Загрязнение водных объектов пестицидами 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Загрязнение водных объектов пестицидами



В России издается ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КАТАЛОГ ПЕСТИЦИДОВ И АГРОХИМИКАТОВ, РАЗРЕШЕННЫХ К ПРИМЕНЕНИЮ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ где отражены основные требования к использованию пестицидов включая указания об опасности при попадании в водоемы.

Каталог включает следующие группы: Инсектициды и акарициды, Нематициды, Родентициды, Моллюскоциды, Репелленты, Феромоны, Фунгициды, Гербициды, Десиканты, Регуляторы роста растений. Агрохимикаты: Удобрения минеральные, в том числе комплексные (NPK), с добавлением микроэлементов (NPK+микроэлементы), органо-минеральные, органо-минеральные + микроэлементы, Удобрения органические, Микробиологические удобрения. А также ряд приложений:

Ограничения по применению пестицидов в коммунальном хозяйстве

Классы опасности пестицидов для пчел и соответствующие
экологические регламенты их применения

Биотехнические средства

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Эвтрофикация водоемов

Одним из серьёзных нарушений окружающей среды следует считать загрязнение природных вод. Выделяют особый вид ухудшения качества природных вод - эвтрофикацию водоемов. Эвтрофирование озер и водохранилищ в настоящее время приобрело глобальный характер. Оно не только приводит к ухудшению ряда показателей качества воды, а при очень высоких уровнях трофии создает опасность токсических эффектов, но и вызывает перестройку всей экосистемы водоема, воздействуя на состав и структуру биологических веществ.

Эвтрофикация вод — повышение биологической продуктивности водных объектов, в первую очередь малых рек и водохранилищ на них, в результате накопления в воде биогенных веществ (азота и фосфора) под воздействием антропогенных или естественных факторов.

Выделяют естественное и антропогенное эвтрофирование водоемов. Общепринято, в настоящее время, что антропогенное эвтрофирование тождественно естественному эвтрофированию и различия только в масштабах времени развития этого процесса.

Естественное эвтрофирование характеризуется тем, что это длительный процесс. Данный процесс определяется действием таких абиотических факторов как интенсивность солнечной радиации, изменение климатических условий (зональные и сезонные различия величины и характера атмосферных осадков, колебание температуры, воздействие ветра), величина водного стока, зональное различие в гидрохимическом стоке (общая минерализация воды, различное содержание химических ингредиентов); а также действием биотических факторов, т.е. биологическими процессами в водоеме.

Антропогенное эвтрофирование характеризуется тем, что это процесс очень
быстрый. Данный процесс определяется сбросом в водоёмы бытовых и
промышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений,
пестицидов и ядохимикатов, окультирование земель на площади водосбора и
побережья водоемов, регулированием режимов работы гидросооружений, рекреационным использованием водоемов.

При дефиците растворенного кислорода разложение органических соединений протекает за счет кислорода, связанного в неорганические анионы (нитраты, сульфаты и т.д.). На первой стадии окисление органики происходит за счет кислорода нитратов (денитрофикация) по схемам:

 

(CH2O)n(NH3)m →HNO3 CO2 + H2O + N2 + NH3 ,

 

NH3 HNO3 H2O + N2.

После того, как кислород и нитраты израсходованы, в нормальный кислородный цикл включается сера по схеме:

(CH2O)n(NH3)m → SO42- CO2 + H2O + H2S + NH3

Потребность в кислороде удовлетворяется за счет сульфат-ионов, образовавшихся по схеме:

CO2 + H2O + H2S = H2SO4.

Такие продукты реакций, как CO2, H2S, и NH3 (NH4+), являются индикаторными химическими соединениями. Окисленные формы: нитраты, нитриты, сульфаты расходуются на окисление и, поэтому, в полисапробных водах отсутствуют.

Анионы и катионы элементов с переменной степенью окисления, которые не принимают непосредственного участия в биохимических процессах, протекающих в полисапробной зоне, вследствие низкого окислительного потенциала среды, присутствуют в восстановительных формах. Например, железо присутствует в виде Fе2+ значительные количества ионов в восстановительной форме и полуразложившихся органических соединений обуславливают высокие значения окисляемости, а также СО2 и БПК, соответственно.

Наряду с восстановительными процессами протекают окислительные процессы минерализации органического вещества с участием кислорода нитратов и растворенного кислорода.

Одним из продуктов окисления органического вещества нитрат-ионами является аммиак. В присутствии кислорода происходит окисление части аммиака до нитрит-ионов:

Nitrosomonas

2NH3 + 3O2 = 2H+ + 2NO2- + 2H2O.

