آلایندگی کودهای شیمیایی در کمین رودخانه‌ها

مونا شعبان

ورود حجم زیادی از مواد مغذی و رسوبات ناشی ار فرسایش اراضی سطحی به آب می‌تواند باعث مشکلات مانند رشد جلبک‌های سمی، کاهش اکسیژن آب و متعاقب آن نامناسب شدن آب برای مصارف زندگی روزانه و تولیدات صنعتی و کشاورزی ‌شود؛ بنابراین مدیریت منابع آلودگی غیرنقطه‌ای کشاورزی،‌ مدیریت نوع کاربری اراضی، شناسایی منابع آلودگی، کنترل مقدار مواد مغذی و به ویژه مصرف کود شیمیایی و جلوگیری از انتقال آلودگی غیرنقطه‌ای از راه‌های مهم برای کاهش آلودگی آب است.

افزایش آلودگی آب باعث محدودیت عملکرد آن به‌عنوان زیستگاهی برای گیاهان و حیوانات می‌شود (1) . همچنین کیفیت آب‌های سطحی یکی از نگرانی‌های رو به افزایش در دنیا و ایران است. از این‌رو با توجه به اهمیت کیفیت آب‌های سطحی، در گزارش حاضر به مطالعات انجام شده و نتایج به‌دست‌آمده از پایان‌نامه زهرا نوری با عنوان "بررسی تأثیر اقدامات مدیریتی بر کیفیت آب‌های سطحی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سیمره، رودخانه سیمره)" اشاره شده است. این پایان‌‌نامه در مقطع کارشناسی ارشد در رشته آبخیزبرداری در شهریورماه 1394 با راهنمایی‌های دکتر علی سلاجقه و دکتر آرش ملکیان در پردیس کشاورزی و مناب طبیعی دانشگاه تهران دفاع شده است.

زهرا نوری در این پایان‌نامه با اهدافی چون سنجش وضعیت کیفی منابع آب سطحی منطقه مورد مطالعه، شناسایی منابع آلوده‌کننده آب، آگاهی از میزان مؤثر بودن برنامه‌های مدیریت منابع آب،‌ ارزیابی اثرات منابع آلودگی غیرنقطه‌ای و نقطه‌ای روی کیفیت آب با استفاده از مدل SWAT به مطالعه آب رودخانه سیمره در لرستان پرداخته است.

وی اشاره کرده است که "جهت ارزیابی کیفیت آب رودخانه که تحت تأثیر تعداد زیادی از آلاینده‌ها قرار دارد باید از یک روش اکولوژیکی که ترکیبی از اجزای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی و منعکس‌کننده وضعیت کیفی آب است استفاده کرد (2) ."

نوری در این مطالعه،‌ ابتدا شاخص کیفیت آب (3) را با استفاده از 11 پارامتر کلیدی (4) کیفیت آب برای دوره یک سال و آبان 1392 تا مهر 1393 به‌منظور ارزیابی کیفیت آب سطحی رودخانه سیمره محاسبه کرده است. سپس،‌ برای بررسی تأثیر منابع آلاینده‌ای نقطه‌ای و غیرنقطه‌ای بر روی کیفیت آب از مدل ارزیابی آب و خاک استفاده کرده است. با بررسی‌ها و مطالعاتی که زهرا نوری انجام داد به این نتیجه رسیده است که مدل SWAT (5) برای شناسایی مناطق منبع بحرانی رسوب، نیتروژن مجموع، مجموع فسفر در سطح زیرحوزه مدل مناسبی است. او با استفاده از SWAT رودخانه سیمره را به حوزه‌هایی تقسیم کرده و به این نتیجه رسیده است که 9 زیرحوزه (شامل 33 درصد از سطح حوزه) به‌عنوان مناطق بحرانی است.

همچنین نوری ضمن تأکید بر اینکه شبیه‌سازی تأثیر بهترین اقدامات مدیریتی برای کنترل هدررفت بار مواد مغذی نیز توسط مدل انجام گرفته است و مهم‌ترین عملیات زارعی بهینه (6) شامل اجرای کاهش مصرف کودهای شیمیایی و ایجاد نوار فیلتر در طول رودخانه است در ادامه تحقیقش بیان کرده که "نتایج شاخص کیفیت (7) نشان داد که کیفیت آب در بالادست بهتر از کیفیت آب در پایین‌دست است همچنین تغییرات فصلی روش شاخص کیفیت به وضوح نشان می‌دهد که فصل تابستان و پاییز دوره زمانی بحرانی برای بار مواد مغذی در حوزه است. همچنین سناریوهای عملیات زارعی بهینه منجر به کاهش هدررفت آلودگی در مقایسه با شرایط پایه می‌شوند و بیشتر کاهش در هدرفت مواد مغذی در ایجاد نوار فیلتر در کنار رودخانه با درصد کاهش 68 درصد، 36 درصد و 39 درصد به ترتیب برای رسوب، نیتروژن مجموع، مجموع فسفر مشاهده شد."

