Содержание к диссертации
Введение
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Воздействие промышленного птицеводства на состояние воздушного и водного бассейна
1.2. Экологические проблемы крупных птицеводческих комплексов, связанные с образованием органических отходов
2. УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
2.1. Цель и задачи исследования 3 8
2.2. Общие сведения о предприятии 38
2.3. Оценка природно-климатических условий 40
2.4. Характеристика птичьего помета и условия его применения 43
2.5. Система очистки сточных вод 47
2.6. Методика экологического мониторинга на птицефабрике 51
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 57
3.1. Анализ качественного и количественного состава газообразных выбросов предприятия
3.1.1. Инвентаризация газообразных загрязнителей и их динамика
3.1.2. Экологическая эффективность системы газоочистки на предприятии
3.2. Влияние птичьего помета на почвенный покров хозяйства 72
3.2.1. Динамика агрохимических свойств почв 72
3.2.2. Влияние систематического применения птичьего помета 89 на содержание тяжелых металлов в почве
3.3. Оценка влияния производства на состояние водных объектов 95
в зоне воздействия птицефабрики
3.3.1. Качественный состав подземных вод 96
3.3.2. Анализ эффективности работы очистных сооружений 108
3.3.3. Мониторинг поверхностных вод 115
4. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ
4.1. Система природоохранных мероприятий хозяйства 121
4.2. Система экологических платежей 123
4.2.1. Плата за пользование водными ресурсами 124
4.2.2. Платежи за загрязнение окружающей природной среды 126
4.2.3. Расчет платы за размещение отходов 131
ВЫВОДЫ 135
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 137
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13 8
ПРИЛОЖЕНИЯ 151
- Воздействие промышленного птицеводства на состояние воздушного и водного бассейна
- Оценка природно-климатических условий
- Влияние птичьего помета на почвенный покров хозяйства
Введение к работе
Актуальность исследований
Все составляющие компоненты биосферы в результате неизбежного взаимодействия человека и природы обязательно испытывают постоянную антропогенную нагрузку, разную по интенсивности и продолжительности. Вследствие этого возможно возникновение необратимых изменений в отдельных экосистемах, приводящих к их деградации и разрушению. Чтобы предотвратить данные процессы и обеспечить устойчивое развитие общества, следует предвидеть результаты антропогенного воздействия на окружающую природную среду, что, в свою очередь, требует на этапе планирования хозяйственной деятельности необходимости разработки качественных и количественных прогнозов возможных изменений в экосистеме с последующей оценкой их допустимости. Кроме этого, необходимо выявление изменений, уже произошедших в окружающей среде вследствие осуществленной антропогенной деятельности, то есть на этапе функционирования хозяйственных объектов. Таким образом, оценка воздействия на окружающую природную среду должна стать неотъемлемой частью планирования и управления хозяйственной деятельностью
Однако объекты, связанные с сельскохозяйственным производством, остаются в основном не затронутыми данным исследовательским направлением. Между тем, нынешнее состояние земельного фонда можно оценить как критическое, что в совокупности с усилением процессов деградации почвенного покрова уже представляет угрозу экологической, продовольственной, а, значит, и национальной безопасности России (Добровольский Г.В. и др., 1992; Агроэкологическое состояние ..., 1996; Добровольский Г.В., 1998; Щербаков А.П., 1999). Особое значение подобные исследования имеют для территорий, находящихся в зоне влияния предприятий промышленного животноводства. Здесь, в условиях интенсивной антропогенной нагрузки на агроэкосистемы, происходит существенная трансформация элементов и компонентов окружающей природной среды, следствием чего может стать срыв адаптации системы, приводящий к ее сущест венной перестройке или разрушению. Для отслеживания ситуации и оценки изменений, происходящих в экосистеме, необходимы исследования, основанные на анализе многолетней динамики интегральных показателей различных сред системы - воздушной, почвенной и водной. Научная новизна
В работе получены результаты комплексной оценки состояния компонентов окружающей среды, выявлены основные тенденции в их изменении, обусловленные деятельностью ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская».
