Принципы и задачи почвенного мониторинга

7.1 Экологические функции почвенного покрова

Почва- наименее подвижная природная среда, которая в отличие от воды и воздуха непосредственно не поступает в организм человека.

Вместе с тем, резко возрастающие антропогенные нагрузки на почву, приводятк уменьшению самоочищающей способности почв и накоплению в ней различных ксенобиотиков (тяжелая ароматические углеводороды (ПАУ), диоксины, пестициды, тяжелые металлы т т.д.).

Т.е. почва может выступать как долговременный и мощный источник вторичного загрязнения веществами, оказывающимися в конечном итоге, либо в питьевой воде, либо в сельхозпродуктах.

Нельзя забывать, что возможен и переход загрязняющих веществ из почвы в атмосферный воздух, особенно в аварийных ситуациях, связанных с разливами токсичных веществ.

Поэтому почва выполняет ряд важнейших экологических функций, влияя на качество атмосферного воздуха, надземных и подземных вод.

7.2 Источники загрязнения и реакция почвы на антропогенное загрязнение

Загрязнение почв происходит различными путями:

· в форме атмосферных выпадений;

· поверхностного стока;

· поступления с почвенно-грунтовыми водами;

· вследствие химизации сельского и лесного хозяйства;

· за счет коммунальных отходов, свалок, строительного мусора;

· разливов нефти и т.д.

Хотя, значительная часть источников загрязнения почв имеет локальное действие, но ряд загрязнителей действуют в региональном и даже глобальном масштабе.

Основные источники загрязнения почвы:

- Промышленность и энергетика (токсичные промышленные отходы, сточные воды, выбросы в атмосферу, радиоактивные отходы).

- Добыча полезных ископаемых («пустая» порода, запыление атмосферы, сточные воды, запыление территории).

- Транспорт (отходящие выхлопные газы; потери при транспорте руд, горючего, химикатов; отходы смазочных масел и др. нефтепродуктов; электролита; пыль от истирания шин и т.д.).

- Сельское хозяйство (минеральные удобрения, оросительные воды, сточные воды и отходы животноводческих комплексов).

- Коммунальное хозяйство (дымовые газы котельных, твердые бытовые отходы (ТБО), бытовые химикаты).

Промышленное загрязнение идет в основном через атмосферу (осаждение пыли, аэрозолей, пыли с дождем и снегом, за счет выбросов дымовых труб ивентвыбросов).

Доказано, что существует ряд этапов в реакции почв на техногенное воздействие:

1) поступление и накопление химических загрязняющих веществ в почве;

2) значительное изменение физических и химических свойств почвы (рН, емкость ионного обмена, потеря почвенной структуры и гумуса);

3) неблагоприятное воздействие почвенных условий на растительный покров;

4) развитие процессов эрозии, дефляции;

5) полное разрушение и уничтожение почвенных горизонтов;

6) образование «техногенной» пустыни.

Таким образом, существуют определенные пределы и уровни техногенного воздействия на окружающую среду, превышение которых приводит к необратимым последствиям.

7.3 Принципы почвенного мониторинга

В основе почвенного мониторинга лежат следующие принципы:

1) Разработка методов контроля наиболее важных свойств почв.

2) Постоянный контроль за важнейшими показателями почвенного плодородия.

3) Ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств.

4) Разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных процессов.

Угнетение почвенной биоты и фитотоксичность почвы

Этот важный показатель находят по косьвенным признакам, т.е. по так называемому дыханию почвы, или эмиссии CO₂.

Устанавливаются камеры на поверхности почвы, улавливающие CO₂ (поглощаемое раствором KOH). Затем количество поглащенного CO₂ определяется титрованием, по электропроводности или с помощью ИК-спектрометрии.

Следует учитывать, что эмиссия CO₂ динамична и меняется в течении суток, с изменением погоды и сезона года.

Важное место в почвенном мониторинге, особенно химически загрязненных почв, имеет определение фитотоксичности.

Метод особенно хорош при оценке возможности использования в качестве мелиорантов или удобрений :

· различных отходов;

· осадков сточных вод;

· компостов;

· гидролизного лигнина и т.п.

Для этого используется метод рулонной культуры, связанный с выращиванием проростков тест-растений на рулоне фильтровальной бумаги. Перед посадкой семена замачиваются в растворах с различной концентрацией тяжелыхметаллов.

Фитотоксичность определяется по формуле:

К_т = [(Р_к – Р_о) ∙С_к] / (Р_к ∙С_о) ,

Где К_т – коэффициент токсичности;

Р_к – сухая масса растения (на контроле);

Р_о – сухая масса растения (в присутствии токсиканта);

С_к- содержание иона металла в сухой массе (на контроле);

С_о- содержание иона металла в сухой массе (в присутствии токсиканта).

В ходе опыта фиксируют всхожесть, энергию прорастания, длину надземной и корневой системы, массу сухого вещества надземной и корневой части.

В качестве тест-растений используются овес, горох, пшеница, бобы, фасоль.

7.4 Загрязнение почв нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

При контроле загрязнения почв нефтепродуктами решаются 3 задачи:

- определяются масштабы загрязнения;

- оценивается степень загрязнения;

- выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

Первые две задачи могут решаться дистанционными методами (аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв).

