Нормирование антропогенного влияния на почвенно-растительные системы

НОРМИРОВАНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ Кузьмин О.Н.

загрязнение почвенный раствор марганец кадмий Одной из актуальных задач экологии является нормирование антропогенного влияния на почвенно-растительные системы. Одним из подходов базируется на математическом моделировании почвенно-растительных систем. В качестве базовой примем модель разработанную в работах Ефремова И. В. и соавт. Концентрации загрязнителей в модели определяются как:

;

;

. (1)

В уравнении 1 знаменатель является показателем взаимодействия в системе почва-растение (I). Этот показатель зависит от физико-химических свойств почв и растений.

(2)

Преобразуем выражение (2) таким образом, чтобы дифференциальный показатель зависел от двух переменных (л1, л2). Для этого выразим л3 через л1 и л2.

Зная, что:

(3)

(4)

. (5)

Выразим из выражения (5) СП:

(6)

И из выражения (6) — Сн:

(7)

Подставим формулы 7 и 6 в 5. Получим:

(8)

Подставив выражение (8) в (2), получим:

(9)

Таким образом, мы выразили дифференциальный показатель через две переменные.

Аналогично можно представить дифференциальный показатель как функцию от л1 и л3; л2 и л3.

(10)

Рассмотрим частные случаи интегральной функции при различных интенсивностях перехода веществ:

1. Если л1 >> 1, л2 >> 1, тогда

то уравнение (10) примет следующий вид:

(11)

2. Если 0 < л1 << 1, 0 < л2 << 1, тогда, в этом случае уравнение (10) будет выглядеть следующим образом:

(12)

3. Если л1 >> 1, 0 < л2 << 1, то, дифференциальный показатель будет рассчитываться следующим образом:

(13)

И наоборот, если л2 >> 1, 0 < л1 << 1, то, выражение (10) будет иметь следующий вид:

(14)

Сформулируем задачу следующим образом: определить допустимое загрязнение почвенно-растительных систем С0, при котором в компонентах среды (почве, надземной части растений, корневой системе) сформируется предельно-допустимая концентрация тяжелых металлов.

Согласно модели, концентрации загрязняющих веществ в компонентах почвенно-растительной системы можно определить из соотношений

;; .(15)

где Сн, Ск, Сп — концентрация загрязнений в надземной части растений, корневой и почве;

Со — выпавшее исходное загрязнение.

Преобразуем систему к следующему виду

(16)

Подставив в уравнение вместо Сн, Сп значение ПДК для растений и почвы по конкретному загрязнению, получим

(17)

Используя полученное соотношение можно определить допустимую концентрацию исходного загрязнения, выпадение на почву которого может привести к созданию предельно-допустимых концентраций в растении или почве. В таблицах 1, 2 приведены результаты расчетов допустимых выпадений на почву, при которых в почве создается предельно-допустимая концентрация (расчеты выполнены для каждого металла в отдельности). Показаны концентрации тяжелых металлов в выпадениях, характерных для исследованных территориях.

Таблица 1 — Допустимое содержание марганца в почвенном растворе мг/л

Таблица 2 — Допустимое содержание кадмия в почвенном растворе мг/л

Данный подход позволяет прогнозировать воздействие промышленных предприятий и транспорта на природные системы путем расчета на этапе проектирования допустимой нагрузки на почвенно-растительные системы.