Patvirtinta Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos ministro 1995 m. spalio 4 d. įsakymu Nr. 157 Normatyvinio dokumento galiojimo terminai gali būti pakeisti Tolimų pernašų konvencijoje apibrėžtais terminais. Sieros ir azoto junginių kritinių apkrovų ekosistemoms skaičiavimo metodika (LAND 8-95/M – 03) Gamtinės aplinkos degradacija dėl rūgštėjimo, o kai kurių ekosistemų – dėl persotinimo maistinėmis medžiagomis, dažniausiai siejama su sieros ir azoto junginiais, patenkančiais į jas iš atmosferos su krituliais (šlapi srautai) ir nesant kritulių (sausi srautai) [1–3]. Ekosistemos toleruoja tam tikro dydžio teršalų apkrovas, t.y. savo išgalėmis mažina jų žalingą poveikį. Tačiau dėl intensyvaus ir nuolatinio atmosferos teršimo sieros ir azoto junginiais per pastaruosius kelis dešimtmečius daugelyje Europos vietų šių teršalų srautai yra žymiai didesni nei gamtiniai [4–6]. Vienas iš galimų būdų apsaugoti gamtinę aplinką yra teršalų emisijos į atmosferą mažinimas. Ieškodami palankaus susitarimo tarp gamtosaugininkų ir valdžios institucijų, priimančių sprendimus dėl teršalų emisijos apribojimų, Šiaurės šalių mokslininkai pasiūlė teršalų kritinių apkrovų koncepciją [7]. Nustatyto didumo teršalų srautais į ekosistemas pradėjo vadovautis tarptautinės komisijos, ruošdamos konvencijas dėl teršalų tolimo pernešimo ir emisijos apribojimo [8, 9]. Kritinė apkrova – tai vieno ar keleto teršalų srauto į ekosistemą skaitinė vertė (medžiagos kiekis į ploto vienetą per laiko vienetą), žemiau kurios toje ekositemoje nevyksta ryškesni žalingi pokyčiai. Įvairiose geografinėse vietose esančios skirtingų biologinių ypatumų ekosistemos yra nevienodai jautrios teršalams. Todėl ir teršalų kritinės apkrovos dydis labai priklauso nuo ekosistemų rūšies ir siejamas su konkrečios ekosistemos buferine geba, t.y. sugebėjimu švelninti taršos poveikį. MASĖS BALANSO METODAS Azoto junginių kritinėms apkrovoms į miškų ekosistemas nustatyti paprastai naudojamas masės balanso metodas. Atsižvelgiant į visus galimus būdus azoto junginiams patekti arba būti pašalintiems iš nagrinėjamos ekosistemos, azoto masės balansą galima užrašyti šitaip:
(1)čia ∆Niškr yra iš atmosferos į žemės paviršių per metus iškritęs azoto kiekis, ∆Nb – biomasėje per metus sukauptas azoto kiekis, ∆Nd – iš ekosistemos dėl denitrifikacijos per metus pašalintas azoto kiekis, ∆Ns- mineralinėje medžiagoje per metus surištas azoto kiekis ir DNn – iš ekosistemos per metus išplaunamas azoto kiekis. Kritinę maistinio azoto junginių apkrovą CLm(N)* galime užrašyti taip:
(2)*žymėjimas atitinka anglišką sutrumpinimą („critical load“) Sukaupto biomasėje azoto kiekis priklauso nuo šarminių katijonų koncentracijos ir apibrėžiamas kaip kaupimasis, kuris gali būti subalansuotas šarminiams katijonams patenkant į tiriamąją ekosistemą. Todėl šis dydis apskaičiuojamas naudojantis šarminių katijonų masės balanso lygtimis: ,
(3)čia Xb(krit) yra X-ojo elemento kritinė sankaupa biomasėje (X – Ca, Mg, K, P), Xiškr – iš atmosferos į ekosistemą patenkantis dydis, Xw – iš mineralinės medžiagos išlaisvinamas dydis, Q – vandens srautas iš šaknų zonos ir [X]krit – ribinė koncentracija – lygis, žemiau kurio medžiai nepajėgia paimti maistinės medžiagos iš tirpalo. Žinant kiekvieno katijono ir azoto santykį biomasėje, galima įvertinti azoto kaupimąsi biomasėje:
(4)Per metus denitrifikuoto azoto frakcijai suskaičiuoti naudojama kinetinė lygtis, pagrįsta Michaelis-Menten reakcijos mechanizmu: , kai ,
(5)čia k yra denitrifikacijos greičio koeficientas, o K yra įsotinimo koeficientas (K=2900 ekv/ha×m.). Koeficientas k priklauso nuo temperatūros, dirvožemio drėgmės ir pH: ,
(6)čia k0 yra kinetinė greičio konstanta (1710 ekv/ha×m.), T – temperatūra, w – santykinis dirvožemio drėgmės įsotinimas ir pH – dirvožemio rūgštingumas. Į
