ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ВЫНОСА АГРОХИМИКАТОВ ПОВЕРХНОСТНЫМ СТОКОМ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 614.445:632.95

В. И. Циприян, Л. Б. Шостак, Т. Б. Червякова

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ВЫНОСА АГРОХИМИКАТОВ ПОВЕРХНОСТНЫМ СТОКОМ

Киевский медицинский институт им. акад. А. А. Богомольца

В последние годы все чаще отмечается тенденция к росту содержания остатков агрохими-катов в воде поверхностных водоемов. Положение усугубляется тем, что с целью повышения урожайности предполагается дальнейшее увеличение ассортимента химикатов и масштабов их применения. Ряд исследователей [1, 3] отмечают, что активный вынос химических средств с поверхностным стоком может привести к потере 80 % внесенного количества. Нежелательные последствия этого явления связаны не только с экономическими потерями в сельском хозяйстве, они могут вызвать определенные санитарные изменения, обусловленные эвтрофикацией водоемов и возможным неблагоприятным воздействием химических загрязнений на организм человека.

Барьерная функция водопроводных сооружений практически ограниченна по отношению как к пестицидам, так и к компонентам минеральных удобрений. Для минеральных удобрений [7] суммарный эффект удаления аммиака не превышает 60 % > нитратов — 30 %, фосфатов 80%. В процессе хлорирования воды, содержащей некоторые пестициды, происходит образование ряда токсичных соединений [8]. В настоящее время в связи с широким применением аг-рохимикатов содержание фосфатов в питьевой воде, подаваемой централизованными системами водоснабжения, в ряде мест достигло уровня

ПДК.

• В наших предыдущих работах [4, 5] обоснованы методические подходы к оценке и прогнозу гигиенической ситуации, которая может сложиться в регионе интенсивного сельскохозяйственного производства в связи с выносом части химических средств в открытые водоемы. Предложены мероприятия по ограничению выноса агрохимикатов поверхностным стоком. В настоящей работе дано обоснование методике гигиенического районирования бассейнов рек по степени опасности выноса основных классов агрохимикатов в поверхностные водоисточники.

В основу гигиенического районирования положен принцип выделения зон (территорий), с поверхности которых в воду дренирующего водоисточника поступают химические вещества в количествах, создающих концентрации, не превышающие 1, 10, 100 ПДК для воды водоемов. Выделение этих территорий осуществляется по величине коэффициента поверхностного стока, представляющего собой отношение содержания

соединения в воде к содержанию его в поверхностном слое почвы дренируемой территории. Величина этого показателя зависит от физико-химических свойств препарата, времени его внесения, уклона местности, распаханности, степени эрозированности территории и ряда других факторов. Среднегодовой коэффициент стока пестицидов колеблется от десятых до тысячных долей процента в расчете на одно соединение [2, 6]; для минеральных удобрений этот показатель вследствие более высокой растворимости соединений в воде составляет от одного до нескольких процентов [7].

Объем выноса химических средств зависит от нагрузки на почву, площади, подвергшейся обработке, водосборной площадки и степени выноса ' препарата поверхностным стоком. Для выделения территорий по степени опасности выноса агрохимикатов необходимо располагать данными о содержании препарата в воде водоисточника при известном объеме и степени выноса химических средств с дренируемой территории. Содержание препарата в единице объема воды, т. е. его концентрация в воде дренирующего водоисточника, зависит от всех перечисленных выше факторов и гидрологических характеристик водоисточника. Содержание химического соединения в воде створа реки может быть рассчитано по предложенной нами методике [4].

О ^об' Къ

06 Ь (мг/л), (1)

С

ст

М'ЗвоДОСб'/**

где В — нагрузка химического соединения, рассчитанная на единицу обрабатываемой площади; мг/км2; 50б — площадь обрабатываемой территории, км2; Ке — коэффициент поверхностного стока препарата; М — максимальный модуль стока реки, л/(с-км2); 5ВОдосб — площадь водосборной территории, км2; /—индекс самоочищения ландшафта водосборной территории, характеризующий интенсивность биологического круговорота (0,1—0,99); ^ — время активного выноса, с.