По изменению окраски (или плотности почернения) на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязненной территории.

По снижению коэффициентов отражения можно оценить степень загрязнения.

В лабораторных условиях степень загрязнения находят определением содержания нефтепродуктов в почве, экстракцией гексаном в аппарате Сокслета с последующим гравиметрическим измерением.

При мониторинге почв особое внимание обращается на загрязнение полиароматическими углеводородами (ПАУ), определением их люминесцентным или хроматографическим методами.

Важным является контроль загрязнения почв тяжелыми металлами.

Валовое содержание тяжелых металлов определяют методом эмиссионного спектрального анализа без предварительного разложения пробы или методом атомно-абсорбционной спектроскопии после разложения пробы.

Атомно-абсорбционная спектроскопия может использоваться для определения подвижных соединений элементов из кислотных, солевых и водных вытяжек из почв.

7.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЫ

7.5.1 Определение механического состава

Определение величины зерен почвы

Механический состав, величина частиц и их характер определяют такие свойства почвы, как пористость, воздухопроницаемость, влагоемкость, тепловые свойства и т.д.

Анализ механического состава почвы дает возможность судить о способности почвы к самоочищению.

Делается ситовой анализ на ситах с отверстиями от 10 до 0,25 мм. Содержимое каждого сита взвешивают и вычисляют каждой группы (фракции) почвенных частиц в %.

Определение пористости почвы(общего объема пор)

Сумма объемов свободных промежутков между частичками почвы составляет величину объема пор и выражается в %.

Принцип метода заключается в том, что определенный объем почвы смешивается с таким же объемом воды, при этом суммарный объем получается несколько меньше, чем сумма объемов.

Эта относительная разница, выраженная в % и будет составлять величину объема пор.

НАПРИМЕР: объем пор песка=40 %; глины=53 %; торфа=84 %.

Определение водопроницаемости

Крупнозернистые почвы обладают хорошей воздухо- и водопроницаемостью, а мелкозернистые- относительно большой водоемкостью, гигроскопичностью и капиллярностью.

НАПРИМЕР: песок задерживает около 20 % влаги, глина- 70 %, торф-10-ти кратное количество.

Водопронцаемость определяется временем, необходимым для просачивания воды слоем 4 см³ через слой почвы объемом 20 см³ (до появления первых капель).

Определение капиллярности почвы

Чем меньше величина почвенных частиц, тем выше капиллярность почвы. В стеклянную трубку, один конец которой обвязывается марлей, засыпается определенный объем почвы. Затем трубка опускается на 0,5 см в сосуд с водой. Отмечают максимальный уровень поднятия воды в сантиметрах через 10, 15, 30 минут и через 24 часа.

7.5.2 Определение показателей органического загрязнения

Анализ водной вытяжки из почвы

Анализ водной вытяжки на свежее загрязнение указывает на присутствие органического азота, углерода и хлоридов, в количествах больших, чем в почве контрольного участка.

По данным анализа водной вытяжки из почвы можно судить о характере и степени загрязнения почвы органическими веществами, интенсивности их минерализации и завершенности процесса самоочищения.

Почва заливается дистиллированной водой и добавляются 1 мл 13% раствора Al₂(SO₄)₃ и 0,5 мл 7% раствора КОН. Суспензия перемешивается и фильтруется, водная вытяжка анализируется.

7.5.3 Анализ металлов в почве

Для анализа содержания металлов используются следующие методы:

· фотометрический (анализ V, W (с комплексообразованием), Co, Mn, Hg)

· атомно-абсорбционная спектроскопия (анализ Ni, Cu, Zn, Hg, Cr)

· полярографический (анализ Pb, Cr)

· спектрометрический (анализ Pb)

7.5.4 Анализ неорганических соединений

- сероводород H₂S (титриметрически с Na₂S₂O₃)

- Сульфат-ионы . Серная кислота. Сера, сероводород в почве превращаются в сульфаты, которые определяются после осаждения BaCl₂ гравиметрически.

- Фосфор и фтор определяются фотометрически.

- Фториды определяются рН-метрически.

- Нитраты(рН-метрия, после извлечения нитратов из почвы 1% раствором алюмокалиевых квасцов. Измеряется активность нитрит-ионов с использованием ионоселективного электрода.

7.6 Анализ ароматических углеводородов

+ Бензин (топливный)- ГХА равновесной паровой фазы на приборе с ПИД

+ Бензол, толуол, ИПБ, стирол – концентрирование из почвы с последующим анализом ГЖХ

+ Динитробензол (фотометрически)

7.7 Пестициды, удобрения и СПАВ

· Дикамба, Дилор (методом хроматографии в тонком слое)

· Кельтан (экстракция спиртом с последующим титриметрическим определением)

· Жидкие комплексные удобрения (N : P : K=10 : 34 : 32) – образованием комплекса фосфатов с молибдатом аммония с последующим восстановлением.

· Анионоактивные ПАВ- образованием комплексных соединений с последующей фотометрией.

ЛЕКЦИЯ 8-ЗФ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: