Нормирование антропогенного влияния на почвенно-растительные системы

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 (λ1, λ2). Для этого выразим λ3 через λ1 и λ2.

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 λ1 и λ3; λ2 и λ3.

 (10)

Рассмотрим частные случаи интегральной функции  при различных интенсивностях перехода веществ:

1. Если λ1 >> 1, λ2 >> 1, тогда

то уравнение (10) примет следующий вид:

 (11)

2. Если 0 < λ1 << 1, 0 < λ2 << 1, тогда , в этом случае уравнение (10) будет выглядеть следующим образом:

 (12)

.        Если λ1 >> 1, 0 < λ2 << 1, то , дифференциальный показатель будет рассчитываться следующим образом:

 (13)

И наоборот, если λ2 >> 1, 0 < λ1 << 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