Impact of agriculture on water quality in springs and small rivers (on the example of the Chuvash Republic)
Impact of agriculture on water quality in springs and small rivers (on the example of the Chuvash Republic)
Abstract
The article analyses the impact of agricultural activities on the water quality of rivers and springs feeding them in the Chuvash Republic. For this objective, chemical analysis of water was carried out, including determination of total hardness, pH, ammonium, iron, nitrates, sulphates. A total of 72 spring water samples and 25 river water samples were analysed. Most of the analysed springs were located in populated areas. Among the river water samples, samples taken on agricultural land predominate. It was found that most springs are characterised by high water quality. The influence of agriculture can be traced on the quality of river water. Rivers flowing on cultivated lands have excessive content of dissolved components. Only rivers of forest areas are characterised by satisfactory water quality. Analysis of components exceeding the permissible values confirmed that the most important source of river water pollution is agricultural activities.
1. Введение
Чувашская Республика относится к лесостепной зоне Восточно-Европейской равнины и представляет собой чередование сельскохояйственных угодий с несельскохозяйственными. Ведущей отраслью в регионе является сельское хозяйство. Неслучайно 55% территории находится под землями сельскохозяйственного значения (в т.ч. — 45% находятся под пашнями). Кроме этого, регион выделяется густой сетью сельских населенных пунктов (около 8% от общей площади) и высокой плотностью сельского населения (63,23 чел на кв.км). Приуроченность к староосвоенным регионам привела к преобладанию антропогенных геосистем в ландшафтной структуре региона. Той или иной степени антропогенной трансформации подверглись большинство природно-территориальных комплексов. Изменения коснулись всех компонентов природы, в т.ч. и гидрографической сети. Сельское хозяйство относится к наиболее масштабным источникам загрязнения поверхностных и подземных вод. Отмечено, что важнейшими загрязнителями являются небольшие предприятия и фермерские хозяйства. За счет многочисленности они слабо поддаются контролю. Среди диффузных источников загрязнения на территории Чувашской Республики преобладают территории многочисленных сельских населенных пунктов, животноводческие комплексы, сельскохозяйственные угодья, где не внедрены технические решения по регулированию выбросов. Среди животноводческих комплексов — это небольшие животноводческие комплексы и птицефабрики. Сельские населенные пункты являются главным потребителем хозяйственно-питьевых вод. Основные причины попадания в поверхностные и подземные воды диффузных стоков — это превышение допустимых величин внесения органических и неорганических удобрений и неграмотное размещение границ санитарно-защитных зон
.В последние десятилетия отмечается снижение качества поверхностных вод Чувашской Республики — в первую очередь — малых рек. В связи с этим была поставлена цель выявить степень влияния сельскохозяйственной деятельности на качество воды в реках, и питающих их родников.
2. Методы и принципы исследования
Для оценки качества воды была использована переносная Ранцевая лаборатория исследования водоемов НКВ-Р. Преимуществом данной лаборатории является возможность проведения химического анализа в полевых условиях, без задержек на транспортировку проб до стационарной лаборатории.
Среди химических показателей были описаны: содержание хлоридов, нитритов, нитратов, натрия, аммония, железа, сульфатов, водородный показатель, общая жесткость. Особый акцент делался на содержание аммония, железа и нитратов. Содержание аммония — ключевой показатель загрязнения водных объектов
. Выделяется несколько причин повышения содержания аммония: животноводческие комплексы; промышленные и бытовые стоки содержат аммиак, который при контакте с водой образует ион аммония; азотные удобрения; разложение органических веществ в водоемах. Повышенное содержание железа может свидетельствовать о физическом износе металлических элементов каптажных сооружений. Повышению содержания нитратов способствует загрязнение стоками с ферм, аварий канализационных систем .Для достоверности данных в ходе экспедиционных выездов за 2024-2025 года были охвачены все муниципальные округа исследуемого региона. Особенность отбора проб заключалась том, что они отбирались парно — проба родниковой воды и проба воды из реки, куда впадал родник. Кроме химического анализа фиксировались координаты отобранных проб, температура и дебит источников
. Важнейшим параметром являлась фиксация типа угодий (ландшафта) места отбора проб . Для повышения достоверности полученных сведений отбор проб решено было осуществить на разных ландшафтах. Среди типов ландшафтов выделялись: селитебный ландшафт, пастбища и сенокосы, лесные ландшафты, особо охраняемые природные территории .Степень влияния сельского хозяйства на качество воды в реках и родниках оценивалось путем корреляционного анализа: качество воды сравнивалось с интенсивностью развития сельского хозяйства на месте отбора проб
. В качестве критериев был выбран СанПиН 2.1.4.1175-02. «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения». Далее было проведено бассейновое районирование исследуемой территории по качеству воды.3. Основные результаты
В ходе экспедиционных выездов было проанализировано 72 родника и 25 проб воды в створе рек.