Установлено, что наряду с положительным влиянием применения высоких доз птичьего помета на плодородие почв (увеличение содержания гумуса, элементов питания, снижение кислотности), имеют место и негативные процессы, такие как зафосфачивание почв и увеличение степени подвижности тяжелых металлов.
Анализ воздушного бассейна, подземных и поверхностных вод при существующей системе природоохранных мероприятий выявил в большинстве случаев отсутствие заметного негативного влияния птицефабрики на состояние окружающей среды: максимальная приземная концентрация загрязнителей на границе санитарно-защитной зоны не превышает 0,1-0,01 ПДК; содержание биогенных элементов в подземных и поверхностных водах не превышает санитарно-гигиенических норм; сброс стоков птицефабрики не ухудшает качества природных вод. Практическая значимость
Оценка воздействия ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» на компоненты окружающей природной среды, основанная на результатах многолетнего мониторинга, может служить основанием для формирования экологического прогноза развития ситуации в подобной агроэкосистеме.
Результаты оценки рекомендуются к использованию в качестве модельного объекта-аналога при разработке раздела «Экологическое обоснование» в предпроектной и проектной документации планируемых к реализации объектов хозяйственной деятельности (в частности, крупных птице водческих комплексов) для прогнозирования воздействия будущего предприятия на окружающую среду после длительного периода эксплуатации. На основании произведенного анализа разрабатывается система мероприятий по оптимизации функционирования рассматриваемой агроэкосистемы.
Основные положения работы используются в учебных курсах Нижегородской ГСХА в процессе преподавания дисциплин: агрохимия, методы экологических исследований, охрана окружающей среды, экологическая экспертиза и экономика природопользования.
Основные защищаемые положения - концентрации основных загрязнителей, выбрасываемых предприятием промышленного птицеводства ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» в атмосферу, не превышают предельно-допустимых выбросов;
- изменение эколого-агрохимических показателей дерново-подзолистой супесчаной почвы есть следствие длительного систематического применения повышенных доз птичьего помета;
- отсутствие влияния деятельности предприятия на химический состав подземных вод;
- отсутствие влияния сброса очищенных стоков на состояние поверхностных вод;
- основными статьями затрат в эколого-экономической деятельности предприятия являются плата за пользование водными ресурсами, сброс загрязняющих веществ в водный объект, размещение отходов и расходы на природоохранные мероприятия.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на II Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2002). Материалы исследований включены в сборник трудов Нижегородской ГСХА «Адаптивный потенциал сельскохозяйственных растений и пути его реализации в современных условиях». По материалам исследования опубликовано 5 работ.
Воздействие промышленного птицеводства на состояние воздушного и водного бассейна
За последние десятилетия в окружающей природной среде произошло много изменений, в том числе негативных. Главными причинами деградации природных экосистем явились развитие промышленности и перенаселение. Климатические изменения, истощение ресурсов, озоновая дыра -это лишь часть проблем нынешнего и будущего поколений. Однако, наряду с нарастающими негативными переменами в окружающей среде, трансформировался и подход к ее охране. Устранение загрязнения окружающей среды с помощью решений на «конце трубы» и системы запретов уступило место предупреждению загрязнения у «источника» и возложению ответственности за загрязнение на пользователей. В этом плане международный стандарт HSO 14001, разработанный в 1996 году Международной организацией по стандартизации и содержащий требования по эффективной системе управления ООС, представляет собой наиболее популярный и оптимальный инструмент осуществления и контроля в отношении природоохранной деятельности предприятий (Lopata Agmeszka, 2000).
