Агроэкологическая оценка загрязнения почвы кобальтом и разработка системы земледелия в СХП "Колос"

Введение 1. Основная часть 1.1 Агроклиматические и почвенные ресурсы хозяйства СХП "Колос" 1.2 Пути загрязнения почвы кобальтом 1.3 Поступление кобальта в пищевые цепи, биотрансформация, микробный распад, химическая трансформация 1.4 Гигиеническое нормирование кобальта в сельскохозяйственной продукции 1.5 Расчет внесения кобальта с органическими и минеральными удобрениями 1.6 Баланс кобальта в агросистеме Заключение Список литературы Исходные данные 1. Почвенно-климатическая зона. 1. Степная. 2. Почвы - Чернозем обыкновенный среднесуглинистый солонцеватый. 2. Равнина. 3. Содержание гумуса 5,7 %. 4. рН 5. Содержание кобальта: На глубине 0-20 см 100-200 мг/кг; 20-40см 200-300 мг/кг. Информация: Расстояние до объекта 6 км. Площадь поля 100 га. Урожайность пшеницы до проведения мелиоративных работ 9 ц/га. Урожайность пшеницы после мелиоративных работ 14 ц/га. Закупочная цена до проведения мелиоративных работ 610 руб./кг. Закупочная цена после мелиоративных работ 1400 руб./кг. Введение Быстрое развитие промышленности без проведения необходимых мероприятий по охране окружающей среды привело к тотальному загрязнению почвы, мирового океана, растительного и животного мира, а нередко и гибели некоторых видов флоры и фауны.

В настоящее время в окружающую среду выбрасываются сотни миллионов тонн в год различных продуктов антропогенной деятельности человека.

При сжигании каменного угля ежегодно в окружающую среду поступает около трех тысяч тонн ртути и огромное количество продуктов неполного сгорания угля. С выхлопными газами автомобильного и авиационного транспорта в атмосферу попадают миллионы тонн газообразных, жидких и твердых продуктов, причем некоторые из них обладают высокой токсичностью для человека, животных и растений.

Немалый вклад в загрязнение окружающей среды вносят металлургическая, химическая и другие отрасли промышленности, а также сельскохозяйственное производство и коммунальное хозяйство. В связи с этим перед человечеством стоит серьезная задача изучения этих выбросов в окружающую среду и уменьшения опасности отравления живых организмов и человека.

Курсовая работа представляет собой анализ поведения кобальта в системе биотрансформации в почве и растениях и разработку на основе этого рационального ведения сельскохозяйственного производства, а также проведения специальных мероприятий реабилитации почвы путем проведения специальных мероприятий (переведение в необменные формы токсикантов и т.д.). Кобальт - элемент 2-й группы периодической системы Менделеева.

Металл обладает высокой теплопроводностью и электропроводимостью. Кобальт относится к металлам с переменной валентностью, что определяет высокое значение окислительно-восстановительного потенциала для системы Со34 в кислой среде и позволяет иону кобальта принимать активное участие в реакциях окисления-восстановления.

Кобальт применяется в различных отраслях электротехнической, в тяжелой индустрии, также применяется сх промышленности в виде кобальтсодержащих удобрений. Значительная часть производимого кобальта применяется в разнообразных сплавах, которые используются как материалы в машиностроении, авиационной промышленности, автомобилестроении, приборостроении и т.д. 1. Основная часть 1.1 Агроклиматические и почвенные ресурсы хозяйства СХП "Колос" Степная зона - это Бреденский, Октябрьский, Варненский, Кизильский и Карталинский районы Челябинской области.

Расположена она также в пределах зауральского пенеплена Западно-Сибирской низменности и имеет типичный равнинный характер. Степь характеризуется большим количеством тепла. Сумма активных температур, превышающих 10°С, составляет 2400-2500°С. Этот температурный уровень наступает 5-8 мая и заканчивается 19 -20 сентября, то есть продолжается 130 -135 дней. Но заморозки весной прекращаются после 20 мая, а осенью наблюдается уже в третьей декаде августа, поэтому безморозный период составляет 100-110 дней. Несмотря на это, температурный режим позволяет выращивать не только традиционные зерновые, но и некоторые теплолюбивые культуры.