Из 72 источников — 48 родников (67%) находились в населенных пунктах. Приуроченность к населенным пунктам объясняет благоустроенность родников, используемых для регулярного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Родники, расположенные на других угодьях, редко являются благоустроенными. Они труднодоступны, зачастую не имеют централизованного выхода для разгрузки. 18 родников (25%) расположены на землях сельскохозяйственного назначения — это пастбища и сенокосы. Все они находятся в непосредственной близости от населенных пунктов и используется для питья периодически – сезонно. В редких случаях родниковая вода на сельскохозяйственных землях используется для орошения или водопоя скота. Оставшиеся 6 родников расположены в лесу. Несмотря на значительную отдаленность от населенных пунктов, эти родники снабжены каптажными устройствами и купелями. Зачастую — это святые источники, выполняющие хозяйственно-питьевую и религиозные функции и событийного туризма
.Химический анализ отобранных проб родниковой воды показал точечные загрязнения, превышающие допустимые значения. Из 72 проб только в 6 наблюдается недопустимые значения. Наиболее часто встречаются родники, у которых наблюдается превышение аммония. Это родники Канашского муниципального округа (с. Мокры), Чебоксарского муниципального округа (п. Кугеси), Мариинско-Посадского муниципального округа (д. Карабаши), Батыревского муниципального округа (д. Сидели). Это родники, расположенные близко к животноводческим комплексам, хозяйственным постройкам. В д. Карабаши родник используется для водопоя домашних животных. В д. Акшики Мариинско-Посадского МО обнаружен родник, где содержание ионов железа превышает допустимое значение в 2,5 раза. Возможной причиной может быть износ металлического каптажного устройства или влияние природного железа, поступающего с близрасположенных заболоченных территорий. В д. Иваньково Ядринского МО выявлен родник, в котором наблюдается незначительное превышение сульфатов и хлоридов. Данное явление объясняется природными вмещающими породами, из которых происходит разгрузка. Исследования подтвердили, что качество воды в подавляющем большинстве родников соответствует необходимым требованиям.
Несмотря на то, что большинство исследованных родников расположены на антропогенно-преобразованных ландшафтах, экологическое состояние прилегающих к ним территорий характеризуется как оптимальное. Стремление местного населения сохранить высокое качество питьевой воды привело к тому, что прилегающие к родникам территории остались мало затронутыми. Анализ химического состава родниковой воды показал, что влияние сельского хозяйства на качество родниковой воды незначительно. Доля загрязненной сельскохозяйственной деятельностью родниковых вод не превышает 10%
.Химический анализ также проводился для 25 проб воды, отобранной в местной гидрографической сети. Были охвачены практически все значимые водотоки Чувашской Республики. Это реки Сура, Цивиль и его притоки, Аниш, Выла, Була, Киря, Кубня, Унга, Бездна, Рыкша, Аня, Кидьярка, Орбашка, Люля (см. табл.1).
В отличие от родников, большинство отобранных проб приурочены к землям сельскохозяйственного назначения. Вследствие высокой плотности населения на территории региона повсеместно наблюдается нарушение водоохранных зон. Для большинства случаев — это выпас скота в береговой полосе. В некоторых муниципальных округах происходит распашка сельхозугодий вплоть до прибровочной зоны. Из-за распашки происходит заиление и отмирание малых рек. Снижается дебит, происходит увеличение доли взвешенных частиц. Выделенные проблемы относятся для всех 16 проб (64%), которые были отобраны на сельскохозяйственных землях. Второе место по типу угодья занимают пробы, отобранные в черте сельских населенных пунктов — 5 проб. Оставшиеся 4 пробы были отобраны в реках, протекающих среди насаждений Присурского лесного массива.