Антропогенное воздействие на окружающую природную среду в настоящее время сопряжено с большими нагрузками, возникающими, с одной стороны, вследствие загрязнения биосферы токсичными веществами, с другой — вследствие переэксплуатации природных ресурсов. В некоторых регионах возникли серьезные экологические проблемы, связанные с отрицательными результатами человеческой деятельности, влияющими на естественные циклы природных процессов и окружающую среду. Естественно, что индустриализация будет развиваться и в будущем, поэтому очень важно не допустить возможности возникновения таких ситуаций, которые привели бы к нарушению экологической устойчивости. Решение этой задачи связано с минимизацией антропогенной нагрузки до пределов, безопасных для природной среды, с учетом оптимальных темпов социально-экономического развития конкретного региона (Марчук Г.И., Кондрать ев К.Я., 1992). Так, по сведениям Агенства по охране окружающей среды США (ЕРА) о снижении уровня загрязненности воздуха на территории страны за период 1990 - 1999 г.г. регионы, где проживает более 62 млн. чел., остаются неблагоприятными в плане экологической безопасности из-за высокого содержания загрязнителей. И хотя по содержанию оксида углерода общий уровень загрязнения снизился на 36 %, диоксида серы — 36 %, частиц - 18 %, окиси азота - 10 %, озона - 4 %, ситуация не может трактоваться как абсолютно безопасная (Chem. And Eng. News, 2000).
Основное негативное влияние на природную среду принято связывать с промышленностью, однако современное сельскохозяйственное производство с его массовым содержанием скота, интенсивным применением удобрений и использованием средств защиты растений может являться не менее мощным источником воздействия. Так, воздействие на окружающую среду крупных животноводческих комплексов и птицефабрик вполне соизмеримо с промышленными объектами (Гольденберг В.М. и др, 1994;). Перевод птицеводства на промышленную основу позволил создать мощные предприятия со стабильно высоким производством продукции. Однако находящиеся в зоне влияния таких предприятий экосистемы подвергаются интенсивному воздействию, связанному с загрязнением природных сред. Негативное воздействие крупных птицефабрик на окружающую среду, как и любого промышленного предприятия, обусловлено выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, сбросом их в водные источники и образованием большого количества отходов, прямо или косвенно воздействующих на все природные среды (Феленберг Г., 1997).
Прежде всего, следует остановиться на проблеме загрязнения воздушного бассейна в зоне функционирования крупных птицефабрик. Все птицефабрики относятся к предприятиям, выделяющим в окружающую среду пыль, вредные газы и специфические запахи. Вещества, загрязняющие атмосферный воздух, многочисленны, разнообразны и неодинаковы в отношении вредности. Особенно сильное загрязнение воздушной среды происходит за счет выбросов отработанного воздуха из производственных помещений: птичников, убойных цехов, инкубаториев. Причем наибольшие объемы воздуха с высоким содержанием вредных веществ поступают из залов, где содержится птица (Лысенко В.П.,1998).
Поступающий из птицеводческих помещений воздух, как правило, сильно загрязнен микроорганизмами и пылью, при этом данными ингри-диентами загрязняются территория и атмосферный воздух далеко за пределами хозяйства. На одной птицефабрике с поголовьем 720 тыс. птиц вытяжной системой вентиляции за 1 час выбрасывается в воздух до 41,4 кг пыли, 174,8 млрд. микробов, до 1490 м углекислого газа и 13,3 кг аммиака, которые распространяются по территории на расстояние до 200 м и более. По мере их удаления концентрация уменьшается. На расстоянии 500 м содержание микроорганизмов и пыли может находится в пределах, принятых для обычного воздуха. Кроме того, в воздушном бассейне птицефабрик содержатся вредно действующие газы (Паникар И.И. и др., 1988).
Характерной особенностью атмосферных выбросов птицефабрик являются специфические запахи, которые распространяются в зависимости от сезона года на значительные расстояния: зимой - до 0,5, летом - до 3,5-5 км. Источником последних служит птичий помет. Кроме этого, при выращивании и содержании птицы на фабриках всегда имеется определенное количество ее падежа. Быстро разлагаясь, птица загрязняет воздух вредными газами и неприятными запахами (Лысенко В.П.,1998).
