Организация наблюдений и контроля антропогенных изменений почв. Объекты наблюдений почвенного мониторинга, в соответствии с главными источниками загрязнения почв. Оценка экологического состояния почв с помощью химических и биологических критериев.
Аннотация к работе
Почва - поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырехфазную (твердая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (то есть биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем. Но самое главное - они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в организм животных, и в конечном итоге попадают с пищей в организм человека. Мониторинг почв заключается в определении и контроле следующих показателей загрязнения: водородный показатель, содержание бенз (а) пирена, нефтепродуктов, пестицидов и их метаболитов, тяжелых металлов (кадмий, кобальт, марганец, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, хром, цинк). Важнейшие задачи почвенного мониторинга включают: а) изучение факторов и процессов, определяющих антропогенную и естественную трансформацию почвенного покрова во времени и пространстве; б) определение и оценку изменения свойств почв и их естественного плодородия; в) контроль за загрязнением почв пестицидами, тяжелыми металлами и другими ингредиентами; г) выявление тенденций и прогнозирование изменения состава и свойств почв, а также структуры почвенного покрова.
План
Содержание химических загрязнителей в почве, ПДК 10Содержание пестицидов в почве, 5Содержание легкорастворимых солей, вес. % 3
Содержание токсичных солей в почве, вес. % 0,6
Увеличение плотности почв, кратность по сравнению с фоном 1,4
Фитотоксичность почвы (снижение числа проростков), кратность по сравнению с фоном 2,0
Одним из важнейших результатов мониторинговых наблюдений является составление крупномасштабных карт состояния почвенного покрова. Они служат ценным материалом для оценки и прогнозирования направлений и степени изменения почв под влиянием хозяйственной деятельности человека. Поэтому помимо уровня и ареалов загрязнения на картах отражаются трансформирующие процессы и свойства почв, определяющие их развитие (механический состав, содержание гумуса, кислотность и др.), а также вид сельскохозяйственных угодий.
Размещено на .ru
Введение
Почва - поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырехфазную (твердая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Ее рассматривают как особую природную мембрану (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (то есть биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем.
Почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере, она выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Именно поэтому чрезвычайно важным является изучение биохимического состояния почвенного покрова и его изменения под влиянием антропогенной деятельности.
Определяют изменение состояния почвенного слоя следующие воздействующие факторы: эрозия (ветровая и водная);
загрязнение (накопление вредных элементов);
опустынивание;
отчуждение земель (промышленное и коммунальное строительство).
За последнее столетие на нашей планете подверглось эрозии около 2 млрд. га поверхности суши. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится менее 1 га пахотной земли.
Все возможные виды загрязнения можно классифицировать следующим образом: химическое - тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, стойкие органические загрязнители;
Основными источниками загрязнения почвы являются: химически загрязненные осадки, образуемые вследствие сжигания сланцев, нефти, каменного угля, газа, мусора и т. п., скопления бытовых и промышленных отходов.
Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов, так называемые пестициды (фунгициды, гербициды, инсектициды). Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в организм животных, и в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
Большую опасность также представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. Халатное отношение к хранению и транспортировке радиоактивных продуктов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное загрязнение биосферы связано, например, с испытаниями атомного оружия. Кроме этого, серьезную опасность представляют АЭС, в этом мир убедился, когда произошла Чернобыльская катастрофа.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что сегодня природопользование представляет собой многокомпонентную систему (среда обитания, территориальный регион, ресурсный потенциал), создаваемую человеком в контуре биосферы Земли. Рассматриваемые подсистемы включают: природно-антропогенные объекты окружающей среды; урбанизированные территории, промышленные зоны, водохозяйственные объекты и т.д., а также нормативную базу, соответствующую представлениям человека о своих социально-экономических интересах и приоритетах.
Мониторинг почв заключается в определении и контроле следующих показателей загрязнения: водородный показатель, содержание бенз (а) пирена, нефтепродуктов, пестицидов и их метаболитов, тяжелых металлов (кадмий, кобальт, марганец, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, хром, цинк).