Процесс осуществляется при помощи автотрофных бактерий Nitrosomonas. Дальнейшее окисление нитритов до нитратов в мезосапробной зоне не происходит из-за достаточно высокого окислительного потенциала. Из рассмотренных выше химических равновесий следует, что для химического состава воды мезосапробной зоны характерно присутствие некоторого количества аммиака (восстановленная форма азота), окисленные формы азота представлены нитрит- ионами; сероводород обычно отсутствует, так как сульфат-ион не участвует в окислительных процессах. Концентрация СО2, БПК и окисляемость снижаются. Окислительные процессы в большей степени развиваются в в-мезосапробной зоне, прилегающей к зоне чистой воды. а-мезосапробные воды характеризуются некоторым самоочищением. В них наряду с восстановительными процессами развиваются процессы окисления за счет кислорода, выделяемого хлорофилсодержащими организмами. Поэтому, химический состав вод характеризуется наличием небольшого содержания кислорода и наличием слабоокисленных азотистых соединений, таких как аммиак и аминокислоты. Восстановительные процессы развиваются в а-мезосапробной зоне, граничащей с полисапробной зоной. В а-мезосапробных водах доминируют окислительные процессы. Характерным признаком является наличие всех трех форм минерализации белка. Это аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Минерализация органики происходит за счет аэробного окисления.

Существует несколько критериев, по которым определяют уровень трофности водоемов. Агентство по охране окружающей среды США в 1972 году приняло следующие критерии для характеристики процесса эвтрофирования водоемов:

1. уменьшение концентрации растворенного кислорода в гиполимнионе;

2. увеличение концентрации биогенных веществ;

3. увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического вещества;

4. последовательная схема популяцией водорослей с преобладанием сине-зеленых или зеленых водорослей;

5. уменьшение проникновения света (или увеличение мутности водной (среды);

6. увеличение концентрации фосфора (P) в донных отложениях.

Для эвтрофных водохранилищ, как и для озер, характерным является массовое развитие водорослей (цветение водоёма).Это явление можно рассматривать как новый фактор самозагрязнения водоёма. При цветении преобладает один или два вида микроорганизмов. Цветение длится некоторое время, а затем пропадает. Естественное эвтрофирование протекает в течение геологических периодов, но антропогенное увеличение содержания фосфора (Р) и азоте (N) к ускорению естественных процессов старения водоемов, т. е. происходит искусственное эвтрофирование

К основным антропогенные источникам фосфора можно отнести смыв фосфорсодержащих удобрений с полей и других сельскохозяйственных угодий и бытовые сточные воды (50% - конечных продуктов обмена человеческого организма, 50% - полифосфаты, входящие в состав детергентов).

К основным антропогенные источникам азота можно отнести экскременты животных и человека, которые примерно наполовину состоят из нитратов (NO3-), удобрения, которые смываются с сельскохозяйственных полей или пригородных лужаек во время сильных дождей, также содержат большое количество нитратов (NO3 -). ВОЗ рекомендует ПДК для умеренных широт 22 мг/л.

Критериями оценки качества является любая совокупность количественных показателей, характеризующих свойства изучаемых объектов и используемых для их классифицирования или ранжирования. Оценка качества пресноводных водоемов осуществляется по трем основным аспектам, включающим следующие комплексы показателей:

  • факторы, связанные с физико-географическим и гидрологическим описанием водоема, как целостного природного или водохозяйственного объекта;
  • контролируемые показатели состава и свойств водной среды, дающие формализованную оценку качества воды и ее соответствия действующим нормативам;
  • совокупность критериев, оценивающих специфику структурно-функциональной организации сообществ гидробионтов и динамику развития водных биоценозов.

Гидрографическое описание водоема включает в себя большое количество показателей, оценивающих место расположения, ландшафтные, природно-климатические и геолого-морфологические особенности, топологию русла или котловины днища, гидродинамику водных и ветровых потоков, характеристику водоохранной зоны, эстетическое восприятие, стадии рекреационной дигрессии, условия и интенсивность поступления в водоем загрязняющих веществ от точечных и распределенных источников, схему и условия водопользования и др. и регламентируются государственными стандартами [ГОСТ 17.1.1.02-77, ГОСТ 17.1.5.02-80 и ГОСТ 17.1.1.03-86].

Критерии качества воды“характеристики состава и свойств воды, определяющие пригодность ее для конкретных видов водопользования” [ГОСТ 17.1.1.01-77]. Современное понимание нормативов качества окружающей среды связывается также с “обеспечением устойчивого функционирования естественных экологических систем и предотвращением их деградации” [Федеральный закон.., 2002, статьи 25-26;]. Качество воды является главенствующим фактором абиотической среды, определяющим устойчивость развития и степень деградации отдельных гидробиологических компонентов экологической системы.