Таким образом, в зоне функционирования крупных птицефабрик возможно загрязнение атмосферного воздуха микроорганизмами, пылью, дурнопахнушими органическими соединениями, являющимися продуктами разложения органических отходов, а также окислами азота, серы, углерода, выделяющимися при сжигании природного энергоносителя (Паникар И.И. и др., 1988; Лысенко В.П.,1998). В связи с существующей проблемой необходима разработка мероприятий, позволяющих снизить уровень загрязнения воздуха в зоне влияния птицефабрик.
В целом мероприятия по охране воздушного бассейна территории птицехозяйства можно подразделить на общие и частные. К общим мероприятиям борьбы с загрязнением воздуха относятся высокая санитарная культура ведения отрасли, бесперебойная работа систем обеспечения микроклимата (в первую очередь вентиляции), удаление помета, тщательная очистка и дезинфекция помещений, организация санитарно-защитной зоны и др. (Коновалов В., Резник Н., 1983). При этом выделение санитарно-защитных зон имеет особое значение при охране окружающей среды и здоровья человека от неблагоприятного воздействия со стороны комплексов (птицефабрик). Согласно нормам СН 245-72 санитар-но-защитные зоны отделяют от жилой застройки объекты, являющиеся источником вредных и неприятно пахнущих веществ. Санитарно-защитной зоной служит территория между местами выделения в окружающую среду вредных веществ и жилыми, общественными зданиями (Паникар И.И. и др., 1988).
Рациональное размещение объектов птицефабрик, санитарно-защитное зонирование и другие мероприятия позволяют осуществлять охрану атмосферного воздуха селитебной зоны. Однако количество микроорганизмов и пыли остается на довольно высоком уровне, поэтому планировку размещения птицеводческих комплексов нельзя рассматривать как единственное средство по защите окружающей среды с целью создания благоприятных условий для мест проживания населения. Наряду с этим необходимы и частные мероприятия (технологические, санитарно-техниче-ские мероприятия), направленные на очистку, обеззараживание и дезодорацию воздуха и способствующие уменьшению поступления загрязнителей в окружающую среду. К мероприятиям, позволяющим снизить загрязненность воздуха дурнопахнущими веществами на крупных птицефабриках можно отнести строительство сооружений для утилизации отходов птицеводства и термической обработки помета (Паникар И.И. и др., 1988).
Следует подчеркнуть, что очистка и обеззараживание воздуха экономически дороги и использовать их надо там, где это целесообразно и вызвано необходимостью. Часто для охраны воздушного бассейна птицефабрик и окружающей территории бывает достаточно общих средств борьбы с загрязнением воздуха. В связи с этим планирование системы мероприятий по охране атмосферного воздуха должно проводится на основе прогноза (для проектируемых предприятий) или оценки (для функционирующих объектов) уровня загрязнения атмосферы, вызванного антропогенной деятельностью. Однако в настоящее время в литературе практически отсутствуют такого рода методические разработки для птицеводческих хозяйств. Кроме этого, воздух редко рассматривается в качестве полноценного компонента экосистемы, на который, также как и на другие составляющие, оказывается интенсивное антропогенное воздействие.
Оценка природно-климатических условий
Район проведения исследований характеризуется по климату как умеренно-континентальный. Сумма биологически активных температур позволяет успешно возделывать все районированные культуры. Годовая сумма осадков и годовая испаряемость позволяют оценить указанный район как территорию с промывным типом водного режима (коэффициент увлажнения, равный 1,22, это подтверждает), гидротермический коэффициент свидетельствует о хорошей влагообеспеченности растений в данной местности.
В целом район прохладный и умеренно-влажный. Среднегодовая температура воздуха составляет 3,3 С. Сумма положительных температур (выше 0 С) за период апрель — октябрь составляет 2414 С. Продолжительность периода с температурой выше 10 С (с 3 мая по 7 сентября) составляет 136 дней, сумма положительных температур - 2015 С. Период устойчивых температур выше 15 С составляет 78 дней (с 17 июня по 25 августа) с суммой температур 1285 С. За год здесь выпадает в среднем 600 мм осадков, основная масса которых приходится на летние месяцы. Образование устойчивого снежного покрова происходит в среднем 16 ноября. Средняя высота снега на полях во второй декаде марта достигает 37 см. Снег лежит 153 дня, сходит в среднем 7 апреля. Запасы воды в снеге в это время составляет 125 мм. Глубина промерзания почвы под снегом равна в среднем 64 см. Оттаивание почвы начинается почти одновременно с началом снеготаяния, но идет значительно медленнее.