وی به کیفیت آب اشاره و بیان کرده است که "به‌طور معمول توسط ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تعریف می‌شود. منابع آلوده‌کننده آب شامل منابع آلودگی غیرنقطه‌ای (8) و منابع آلودگی نقطه‌ای (9) است. منابع آلودگی نقطه‌ای شامل فاضلاب‌های شهری و فاضلاب‌های صنعتی (از کارخانه‌های مختلف)، زهکش‌های رواناب‌های شهری و سایر منابع آلودگی است که به صورت کانال و لوله به داخل آب تخلیه می‌شود. پایش منابع نقطه‌ای برای ارزیابی کمی و کیفی آب چون به‌صورت کانال و لوله تخلیه می‌شوند آسان و همچنین منابع آلودگی نقطه‌ای با جمع‌آوری و تصفیه آب آلوده قبل از ورود به رودخانه،‌ دریاچه‌ها یا مخازن قابل کنترل است. منابع آلودگی غیرنقطه‌ای شامل فعالیت‌های کاربری و اراضی مانند ایجاد جاده، زهکشی معدن، رواناب سطحی است که مواد آلاینده توسط بارش، آب ناشی از ذوب برف یا آب آبیاری در سطح زمین جاری شده حمل و وارد رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و آب‌های ساحلی می‌شوند (10) ." همچنین نوری در ادامه اضافه کرده است که "تعیین منابع آب نقطه‌ای آسان است اما ارزیابی و برآمد منابع غیرنقطه‌ای به‌دلیل گستردگی مکانی وقوع و تغییرات زمانی خود که بستگی به عواملی مانند آب و هوا و کاربری اراضی دارد، دشوار است (11) . مصرف بیش از اندازه کودهای غیرآلی صنعتی و فضولات حیوانی برای افزایش تولید و شسته شدن آنها توسط رواناب منجر به ورود حجم زیادی از آلودگی به آب‌ها می‌شود (12) . نقش کشاورزی در آلودگی آب در اروپا و سایر کشورها در حال توسعه در دهه‌های اخیر به‌خوبی مشخص شده است. آلوگی ناشی از کشاورزی شامل هدررفت نیترات و فسفات از اراضی کشاورزی است (13) ."

با توجه به گفته‌های او برای جلو‌گیری از آلودگی‌های ناشی از کو‌دهای شیمیایی و عملیات سنگین کشاوزی تکنیک‌های جدید و مدیریت جامع برای کاهش آلودگی اتخاذ شده است، اما تجارب بین‌المللی نشان می‌دهد که تکنولوژی به‌تنهایی باعث کاهش آلودگی غیرنقطه‌ای نمی‌شود. نوری تأکید کرده است که "کارایی این تکنولوژی‌ها و اقدامات بستگی زیادی به فعالیت‌هایی برای بهبود تربیت، آموزش و خدمات مشاوره‌ای کشاورزان برای افزایش آگاهی عمومی جهت کاهش آلودگی غیرنقطه‌ای دارد. رشد سریع شهرنشینی و عملیات کشاورزی سنگین در اراضی زراعی محدود برای حمایت از این جمعیت انبوه باعث تشدید آلودگی می‌شود. ورود حجم زیادی از مواد مغذی و رسوبات ناشی از فرسایش اراضی سطحی به آب می‌تواند باعث مشکلات مانند رشد جلبک‌های سمی، کاهش اکسیژن آب و متعاقب آن نامناسب شدن آب برای مصارف زندگی روزانه و تولیدات صنعتی و کشاورزی شود؛ بنابراین نیاز به کاهش بار آلودگی از اراضی کشاورزی که یکی از منابع غالب آلودگی آب است به عنوان یکی از اهداف اولیه برای بهبود کیفیت آب‌های سطحی است. بر این اساس مدیریت منابع آلودگی غیرنقطه‌ای کشاورزی،‌ مدیریت نوع کاربری اراضی، شناسایی منابع آلودگی، کنترل مقدار مواد مغذی و به‌ویژه مصرف کود شیمیایی و جلوگیری از انتقال آلودگی غیرنقطه‌ای از راه‌های مهم برای کاهش آلودگی آب است (14) ."

