регіоні визначається загальним поголів'ям худоби, особливостями розташування тваринницьких ферм і комплексів на водозборах, а також прийнятою в господарствах технологією утримання тварин.

На значній частині території України велику частину року худоба знаходиться в стійлах. Лише в пізньовесняний і літній періоди тварин переводять на пасовища. Надходження забруднюючих речовин у водотоки з тваринницьких ферм і комплексів залежить від способу видалення гною. Воно відбувається при прямому змиві стічних вод після очищення, а також в результаті втрат, що виникають в процесі утилізації відходів тваринництва.

При стійловому утриманні худоби накопичуються великі маси гною. Через його недосконалу утилізацію у водні системи виносяться чималі кількості грубодисперсної органіки, що мало розклалася, і біогенних речовин. За оцінками деяких фахівців, втрати органічних відходів на фермах і комплексах складають в середньому 20 – 40% їхнього об'єму. При випасі худоби на пасовищах також відбувається винесення біогенних речовин у водотоки, оскільки пасовищні угіддя найчастіше розміщують в річкових долинах. Вплив тваринництва на біогенне забруднення вод обумовлений і тим, що ферми і комплекси розташовуються переважно в безпосередній близькості від річок і озер. Оскільки тривалість міграційного шляху біогенів від їхніх джерел до водних об'єктів невелика, вони не встигають закріпитися в грунті і їхня концентрація залишається високою. Управління рухом біогенних речовин від джерел їхнього утворення на основі рециклізації є екологічно обґрунтованим і економічно виправданим, оскільки сприяє вирішенню проблеми підвищення продуктивності агроекосистем (табл. 10.3, див. мал. 10.16).

Вид худоби	Азот	Фосфор	Калій
ВРХ	180	87	190
Свині	38	16	50

Вміст біогенних речовин у відходах тваринництва, г/доба на 1 голову (В.А.Черніков, 2000)

Крім того, на всіх стадіях виробництва рослинницької і тваринницької продукції відбуваються втрати біогенних речовин, обумовлені різними порушеннями використовуваних технологій (технологічні втрати), що істотно збільшує винесення біогенів у водотоки. У ряді чинників, сприяючих збільшенню втрат біогенів, доречно відзначити наступні:

– відсутність або недостатня місткість спеціальних гноєсховищ і сховищ рідкого гною при фермах і комплексах, що приводить до необхідності частого вивозу гною на поля, проте через брак транспорту це, як правило, не здійснюється;

– розміщення ферм і комплексів в безпосередній близькості від урізання води, що приводить до прямого винесення біогенних речовин у водотоки;

– вивіз гною на поля в зимовий період (по снігу), що в умовах сніготанення сприяє інтенсивному змиву біогенних речовин талими водами;

– невчасне переорювання вивезених на поля добрив, що викликає міграцію біогенних речовин по водозбору і їхній змив поверхневим стоком в найближчі водотоки;

– недосконала технологія компостування і зберігання гною, що викликає міграцію біогенних речовин по рельєфу місцевості;

– доставка добрив на поля на необладнаній для цієї мети техніці, що приводить до їх втрат по дорозі від сховищ до угідь;

– відсутність підготовлених складів для мінеральних добрив, що викликає їх втрати під час зберігання.

Разом з перерахованими чинниками на рівень технологічних втрат впливають і фізико-географічні умови місцевості, причому їхнє значення для різних природних зон, районів і господарств варіює в широких межах.

Великий вплив на процеси біогенного забруднення вод роблять території населених пунктів. Господарчо-побутові стоки сільських населених пунктів можуть виносити до 0,355 кг азоту і 0,277 кг фосфору (на одну людину в рік). Крім того, із забудованих територій додатково може змиватися близько 6,0 кг/га азоту і 3,0 кг/га фосфору в рік.

Сільські населені пункти в основному не забезпечені очисними спорудами. Крім того, останніми роками природні ділянки агроландшафтів (малопродуктивні, незручні землі) інтенсивно освоюються міськими жителями. У всіх приміських зонах великих і малих міст (у радіусі до 200 км і більше) розширюються щільно забудовані дачні містечка. І хоча вони функціонують головним чином в теплий період року, зміни, що викликаються ними, спостерігаються навіть без спеціальних досліджень. Разом з позитивними ефектами облагороджування малопродуктивних ділянок через низький рівень екологічної культури рік від року, на жаль, збільшується засміченість лісових і заплавних земель побутовими і будівельними відходами. Необхідна науково обґрунтована оцінка змін (порушень) природного круговороту речовин у зв'язку з періодичною міграцією міських жителів і виникненням додаткових чинників дії на агроландшафти.

У селах на відміну від міст зберігаються деякі умови для закріплення біогенних елементів і господарчо-побутових відходів ґрунтами присадибних і дачних ділянок. Проте не можна не враховувати надходження біогенів із загальної забудованої території в період дощів і сніготанення (табл.).