Из вышеизложенного следует вывод, что климат хозяйства благоприятен для интенсивного ведения сельского хозяйства. К отрицательным факторам климата относятся поздние весенние и ранние осенние заморозки, которые значительно сокращают продолжительность вегетационного периода и пагубно влияют на многие сельскохозяйственные культуры.
Центральная часть хозяйства представляет собой древнюю пойму реки Оки, на которой расположена значительная часть землепользования. Рельеф этой части также ложбинно-гривистый. Большая часть этой территории распахана. На ровных участках территории залегают дерново-подзолистые почвы различной степени оподзоленности легкосуглинистого и супесчаного гранулометрического состава. На всхолмленных участках залегают дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы. К низким местам приурочены дерново-подзолистые глеевые и торфянисто-глеевые почвы. На покатых склонах местного водораздела залегают смытые дерново-подзолистые почвы. Разнообразие форм микрорельефа обусловило формирование дерново-луговых почв разного гранулометрического состава : на более возвышенных участках - супесчаных; на межгривьях- легко-, среднесуглинистых и глинистых почв; в глубоких понижениях сформировались иловато-глеевые почвы.
Наличие большого количества всхолмлений и понижений на территории создает некоторые затруднения в механической обработке и уборке. Почва, как правило, пашется вдоль склона, что способствует развитию эрозионных процессов. На территории землепользования хозяйства в качестве почвообразующих пород встречаются: 1) флювиогляциальные супесчаные и сугли-нистые отложения, которые имеют небольшое распространение, буровато-красную или желто-бурую окраску. Почвы, сформирован ные на таких отложениях, раньше готовы к обработке, хорошо прогреваются, но испытывают недостаток влаги и элементов питания для нормального развития растений, суглинистый гранулометрический состав способствует созданию наиболее благоприятных водно-воздушного и теплового режимов в почвах, сформировавшихся на них. Неоднородность гранулометрического состава пород обусловила и различие их агрохимических свойств; 2) древнеаллювиальные отложения, имеющие широкое распространение, характеризуются желто-бурой или коричнево-бурой окраской, суглинистым или супесчаным гранулометрическим составом, довольно плотным сложением, средней увлажненностью. Все почвы, сформировавшиеся на них, отличаются опесчаненным составом пахотного слоя.
В агрохимическом отношении древнеаллювиальные отложения характеризуются следующими данными. Они сильно и среднекислые — рН солевой вытяжки около 5. Сумма поглощенных оснований низкая у супесчаных и песчаных отложений, высокая - у суглинистых. Обеспеченность их подвижными формами фосфора и калия низкая. Структура почвенного покрова хозяйства представлена в таблице 2.
Влияние птичьего помета на почвенный покров хозяйства
В соответствии с теорией возврата элементов минерального питания растений в почву целесообразность применения удобрений, особенно органических, в целях обеспечения устойчивого функционирования агроэко-системы очевидна. Однако внесение удобрительных средств представляет собой достаточно мощное антропогенное воздействие на почву, приводящее к изменению ряда ее характеристик, причем данные изменения могут быть как положительными, так и отрицательными, и затрагивать не только почвенно-биотический комплекс, но и сопредельные среды.
Особенно ярко такого рода воздействие на почвы проявляется в районах с интенсивным ведением сельскохозяйственного производства, а также в зонах влияния крупных животноводческих и птицеводческих комплексов. В последнем случае дозы внесения птичьего помета определяются не столько агрономической целесообразностью, сколько необходимостью утилизации органических отходов производства на ограниченных земельных площадях. Вследствие этого почвы таких территорий могут характеризоваться специфическими свойствами и режимами, возникшими при регулярном внесении высоких доз помета. Для оценки степени антропогенного влияния на ход почвообразовательных процессов, выявления направленности и скорости изменений почвенных свойств, а также разработки системы мероприятий по оптимизации почвенно-биотического комплекса в таких условиях необходимо рассмотреть динамику агрохимических показателей за определенный временной интервал.
