Использование математической модели для прогнозирования пороговых концентраций влияния пестицидов на санитарное состояние водоёмов

Введение. Стремительный рост производства и применение пестицидов представляет реальную опасность возможного загрязнения водных объектов, что определяет актуальность совершенствования методов гигиенического нормирования пестицидных препаратов в водных объектах, а также поиск скрининговых методов установления пороговых концентраций. Рассмотрены вопросы необходимости совершенствования методических подходов гигиенического нормирования пестицидных препаратов в воде водных объектов, показана необходимость дальнейшего научного изучения данного вопроса.

Материал и методы. Представлены результаты собственных лабораторных исследований по влиянию гербицидов класса сульфонилмочевин на процессы самоочищения водоёмов по показателю БПК. В работе использованы вещества класса производных сульфонилмочевины с разнонаправленным механизмом действия, оказывающие как стимулирующее, так и ингибирующее влияние на течение процессов биохимического потребления кислорода. С помощью формулы (Готовцев А.В., 2016 г.) произведён расчёт полного биохимического потребления кислорода для производных сульфонилмочевины по двум экспериментально измеренным величинам БПК.

Результаты. Представлены данные биохимического потребления кислорода для двух веществ, полученные в результате экспериментальных исследований. Выбранные вещества оказывают разнонаправленное действие на течение биохимических процессов: стимуляция — отклонение БПК от контроля (%); ингибирование — отклонение БПК от контроля (%). Проведена оценка возможного использования формулы для расчёта полного биохимического потребления кислорода, полученной при решении модифицированной системы уравнений Стритера–Фелпса, применительно к пестицидам класса сульфонилмочевины. Формула применялась в качестве математической модели для прогнозной оценки установления пороговых концентраций пестицидов по влиянию на санитарный режим водоёмов (по показателю БПК).

Обсуждение. В работе были сопоставлены экспериментальные и расчётные значения биохимического потребления кислорода, что показывает возможность использования данного математического метода для прогнозной оценки влияния пестицидных препаратов этого класса на процессы самоочищения водоёмов.

Заключение. Показана возможность использования методов математического моделирования, в частности модифицированной системы уравнений Стритера–Фелпса в практике санитарно-гигиенических исследований.

1. Пименова Е.В. Химические методы анализа в мониторинге водных объектов: учебное пособие. Е.В. Пименова. Пермь: Изд-во Пермской ГСХА, 2011: 138.

2. Гигиена, санология, экология: учебное пособие. Под ред. Л.В. Воробьевой. СПб.: СпецЛит, 2011: 255.

3. Иванова Е.А. Экологические проблемы применения пестицидов. Е.А. Иванова, Ю.В. Калуженкова. Известия Нижневолжского агроуниверситецкого комплекса: наука и высшее образование. 2008; 1 (17): 29-33.

4. Степанова Л.П. Экологическая оценка влияния сельскохозяйственного производства на интенсивность загрязнение окружающей среды. Л.П. Степанова, А.Н. Мышкин, Е.А. Коренкова, М.Н. Моисеева. Вестник Орловского государственного университета. 2011; 29 (2): 36-7.

5. Мельников Н.Н. Пестициды: химия, технология и применение. Н.Н. Мельников. М.: Химия; 1987: 712.

6. Ракитский, В.Н. Итоги и перспективы развития гигиены и токсикологии пестицидов. В.Н. Ракитский. Гигиена: Прошлое, настоящее, будущее. М.; 2001: 79-81.

7. Горбатов В.С. Водная экотоксикология пестицидов и современные тенденции регулирования их обращения. В.С. Горбатов О.Ф. Филенко М.В. Медянкина Т.В. Кононова Е.В. Оганесова. Вода MAGAZINE. 2013; 69 (5): 10-4.

8. Захаренко В.А. Рынок пестицидов в России и перспективы его развития. В.А. Захаренко. Защита и карантин растений. 2014: 11: 3-6.

9. Новиков Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов. Ю.В Новиков, К.О. Ласточкина, З.Н. Болдина. Под ред. А.П. Шицковой. М: Изд-во «Медицина», 1981: 376.

10. Степанова, Л.П. Экологическая оценка влияния сельскохозяйственного производства на интенсивность загрязнение окружающей среды. Л.П. Степанова А.Н. Мышкин Е.А. Коренкова М.Н. Моисеева. Вестник Орловского государственного университета. 2011; 29 (2): 36-7.