Исходя из формулы (1), могут быть рассчитаны критические значения коэффициента поверхностного стока препарата, при которых содержание его остатков в воде водоема составит

1, 10 и 100 ПДК:

К

п' ПДКв • М • Зводоёб' / * ^

он

об

(2)

где п— 1, 10, 100. Приняв отношение

5 о б

ч5водосб

^равным д&. в качестве коэффициента распахан-ч-юсти территории бассейна и приведя единицы измерения факторов к эквивалентной размерности, получаем:

К

од

/г.ПДКв-М-7'f

D-Ke - Ю8

(3)

Сравнивая значения критических величин коэффициента поверхностного стока, при котором ожидается превышение ПДК в воде водоема в 1, 10, 100 раз, с экспериментально установленными в конкретном створе реки коэффициентами поверхностного стока, можно установить степень опасности выноса препарата поверхностным стоком с территории бассейна, замыкаемой заданным створом [5].

Вместе с тем бассейн, с поверхности которого прогнозируется определенный уровень выноса, характеризуется на разных участках различной геоморфологией, что обусловливает в свою ^|>чередь пространственную неоднородность степени выноса. При прочих равных условиях в масштабе одного водосборного бассейна решающим фактором в случае поверхностного смыва агрохимикатов является геоморфология местности. Рельеф местности определяет направленность, величину и скорость движения стока либо вглубь по профилю почвы, либо по ее поверхности в сторону максимального градиента укло-• на. С возрастанием величины уклона повышается степень риска потерь агрохимикатов за счет их выноса с поверхностным стоком, а также появляется возможность загрязнения водоема. Следовательно, величина содержания остатков препарата в заданном створе определяется потенцированием долей выноса с отдельных участков водосбора, замыкаемого створом. Учитывая тот факт, что степень выноса агрохимикатов с поверхностным стоком тем больше, чем больше осадков выпадет за меньший промежуток времени и чем ниже водопроницаемость ¿Мочвы и выраженнее рельеф местности, коэффициент выноса препарата с.участка можно определить по формуле:

Къ*

tg ccrQ¿

Vf ti

где а2- — значение тангенса угла наклона местности; Уг — коэффициент фильтрации (водопроницаемость почвы), мл/ч; (2; — количество стокообразующих осадков за время мл'.

Подставляя в данное уравнение критические значения коэффициента поверхностного стока, легко рассчитать критические значения уклонов местности, при которых ожидаемый уровень выноса составит 1, 10 и 100 ПДК в воде водоемов:

п-ПДКв -М - ¡-i

D-K< -108

tg a,:-Q¿

Vi-ti

отсюда

t gOLi

n • ПД К B-M-Vj'tj- j -t

D- Ks - 108-Q¿

(5)

Районирование территории бассейна по геоморфологическому признаку (уклону местности) позволяет установить территориальные границы зон опасности выноса агрохимикатов: менее 1 ПДК — относительно неопасные, 1 —10 ПДК — опасные, 10—100 ПДК — высокоопасные, выше 100 ПДК — чрезвычайно опасные.

Из формулы (5) следует, что критические значения углов уклона местности тем больше, чем меньше доза применяемого агрохимиката и коэффициент распаханности территории, а также чем больше величина ПДК и выше водопроницаемость верхнего слоя почвы.

Апробация данного методического подхода была проведена нами для притока реки ский Донец. С этой целью--были рассчитаны критические значения уклона местности при внесении нитратных форм минеральных удобрений в дозах 80 и 240 кг/га (табл. 1). В районируемых регионах водопроницаемость почвенного покрова, представленного в основном черноземом, составляет около 18 мм/ч, количество стокообразующих осадков из расчета выпадения месячной нормы осадков 25 мм (300 мм в год) за 24 ч и времени максимального ливня 6 ч составляет 6,3 мм. Оценочные величины коэффициента поверхностного стока нитратных форм минеральных удобрений рассчитаны для лесостепной зоны УССР при модуле стока

1 л/(с-км2), коэффициенте распаханности тер-

0

Таблица 1

Критические значения уклонов местности, определяющие вынос азотных удобрений поверхностным стоком

Нагрузка, кг/га Ожидаемая степень загрязнения водоема, пдк Оценочный коэффициент поверхностного стока Критические значения tg ос Уклон местности Класс опасности зоны

80 1 0,011 0,1881 10°39' 1-Й

1—10 0,011—0,108 0,1881 1,847 10°39'— 6Г34' 2-Й

I^SA^V^« "Cf • 10—100 0,108—1,083 1,847—18,419 61°34'—86°54' 3-й

100 1,083 18,419 86°54' 4-й

240 1 0,004 0,0684 Зи55' 1-й

1 10 0,004 0,037 0,0684—0,6327 3°55'—32°19' 2-й

10—100 0,037—0,367 0,6327—6,2757 32°19'—80°56' 3-й

100 0,367 6,2757 80°56' 4-й

Таблица 2

Критические значения уклонов местности, определяющие вынос ГХЦГ поверхностным стоком

