книги / Экологический мониторинг

Для получения данных о региональных фоновых уровнях содержания неорганических соединений в почвах пробы должны отбираться вне сферы локального антропогенного воздействия. Отбор проб производится на достаточном удалении от населенных мест (с наветренной стороны), не менее чем 500 м от автодорог, на землях (лугах, пустошах), где не применялись пестициды и гербициды. Если фактические данные по региональному фоновому содержанию контролируемых химических элементов в почве отсутствуют, то допускается использование справочных материалов (табл. 5.1).

Для оценки загрязнения поверхностного слоя почвы атмосферными выбросами намечаются контрольные и фоновые участки относительно источников загрязнения, розы ветров, направления и уровня залегания грунтовых вод (рис. 5.2).

Через источник загрязнения по основным азимутам на расстоянии 0,2–0,5 – 1 км от источника выбросов загрязняющих веществ строятся окружности. В секторе преимущественного направления ветра (до 120°) продлеваются румбы и очерчиваются сектора окружности на расстоянии 2–5 км от источника загрязнения. Предполагаемые контрольные участки находятся в точках пересечения румбов и радиусов, их расположение уточняется и корректируется

171

при выезде для взятия образцов почв. Фоновый участок при изучении загрязнения почвы атмосферными выбросами должен располагаться с подветренной стороны от источника выбросов загрязняющих веществ.

Рис. 5.2. Расположение площадок для оценки загрязнения почвы из атмосферы

В случае расположения источников загрязнения на поверхности почвы, в углублении или в грунтах, а также при оценке загрязнения, вызванного бурением скважин, растеканием нефтепродуктов, пластовых вод, горюче-смазочных материалов, химических веществ из наземных и подземных резервуаров и т. п., принцип расположения контрольных участков для отбора проб аналогичен предыдущему варианту, за исключением учета преобладающего направления ветра. Окружности относительно источника загрязнения проводятся на расстоянии 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000 м и более, если отслеживается миграция потока загрязнения. Фоновый участок должен располагаться выше по направлению потока грунтовых и ливневых вод.

172

Для оценки загрязнения почв населенных мест вдоль линейных источников загрязнения (автомобильные дороги, участки путепроводов и др.) площадки располагаются на равных расстояниях вдоль источника загрязнения и на удалении от него от 2–5 до 100–200 м. Количество участков должно обеспечить объем усредненной пробы, задаваемый условиями пробоподготовки и анализа показателей загрязнения, как правило, масса пробы не превышает 0,6–1 кг. Участком сравнения выбирается территория населенного пункта, не подверженная прямому воздействию линейных источников загрязнения, например, площадки в лесопарковых зонах.

Глубина отбора проб почвы определяется характером почвы и глубиной слоя, в котором предполагается возможное загрязнение (рис. 5.3).

Слой почвы до 0,25 м, в том числе лесная подстилка, представляющая собой скопление растительных остатков в разной степени разложения, представляет наибольший интерес. С санитарной точки зрения именно на этой глубине почвенного горизонта в большей степени удерживаются патогенные микроорганизмы и откуда возможно их распространение. Более глубокие слои почвы, в особенности хорошо проницаемые, исследуются

для определения возможного загрязнения грунтовых вод.

При изучении почвы нельзя ограничиваться взятием одной пробы, так как она может содержать случайные, характерные только для той площадки примеси и включения. Степень загрязнения почвы может быть установлена только по результатам анализа смешанного образца почвы. Общие требования к отбору почвенных образцов изложены в ГОСТ 17.4.3.01–83, 17.4.4.02–84 и в работах [1, 4, 7–10].

