2015-02-24
633
Методика определения. Подготавливают pH-метр или иономер к работе (см. работу №7). Для построения калибровочной кривой используют растворы, полученные последовательным 10-кратным разбавлением исходного стандартного раствора. Для этого пипеткой отбирают 10 мл исходного стандартного раствора, переносят его в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Таким образом, получают градуировочный раствор концентрацией 10-2 моль/л. Отобрав пипеткой 10 мл этого раствора и разбавив его в мерной колбе вместимостью 100 мл, получают калибровочной раствор концентрацией 10-3 моль/л. Таким же образом получают растворы с концентрацией 10-4 и 10-5 моль/л. Отбирают по 20 мл каждого раствора в стаканчик вместимостью 50 мл, опускают электроды, нажимают кнопку «mV» выбора рода работ и измеряют э.д.с. (в милливольтах, мВ), соответствующую концентрации каждого из пяти градуировочных растворов с концентрациями 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 и 10-5 моль/л. Результаты ионометрических определений используют для построения градуировочного графика в координатах: э.д.с.(мВ)= f(рNO3-). Для определения концентрации нитрат-ионов в исследуемой воде взятую пробу предварительно фильтруют, отбирают 20 мл и переносят в стаканчик на 50 мл, погружают электроды и измеряют значение э.д.с в мВ с точностью до 0,01 мВ. Далее по градуировочному графику находят концентрацию нитрат-ионов в исследуемой пробе природной воды.
Контрольные вопросы:
1. Источники поступления азота в природные воды.
2. Влияние азота на качество природных вод.
3. Воздействие нитратов на здоровье человека.
4. Пдк по содержанию нитратов в природных водах.
Литература:
Основная
1. Левшаков Л.В., Ачкасов А.Л.Химия окружающей среды: Уч. пособие Изд-во Курской ГСХА, 2008. 80 с.
2. Голдовская Л. Ф. Химия окружающей среды: учебник для ВУЗов. Изд Бином, Лаборатория Мир, 2008. 296 с.
Дополнительная
1. Клинский Г. Д., Князев Д.А., Смарыгин С.Н., Бочкарев А.В., Дайдакова И.В. Лабораторный практикум по химии окружающей среды. М., Изд. МСХА, 2000.
2. Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы. М.: Мир, 1993.
Интернет-ресурсы:
1. Лекции – онлайн: https://www.mylect.ru
2. Аква - эксперт: https://www.aquaexpert.ru
3. Сайт о воде: https://vseowode.ru
Лабораторная работа №12
Расчет выноса элементов эвтрофикации с пахотных почв со стоком талых вод в условиях зрозионноопасных агроландшафтов
Цель работы: Изучить методики расчета выноса элементов эвтрофикации со стоком талых вод с пахотных почв в условиях зрозионноопасных агроландшафтов как возможный подход к экологической экспертизе систем земледелия в этих условиях.
На лабораторном занятии формируются знания:
- о проблемах эрозии в лесостепной зоне;
- о выносе элементов с твёрдым и жидким стоком;
- о влиянии с.-х. производства на вынос элементов эвтрофикации;
умения:
- определять факторы, влияющие на вынос элементов эвтрофикации;
- рассчитывать количество элементов, выносимых с жидким и твёрдым стоком;;
- прогнозировать последствия пригодность воды элементов эвтрофикации на агроландшафты
Материально-техническое обеспечение: нормативно-справочная информация, карты землепользования хозяйств, агрохимические паспорта полей (участков).
Глоссарий: эрозия почв, эвтрофикация, жидкий сток, твёрдый сток, элементы эвтрофикации, факторы эвтрофикации.
Ход работы:
I. Изучить общие положения методики:
II. Изучите примеры проведения расчётов.
III. Решите задачу под номером, соответствующим номеру вашего варианта.
Общие положения:
Одним из определяющих требований современных систем земледелия является их природозащитный характер. Это значит, что все элементы системы земледелия, действующих во взаимосвязи (система удобрения, система обработки почвы, система севооборотов и др.) не должны оказывать негативного воздействии на окружающую среду
В процессе сельскохозяйственного использования почв, расположенных в условиях зрозионноопасных агроландшафтов, наиболее вероятным источником загрязнения окружающей среды, прежде всего близлежащих водоёмов, является такой элемент системы земледелия, как система удобрения. Интенсивное применение удобрений, жидких отходов животноводства, может приводить к загрязнению дождевого стока, стока и смыва талых вод азотом и фосфором, которые могут находиться там в значительном количестве, как в форме ионов в составе жидкого стока (прежде всего NH4, N03, Н3Р04 так и в других формах в составе взвешенных частиц (твердый сток). Эти элементы, как уже отмечалось ранее, при поступлении в водоем в значительных количествах способны ускорить его звтрофикацию, поэтому далее в работе их обозначим как элементы эвтрофикации (ЭФ). Попадая в гидрографическую сеть, ЭФ загрязняют не только поверхностные, но и грунтовые воды. Соединения азота (нитраты, нитриты, попадающие в водоемы с талой водой, способны также вызывать отравление людей и животных.
Количество ЭФ, поступающее в поверхностные воды с сельскохозяйственных угодий зависит как от природных, так и от антропогенных факторов. К числу природных факторов относится климат ландшафтные условия расположения производственного участка (крутизна склона, экспозиция), подстилающие породы, свойства почвы. К управляемым антропогенным факторам, прежде всего следует отнести принятую на данном участке систему земледелия, особенно такие её элементы как севооборот, система обработок и система удобрения.
Регулируя элементы системы земледелия, можно существенно уменьшить потери с полей всех биогенных элементов. Из таблиц 1 - 5 следует, что снижению ЭФ в стоке и смыве способствуют: посадка многолетних трав, использование почвозащитных обработок (обычная безотвальная обработка, плоскорезная обработка, вспашка с почвоуглублением, обваловывание зяби, посадка лесополос. Существенным фактором снижения поступления ЭФ в водоёмы является уменьшение доз минеральных удобрений и строительство гидротехнических сооружений например, валов-террас, снижающих поступление ЭФ в десятки раз. Наоборот, значительно увеличивают поступление ЭФ е сток и смыв поверхностное внесение удобрений пом таломёрзлой почве.
В основе оценки экологической безопасности сельскохозяйственного использования рабочего участка, расположенного в зрозионноопасных условиях лежит сравнение фонового выноса ЭФ с территории участка в их выноса в условиях системы земледелия, принятой на данном участке. Допустимым считается вынос, который не превосходит фоновый более чем на 20%.
Фоновый вынос - это расчетное значение выноса элементов поверхностным стоком для площади пахотных земель без применения удобрений и при поперечной зяблевой вспашке. В этих условиях наблюдается минимальное содержание элементов в поверхностном стоке. Сток с зяби берется среднемноголетний.
При проведении экологической экспертизы системы земледелия на рабочем участке хозяйства или поле севооборота оценивают средний вынос элемента за весь период принятого на нем севооборота.
Определение выноса ЭФ с жидким стоком.
1. Определение выноса ЭФ с жидким стоком (Вж, кг) осуществляется по формуле: Вж = 0,01 • С • WP% • F • КПМ, где:
С - средневзвешенная концентрация биогенного элемента в стоке, мг/л
WP% - слой стока, для условий Курской области среднемноголетний слой стока с зяби принимается равным33 мм, с уплотнённой пашни (озимые, стерня, многолетние травы)- 60 мм;
F - площадь, для которой производится расчет выноса элементов эвтрофикации, га;
КПМ - коэффициент противоэрозионных мероприятий;
0.01 - Коэффициент размерности.
2. Средневзвешенную концентрацию ЭФ в стоке (мг/л) находят по формуле: С = (а • Дп + в•Ду)-Ка,
где: а - параметр растворимости элемента в стоке, кг/л; который показывает изменение концентрации этого элемента в стоке (мг/л), при изменении содержания его в почве на 1 мг/кг; для азота а = 0.144 кг/л, для фосфора а = 0.002 мг/л.
Дп - содержание подвижной формы данного элемента в пахотном слое почвы, мг/кг; как правило данный показатель берут из агрохимических паспортов рабочих участков, полей или севооборотов. Для азота удержание подвижных форм Дп(N) npинимается равным 1% от валового азота, содержащегося в 1 кг почвы пахотного слоя. При отсутствии этой информации можно использовать значение валового содержания азота (Nвал), дифференцированное в зависимости от подтипа почвы (Табл.4).
Определение выноса ЭФ с твердым стоком
Вынос элемента с твёрдым стоком (Втв) ассчитывают по формуле:
Втв= 0,001 • m • MSP% F • КПМ, где:
m - содержание элемента в твердом стоке, мг/кг наносов. При определении потерь валовых форм элементов (азота, фосфора) содержание их в твердом стоке принимается равным содержанию их в пахотном слое почвы, на которой формируется сток. При расчете потерь элементов в хозяйстве содержание валовых форм к почве находят в почвенном очерке, прилагаемом к почвенной карте, имеющейся в хозяйстве. В случае отсутствия этих показателей используется средние содержания валовых форм в зависимости от подтипа почвы из таблицы 4.
MSP% - модуль стока наносов за период весеннего половодья заданной вероятности превышения Р%, т/га. В расчетах можно брать ориентировочный среднемноголетний смыв почвы со склонов, т/га.
F - площадь, для которой производится расчет выноса ЭФ, га;
КПМ • коэффициент противоэрозионных мероприятий (Табл. 1)
0.001 - коэффициент размерности.