По количеству атмосферных осадков степь характеризуется значительной засушливостью. Здесь за год выпадает 350 -400 мм, в том числе за вегетационный период 177-200 мм. Гидротермический коэффициент колеблется в пределах 0,8 - 1,2. Запасы влаги в предпосевной период бывают недостаточные - 115 -135 мм в метровом слое, или 45 -60 % от потребности сельскохозяйственных культур.

Засуха и суховеи в районах степи бывают практически ежегодно. Наиболее засушливый месяц - июнь. В этих условиях эффективно ведение агротехнических приемов по накоплению, сохранению и экономичному использования влаги. Снежный покров степи формируется в середине ноября, сохраняется до 140 -150 дней и достигает высоты 20 -30 см. Однако нарастает он медленно.

В начале декабря имеет мощность 10 см, в январе - 15 -20 см и только к концу февраля - 30 см. при сильных морозах (в январе до -44…-48°С) почва промерзает до 200 см и более, а весной оттаивает только в третьей декаде мая. Природные условия степи менее благоприятны для земледелия. Четко проявляется дефицит влаги. Ветровая эрозия в самой южной части подзоны достигает 17 -22 дней, поэтому 56,75 пахотных земель здесь подвержены эрозии.

Таким образом, ведение земледелии в степи имеют мероприятия по накопления и сохранения влаги, а также мероприятия направленные ветровую и водную эрозию. Таблица 1 Оценка агроклиматических условий хозяйства Показатели Средне многолет. По агрозоне По хозяйству за последние три года Оценка обеспеченности 2003г 2004 г 2005г Сумма осадков за вегет период 100 Сумма активных t за вегетационный период 2200 2300 2100 2400 103 ГТК 1 0,95 1 0,95 Оценка влагообеспеченности территории по гидротермическому коэффициенту Г.Т.Селянинову по формуле: К = 10 Р/t, где Р - сумма осадков за период с температурами более 10? С,мм; t - сумма температур за тоже время, С? К =10*220/2200 = 1 К =10*220/2300 = 0,95 К = 10*220/2100 = 1 К = 10*220/2400 =0,91 Из таблицы видно, что обеспеченность теплом 103% а это в свою очередь говорит о высокой обеспеченности теплом в данной зоне. Обеспеченность влагой 100%,следовательно, что сорта все возделываемые в нашем хозяйстве, а именно зерновые будут обеспечены теплом и влагой.

Коэффициент по влагообеспеченности по южной лесостепной зоне 0,6 -1,2 , а у нас он получился 1 поэтому эта зона одна из благоприятных для развития низкое.

Чернозем обыкновенный. Характерной особенностью является отсутствие иллювиального горизонта и залегание карбонатов на нижней границе гумусового горизонта. Мощность гумусового горизонта 28 -43 см. Важными оценочными показателями черноземов обыкновенных являются физико-механические свойства - кислотность.

Для рода обыкновенных характерно рыхлое сложение пахотных и подпахотных горизонтов. Агрохимические свойства черноземов обыкновенных характеризуется комплексом показателей, среди которых важное место принадлежит содержанию гумуса, валовых и подвижных форм азота, фосфора и калия. Содержания гумуса в пахотном горизонте в пределах 4 -7 % и поэтому черноземы обыкновенные имеют средний и повышенный уровень обеспеченности этим фактором. Азот в почве находится преимущественно в форме органических соединениях основная часть его 70 -90 %. Валовые запасы азота в черноземах обыкновенных колеблются от 12,4 до 26,23 т/га. Максимальная его концентрация находится в гумусовых горизонтах в Ап и АВ1 -0,192 -0,368 и0,173 0,294 % соответственно. С глубиной содержание азота снижается более плавно чем у гумуса.

Фосфатный фонд черноземов обыкновенных весьма бедный. В пашне преобладают почвы с низким и пониженным содержанием фосфора 25- 28 мг/кг (по Чирикову). Черноземы обыкновенные имеют достаточно высокую обеспеченность гумусом, так как его содержание вписывается преимущественно в пределах 4 -6 и 6 -10 %, высокие статистические показатели содержания валового и легкогидролизуемого азота - 0,167 -259 % и 91 - 101 мг/кг почвы и очень высокое содержание обменного калия 130 -349 мг кг почвы.

Однако обеспеченность черноземов обыкновенных фосфором крайне низка. Улучшение фосфорного режима питания растений при возделывании на черноземах обыкновенных всех разновидностей - важная задача агронома.

