книги / Экологический мониторинг

12.Беккер А. А. Охрана и контроль загрязнения природной среды /

À.А. Беккер, Т. Б. Агаев. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 286 с.

13.Справочник инженера по охране окружающей среды (эколога): учебно-практ. пособие / под ред. В. П. Перхуткина – М.: Инфа-Инженерия, 2005. – 864 с.

14.Фомин Г. С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: Энциклопедический справочник / Г. С. Фомин. – 2-е изд. – М.: Протектор, 1995. – 624 с.

15.Экологический мониторинг: учебно-метод. пособие / под ред. Т. Я. Ашихминой. – М.: Академический Проект, 2006. – 416 с.

Вопросы для контроля

1.В чем заключаются особенности наблюдений за состоянием

èзагрязнением природных вод? Какие показатели являются наиболее информативными при оценке загрязнения соленых и пресных вод?

2.Какие существуют категории станций наблюдений загрязнения морей? С какой глубины отбираются пробы для оценки содержания в морской воде загрязняющих веществ (например, нефтепродуктов, тяжелых металлов) и пробы зоопланктона?

3.Перечислите виды и программа наблюдения мониторинга морей. Назовите гидрохимические и гидробиологические показатели, входящие в программу наблюдений.

4.Каковы задачи мониторинга поверхностных вод суши? Объясните особенности организации наблюдений в водотоках и водоемах, назначение пунктов и створов наблюдений. Как определяется достаточное количество створов?

5.Какие существуют виды программ наблюдений поверхностных вод суши. Какие гидрологические, гидрохимические и гидробиологические показатели включают в программы? По каким группам показателей оценивается качество воды в месте водозабора?

6.Чем обусловлены экстремально высокие уровни загрязнения природных вод?

7.В чем заключается разница при расчете показателей гидрохимического индекса загрязнения воды и удельного комбинаторного индекса загрязненности воды?

161

Изложены основные принципы организации наблюдений за загрязнением почвенного покрова. Приведены пространственная и временная структуры наблюдений, принципы обоснования набора показателей для характеристики основных свойств почв и их загрязнения. Рассмотрены методы физико1химического анализа и биоиндикации для оценки загрязнения почвы.

5.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЧВЕ, КАК ОБЪЕКТЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Почвенный экологический мониторинг – система наблюдений, оценка и обобщение результатов экологического состояния почв и прогноза их состояния.

Почва (от лат. «pedis» – основание) является связующим звеном между атмосферой, гидросферой и живыми организмами

èиграет важную роль в процессах обмена веществ между живой

èнеживой природой. Она представляет собой особое природное образование, обладающее только ей присущими составом, строением и свойствами. Важнейшим свойством почвы, а по некоторым источникам, глобальной экологической функцией почв является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни всех живущих на суше организмов и определяет необходимость экологического мониторинга. Почва живет и дышит, в ней постоянно и одновременно протекают процессы ферментативного каталитического окисления, восстановления и гидролиза с обогащением почв неорганическими и органическими веществами. Почва является биологическим адсорбентом и нейтрализатором загрязнений, а обитающие в ней микроорганизмы играют важную роль в самоочищении, обеспечении круговорота веществ [1, 6, 9].

Почва является более устойчивой системой по сравнению с атмосферой и объектами гидросферы, в то же время почва несоизмеримо дольше, чем подвижные природные среды, остается в загрязненном состоянии и тем самым представляет собой источник длительного отрицательного влияния на наземные экосистемы, приводит к нарушению экологического равновесия в биосфере в целом, косвенно влияет на здоровье людей. Ухудшение состояния

164

почв, а в ряде случаев ее нарушение и деградацию, связывают с антропогенной нагрузкой, хотя изменения могут быть обусловлены и воздействием природных факторов.

Важное значение имеет оценка содержания в почве как естественных элементов и соединений, так и загрязняющих веществ (ксенобиотики, экзогенные вещества). Оценка загрязненности проводится путем сравнения содержания загрязняющих элементов и соединений в изучаемых почвах, с их фоновым содержанием. Под фоном понимают содержание веществ в почвах, достаточно удаленных от источников загрязнения, при этом имеющих близкий природный состав почв. Сравнение с фоном не всегда носит объективный характер, что обусловлено тем, что опасные химические элементы (Hg, Cd, Pb, As, Se и др.) и микроэлементы (Mo, Mn, Cu, Co, Sr, Ba, Zn, Ni и др.), загрязняющие почву, поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи оценки загрязнения требуют выделения антропогенной составляющей. Эти элементы являются природными компонентами, содержание которых обусловлено составом почвообразующих пород и характером процессов почвообразования. В связи с непрерывным во времени и пространстве поступлением химических элементов вопрос их фонового содержания можно рассматривать лишь условно.