Нагрузка, кг/га Ожидаемая степень загрязнения водоема, ПДК Оценочный коэффициент поверхностного стока • Критические значения tg а Уклон местности 1 . Класс опасности зоны

0,2 1 0,009 0,1539 8°45' 1 ° 1-й

1 —10 0,009—0,087 0,1539—1,488 8°45'—5606' 2-й

10—100 0,087—0,867 1,488—14,826 56°6'—86°8' 3-й

100 0,867 14,826 86°8' 4-й

0,5 1 0,003 0,0513 2°56' 1-й

1—10 0,003—0,031 0,0513—0,5301 2°56'—27°52' 2-й

10—100 0,031—0,310 0,5301—5,3010 27°52'—79° 19' 3-й

100 0,310 5,3010 • 79°19' 4-й

ритории 0,8, индексе самоочищения ландшафта

0,9 [5].

Поскольку склоны с уклоном местности свыше 30° не распахиваются, то, исходя из полученных данных, при районировании территории изучаемого бассейна по степени опасности выноса минеральных азотных удобрений картосхемы будут включать две зоны — относительно неопасную с уклоном 10 и 4° для нагрузок 80 и 240 кг/га и опасную с уклоном местности свыше указанных величин.

Аналогично можно рассчитать критические значения уклонов местности при применении пестицидов в данном регионе, например гексахлор-циклогексана (ГХЦГ), ПДК которого в воде водоемов составляет 0,02 мг/л. Нами проведены такие расчеты для нагрузок препарата 0,2 и 0,5 кг/га в исследуемом бассейне (табл. 2).

При районировании бассейна по степени опасности выноса пестицидов та же территория будет разделена на три зоны для нагрузки 0,5 кг/га: относительно неопасную (уклон местности 3°), опасную с уклоном местности от 3 до 28° и очень опасную с уклоном местности свыше 28°.

Проведенные расчеты показали, что критические значения уклонов местности в идентичных стокообразующих условиях определяются нагрузкой препарата. При увеличении нагрузки применяемых агрохимикатов уменьшается значение величины уклона местности, при котором вынос препарата составит 1, 10, 100 ПДК соответственно, что в свою очередь обусловливает уменьшение площади относительно неопасных зон.

Предлагаемый подход к районированию водосборных бассейнов по степени опасности выноса остатков агрохимикатов с поверхностным стоком позволяет научно обосновать четкое и однозначное выделение границ зон опасности для применяемых на территории бассейна препаратов в соответствии с их нагрузками и региональными условиями выноса. Это в свою очередь даст возможность рекомендовать систему

мероприятии по предотвращению потерь агрохимикатов и охране водоисточника от загрязнения для конкретной территории, входящей в ту илщ иную зону опасности.

На водосборных территориях, отнесенных к 1-му классу опасности, достаточно ограничиться контролем применяемых доз, поскольку соблюдение режима применения минеральных удобрений и пестицидов в этих зонах гарантирует относительную безопасность для воды дренирующего бассейна водоисточника. На водосборных территориях 2-го класса опасности уровень применения препаратов должен быть ограничен до величины максимально допустимой нагрузки (МДН) для данной зоны, которая рассчитывается по формуле:

ч

МДН

ПДКв-M.j.t

Къ-Ks-lO8

1

При невозможности снижения норм расхода препарата в связи с уменьшением их агрохимической эффективности рекомендуется внедрение мероприятий, направленных на перехват поверхностного стока и перевод его в подпахотный слой (25 см) путем организации защитных лесополос.

На водосборах 3-го класса опасности предусматривается как снижение доз до величины МДН независимо от наносимого урожаю ущерба, так и организация противоэрозионных мероприятий по перехвату поверхностного стока. На водосборных территориях 4-го класса опасности использование агрохимикатов полностью исключается. Кроме того, недопустимо применение химических средств в зонах строго санитарного режима независимо от того, к какой зоне опасности относится территория.

Таким образом, районирование территории водосборных бассейнов по степени опасности выноса остатков агрохимикатов поверхностным стоком позволит научно обосновать использование того или иного защитного мероприятия с целью предотвращения потерь агрохимикатов и уменьшения загрязнения воды водоисточника,

ж рекомендовать допустимые нагрузки препаратов для каждой из зон водосборного бассейна и вести дифференцированный контроль за уровнем их применения на территории бассейна.