Важный показатель для определения плодородия расчет запасов гумуса. Запас органического вещества рассчитывается по формуле: Г = М 1000*В*Р/100 где Г- запасы гумуса, т/га; М - мощность горизонта, м; В - объемная масса г/см; Р - Содержание гумуса, %. Г1 =0,35*10000*1,3*5,7/100 = 259 т/га По расчетам можно сделать вывод, что черноземы обыкновенные почвы имеют средние запасы гумуса (в метровом слое 259 т/га). По табличным данным черноземы выщелоченные имеют высокую обеспеченность гумусом 400,4 т/га. Поэтому на почвах хозяйства нужно вносить органические удобрения.

Интенсивная обработка почвы способствует разложению органического вещества. Наиболее перспективным с точки зрения сохранения гумуса является бесплужное земледелие. 1.2

Пути загрязнения почвы кобальтом

Миграция веществ осуществляется в миграционных потоках: гравитационных... К 3 классу относятся малоопасные - барий, ванадий, вольфрам, марганец,... 1.4 . Среднее содержание кобальта в растениях составляет 0,00002 %. Характер и интенсивность этого процесса зависят от свойств самих вещес...

Гигиеническое нормирование кобальта в сельскохозяйственной продукции

Гигиеническое нормирование кобальта в сельскохозяйственной продукции. При всей значимости этой проблемы она разработана сравнительно недавно... Существуют различные представления относительно его целей. Данный этап называется экологической регламентацией. Они не учитывают гетерогенного характера географической оболочки и ее ...

Расчет внесения кобальта с органическими и минеральными удобрениями

Расчет внесения кобальта с органическими и минеральными удобрениями В настоящее время используют различные аспекты дифференциации земледелия, одним из них является механизм формирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия заключается в том, чтобы исходя из биологических и агротехнических требований сельскохозяйственных растений найти отвечающую им агроэкологическую обстановку или создать ее путем последовательной оптимизации лимитирующих факторов с учетом экологических ограничений техногенеза.

В условиях интенсивного земледелия при высокой нагрузке пашни удобрениями, особенно азотными, значительно подкисляющими серую лесную почву, и при возросшем выносе кальция почвы пашни подлежат таким важным мелиоративным мероприятиям, как известкование, внесение органических и минеральных удобрений и т.д. на кислых почвах с низкой обеспеченностью фосфором целесообразно применение фосфоритной муки. Мелиоративную систему можно определить как систему, управляющую режимом функционирования современного ландшафта, преобразованного мелиоративными средствами для выполнения социальных функций, оптимальных по эколого-экономическим критериям.

Общими принципами проектирования мелиоративных систем являются комплексность, иерархичность и непрерывность.

При проектировании мелиоративных систем учет территориальной дифференцированности реализуется путем многоступенчатого анализа их пространственной структуры.

Важнейший аспект любых мелиораций - воздействие на почву и растения. Однако биологический компонент мелиорации может эффективно проявиться лишь при условии рационального подбора культур и оптимальных технологий их возделывания. Кобальтсодержащие удобрения эффективны при количестве этого элемента в почвах в Нечерноземной зоне 1,0 1,1 мг, в Черноземной зоне 0,6 2,0 мг/кг почвы. Однако для выращивания полноценных кормов для скота и пищевых продуктов необходимо применять кобальтовые удобрения при содержании кобальта 2,0 2,5 мг/кг почвы.

В почву кобальт можно вносить в количестве 200 400 г/га в расчете на элемент. Клевер испытывает наибольшую потребность азоте. Вынос из почвы в среднем при урожае сена 50 ц/га составляет: N 130кг, P2 O5 33 кг и К2О 75 кг. Азот необходим в самом начале развития культуры, в последующим она сама может усваивать своими азотфиксирующими клубеньками. Калий - такой же необходимый и незаменимый элемент, как азот и фосфор, но в отличии от них не входит в состав органических соединений, а находится в форме свободных ионов или частично в виде непрочных коллоидных соединений.

Органические и минеральные удобрения вносят одновременно с обработкой почвы. Дозы: навоз 18-20 т/га (т.к. в горно-лесной зоне слабо развито животноводство, то нужная доза в 30т/га не может быть обеспечена. Азота 100 кг д. в фосфора 110кг. Из фосфорных удобрений лучше использовать двойной суперфосфат. Из азотных удобрений - аммиачную селитру, но также можно использовать мочевину.

Кобальта в мочевине содержится 12 мг/кг, в двойном суперфосфате 32 мг/кг, в навозе КРС 7,8 мг/т. Т.к. мочевины нужно внести 100 / 0,6(КИУ,%) = 166 кг/га, на всю площадь 166*100 = 16 т значит, кобольта с мочевиной вносится 16*12 = 192мг/кг. Двойного суперфосфата нужно внести 110 / 0,4 = 275 кг/га, что на всю площадь составит 275*100 = 27,5т никеля с двойным суперфосфатом вносится 27,5*4,5 = 123,7 мг/кг. Навоза нужно внести на всю площадь 18*100 = 1800 тонн. Кобольта с навозом крупного рогатого скота вносится 1800*0,3 = 540 мг/т. 1.6 Баланс кобальта в агросистеме Схема распределения кобальта в почве на основании задания: Глядя на график распределения кобальта в почве, можно сказать, что загрязнение имеет не антропогенный характер, т.к. при этом наивысшее содержание йода было бы в верхних горизонтах почвы, а из схемы видно, что именно в верхнем пахотном слое почвы содержится наименьшее количество кобальта. Таким образом, загрязнение происходит благодаря почвенным процессам.

Можно предположить, что в пределах 100 км находится производство, отходами которого в свою очередь является кобальт.

Выбросы попадают в сточные воды, затем в подземные потоки и переносятся на большие расстояния, а на пашне гидроморфизм обеспечивает загрязнение почвы кобальтом. Расчет баланса кобальта требует сравнение прихода и расхода элемента в почве. Приходными статьями являются: наличие элемента в почве, поступление элемента с минеральными и органическими удобрениями.

Расходные: вынос элемента с урожаем. Итогом является остаток элемента перед посевом сельскохозяйственной продукции на следующий год. Наличие кобальта в почве 80 мг. Поступление кобальта с минеральными удобрениями 315,7 мг. Поступление кобальта с органическими удобрениями 540 мг. Итого приход 1800 мг. Вынос кобальта с урожаем клевера 4,5 мг. Таким образом, понятно, что баланс положительный. Содержание кобальта в почве перед началом посева культур значительно растет с каждым годом.

Общими способами восстановления загрязненных почв являются: Глубокая вспашка почвы с целью ее перемешивания. Известкование, увеличение глинистых частиц в структуре почвы, внесение органических удобрений. Регламентированное внесение фосфорных удобрений. Подбор сельскохозяйственных культур, устойчивых к загрязнению никеля. Смена культур. Расходные: вынос элемента с урожаем. Итогом является остаток элемента перед посевом сельскохозяйственной продукции на следующий год. Наличие кобальта в почве 300 мг/кг. Поступление кобальта с минеральными удобрениями 300 мг. С органическими удобрениями 3780 мг. Итого приход 4580 мг. Вынос кобальта с урожаем пшеницы 15 мг. Остаток кобальта в почве перед посевом следующей сельскохозяйственной культуры составляет 4565 мг. Таким образом, понятно, что баланс положительный.

Содержание меди в почве перед началом посева культур значительно растет с каждым годом. Потери потенциально возможного урожая пшеницы Можно рассчитать по формуле: З = S*V1*Ц1 - S*V1*Ц1, Где V1, 2 - объем урожая пшеницы в расчете на 1 га угодий, ц/га; S - площадь, подвергшаяся загрязнению, га; Ц1,2 - закупочная цена пшеницы до и после изменения условий (мелиорации), руб/кг. З = 100*9*610 - 100*14*1400 = - 1411000 руб. Таким образом, потери потенциально возможного урожая пшеницы составляют 1411000 руб. Расчет эффективности детоксикации почвы.

Фактическая урожайность пшеницы Уф= 9 ц/га. Прибавка урожая пшеницы на мелиорируемых почвах составляет 12,3 % (Кирюшин): Пу = 12,3*Уф/S , Где Уф - фактическая урожайность картофеля, Ц/га; S - площадь мелиорируемых земель, га. Пу = 12,3*9/14 = 7,9 ц/га. Цена 1 тонны продукции Ц = 610 руб/т. Рост цены продукции за счет качества 17 % Цк = У*17/S, где Ц - цена 1 т продукции, руб. Цк = 610*9/14 = 392 руб./т. Стоимость прибавки урожая, руб/га: Сп = Пу (Цк+Ц) = 5,3*(392+600) = 5257 руб./га. Таблица 4 - Виды работ на поле. Мелиорант Площадь, га Приобретение, руб Набор техники Доставка Внесение Расход горючего Амортизация, руб Известняк 100 По 200 руб/т МТЗ-82 РМГ-4 ПТС-12 РМГ-4 13 л/га 120 руб/га Органические удобрения 100 По 800 руб/т К-700 ПТС-12 РУМ-8 16 л/га 350 руб/га Минеральные удобрения (N, P, K) 100 15 000 Т-150 МТЗ-82 ПТС-12 РМГ-4 15 л/га 130 руб/га Внесение мелиорантов 100 25 000 МТЗ-82 ОПШ-15 16 л/га 170 руб/га Общие затраты на мелиорацию 100 га нарушенных земель: Стоимость мелиорантов См=1000 тыс. руб. Расход горючего Рг=28050 руб. Амортизация А=43510 руб. Доставка 4 км Д=278200 руб. Итого затрат на мелиорцию загрязненных земель: Зм = См+Рг+А+Д Зм = 10+28050+43510+278200 = 1349760 руб. Затраты на уборку дополнительной продукции составляет: Объем дополнительной продукции Од.п. = Пу*S О.д.п. = 5,3*100=530 ц. Затраты на 1 ц убранной продукции: З1ц = 4,08*930+29,41+30,16 = 97,97 руб. Затраты на уборку дополнительной продукции составляют: Зу = З1ц*Од.п. Зу = 97,97*530 = 131578 руб. Условно чистый доход: УД = 2250 (1349760+131578) - 10 = 205935 руб. Окупаемость мелиорантов на 1 руб. затрат: Оз = З/Зм, Оз = 22680000/1349760 = 9,6 месяца.

Срок окупаемости составляет 9,6 месяца. Это значит, что предприятие окупит затраты на мелиорацию загрязненных земель под пшеницей через 9,6 месяца.

Таким образом, можно сделать вывод, что внесение мелиорантов в почву и применение запланированных доз удобрений, направленное на очищение загрязненных почв от цинка, выгодно для предприятия СХП "Колос". Заключение Экологические эксцессы постоянно напоминают о том, что антропогенная трансформация природных экосистем не должна нарушать сложившиеся природные потоки веществ и энергии сверх экологически допустимого предела и потенциальную способность агроэкосистем к саморегуляции.

Отказ от современных технических и химических средств, не говоря уже о применении минеральных удобрений, при существенном уровне народонаселения означал бы самую страшную из катастроф.

Выход следует искать в другой плоскости - повышение качества уровня жизни в развивающихся странах с технологической помощью развитых стран, использовании имеющихся значительных резервов производства в экологически обусловленных рамках на основе принципа культурного управления развитием.

Повышение благосостояния народов и соответственно интеллектуального потенциала создаст предпосылки для снижения рождаемости, регулирования численности населения и влияния его на природу.

Такая направленность социально-экологического процесса предусмотрена законом ноосферы В.И. Вернадского, согласно которому биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человек будет играть доминирующую роль в развитии системы человек - природа.

Альтернативной этому развитию биосферы может быть только экологическая катастрофа. В настоящее время используют различные аспекты дифференциации земледелия, одним из них является механизм формирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия заключается в том, чтобы исходя из биологических и агротехнических требований сельскохозяйственных растений найти отвечающую им агроэкологическую обстановку или создать ее путем последовательной оптимизации лимитирующих факторов с учетом экологических ограничений техногенеза.

Срок окупаемости составляет 9,6 месяца. Это значит, что предприятие окупит затраты на мелиорацию загрязненных земель под пшеницей через 9,6 месяца. Таким образом, можно сделать вывод, что внесение мелиорантов в почву и применение запланированных доз удобрений, направленное на очищение загрязненных почв от меди, выгодно для предприятия СХП "Колос". Список литературы Бобылев С.Н Ходжаев А.Ш. Экономика природопользования.

М 1997. Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикологии / Под ред. Дж. Уэр. М 1993. Глухов В.В и др. Экономические основы экологии. СПб 1995. Миронова Г.В. Основы экотоксикологии. Омск, 2002. Козаченко А.П. Состояние почв и почвенного покрова Челябинской области по результатам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.

Челябинск, 1997.