Интерпретация результатов может вестись путем сравнения с ПДК или ориентировочно допустимым уровнем воздействия (ОДУ). В основе норматива ПДК загрязняющего вещества почвы с учетом типа почвы лежит принцип опосредованного влияния загрязняющего вещества на человека через продукты питания. В справочной литературе содержатся сведения о немногим более сотни ПДК загрязнителей почвы. Для сравнения нормативов для воды – более 1200, для воздушной среды – более 5000.

Для оценки экологического состояния почвы большое значение имеет изучение всех ее компонентов – почвенных растворов и воздуха, химического состава, твердой фазы, почвенной биоты и др. Нельзя упустить из виду какую-либо экологическую характеристику, это создаст опасность однобокой оценки с преобладанием агрохимических, фенологических, экологических, натуралистических и других подходов [1, 6–9].

Основными направлениями оценки экологического состояния почвы являются:

165

•характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ;

•определение значений контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной антропогенной нагрузке;

•установление зон распространения почв с измененными свойствами и выявление тенденций изменений;

•выявление характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей и способов миграции, аккумуляции и трансформации загрязнений;

•разработка рекомендаций по снижению или ликвидации последствий загрязнений (нарушений) почв;

•оценка масштабов антропогенных нарушений почв и экономи- ческого ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству.

В научной и практической методологии мониторинга в основном контролируются показатели экологического состояния почв, выполняется качественная и количественная оценка загрязнения. Почвен- но-экологический мониторинг направлен на решение специальных задач. Например, в составе комплексного фонового мониторинга или при оценке санитарно-эпидемиологического благополучия территории, наблюдения проводятся с целью своевременного обнаружения неблагоприятных изменений свойств почв в процессе различного использования.

К основным задачам почвенно-экологического мониторинга относятся:

•наблюдения и контроль изменений почв по показателям экологического состояния (содержание гумуса, показатель кислотности, данные о солевом режиме и др.);

•наблюдения за локальным загрязнением почв экзогенными загрязняющими веществами-ксенобиотиками (пестициды, тяжелые металлы и др.);

•сезонный контроль влажности почв, состава почвенного воздуха, механических свойств, содержания основных элементов питания (азота, фосфора, калия) и других свойств, определяющих ее плодородия;

•контроль санитарных показателей состояния почв населенных мест, сельскохозяйственных угодий, территорий, отведенных под размещение бытовых отходов;

166

•наблюдения за нарушениями почв (эрозии, дегумификация и др.);

•прогноз изменения химического состава почвы и оценка последствий этих изменений.

Информация, получаемая на основе мониторинга показателей экологического состояния почв, может быть использована для составления экологически ориентированных баз данных для территорий и регионов, с целью разработки и практической реализации мер по сохранению и повышению плодородия почв, их охране и восстановлению. Результаты мониторинга почв могут рассматриваться в качестве независимой экологической информации, представляться общественности, средствам массовой информации и др.

5.2.ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ПОЧВЕННОГО СЛОЯ

Исследование почвы в глобальном масштабе главным образом применяется при исследовании загрязнения биосферы пестицидами, опасными средствами защиты растений, тяжелыми металлами. Для этого на станциях комплексного фонового мониторинга или специальных площадках на территории заповедников проводятся химико-аналитические исследования по выявлению содержания ДДТ и других видов хлорфторуглеводородов и тяжелых металлов.

На национальном, региональном и локальном уровнях организационные подходы к исследованию состояния и загрязнения поч- венного слоя типичны.

Объектами почвенно-экологического мониторинга могут быть образцы естественного слоя почвы, отобранные на территории населенных пунктов; пробы почвы природных и сельскохозяйственных территорий; пробы искусственных почв (перемещенный грунт, почва, смешанная с отходами и после рекультивации загрязненных территорий); образцы растений и растительные сообщества.

Загрязнение почвы оценивается с помощью следующих видов наблюдений:

•режимные стационарные – систематические наблюдения за уровнем экзогенных химических веществ, находящихся в почве.

167

Используются для физико-химического и агрохимического анализа почвы, используемых для сельскохозяйственных целей, санитарноэпидемиологической оценки и радиометрического контроля территорий населенных пунктов;

•комплексные – исследование процессов миграции экзогенных химических веществ в сопряженных средах (воздух–почва, почва–растительность, почва–вода);

•специальные – изучение вертикальной миграции экзогенных химических веществ, изучение фильтрационных свойств и сорбционной способности почвы;

•оперативные – исследование изменений в морфологии почв, ее агрохимических и физико-химических показателей после устранения последствий аварийных ситуаций природного и техногенного характера.