На территории ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» основные площади занимают дерново-подзолистые супесчаные почвы, характеристика которых на момент начала наблюдений (1988 г.) представлена в таблице 11. Значение обменной кислотности в исследуемых почвах варьировало от 4,7 до 6,4 единиц рН, при этом большая часть площади характеризовалась слабокислой и близкой к нейтральной реакцией среды (рис. 1). Необходимо отметить при этом, что для естественных аналогов рассматриваемых почв значение pHkci обычно не превышает 4,5, а для освоенных высоко окультуренных - 5,2 (Почвы Горьковской ..., 1978). Данный факт свидетельствует, что на рассматриваемый момент времени почва уже подверглась интенсивному антропогенному воздействию. Гидролитическая кислотность также была ниже значений, характерных обычно даже для высоко окультуренных дерново-подзолистых почв легкого грануло метрического состава и лишь на одном участке площадью 46 га ее значение было высоким и составило 6 мг-экв. на 100 г почвы. Содержание подвижных форм фосфора варьировало в относительно небольшом диапазоне, изменяясь от повышенного до очень высокого, при этом более половины обследованной площади (рис. 2) характеризовалось очень высокой степенью обеспеченности данным элементом питания. В среднем на каждый гектар пашни приходилось 730 кг условно доступногоСодержание калия (определяемое в 0,2 н солянокислой вытяжке) изменялось от очень высоких до низких значений. Распределение площадей сельскохозяйственных угодий по степени обеспеченности подвижным калием представлено на рисунке 3. Среднее содержание составило 165 мг/кг (с диапазоном варьирования от 69 до 290 мг/кг), что в 1,5 раза выше аналогичной характеристики по содержанию подвижных фосфатов. При этом большая часть площади имела среднюю и повышенную степень обеспеченности подвижным калием. Следует отметить, что в целом при благоприятном по данным элементам питательном режиме, наблюдался некоторый дисбаланс по их содержанию в почве. Так, ряд участков характеризо вался очень высокой и высокой обеспеченностью фосфором и средней — калием, а на участке № 3 при содержании подвижных фосфатов 280 мг/кг (очень высокое) содержание калия составило всего 69 мг/кг почвы (низкое). Такое соотношение элементов питания, как правило, не характерно для данного типа почв. Так, для целинной дерново-подзолистой супесчаной почвы отношение Р2О5 к К2О, определенных в 0,2 н НС1, в среднем составляет 1 : 2,4; для высокоокультуренной - 1 : 1,6 (Почвы Горьковской ...,1978). Таким образом, в результате оказываемого на почву воздействия, в отношении рассматриваемых элементов возникли специфические питательные свойства, которые проявились в значительном повышении содержания фосфора и дисбалансе между Р2О5 и К20.
При характеристике почвенных свойств особое внимание следует обращать на содержание гумуса, поскольку это один из важнейших показателей плодородия почв. Гумус является запасным источником всех элементов питания, регулирует важнейшие физико-химические и биологические свойства почв, сохраняет ее энергетический потенциал (Александрова Л.Н., 1980). Содержание гумуса в исследуемых почвах в 1988 г. варьировало от 1,1 до 2,4 %, что соответствует средним по области значениям для данного типа почв (Панин A.M., 1996). Следует отметить, однако, что такое содержание органического вещества в совокупности с легким гранулометрическим составом не может обеспечить высокую сорбционную способность почв, что необходимо учитывать при утилизации отходов птицеводческого комплекса, поскольку в этих условиях велика вероятность интенсивного выщелачивания элементов из пахотного слоя и возникновения сопряженных с этим процессом экологических проблем.