11. Иванова Е.А. Экологические проблемы применения пестицидов. Е.А. Иванова, Ю.В. Калуженкова. Известия Нижневолжского агроуниверситецкого комплекса: наука и высшее образование. 2008; 1(17): 29-33.

12. Леонов А.В. Моделирование природных процессов в водной среде. А.В. Леонов, В.М. Пищальник. Южно-Сахалинск: Изд-во СахГУ; 2012: 227.

13. Гагарина О.В. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы: учебно-методическое пособие. О.В. Гагарина. Ижевск: Изд-во Удмуртский университет; 2012: 199.

14. Ракитский В.Н. Совершенствование методических подходов гигиенического нормирования пестицидов в водных объектах. В.Н. Ракитский, А.В. Тулакин, Т.А. Синицкая, Г.В. Цыплакова, Е.Ф. Горшкова, Г.П. Амплеева, Л.Ф. Морозова, О.Н. Козырева, О.С. Пивнева. Гигиена и Санитария. 2016; 7: 675-8.

15. Новиков Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов. Ю.В Новиков, К.О. Ласточкина, З.Н. Болдина. Под ред. А. П. Шицковой. М: Изд-во «Медицина», 1981: 376.

16. Белоедова Н.С. Гигиеническая регламентация производного сульфонилмочевины. Н.С. Белоедова. Здравоохранение Российской Федерации. 2012; 6: 45-7.

17. Тулакин А.В. Методические особенности гигиенического нормирования пестицидов в воде. А.В. Тулакин, В.Н. Ракитский, Е.Ф. Горшкова, Л.Ф. Морозова, М.М. Сайфутдинов, Г.М. Трухина. Гигиена и Санитария. 2004; 1: 56-8.

18. Данилов-Данилян В.И. Управление водными ресурсами. Согласование стратегий водопользования. В.И. Данилов-Данилян, И.Л. Хранович. М.: Научный мир; 2010: 232.

19. Лойт А.О. Расчетные методы гигиенического нормирования вредных веществ в различных средах. А.О. Лойт, М.Б. Архипова. Учебное пособие. СПб.: МАПО., 1997: 40.

20. Вавилин В.А. Нелинейные модели биологической очистки и процессов самоочищения в реках. В. А. Вавилин. М.: Наука; 1981: 160.

21. Balwinder Singh. Determination of BOD kinetic parameters and evaluation of alternate methods. A Thesis submitted to in partial fulfillment of the requirements for the award of degree of Master of engineering in environmental engineering by Balwinder Singh Under the supervision of Dr. Anita Rajor Dr. & A. S. Reddy (Deemed University). Patiala 147 004; 2004: 74.

22. Меркулова Н.Н., Михайлов М.Д. Методы приближенных вычислений: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Под ред. А.В. Старченко. Томск: Издательский Дом ТГУ; 2014: 764.

23. Абелешев Д.Г. Математическое моделирование процессов самоочищения реки с использованием модификации моделей Герберта и Стритера-Фелпса. Д.Г. Абелешев, М.Д. Михайлов. Томский государственный университет. Томск, 2013: 51-2.

24. Михайлов М.Д. Об одной модификации модели Стритера -Фелпса и её численной реализации с помощью многопроцессорных вычислительных систем. М.Д. Михайлов. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2010: 1: 39-46.

25. Rai R.K. Simplified method for Determination of BOD Constants. Indian J. Environ. Protection. 2000; 20 (4): 263-7.

26. Тюрина О.В. Новые подходы к проблеме ускоренного нормирования химических веществ. О.В. Тюрина, Т.Р. Зулькарнаев. Медицинский вестник Башкортостана. 2010; 5 (6): 96-9.

27. Берешко И.Н. Математические модели в экологии: учебное пособие, ч.1. И.Н. Берешко, А.В. Бетин. Харьков: Нац. Аэрокосм. Университет «Харьковский авиационный институт», 2006: 68.

28. Готовцев А.В. Новый способ вычисления БПК и скорости биохимического окисления на основе замкнутой системы уравнений Стритера - Фелпса. А.В. Готовцев. Водные ресурсы. 2014; 3: 325-9.

29. Готовцев А.В. Определение БПК и коэффициента скорости биохимического потребления кислорода: мониторинг, прямая и обратная задачи, формулы, расчеты и таблицы. А.В. Готовцев. Водные ресурсы. 2016; 43 (6): 633-47.

30. Новиков Ю.В. Общая экология. Биоценология. Гидробиология. Ю.В. Новиков. М.: ВИНИТИ, 1977; 4: 219.