همچنین او در آخر به‌منظور کاهش بار آلودگی رودخانه سیمره و کاهش بار مواد مغذی ورودی به مخزن سد سیمره،‌ مجموعه‌ای از راهکارهای مدیریتی را ارائه داده است: 1- شناسایی آلاینده‌ها و مناطق بحرانی، 2- ایجاد نوار فیلتر پوشش گیاهی در کنار رودخانه، 3- افزایش سطح آگاهی و آموزش کشاورزان و دامداران، 4- کاهش فعالیت‌های دامپروری در مناطق بحرانی و خروج دام از این مناطق و 5- آبخیزداری./

پی‌نوشت:

1- Sharma, P. & Rai, S.C: Stream flow, sediment and carbon transport from Himalayan watershed. Hydrology, 2004: 289: 190-2003.

2- Liou, S.M., Lo, SL. & Wang, SH: A generalized water quality index for Taiwan. Environment Monitoring Assessment, 2004: 96: 35-52.

3- WQI.

4- پارامترهای فیزیکی شامل دما، ‌رسوب و مواد بستر، گل آلودگی، رنگ و بو است و عوامل شیمیایی شامل pH ، اکسیژن محلول، اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی است. مؤلفه‌ها بیولوژیکی شامل باکتری اشیرشیاکلی و کلی‌فرم مدفوعی است*.

* Hallock, D: A Water Quality Index for Ecology's Stream Monitoring Program. 2002. Publication No.02-03-052. Htto://www.ecy.wa.gov/biblio/0203052.html .

5- مدل SWAT دارای اساس فیزیکی بوده و در حوزه‌های آبخیزی که فاقد آماربرداری منظم هستند قابل استفاده است. شبیه‌سازی حوزه‌های خیلی بزرگ یا راه‌کارهای مدیریتی مختلف می‌تواند با این مدل بدون سرمایه‌گذاری زیاد مالی و زمانی انجام شوند و کاربر قادر خواهد بود که اثرت طولانی مدت را نیز مطالعه کند. مدل SWAT با تقسیم‌کردن یک حوزه به تعداد زیادی زیرحوزه، حزئیات مکان را شبیه‌سازی می کند. بخش‌های اصلی مدل SWAT شال هیدرولوژی، آب و هوا، واحدهای عکس‌العمل هیدولوژیک، تالاب یا اراضی مرطوب، آب زیرزمینی، فرسایش، رشد گیاهان، عناصر غذایی، آفت‌کش‌ها، ‌مدیریت اراضی و روندیابی جریان است. در این مدل هر حوزه به چند زیرحوزه و هریک از زیرحوزه‌ها به چند واحد عکس‌العمل هیدورلوژیکی که از نظر کاربری اراضی و ویژگی‌های خاک همگن هستند،‌تقسیم می‌شود. ابتدا آب موجود در خام، روناب سطحی، چرخه عناصر غذایی، رسوب، رشد گیاهان و روش‌های مدیریتی برای هر واحد عکس‌العمل هیدرولوژیک و سپس برای هر حوزه به صورت وزنی محاسبه می‌شود*.

* Arnold, J.G., Srinivasan, R., Muttiah, R.S. & Williams, J.R: Large area hydrologic modeling and assessment_ part 1: model development. J. AM. Water Resource Associate, 1998: 34: 73-89.

6- Best Management Practices (BMP).

7- WQI.

8- Nonpoint source pollution.

9- Point source pollution.

10- Wu, Y. & Chen, J: Investigating the effects of point source and nonpoint source pollution on the water quality of the East River (Dongjiang) in South China. Ecological Indicators, 2013: 32: 294-304.

11- Carpenter, S.R., Caraco, .N.F., Correll, D.L., Howarth, R.W., Sharpley, A.N & Smith, V.H: Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological Applications, 1998: 8(3): 559-568.

12- Ca, W., Hong, H., Zhang, Y., Chen, N., Zeng, Y. & Wang, W: Anthropogenic nitrogen sources and exports in a village-scale catchment in Southeast China. Environmental Geochemistry and Health, 2006: 28: 45-51.

13- Shepherd, M.A. & Chambers B: Managing nitrogen on the farm: the devil is in the detail. Science of Food and Agriculture, 2007: 87(4): 68-558.

14- Carpenter, S.R., Caraco, .N.F., Correll, D.L., Howarth, R.W., Sharpley, A.N & Smith, V.H: Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological Applications, 1998: 8(3): 559-568