Таблица 1 - Химический состав исследованной воды в реках Чувашской Республики
№ | Реки | Ландшафт | Жесткость, мг-экв/л | pH | Аммоний, мг/л | Железо, мг/л | Нитраты, мг/л | Сульфаты, мг/л |
1 | Боль. Цивиль | НП | 3,1 | 8,0 | 3,4 | 0,37 | 3,4 | 40 |
2 | Боль. Цивиль | с/х | 3,1 | 7,7 | 2,8 | 0,5 | 1,0 | 40 |
3 | Унга | с/х | 3,6 | 8,1 | 1,0 | 0,42 | 2,3 | 60 |
4 | Мал. Цивиль | лес | 2,9 | 8,2 | 1,5 | 0,2 | 2,9 | 50 |
5 | Мал. Цивиль | с/х | 2,9 | 8,0 | 2,5 | 0,45 | 4,5 | 50 |
6 | Цивиль | с/х | 2,9 | 7,9 | 2,6 | 0,35 | 4,6 | 50 |
7 | Цивиль | с/х | 2,9 | 7,9 | 2,9 | 0,36 | 4,6 | 50 |
8 | Кубня | с/х | 3,3 | 8,3 | 3,1 | 0,4 | 4,4 | 60 |
9 | Сура | с/х | 3,4 | 7,8 | 12,0 | 0,37 | 4,7 | 70 |
10 | Сура | с/х | 3,4 | 7,8 | 3,5 | 0,40 | 4,5 | 60 |
11 | Люля | лес | 2,0 | 7,7 | 0,5 | 0 | 0 | 40 |
12 | Сура | НП | 3,5 | 7,9 | 3,7 | 0,45 | 5,0 | 70 |
13 | Сура | с/х | 3,6 | 7,9 | 3,9 | 0,48 | 5,0 | 60 |
14 | Була | НП | 4,1 | 7,7 | 6,1 | 0,3 | 4,0 | 80 |
15 | Була | с/х | 4,2 | 8,2 | 9,0 | 0,4 | 6,0 | 90 |
16 | Киря | лес | 3,4 | 7,8 | 0 | 0 | 0 | 60 |
17 | Аниш | с/х | 5,6 | 7,6 | 1,5 | 0,1 | 2,0 | 80 |
18 | Аниш | с/х | 5,3 | 7,7 | 2,0 | 0,25 | 2,0 | 80 |
19 | Бездна | лес | 8,1 | 7,8 | 0,5 | 0,0 | 0,0 | 110 |
20 | Рыкша | с/х | 3,5 | 8,1 | 3,8 | 0,4 | 3,0 | 90 |
21 | Орбашка | с/х | 3,7 | 8,1 | 3,7 | 0,42 | 3,2 | 70 |
22 | Унга | НП | 3,5 | 8,1 | 3,8 | 0,35 | 3,2 | 60 |
23 | Кидьярка | НП | 3,1 | 7,9 | 3,7 | 0,38 | 3,0 | 70 |
24 | Аря | с/х | 5,0 | 7,7 | 2,2 | 0 | 3,1 | 75 |
25 | Выла | с/х | 4,2 | 7,6 | 3,3 | 0 | 4,5 | 60 |
В отличие от родниковой воды в большинстве из отобранных проб наблюдается превышение СанПиНа. Только 5 проб можно охарактеризовать как соответствующие требованиям по качеству воды. Территориально они расположены на землях государственного лесного фонда: в Присурском лесном массиве и широколиственных лесах Приволжского лесного района. Это Реки Аниш, Бездна, Киря, Люля, истоки Малого Цивиля (см. рис. 1).
У 2 рек наблюдается превышение одного компонента – аммония. Это река Унга и среднее течение реки Аниш.
Рисунок 1 - Качество воды в реках Чувашской Республики
4. Заключение
В результате проведенных исследований установлено, что приуроченность к землям сельскохозяйственного назначения является важнейшей причиной ухудшения качества поверхностных вод и грунтовых вод. Все выявленные загрязнения родников связаны с близким их расположением к животноводческим постройкам. Оптимальное качество поверхностных вод характерно только для водотоков, расположенных на лесных землях. В подавляющем большинстве проб из створов рек, расположенных на сельскохозяйственных землях, наблюдается многокомпонентное превышение содержания вредных веществ: аммония, нитратов. Это подтверждает, что главным негативным фактором загрязнения грунтовых и поверхностных вод в Чувашской Республике является сельскохозяйственная деятельность. Из многочисленных факторов, загрязнения воды сельскохозяйственной деятельностью выделяются отходы животноводства и внесение чрезмерного количества органических удобрений в почву.
Решением выделенной проблемы является активная фитомелирация береговых полос. К сожалению, улучшением качества речной и родниковой воды за счет посадки древесно-кустарниковой растительности занимаются в основном общественные организации и волонтеры экологической направленности. Для повышения эффективности рассматриваемой методики необходима разработка и внедрение республиканской программы по возрождению фитомелиорации.