При исследовании загрязнения почвы методами биоиндикации важным показателем благополучия почвы является общее проективное покрытие растений. Для каждого растительного сообщества, типа почв, отсутствия и наличия антропогенного воздействия

173

существуют свои показатели проективного покрытия, поэтому для получения корректных результатов оценки необходимо сравнивать данный показатель на нескольких участках. С этой целью изучаемая территория оценивается визуально для выделения нескольких участков однотипных травянистых видов растительных сообществ. На каждом из участков закладывается несколько контрольных площадок (не менее трех) с помощью рамки площадью 1 м2. Площадки закладываются случайным образом: наблюдатель отбрасывает рамку из центра участка, предварительно закрыв глаза и повернувшись вокруг своей оси несколько раз. На площади упавшей рамки определяется общее проективное покрытие растительности с оценкой доли (в %), занятой отдельными видами растений, в том числе доминирующих видов.

Почва обладает высокой буферной способностью, в связи с этим изменение физико-механических свойств, химического состава и возможное влияние на растительность проявляется через длительное время. В табл. 5.2 представлены некоторые переменные характеристики почв, меняющиеся в разных временных интервалах.

Таблица 5.2

Свойства почвы, изменяющиеся со временем

Периодичность наблюдений за состоянием почвы составляет 1 раз

âгод, а для показателей, характеризующих сезонные краткосрочные и долгосрочные наблюдения, периодичность наблюдений – 1 раз

â2–5 лет или 1 раз в 5–10 лет. Рекомендуемый режим контроля: ежегодно (в летне-осенний вегетационный период), при этом отборы проб почвы и растений совмещаются.

Некоторые из рассмотренных методических подходов по организации пространственной структуры, отбору проб, выбору пока-

зателей и периодичности могут быть использованы при организации

174

мониторинга на территориях размещения отходов или при отборе проб твердых отходов на площадках временного хранения (отвалы, накопители и др.) с целью установления опасности для окружающей среды.

5.2.2.Обоснование набора показателей для характеристики основных свойств и оценки загрязнения почв

Общий подход к проведению наблюдений за состоянием почв на выбранном участке включает в себя:

1. Описание почвенного покрова:

•характеристика местности (рельеф, описание преобладающей растительности);

•описание почвенного профиля и почвенных горизонтов по поч- венным разрезам или обнажениям с указанием преобладающих типов почв, подтипов по глубине залегания, мощности и выраженности почвенных горизонтов.

2. Отбор проб для определения гранулометрического (механи- ческого) состава и дисперсности, описания морфологии и последующих исследований на группы контролируемых показателей.

Набор контролируемых показателей также определяется целями проводимых исследований.

При изучении водно-физических свойств почвы определяются влажность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность.

Анализ агрохимических свойств включает в себя определение рН, степени насыщенности основаниями, емкости катионного обмена, содержания гумуса, степени обеспеченности подвижным фосфором, подвижного алюминия. К основным контролируемым показателям, позволяющим оценить экологическое состояние почв, относятся:

•Содержание гумуса – универсальный показатель состояния почвы, отражающий напряженность биологического круговорота и баланс элементов в условиях земледелия.

•Кислотность почв – показатель, позволяющий оценивать влияние кислотных осадков, изменение щелочности, солонцеобразования, последствия применения минеральных удобрений, а также оценивать подвижность микроэлементов (табл. 5.3).

175

Закисление почвы приводит к увеличению подвижности многих металлов, в том числе алюминия, содержание которого в почве и почвообразующих породах, в формах, не обладающих подвижностью, высоко.

Принято различать актуальную (активную), потенциальную (гидролитическую) и обменную кислотность почв. Обменная кислотность обусловлена присутствием способных к обмену ионов H+ Al3+, которые высвобождаются из почвенно-поглощающего комплекса (ППК) путем обменных реакций с раствором КСl. В присутствии алюминия в ППК протекает обменная реакция, сопровождающаяся высвобождением катионов Al3+ , что приводит к большему закислению среды.

•Ìинерализация почвенного раствора, т. е. состав и концентрация растворимых солей в почвенном растворе, по которым можно судить об опасности вторичного засоления почвы и благоприятным условиям для развития и роста растений.