(6)lygtį įeinančios funkcijos išreiškiamos šitaip:
(7)
(8)
(9)Įrašę
(5)lygtį į
(2), gauname šitokią maistinio azoto kritinės apkrovos išraišką:
(10)Sugrupavę
(10)išraiškos narius, gauname kvadratinę lygtį CLm(N) atžvilgiu:
(11)čia
(12)ir
(13)
(11)lygties sprendinys užrašomas šitaip:
(14)
(14)Tai ir yra pagrindinė lygtis, pagal kurią nustatoma kritinė maistinio azoto apkrova į įvairias ekosistemas. Aukščiau minėti išplauto iš ekosistemos ir surišto mineralinėje medžiagoje azoto kiekiai paprastai yra nustatomi empiriniais metodais [8]. KRŪVIO BALANSO METODAS Kritinėms aplinką rūgštinančių azoto ir sieros junginių apkrovoms į įvairias ekosistemas nustatyti naudojamas krūvio balanso metodas. Kritinė rūgštinančių medžiagų apkrova CL(R) išreiškiama šitaip: ,
(15)čia RNGw yra ekosistemos gebos neutralizuoti rūgštį padidėjimas dėl įvairių procesų, vykstančių dirvožemyje, o RNGn(krit) – ekosistemos gebos neutralizuoti rūgštį sumažėjimas dėl šarminių medžiagų išplovimo iš ekosistemos. Sieros junginių įnašui į aplinkos rūgštėjimo prosesus įvertinti naudojama kritinė sieros junginių apkrova:
(16)čia Sf yra sieros frakcija. Ji išreiškiama šitaip: , kai ,
(17)čia ∆Siškr – iš atmosferos į žemės paviršių per metus iškritęs sieros kiekis. Žinant sieros frakciją, galima apskaičiuoti ir aplinką rūgštinančių azoto junginių kritinę apkrovą:
(18)Aplinką rūgštinančių medžiagų kritinės apkrovos viršijimas Ex(R) įvertinamas, iš suminio rūgštinančių medžiagų kiekio (iš atmosferos į žemės paviršių iškritusių,∆Riškr, ir dirvožemyje susidariusių,∆Rdir) atėmus šią apkrovą:
(19)Iš atmosferos į ekosistemą patenkantis rūgšties kiekis apibrėžiamas šitaip: ,
(20)o dėl dirvožemyje vykstančių procesų susidaręs rūgštinančių medžiagų kiekis: ,
(21)čia ∆SKiškr yra per metus iš atmosferos į dirvožemį iškritęs ir ∆SKb – per metus biomasėje sukauptas šarminių katijonų kiekis. Įrašę
(20)ir
(21)išraiškas į
(19)lygtį ir atmetę denitrifikuotą frakciją, gauname:
(22)Didžiausią leidžiamą sieros junginių apkrovą į tiriamą ekosistemą CLmax(S) galima suskaičiuoti Ex(R) prilyginus nuliui:
(23)Kadangi minimali azoto apkrova: ,
(24)tai CLmax(N) galima išreikšti šitaip:
(25)
(19)lygtyje atsižvelgus į denitrifikuotą frakciją,
(26)Panašiai kaip kritinei maistinio azoto apkrovai, galima gauti išraišką ir didžiausiai leidžiamai rūgštinančio azoto apkrovai: ,
(27)čia
(28)ir .
(29)LITERATŪRA
- Likens G. E. and Borman F. H. Acid rain: a serious regional environmental problem.- Science, 1974.- P.184, 1176-
- Rodhe H., Person C. and Akesson O. An investigation into regional transport of soot and sulfate aerosols.- Atmosph. Environ., 1971.-P. 6, 675-
- Galloway J. N., Likens G. E. and Edgerton E. S. Acid precipitation in the northeastern United States: pH and acidity.- Science, 1976.-P. 194, 722-
- Rodhe H. Acidification in a global perspective.- Ambio,
- – P. 18, 155-
- Galloway J. N. Atmospheric acidification projections for the future. – Ambio,
- – P. 18, 161-
- Gorham E. Scientific understanding of ecosystem acidification: A historical Review. – Ambio,
- – P.18, 150-
- Nilsson J., Grennfelt P.(eds.). Critical Loads for Sulphur and Nitrogen.-
- Miljorapport 1988:
- Nordic Council of Ministers, Copenhagen, Denmark. Also in: UN ECE Annex to chapter 4 of the Mapping Manual.
- UN / ECE Coordination Center for Effects, Bilthoven, the Netherlands, RIVM Report No 259101003, 1993: Calculation and Mapping of Critical Loads in Europe, Status Report
- EMEP / MSC-W Report 1/94, Norwegian Meteorological Institute, Oslo, 1994: Transbundary Acidifying Pollution in Europe: Calculated fields and budgets 1985-
- Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long Range Transmission of Air Pollutants in Europe. ______________