Лекция 20. Почвенный мониторинг (4 часа)
1. Показатели оценки почвенного мониторинга
2. Важнейшие задачи и цель и объекты почвенного
мониторинга.
1. 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.
Почвенный экологический мониторинг — система регулярного не ограниченного в пространстве и времени контроля почв, который дает информацию об их состоянии с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза его изменения в будущем. Это определение непосредственно вытекает из общего определения понятия экологического мониторинга. Почвенный мониторинг — одна из важнейших составляющих экологического мониторинга в целом, он направлен на выявление антропогенных изменений почв, которые могут в конечном итоге нанести вред здоровью человека. Особая роль почвенного мониторинга обусловлена тем, что все изменения состава и свойств почв отражаются на выполнении почвами их экологических функций, следовательно, на состоянии биосферы. Почвенный мониторинг основывается на контроле за состоянием
почвенного покрова, оценке и прогнозе изменения почв в результате их загрязнения. Основными показателями, которые оцениваются в процессе
почвенного мониторинга, являются: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.
Мониторинг почвенного покрова включает систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции химических веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во
времени. Однако он не может ограничиться лишь анализом проб почв, так
как исследование почв неотделимо от изучения других компонентов
ландшафта, всех путей накопления загрязняющих веществ как в природных, так и в антропогенных комплексах. Проведение мониторинга почв вызвано необходимостью своевременного выявления неблагоприятных свойств почв при различных видах
их использования и развития естественных почвообразовательных процессов.
2. Важнейшие задачи почвенного мониторинга включают:
– изучение факторов и процессов, определяющих антропогенную и
естественную трансформацию почвенного покрова во времени и пространстве;
– определение и оценка изменения свойств почв, и их естественного
плодородия;
– контроль загрязнения почв пестицидами, тяжелыми металлами и
другими ингредиентами;
– выявление тенденций и прогнозирование изменения состава и
свойств почв, а также структуры почвенного покрова.
При почвенном мониторинге необходимо не только определить химический состав и концентрацию веществ-загрязнителей, но и проанализировать их перераспределение по почвенным горизонтам, учесть процессы выноса и вымывания.
Таким образом, цель мониторинга почв заключается в установлении негативных изменений качества почв, выявлении источников загрязнения почв, а также в оценке воздействия качества почв
на здоровье населения и в получении достоверных данных для обоснования программ по рекультивации почв.
Объектом мониторинга почв принято считать все почвы, входящие в
состав земельного фонда страны, независимо от принадлежности, т.е. от
форм собственности на земельные участки, целевого назначения и характера использования земель. Также важным объектом мониторинга почв
являются атмосферные осадки зимнего периода, поскольку содержащиеся
в снеге вещества вместе с талыми снеговыми водами поступают в почву и
существенно влияют на экологическое состояние почвенного покрова, изменяя его кислотность, концентрацию ионов и тяжелых металлов. Мониторинг почв проводится только в теплое и сухое время года (лето, начало
осени).
3. В зимний же период проводится предполевая подготовка к проведению мониторинга, которая включает в себя:
– сбор сведений об имеющихся на данной местности источниках загрязнения почв (местоположение, объем выбросов, особенности производственного цикла, объемы твердых отходов, способы их утилизации или захоронения);
– составление карты техногенных нагрузок на исследуемую территорию (на карту наносят источники техногенного воздействия на почвы, и
зоны их вероятного влияния);
– установление сроков проведения мониторинга, выбор ключевых
площадок, на которых будут браться пробы почв.
Для решения этих проблем 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 полустационарах 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.
Наблюдения за содержанием наиболее токсичными тяжелыми металлами (ртуть, свинец, кадмий) проводятся повсеместно. Широко распространены такие токсиканты, как кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадий, марганец и др. В большинстве случаев они поступают на поверхность почв за счет локальных промышленных выбросов.
Из органических загрязнителей должны контролироваться вещества,
обладающие способностью поступать и накапливаться в сельскохозяйственной продукции, а также способные к миграции с поверхностным и подземным стоком. Среди них выделяют токсичные вещества, такие как
бенз(а)пирен, полихлорбифенилы, др. Кроме того, в программу мониторинга входят наблюдения за содержанием гумуса, азота, фосфора, определяется кислотность почвы, накопление легкорастворимых солей и др.
В соответствии с главными источниками загрязнения почв выделяют
два типа загрязненных территорий.
К первому типу относятся почвы сельскохозяйственных районов.
Отбор проб производится два раза в год – весной после таяния снега (до
применения пестицидов) и в конце вегетационного периода (в течение 10
дней после уборки урожая). Пробы в обоих случаях отбираются на одних и
тех же участках, которые являются типичными для данного района по
природным условиям и характеру использования. Уровень загрязнения
почв определяется по содержанию наиболее устойчивых пестицидов и тяжелых металлов.
Второй тип – это почвы вокруг промышленно-энергетических объектов. Основной отбор проводится один раз в год весной после таяния снега
в 64 точках, расположенных равномерно по восьми направлениям (азимутам) в радиусе до нескольких десятков километров от источника загрязнения. Кроме того, производится дополнительный отбор проб один раз в год
осенью после уборки урожая в 16 точках по четырем азимутам. Пробы
почв анализируются на содержание тяжелых металлов, полихлорбифенилов, бенз(а)пирена и других ингредиентов.