Химико-аналитическое определение необходимых показателей производится в производственной экологической лаборатории, предназначенной для проведения анализа всех видов проб контролируемых природных сред, подготовки исходных данных для оценки ситуации и составления прогноза воздействия производства на окружающую природную среду. Лаборатория осуществляет прием, регистрацию проб и протоколов пробоотбора, пробоподготовку, проведение количественного химического анализа в соответствии с утвержденными методиками, оформление протоколов испытаний, передачу данных результатов анализов в информационную систему. Для проведения испытаний лаборатория оснащена приборами и оборудованием химико-аналитического контроля показателей промышленных выбросов, атмосферного воздуха, сточных, очищенных сточных, дождевых, талых и поверхностных вод, почв и донных отложений.
В качестве типового решения для организации экологического химико-аналитического контроля компания Экрос-Инжиниринг предлагает стационарную лабораторию общей площадью помещений 255 кв. м, размещенную в модульном одноэтажном здании.
Кроме того, компания является разработчиком и изготовителем передвижной экологической лаборатории, предназначенной для оперативного анализа загрязнения объектов окружающей среды в результате деятельности промышленных предприятий или объектов повышенной экологической опасности. Мобильная лаборатория незаменима в условиях проведения оперативных оценок при значительном удалении от стационарных лабораторий, в труднодоступных районах, а также для отбора и доставки проб в аналитические центры с целью проведения комплексных исследований.
1. Организация наблюдений и контроля антропогенных изменений почв
Интенсивное использование земель часто ведет к развитию неблагоприятных процессов (водной и ветровой эрозии, вторичного засоления и заболачивания, загрязнения почв промышленными выбросами и пестицидами), что существенно ухудшает свойства почвенного покрова. В связи с этим возникает необходимость слежения за показателями состояния почв с целью его оценки, прогнозирования и картографирования, а также обоснования мероприятий по повышению почвенного плодородия. Мониторинг должен включать систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции химических веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во времени. Однако он не может ограничиваться лишь анализом проб почв. Почва - важный компонент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения других его компонентов, всех путей накопления загрязняющих веществ как в природных, так и в антропогенных комплексах.
Проведение мониторинга вызвано необходимостью своевременного выявления неблагоприятных свойств почв при различных видах их использования и развитии естественных почвообразовательных процессов. Важнейшие задачи почвенного мониторинга включают: а) изучение факторов и процессов, определяющих антропогенную и естественную трансформацию почвенного покрова во времени и пространстве; б) определение и оценку изменения свойств почв и их естественного плодородия; в) контроль за загрязнением почв пестицидами, тяжелыми металлами и другими ингредиентами; г) выявление тенденций и прогнозирование изменения состава и свойств почв, а также структуры почвенного покрова.
Для решения этих задач необходима организация стационарных и полустационарных наблюдений на специально выбранных участках в сочетании с использованием дистанционных методов исследования. В качестве объектов наблюдений выбираются типичные ландшафты, расположенные во всех важнейших почвенно-климатических зонах и провинциях и подверженные интенсивному антропогенному воздействию (прежде всего сельскохозяйственному использованию). Параллельно исследуются фоновые территории, представленные ландшафтами, которые испытали наименьшие антропогенные нагрузки.
На стационарах и в полустационарных условиях с помощью полевых методов и анализов отобранных образцов ведутся регулярные наблюдения за химическими, физическими и биологическими показателями, характеризующими состояние почвенного покрова. Перечень наблюдаемых химических показателей определяется их токсичностью и распространенностью, а для средств химической защиты - еще и устойчивостью.
Из тяжелых металлов наиболее токсичны ртуть, свинец и кадмий, поэтому наблюдения за их содержанием должны проводиться повсеместно, широко распространены такие токсиканты, как кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадии, марганец и другие. В большинстве случаев они поступают на поверхность почв за счет локальных промышленных выбросов.