Виды тех или иных наблюдений определяются целями мониторинга, масштабами исследуемой территории и комплексом методов, которые могут быть использованы для оценки.

5.2.1.Обоснование пространственной и временной структуры наблюдений

При обосновании пространственной структуры наблюдений необходимо выбрать место расположения контрольных и фоновых площадок – участков геоботанических наблюдения и отбора проб почвы. Прежде чем окончательно наметить место для исследований состояния и загрязнения почвы необходимо установить тип участка – склон, водораздел, пашня, лес, участок населенного пункта и т. д. Место для изучения должно быть типичным для исследуемой территории и находиться в центральной, а не краевой части территории, не должно иметь резких повышений или понижений рельефа, троп, дорог, свалок мусора и др.

Пространственная структура будет определяться с учетом площади территории, количества источников загрязнения (в некоторых случаях и длительностью их действия), путей поступления загрязнений в почву (оседание из атмосферного воздуха, миграция с поверхностным стоком или распространением грунтовыми и подземными водами). В некоторых случаях количество контрольных пло-

168

щадок определяется видом загрязнения или необходимым набором показателей для выявления степени загрязнения.

Расположение и количество почвенных площадок определяется в зависимости от площади исследуемой территории. В связи с тем, что иногда исследование почв целесообразно проводить в комплексе с исследованиями растительных сообществ, эти площадки считаются почвенно-ботаническими. Их расположение может учитывать размещение существующих наблюдательных сетей за состоянием атмосферного воздуха, подземных вод и др.

При выборе мест отбора проб почвы и их первичной оценки обычно учитываются два главных параметра:

1)размер (площадь) элементарного участка, с которого отбирается смешанный почвенный образец, отражающий средний уровень загрязнения почвы;

2)размер ключевого участка, являющегося наименьшей геоморфологической единицей ландшафта, в достаточной мере отражающей генезис (тип, подтип) свойств почв.

В пределах ключевого участка выделяются элементарные участки, размеры которых зависят от того, насколько они удалены от источника загрязнения почвы. Обычно руководствуются правилом: чем дальше от источника, тем больше должна быть площадь элементарного участка. Кроме того, в пределах определенного элементарного участка выбирается рабочая площадка, с которой и отбираются пробы почв для составления смешанного почвенного образца. Если размер элементарного участка сравнительно велик, а почвенный покров сложен, то в пределах участка выделяется несколько пробных рабочих площадок (обычно 2–3).

За рациональный размер рабочей площадки обычно принимается площадь около 1 га (100100 м). Площадки намечаютcя следующим образом: в радиусе 1,5–2,5 км (зона наибольшей загрязненности) по 8 направлениям – румбам (хотя и не обязательно строго по азимуту), в радиусе 2,5–5 км (зона значительного влияния) – по 10–12 румбам, в радиусе 5–10 км (зона обычно фиксируемого влияния объекта) – по 16–24 румбам. В таком случае пробные площадки оказываются друг от друга на равномерном расстоянии 1,5–2 км.

Представленная схема носит рекомендательный характер, поскольку в природных условиях положение элементарных участков

169

и количество пробных площадок зависит от ландшафтно-геохими- ческих особенностей территории. При сильном загрязнении вокруг мощных предприятий в направлении господствующих ветров территория обследуется на расстоянии до 20–30 км, а в направлении наименьшей повторяемости и силы ветров – примерно в 2 раза меньше.

Для ориентировочных и оперативных исследований на небольшой территории (менее 1 км2) намечаются два и более участков площадью 25 м2. Один из этих участков – фоновый, остальные контрольные (реперные). На каждом участке намечаются 3–5 точек для взятия образцов почвы или отбора проб с целью получения усредненной почвенной пробы, наиболее распространенным способом является метод «конверта» (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема расположения точек отбора проб в почве («конверт», 5 точек по диагонали, 3 точки по диагонали, 4 точки на склоне)

Каждый участок (площадка) представляет 1 м2, в центре участка выкапывается шурф размером 0,30,30,2 м. Одна из стенок, как правило хорошо освещаемая естественным светом, зачищается и из этой стенки выбирается образец почвы. Масса образца зависит от плотности почвы и составляет 100–600 г.

Для большой территории (чаще всего сельскохозяйственных угодий), имеющей однородный рельеф, выбирается площадка в 1 км2, условная диагональ площадки нумеруется для отбора двух усредненных проб почвы. Одна проба собирается из четных точек, вторая – из нечетных. Масса усредненных проб должна составлять не менее 2 кг.

Для изучения вертикальной миграции экзогенных химических веществ (изучение источников загрязнения грунтовых вод, оценка их бактериальной загрязненности) пробы почвы с помощью специальных устройств отбираются послойно с разных глубин (0,75–2,0 м) [12].

170