Кроме почвы как таковой, объектами наблюдений являются также
атмосферные выпадения (осадки, сухие выпадения, снежный покров), позволяющие судить о величине потока загрязняющих веществ на земную
поверхность. Поэтому 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 наблюдения чаще всего приурочены к
местам с максимальным уровнем загрязнения почвенного покрова.
Наиболее крупные по площади объекты – это, как правило, сельскохозяйственные угодья, должны регулярно обследоваться с помощью дистанционных методов. Аэрокосмические снимки позволяют выявить структуру почвенного покрова, состояние посевов, а также путем измерения 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.
Оценка экологического состояния почв производится с помощью
химических и биологических критериев, а также показателей физической
деградации сельскохозяйственных угодий.
В качестве показателей физической деградации сельскохозяйственных земель рекомендуется использовать площади угодий, выведенных из
землепользования в результате эрозии, вторичного засоления, загрязнения,
показатели увеличения плотности почв, потери гумуса и другие критерии.
Признаком биологической деградации почв служит снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о котором можно судить по
уменьшению уровня активной микробной биомассы.
В практике экологического нормирования широко используется показатель суммарного загрязнения почв (Zc).
Расчет проводится по следующему уравнению:
Определение категории загрязнения производится по показателю
суммарного загрязнения почвы (табл. 1).
Все градации имеют привязку к
качественной характеристике здоровья населения, проживающего на изучаемой территории.
Важнейшим результатом 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 на картах, кроме уровня загрязнения и ареалов (площадей)
загрязнения отражаются трансформирующие процессы и свойства почв,
определяющие их развитие (механический состав, содержание гумуса, кислотность и др.), а также вид сельскохозяйственных угодий. В ходе мониторинга почв, помимо содержания в пробе химических
элементов и загрязнителей, необходимо также оценить биологическую активность почвы (БАП). Этот показатель характеризует активность биохимических почвенных процессов. При загрязнении почв большим количеством бактерий и микроорганизмов значение БАП возрастает; если же почва загрязнена неорганическими веществами (тяжелыми металлами и пр.), то
значение БАП падает.
БАП почвы оценивают по двум показателям: по скорости выделения
углекислого газа из почвы и по интенсивности разложения клетчатки (целлюлозы, льняного полотна) в почве. Кроме того, определение БАП может
включать в себя подсчет общего количества микроорганизмов в пробе
почвы, подсчет количества микроорганизмов определенных видов (азотобактерии, бактерии – аммонификаторы и пр.). Для этого из пробы почвы
приготавливается раствор, из которого делают посев в лабораторную посуду (чашку Петри), заполненную питательной средой. По прошествии определенного времени изучают видовой состав и производят подсчет размножившихся микроорганизмов с помощью микроскопов. В целом определение биологической активности почвы – процесс достаточно долгий и
трудоемкий, требующий стационарных лабораторных условий и наличия
специального оборудования (автоклавы, стерилизаторы, дистилляторы,
холодильники, посуда из химически стойкого стекла, термометры и весы с
высокой точностью измерения).
Пример: На территории Татарстана ФГБУ «УГМС Республики Татарстан»
проводятся наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами
(до 24 элементов), а также ртутью, мышьяком и нефтепродуктами. Это всё
токсиканты промышленного происхождения (ТПП).
В рамках Программы мониторинга с 2007 г. проводятся ежегодные
наблюдения за уровнем загрязнения почвы ТПП на территории г. Казани –
в трёх пунктах многолетних наблюдений (ПМН) (в районе ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и
ТЭЦ-3), а также по всей территории города, в том числе в жилых районах
и районах новостроек, расположенных в зонах влияния крупных автодорог
(рис.1).
В городах Набережные Челны и Нижнекамск постоянно действуют
по одному ПМН, где отслеживается уровень влияния промышленных зон
на жилые районы этих городов.
Для определения уровня загрязнения почвы используются различные
критерии. На сегодняшний день главным и определяющим считается установленный санитарными нормами уровень предельно допустимые концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимые концентрации (ОДК). Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03, «содержание потенциально опасных для человека веществ не должны превышать ПДК».
Но не для всех определяемых элементов установлены значения ПДК
или ОДК. Для определения уровня загрязнения почвы широко используется суммарный индекс загрязнения почвы тяжелыми металлами Zф. Для его расчета необходимо использовать значение фоновой концентрации каждого элемента.
Использование справочных величин (кларков) дает лишь приблизительный результат. Для точного определения уровня загрязнения почвы
необходимо использовать установленные для каждого конкретного региона фоновые содержания загрязняющих элементов. Основными источниками поступления загрязняющих элементов в почвенный покров являются
материнские почвообразующие породы, существует распределение и приуроченность микроэлементов к определенным группам минералов. Определенное влияние на элементный состав оказывает реликтовое загрязнение
почвы, привнесенное антропогенным воздействием на окружающую среду
много лет назад и оставившее свой след в виде характерного только для
данного района преобладания в фоновых пробах того или иного элемента.
Причём местное фоновое значение может быть существенно как больше,
так и меньше кларка.
В рамках Программы мониторинга ФГБУ «УГМС Республики Татарстан» ежегодно определяет и корректирует значения фонового содержания ТПП в почвах для городов Казань, Нижнекамск и Набережные Челны. Фоновые пробы отбираются с учётом влияния розы ветров в заповедных лесопарковых зонах на расстоянии 25–30 км от города.
В настоящее время проведена модернизация приборной базы для
проведения мониторинга. В работе для определения содержания ТПП в
почвах используются методы атомно-абсорбционной спектрометрии,
атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, ИК спектроскопии
Комментарии
Отправить комментарий