Содержание неорганических и органических загрязняющих веществ в почвах [8] определяется с помощью физико-химических методов анализа, позволяющих выявлять содержание тяжелых

176

Âпочвенном воздухе рекомендуется определять метан и легколетучие хлорированные углеводороды, ПДК которых не должна превышать 10 мг/м3.

Âсанитарном отношении загрязненная почва может стать источником вторичного загрязнения подземных вод, открытых водоемов, атмосферного воздуха, растений, что имеет большое значе- ние в эпидемиологии многих инфекций, создании природной оча- говости. Вместе с бытовыми, медицинскими отходами, зараженными инфекционным и инвазионным материалом, в почву могут попадать

èсохранять жизнеспособность различные микроорганизмы, в том числе патогенные (бактерии, клостридии, вирусы, гельминты, некоторые простейшие), а также их переносчики (мухи, грызуны).

178

Оценка показателей санитарного состояния почвы включает в себя исследование санитарно-химических, санитарно-бактериологических и санитарно-гельминтологических показателей [2, 3, 10]. Признаками свежего загрязнения почвы являются высокие концентрации органического азота, органического углерода, хлоридов. Высокое содержание минерального азота свидетельствует о нормально протекающих процессах самоочищения почвы, сопровождающихся разложением органических остатков.

Прямых методов определения в почве азотсодержащих органи- ческих веществ нет, об их содержании судят по количеству органического азота. Расчетным способом определяется санитарное число почвы (по Н. И. Хлебникову). Под санитарным числом понимается соотношение между количеством белкового (À) и органического азота (Á). Санитарное число выражается в миллиграммах. Количество органического азота определяется как разность между общим содержанием азота и содержанием минерального азота.

Наличие в почве некоторых насекомых и членистоногих – передатчиков различных инфекций, таких как жизнеспособные ли- чинки и куколки синантропных мух, определяется в случае проведения углубленных исследований и оценки аккумуляции загрязнений на территориях временного складирования и захоронения отходов.

К дополнительным показателям экологического состояния почв относится показатель генотоксичности – рост числа мутаций по сравнению с контрольным участком. Нормативным считается превышение генотоксичности не более чем в 2 раза.

179

5.3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНАЛИЗЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

Комплексный почвенно-экологический мониторинг предполагает использование всех методов исследования показателей изменения экологической обстановки. К основным методам исследований относятся физико-химические и биоиндикационные.

В табл. 5.6 представлены данные об основных показателях, определяемых в ходе агрохимического и физико-химического анализов почв.

Методы биологической индикации с помощью растительных сообществ играют важную роль для оценки экологического состояния почвы [6, 7, 12]. Методы фитоиндикации позволяют выявить зоны загрязнения почв, участки с превышением допустимых норм рекреационной и пастбищной нагрузки. Преимущества методов фитоиндикации: относительно быстрое получение необходимой информации; не требуют таких этапов, как отбор проб почвы, ее пробоподготовка (усреднения, высушивания, приготовления водной или солевой вытяжки и др.) и физико-химический анализ; анализ растительного сообщества дает комплексную оценку условий обитания.

Ограничением использования фитоиндикации является, прежде всего, то, что на растительные сообщества оказывают влияние большое число одновременно действующих факторов (эдафические, климатические, геологические, экологичекие и др.), что затрудняет выделение влияния одной или нескольких интересуемых характеристик состояния почвы. Кроме того, применение методик геоботанической индикации в полном объеме требует специальных знаний и навыков.

Наиболее широко распространены методы геоботанической индикации на основе шкал Х. Элленберга, Э. Ландольта, Л. Г. Раменского, Г. Л. Ремезовой, С. В. Викторова и др. [6, 9, 11]. Они позволяют оценить местообитание по таким признакам, как увлажнение, глубины залегания грунтовых вод, кислотности, засоления, содержания биогенных элементов (азота, фосфора, калия).

180