Оценка величины влажных атмосферных выпадений биогенных элементов в бассейне Средней и Нижней Волги Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10077

Е.А. МИНАКОВА1, А.П. ШЛЫЧКОВ2

1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия

2 Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, г. Казань, Россия

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ВЛАЖНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ВЫПАДЕНИЙ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БАССЕЙНЕ СРЕДНЕЙ И НИЖНЕЙ ВОЛГИ

Куйбышевское водохранилище - водоем многоцелевого назначения, осуществляет сезонное регулирование стока р. Волги. Водохранилище используется в интересах целого ряда отраслей экономики: промышленность и энергетика, питьевое и хозяйственно-бытовое водоснабжение, здравоохранение, сельское, рыбное, лесное и охотничье хозяйство, добыча полезных ископаемых, транспорт, рекреация, строительство, пожарная безопасность и т.д.

В последние годы темпы заиления и «цветения» вод Куйбышевского водохранилища, вызванные процессами эфтрофикации, многократно увеличились. Основной движущей силой процессов эвтрофикации водоемов являются биогенные элементы (соединения азота, фосфора) (Науменко, 2007). Эти элементы являются важнейшими компонентами природных вод, которые определяют биологическую продуктивность. Избыточное количество этих биогенных элементов запускает процессы интенсивного роста водной растительности и ухудшение качества воды.

Эффективное управление водными объектами невозможно без количественной оценки внешней биогенной нагрузки на водосбор от точечных и диффузных источников (внесение органических и минеральных удобрений, поверхностный сток, животноводческие комплексы, выпадение из атмосферы и т.д.) (Novotny, 1988; Латыпова и др., 2005; Кондратьев, 2007; Фрумин, 2015). Знание антропогенных источников эвтрофирующих веществ и количественная оценка их поступления в водотоки и водоемы открыли бы новые, более широкие возможности прогноза эвтрофирования и управления водными экосистемами (Фрумин, Тимофеева, 2014).

Оценка влажных выпадений биогенных элементов (азота и фосфора) в бассейне Куйбышевского водохранилица является чрезвычайно актуальной задачей. Естественными факторами поступления азота в атмосферу являются: почвенная эмиссия оксидов азота, грозовые разряды, горение биомассы, прочие источники естественных выбросов оксидов азота (окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота и.т.д.). Основными источниками поступления фосфора в атмосферный воздух являются эоловая эрозия почвенного покрова, торфяные и лесные пожары. Другие источники дают не более 1% общего поступления фосфора (Савенко, Савенко, 2007). Кроме того, концентрация фосфора в атмосфере, главным образом, зависит от запыленности воздуха (Graham, Duce, 1982).

Загрязнение атмосферного воздуха соединениями азота обусловлено сжиганием углеводородного сырья объектами энергетики и мобильными источниками выбросов. В то же время оксиды азота являются предшественниками нитрат-ионов во влажных атмосферных выпадениях. Существенный вклад в загрязнение атмосферного воздуха соединениями азота вносят также объекты экономики, производящие некоторые виды удобрений, красителей и кислот. По данным Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, основная масса азота из атмосферы на подстилающую поверхность земли поступает в виде аммонийных солей (Свистов и др., 2007).

© 2019 Минакова Елена Анатольевна, [email protected]; Шлычков Анатолий Петрович

В продолжение ранее начатых исследований (Латыпова и др., 2001; Минакова, 2004; Минакова и др., 2004; Валетдинов и др., 2008; Мтакоуа й а1., 2014) целью данной работы является оценка величины влажных атмосферных выпадений соединений азота и фосфора в бассейне Средней и Нижней Волги в современный период (за исключением Волгоградской и Астраханской областей).

В качестве исходных данных использованы материалы Федеральных государственных учреждений Росгидромета (ФГБУ Росгидромета), расположенных в бассейне Средней и Нижней Волги за период 2011-2015 гг.

Величина влажных выпадений соединений азота рассчитывались с использованием рекомендаций приведенных в работе П.Ф. Свистова с соавт. (2007).

Программой мониторинга Росгидромета не предусмотрено проведение регулярных наблюдений за содержанием фосфат-ионов в атмосферных осадках, поэтому оценка удельной массы соединений фосфора поступающих с влажными выпадениями в бассейне Средней и Нижней Волги выполнена с использованием зависимости между соединениями азота и фосфора (Савенко, Савенко, 2007).

Величина модуля влажных атмосферных выпадений биогенных элементов на территории ряда регионов Российской Федерации [по данным собственных расчетов и данным, приведенным в (Хрисанов, Осипов, 1993)] приведены в таблице.

Таблица. Величина модуля влажных атмосферных выпадений биогенных элементов на территории некоторых регионов Российской Федерации

Субъект Модули атмосферных выпадений биогенных элементов, т км-2 год -1

Российской Федерации Соединения Соединения

фосфора азота

Ленинградская область (Хрисанов, Осипов, 1993) 0,014 0,66

Московская область 0,038 0,95

(Хрисанов, Осипов, 1993)

Нижегородская область 0,015 0,47

Кировская область 0,038 0,91

Республика Марий Эл 0,044 0,99

Республика Татарстан 0,025 0,67

Республика Мордовия 0,034 0,83

Пензенская область 0,036 0,87

Республика Башкортостан 0,032 0,80

Саратовская область 0,017 0,53

Самарская область 0,018 0,54

Оренбургская область 0,012 0,37

Бассейн Средней и Нижней Волги 0,027 0,70

Анализ таблицы показывает, что наблюдается хорошая сходимость значений модуля атмосферных выпадений соединений азота и фосфора в бассейне Средней и Нижней Волги с полученными ранее результатами других авторов (Хрисанов, Осипов, 1993).