Из органических загрязнителей необходимо контролировать вещества, обладающие способностью поступать и накапливаться в сельскохозяйственной продукции, а также способные к миграции с поверхностным и подземным стоком. Среди них следует выделить такие токсичные вещества, как полихлорбифенилы, бенз(а)пирен (сильный канцероген) и другие загрязнители. Кроме того, в программу мониторинга входят наблюдения за теми свойствами почв, которые определяют их плодородие (содержание гумуса, азота, фосфора, кислотность, накопление легкорастворимых солей и др.). антропогенный почва экологический химический
2. Объекты наблюдений почвенного мониторинга. В соответствии с главными источниками загрязнения почв выделяются два основных объекта наблюдений (типа загрязненных территорий)
К первому из них относятся почвы сельскохозяйственных районов. Отбор проб производится два раза в год - весной после таяния снега (до применения пестицидов) и в конце вегетационного периода. Пробы должны отбираться на одних и тех же участках, типичных для данного района по природным условиям и характеру использования. Уровень загрязнения почв определяется по содержанию наиболее устойчивых пестицидов и тяжелых металлов.
Второй объект наблюдений - это почвы вокруг промышленно-энергетических центров. Отбор проб производится один раз в год - весной после таяния снега в точках на почвенно-географических профилях, расположенных по восьми направлениям (азимутам) в радиусе до нескольких десятков километров от источника загрязнения. Пробы почв анализируются на содержание тяжелых металлов, полихлорбифенилов, бенз(а)пирена и других ингредиентов.
Одновременно для определения интенсивности поступления тяжелых металлов в почву ежегодно (в конце зимы) проводится отбор проб снега. Соединенный образец снега с площади 1 га составляется из 20-40 точечных проб. Участки наблюдений чаще всего приурочены к местам с максимальным уровнем загрязнения почвенного покрова.
Наиболее крупные по площади объекты мониторинга (как правило -сельскохозяйственные угодья) должны регулярно обследоваться с помощью дистанционных методов. Последние позволяют выявить структуру почвенного покрова, состояние посевов, а также путем измерения спектральной отражательной способности почв количественно (или полуколичественно) определить содержание гумуса, температуру почв, развитие эрозии и другие характеристики. Данные аэрокосмического зондирования должны контролироваться путем наземного обследования эталонных участков, расположенных в пределах массивов наблюдения.
3. Оценка экологического состояния почв производится с помощью химических и биологических критериев, а также показателей физической деградации сельскохозяйственных угодий. Для оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами используется суммарный показатель загрязнения ZC. Он определяется по формуле где n - число наблюдаемых ингредиентов; KCI - коэффициент концентрации металла, определяемый как отношение содержания металла в почве к его фоновому содержанию.
Разработана оценочная шкала опасности загрязнения почв, увязанная с показателями здоровья населения (Методические указания..., 1987). С некоторыми сокращениями она приведена в таблице 1.
Таблица 1 - Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (ZC)
Категория загрязнения почв ВЕЛИЧИНАZC Изменение показателей здоровья населения
Допустимая Менее 16 Низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Умеренно опасная 16-32 Увеличение общей заболеваемости
Опасная 32-128 Увеличение числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная Более 128 Увеличение заболеваемости детей, нарушения репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза, беременности, числа преждевременных родов, мортворождаемости и др.)
В качестве показателей физической деградации сельскохозяйственных земель рекомендуется использовать площади угодий, выведенных из землепользования в результате проявления неблагоприятных почвенных процессов (эрозии, вторичного засоления, загрязнения и др.), величины потери гумуса в пахотном слое, показатели увеличения плотности почв и другие критерии. Признаком биологической деградации почв служит снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о котором можно судить по уменьшению уровня активной микробной биомассы. Некоторые критерии состояния почвенного покрова применительно к выделению зон экологического риска (ЭР), кризиса (ЭК) и бедствия (ЭБ) приведены в таблице 2 (Критерии оценки..., 1992; Виноградов и др., 1993).
Таблица 2 - Критерии экологической оценки состояния почв
Показатели Норма ЭР ЭК ЭБ
Площадь деградированных земель, % от общей площади сельхозугодий 50
Содержание гумуса в почвах, % от исходного > 90 70-90 30-70 <30