Химический состав воды является основанием для большого количества различных систем классификации водоемов, в основном читывающих степень минерализации и соленость. Так, в соответствии с ГОСТ 13273-73 "Воды минеральные, питьевые лечебные и лечебно-столовые", водоемы с содержанием природных солей до 1 г/л относят к пресным водам, от 2 до 5 г/л – к минерализованным, а от 10 до 35 г/л – к высокоминерализованным. Согласно ранее приведенй классификации Алекина, все природные воды подразделяются на пресные (соленость до 0,5°/00), миксогалинные, или солоноватые (0,5–30°/00), олигогалинные (0,5–4°/00), мезогалинные (5–18°/00), полигалинные (18–30°/00), эугалинные или морские (30–40°/00), гипергалинные или пересоленные (более 40°/00). Существует ряд систем классификации природных вод по преобладанию в ионном составе вод одного или нескольких компонентов: классификация С.А. Щукарева [1934] основана на делении вод по шести главным ионам (Na+, Mg2+, Cl-, Са2+, SO42-, HCO3-), причем с использованием всех возможных комбинаций трех катионов с тремя анионами можно получить 49 классов природных вод. Однако, перечисленные подходы к типизации воды отражают чисто гидрохимические аспекты и не учитывают влияния факторов минерального состава на биоту экосистем.

При определении степени экологического неблагополучия водоемов оценивается два основных фактора:

  • опасное для здоровья людей снижение качества питьевой воды и санитарно-эпидемиологического загрязнения водных объектов (т.е. фактор изменения среды обитания человека);
  • создание угрозы деградации, воспроизводства основных биотических компонентов экологических систем водоемов (фактор изменения природной среды).

Одним из важных понятий в токсикологии и медико-биологическом нормировании является понятие “ вредного вещества ” оно основано на знании негативных эффектов, являющихся результатом биохимического воздействия разнообразных факторов на отдельные рецепторы и в целом на живые организмы.

Новое направление биологии-ксенобиология рассматривает все вещества воздействующие на организм сверх оптимальных концентраций как чужеродные.

Определение порога критического действия

Установление нормативов качества окружающей среды основывается на концепции критичности (пороговости) воздействий. Порог вредного действия – это минимальная доза вещества, при воздействии которой в биореципиенте возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций. Т.е. пороговая доза вещества или критическое воздействие вызывает в биологическом объекте отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатических механизмов.

Оценка величины критического воздействия в реальных условиях экотоксикологического нормирования связана с целым рядом методологических проблем, часть из которых приведена ниже.

1. Химическое загрязнение, как объект изучения представляет собой нестационарный динамический ряд, т.е. вариационную последовательность разовых концентраций, характеризующую изменение уровней воздействия во времени и в пространстве. Например, экспериментальные данные по трансформации большинства ксенобиотиков в природных водах свидетельствует о том, что деструкция загрязнений в малых концентрациях подчиняется чаще всего кинетике реакций первого порядка и аппроксимируется ниспадающей экспоненциальной кривой [Каплин, 1973].

2. Сам порог вредного действия Е представляет собой величину, дифференцированную по времени экспозиции ксенобиотика [Рашевски, 1966; Проблема пороговости.., 1979; Соловьев с соавт., 1980; Васюкович, 1983]. Например, Б.М. Штабский [1986] приводит одну из возможных простейших зависимостей времени t наступления эффекта (при E = const) от уровня концентрации или дозы С вещества в виде:

lg t = - k lg C + lg a,

где k и a – коэффициенты уравнения регрессии. В общем случае, при t нижним пределом эффективных концентраций (доз) является порог хронического действия Limch, т.е. предполагается, что уровни воздействия ниже Limch вообще не вызывают изменений, поддающихся регистрации, безотносительно к длительности воздействия вещества. При t 0 концентрация С определяет порог однократного (острого) действия Lim0, который, как правило, превышает Limch. Последовательность изоэффективных концентраций между Lim0 и Limch представляет собой набор критических нагрузок при суточной, недельной, месячной и иной экспозиции воздействия.