Литература

1. Булаев В. Е., Булаева В. Г. // Химия в сельск. хоз-ве.— 1977. —№ 9.—С. 71—75.

2. Вирченко Е. П., Бобовникова Ц. И., Егоров В. Б. // Почвоведение. — 1977. — № 2. — С. 59—64.

3. Воочинский К. /(.//Механизм действия гербицидов и

синтетических регуляторов роста растений и их судьба в биосфере. — Пущино, 1975. — Ч. 2. — С. 10—15.

4. Гончарук Е. И., Соколов М. С., Шостак Л. Б. // Гиг. и сан.—1981. —№ П. —С. 13—15.

5. Гончарук Е. И., Шостак Л. Б. и др.//Там же.—1985.— № 12. —С. 13—16.

6. Тарасов М. И., Коротова Л. Г. и др. // Миграция и превращения пестицидов в окружающей среде. — М., 1979. —С. 66—70.

7. Червякова Т. Б. // Гиг. и сан. — 1983. —№ 3. — С. 13— 15.

. - у, - • •

8. Штанников Е. В., Елисеев Ю. Г.// Там же. — 1980. — № 12.— С. 6—9.

Поступила 13.02.87

УДК 614.776:[546.815/.819 +546.47

П. А. Золотое, О. А. Свинтуховский

щ

ДЕТОКСИКАЦИЯ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ

САМООЧИЩЕНИЯ ПОЧВЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Ростовский медицинский институт

^ TP

В настоящее время загрязнение почвы солями тяжелых металлов, как правило, оценивается по соответствующему иону или химическому элементу. Эти же показатели используются для выявления геохимических и геобиохимических провинций, гигиенической оценки применения ми-кроудобренй.

ПДК свинца, цинка, меди и других солей тяжелых металлов в почве фактически также установлены по количеству ионов или химических элементов. В связи с этим вопрос о том, насколько корректной является такая единица измерения и в какой мере установленные ПДК отражают степень опасности загрязнения почвы тяжелыми металлами, представляет существенный интерес как в теоретическом, так и в практическом плане.

В результате проведенных исследований1 было изучено действие техногенных свинецсодержа-их веществ (ССВ) на микрофлору почвы и установлено влияние почвы на их токсические свой-ства. Установлено, что трансформация ССВ сопровождается снижением количества подвижных форм свинца в образцах чернозема и супесчаной почвы с 90 до 55 % за 2 мес после внесения. Мы предположили, что образование малоподвижных форм свинца обусловлено синтезированием свинецсодержащих соединений какими-то почвенными микроорганизмами.

По данным литературы, наибольшей устойчивостью к солям тяжелых металлов и максимальной способностью к их аккумуляции обладают почвенные грибы.

В наших исследованиях в качестве тест-организма использовались почвенные дрожжи Candida quillermondi, способные превращать углеводороды нефти в белок. Данные микроорганизмы

1 В проведении исследований принимала участие О. В. Пруденко.

используются для промышленного производства кормовых дрожжей или белково-витаминного концентрата (БВК, паприн).

Биотехнологическая система моделирования самоочищения почвы включает несколько этапов исследований. Первоначально в опыте in vitro определяется вид микроорганизма, наиболее устойчивого к воздействию той или иной соли тяжелых металлов. Затем устанавливается пороговая концентрация соли в питательной среде. Опыты с Candida quillermondi проводятся в жидких парафинах при выращивании культуры в течение 48 ч на качалках при температуре 34 °С. Критерием порогового эффекта служит оптимальный рост культуры, контролируемый по оптической плотности (концентрации) биомассы, относительному количеству мертвых дрожжевых клеток и по выходу абсолютно сухого вещества (АСВ). В эксперименте по моделированию почвенной биотрансформации загрязнителя проводится отработка технологических параметров культивирования микроорганизмов на стендовом ферментере при концентрации загрязнителя в питательной среде, близкой к пороговой, обеспечивающей при нормальном росте культуры максимальное накопление клетками микроорганизма испытуемого загрязнителя.

Для оценки идентичности технологических параметров основного и контрольного культивирования через каждые 3 ч определяются концентрация биомассы, выход АСВ, 3 раза в сутки — морфологические показатели состояния культуры и 1 раз в сутки — концентрация загрязнителя. Концентрация и объем ферментера (от 30 до

200 л) определяются видом микроорганизма.

На заключительном этапе моделирования процесса самоочищения почвы предусматривается получение продукта микробиологического синтеза — дрожжевого белка Candida quillermondi с