1. Коэффициенты уменьшения смыва азота и фосфоре при использовании противоэрозионных
| №п/п | Агротехнические приёмы | коэффициенты | |
| азот | фосфор | ||
| 1. Глубокая вспашка и вспашка с почвоуглублением | 0,6 | 0,6 | |
| 2. Глубокая безотвальная обработка | 0,5 | 0,5 | |
| 3. Безотвальная обработка обычная | 0,5 | 0,4 | |
| 4. Плоскорезная обработка | 0,7 | 0,6 | |
| 5. Обваловывание зяби | 0,8 | 0,6 | |
| Щелевание озимых и многолетних трав | 0,5 | 0,5 |
2. Параметр перехода удобрения в сток
| №п/п | Способы внесения удобрения | Азотных | фосфорных |
| Осенью под вспашку | 0,010 | 0,0013 | |
| Осенью поверхностно | 0,085 | 0,031 | |
| Осенью поверхностно по мёрзлой почве | 0,216 | 0,051 | |
| Весной по тающему снегу | 0,866 | 0,594 |
3. Коэффициенты влияния агротехнического фона на концентрацию азота и фосфора в стоке (Ка)
| №п/п | Агротехнический фон | азот | фосфор |
| Зябь – поперечная вспашка | 1,0 | 1,0 | |
| Плоскорезная обработка | 1,0 | 1,6 | |
| Вспашка с поделкой микрорельефа | 1,3 | 1,1 | |
| Стерня зерновых | 0,6 | 1,8 | |
| Озимые зерновые | 0,7 | 1,1 | |
| Многолетние травы | 0,7 | 1,6 |
4. Среднее валовое содержание гумуса, азота и фосфора в почвах, %
| Почвы | Гумус | Азот | Фосфор |
| Серые лесные | 3,5 | 0,20 | 0,10 |
| Чернозёмы: - оподзоленные | 5,6 | 0,29 | 0,12 |
| выщелоченные | 6,7 | 0,36 | 0,18 |
| типичные | 8,0 | 0,45 | 0,32 |
| обыкновенные | 6,5 | 0,35 | 0,27 |
5. Ориентировочный среднемноголетний смыв почвы со склонов, т/га (по Г. П. Сурмачу)
| Агрофон | Уклон, градусы | Без применения противоэрозионных мероприятий | С применением противоэрозионных мероприятий | ||
| чернозёмы | Серые лесные | чернозёмы | Серые лесные | ||
| зябь | до 1о 1 – 3о более 3о | ||||
| озимые | до 1о 1 – 3о более 3о | ||||
| Мн. травы | до 1о 1 – 3о более 3о |
Задачи для самоконтроля:.
1.Рабочий участок расположен на склоне южной -экспозиции крутизной 2°. Почва участка - чернозем типичный с содержанием гумуса 4% подвижных форм фосфора 100 мг/кг, калия -120 мг/кг,. Оценить возможность вырашнвння на таком участке сахарной свёклы без применения противозрознониых мероприятий, если в системе удобрения для данного участка под сахарную свёклу предусмотрено осеннее внесение минеральных удобрений под вспашку в N220P120K200. Оценку провести по жидкому и твёрдому стоку.
2.Определить фоновый вынес азота и фосфора с жидким и твердым стоком на рабочем участке площадью 120 га. Почва участка - серая лесная с содержанием валовых форм азота 0.25% и подвижных форм фосфора -150 мг/кг. Участок расположен на склоне крутизной 4*
3.Определить экологически безопасные дозы азотных и фосфорных
удобрений под озимую пшеницу на рабочем участке, расположенном на склоне северо-восточной экспозиции крутизной 5°. Почва участка чернозем выщелоченный с содержанием валовых форм азота 0.43% и подвижных форм фосфора 9.5 мг/100г почвы. На участке предусматривается использование валов-террас.
4.Определить на сколько будет снижен фоновый вынос элементов эвтрофикации с рабочего участка
площадью 130 га, расположенного на склоне крутизной 5° после посадки лесополосы площадью 3 га. В
расчетах принять, что под -защитой каждого гектара площади лесной полосы находится 20 га пашни.
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные причины загрязнения водоемов элементами эвтрофикации.
2. Назовите факторы, которые способствуют увеличению потерь биогенных элементов со стоком талых вод и, наоборот, ее снижению.
3.Чем объясняется больший вынос азота со стоком талых вод по сравнению с остальными элементами?
4.Запишите формулы расчёта для определения потерь элементов эвтрофикации с жидким и твёрдым стоком.
Литература:
Основная
1. Левшаков Л.В., Ачкасов А.Л.Химия окружающей среды. Изд-во Курской ГСХА, 2008, Уч. пособие 80 с.
2. Голдовская Л. Ф. Химия окружающей среды: учебник для ВУЗов. Изд Бином, Лаборатория Мир, 2008 г., 296 с.
Дополнительная
3. Клинский Г. Д., Князев Д.А., Смарыгин С.Н., Бочкарев А.В., Дайдакова И.В. Лабораторный практикум по химии окружающей среды. М., Изд. МСХА, 2000
- Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы. М.: Мир, 1993.
Интернет-ресурсы:
1. Лекции – онлайн: https://www.mylect.ru
2. Почвоведение: https://www.soil-science.ru
3. Научно-информационный портал: https://science.viniti.ru