3. В широком диапазоне сверхпороговых воздействий развитие во времени процесса патологических изменений имеет нестационарный фазовый характер, так что уравнение может служить адекватной моделью только в пределах первой доадаптационной фазы. Через некоторое время организм или экосистема вступает в стадию компенсации, которая может поддерживаться неограниченно долго. В течение данной фазы, ранее выявленные патологические сдвиги либо вовсе исчезают ("истинная адаптация"), либо накапливаются на подпороговом уровне [Пиотровски, 1976], в результате чего возможен бифуркационный взрыв. Например, при некотором достаточно высоком уровне концентраций биогенных веществ в биоценозах развиваются процессы эвтрофикации, конечный результат которых не всегда бывает однозначным.

4. Разница между порогами однократного и хронического действия (Lim0 - Limch) отражает сложный процесс материальной и функциональной кумуляции, зависящий от многих факторов: вида воздействия, динамики изменения возмущений, природы реципиента и проч. [Лазарев, 1938; Рашевски, 1966; Покровский, 1979, Новиков, Фурсова, 1987]. В простейшем варианте количественная оценка эффекта кумуляции может быть выполнена с использованием приближенных индексов [Lim et al., 1961; Каган, Станкевич, 1964; Штабский, Каган, 1974; Гелашвили с соавт., 1998]. В более общем плане интенсивность накопления негативных функциональных изменений в условиях нестационарных воздействий определяется кинетикой двух конкурирующих процессов: скоростью развития патологических эффектов и скоростью восстановительной адаптации организма или экосистемы [Тихонов, Шитиков, 1984а, 1987; Штабский, 1986; Новиков с соавт., 2001].

Оценку величины порогового воздействия выполняют, как правило, с использованием традиционных методов математической статистики [Саноцкий, Уланова, 1975; Каган, 1978], для чего сравнивают между собой параметры распределения показателей отклика, измеренные при различных уровнях воздействия (в том числе, на контрольных объектах с нулевым ксенобиотическим фактором). Если установлено математическое ожидание M для генеральной совокупности регистрируемого показателя, то по t - распределению Стьюдента можно косвенно судить о вероятности с которой анализируемая выборка, имеющая эмпирическую оценку Мэ, будет принадлежать к множеству, характеризуемому параметром M. На этой основе предлагаются различные конкретные методики и вероятностные шкалы для разных по природе откликов — показателей организма или экосистемы, характеризующих эффект действия ксенобиотика по полученной в эксперименте аналоговой или частотной величине Мэ.

Общую зависимость величины отклика от уровней воздействия характеризует S -образная кривая, точки перелома которой указывают на резкие качественные изменения, а линейный участок – описывает нормальное функционирование адаптационных систем. В разных диапазонах варьирования фактора информативны различные показатели. Наборам кривых, представляющих разные показатели жизнедеятельности, можно поставить в соответствие сводную S -образную кривую зависимости доза-эффект, вершина которой соответствует смерти. На этой кривой можно выделить 3 точки, соответствующие начальному проявлению негативного фактора (А), минимальному физиологическому нарушению, которое предшествует стрессовым изменениям (В), максимальным уровням воздействия, при которых реакции не отклоняются от нормы (С). Допустимые уровни воздействия, по мнению Т. Хэтча, устанавливали в бывшем СССР по точке С (начальные отклонения от нормы), а в США — по точке В (начальные проявления патологии).

Понятие предельно допустимой концентрации

Предельно допустимая концентрация (ПДК)“максимальное количество вредного вещества в единице объёма (воздуха, воды или др. жидкостей) или веса (например, пищевых продуктов), которое при ежедневном воздействии в течение неограниченно продолжительного времени не вызывает в организме каких-либо патологических отклонений, а также неблагоприятных наследственных изменений у потомства. Для установления ПДК используют расчётные методы, результаты биологических экспериментов, а также материалы динамических наблюдений за состоянием здоровья лиц, подвергшихся воздействию вредных веществ”. Основой для обоснования ПДК является некоторое множество n порогов хронического действия Limch , оцененных для различных видов i биологических объектов (подопытные животные, рыбы, зеленые насаждения) и разных путей транспортировки вещества к рецепторам живого организма.

В реальных условиях многокомпонентного загрязнения окружающей среды возникает проблема учета различных синергических эффектов: комбинированног о (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления), комплексного (поступления одного вредного вещества в организм различными путями и с различными средами — с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды [Кустов с соавт., 1975; Пинигин, 2001]. ПДК представляют собой принципиально индивидуальные стандарты, регламентирующие изолированное действие нормируемого вредного агента и не предполагающие количественной корректировки в случае совместного присутствия нескольких компонентов. На уровне нормативов представлены достаточно ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном содержании в атмосферном воздухе.

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.

ЛЕКЦИЯ № 3. Атмосфера земли (2 часа).

Цели.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-09-05; просмотров: 438; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.200.23.133 (0.242 с.)