Максимальные значения модулей влажных атмосферных выпадений биогенных элементов отмечены в республике Мари Эл (соединения азота 0,99 т N км-2 год-1 и соединения фосфора 0,044 т Р км-2 год-1). Минимальное значение зарегистрировано в Оренбургской области (соединения азота 0,37 т N км-2 год-1 и соединения фосфора 0,012 т Р км-2 год-1).

Среднее значение модуля влажных выпадений соединений азота и фосфора в

бассейне Средней и Нижней Волги за период наблюдений составляло 0,70 т N км-2 год-1 2 1

и 0,027 т Р км год , соответственно. Выводы

Выявлены основные особенности пространственного распределения влажных атмосферных выпадений соединений азота и фосфора в бассейне Средней и Нижней Волги.

Средние значения модуля влажных выпадений соединений азота и фосфора в бассейне Средней и Нижней Волги за период наблюдений 2011-2015 гг. составили 0,70 т N км-2 год -1 и 0,027 т Р км-2 год -1

Максимальные значения соединений азота и фосфора (1,1т N км-2 год-1 и 0,05 т Р км-2 год-1) зарегистрированы на метеостанции «Тетюши» ФГБУ «УГМС Республики Татарстан», а минимальные (0,4 т N км-2 год-1 и 0,01 т Р км-2 год-1) на метеостанции Оренбург ФГБУ «Приволжское УГМС».

Учитывая определяющую роль соединений фосфора в эфтрофикации водоемов и водотоков, целесообразно организовать проведение систематических наблюдений за содержанием этого элемента в атмосферных осадках в системе Росгидромета на территории Российской Федерации.

Список литературы

Валетдинов А.Р., Валетдинов Р.К., Валетдинов Ф.Р., Горшкова А.Т., Фридланд С.В., Шлычков А.П. Нормирование интенсивности загрязнения снежного покрова химическими элементами (на примере Республики Татарстан и ее крупных промышленных центров) // Безопасность жизнедеятельности. 2008. № 10. С. 16-20.

Кондратьев С.А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. СПб.: Наука, 2007. 253 с.

Латыпова В.З., Яковлева О.Г., Минакова Е.А., Семанов Д.А. Роль метеорологических факторов в загрязнении малых рек // Экологическая химия. 2001. № 10 (2). С. 115-123.

Латыпова В.З., Селивановская С.Ю., Степанова Н.Ю., Минакова Е.А. Развитие биогеохимических подходов к экологическому нормированию химической нагрузки на природные среды // Учен. зап. Казанск. гос. ун-та. 2005. Т. 147, кн. 1. С. 159-170.

Минакова Е.А. Учет метеорологических факторов в управлении качеством поверхностных вод (на примере рек Казанка, Свияга, Степной Зай): дисс.... канд. географич. наук: 25.00.36. СПб., 2004. 147 с.

Минакова Е.А., Латыпова В.3., Степанова Н.Ю. Экологическое нормирование антропогенных нагрузок на водные экосистемы // Экологический консалтинг. 2004. № 4 (16). С. 3-10.

Науменко М.А. Эвтрофирование озер и водохранилищ. Уч. пос. СПб., 2007. 100 с.

Савенко В.С., Савенко А.В. Геохимия фосфора в глобальном гидрологическом цикле. М.: ГЕОС, 2007. 248 с.

Свистов П.Ф., Першина Н.А., Полищук А.И. Фоновый уровень ионного состава атмосферных осадков // Обзор загрязнения природной среды в Российской Федерации за 2006 гг. М.: Росгидромет, 2007. С. 41-43.

Фрумин Г.Т. Выпадение биогенных элементов с атмосферными осадками на акватории трансграничного Псковско-Чудского озерного комплекса // Общество. Среда. Развитие. 2015. № 03 (36). СПб.: Центр научно-информационных технологий «Астерион». С. 175-178.

Фрумин Г.Т., Тимофеева Л.А. Трансграничные водные объекты и водосборы России: проблемы и пути решения // Биосфера. 2014. Т. 6, № 1. С. 118133.

Хрисанов Н.И., Осипов Г.К. Управление эвтрофированием водоемов. СПб.:

Гидрометеоиздат, 1993. 278 с.

Graham W.F., Duce R.A. The atmospheric transport of phosphorus to the western North Atlantic // Atmosph. Environ. 1982. Vol. 16, № 5. Pp. 10891097.

Minakovа E.A., Shlychkov A.P., Latypovа V.Z. Studying of processes of formation of quality of surface water in modern conditions of climate change // 14th SGEM GeoConference on Ecology, Economics, Education And Legislation, SGEM 2014 Conference Proceedings, Albena, Bulgaria. Vol. 2. Sofia, 2014. Pp. 641-648.

Novotny V. Diffuse (non-point) pollution - a political, institutional, and fiscal problem // J. Walter Pollut. Countr. Fed. 1988. Vol. 69, No. 8. Pp. 14041413.