Экологический мониторинг и экологическая экспертиза
Почва представляет собой звено геологического и биологического круговорота химических веществ, в котором эти вещества накапливаются, защищая атмосферу и гидросферу. Однако все изменения в почве неизбежно сказываются на состоянии растений, животных и человека.
|
Почва – индикатор многолетних природных процессов, и её состояние – это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения. |
Выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта, орошение земель загрязненными водами, нарушения требований при добыче, переработке и использовании нефтепродуктов, аварии на нефтепроводах, несбалансированное применение минеральных удобрений и пестицидов приводят к загрязнению почв, ухудшению их физического состояния, к потере плодородия и неспособности выполнять свои экологические функции.
Особая роль почвы в биосфере заключается в том, что почвенный покров практически незаменим. Его восстановление в естественной природной среде длится сотни лет, а искусственное возобновление стоит очень дорого. Почвы медленно накапливают вредные вещества, защищая подземные воды, связывают вещества в малоподвижные. Но сами они часто становятся непригодными для сельского хозяйства.
Восстановительные свойства почв различны.
|
Наибольшей способностью снижать негативные воздействия имеют плодородные почвы, где много гумуса, высокая адсорбционная емкость, – черноземы. |
Кроме того, многие неблагоприятные изменения в почвах связаны не только с антропогенной деятельностью, но и с некоторыми природными почвообразующими факторами.
Потери почв имели место на протяжении всей истории. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий, которые могут вызвать разного уровня ухудшения почв:
- водная и ветровая эрозия;
- засоление, подщелачивание, подкисление;
- заболачивание;
- физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование;
- разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых;
- химическое загрязнение почв.
Системы показателей, используемых в почвенном мониторинге, включают наборы показателей, с помощью которых в зависимости от поставленных задач достаточно полно оценивается состояние почвы.
В почвенных образцах определяют содержание гумуса, в частности по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, подвижного фосфора и калия – по Чирикову, рН потенциометрически.
Бор определяют по методу Бергера и Труога в модификации Веригиной, молибден – по методу Григга, медь и кобальт соответственно в 1н. HCl, и в 1н. НNО3, марганец и цинк – в ацетатно-аммонийно буферном растворе (рН 4,8), содержание подвижной серы – по методу ЦИНАО (ГОСТ 26490-85).
Валовые формы тяжелых металлов определяют методом атомно-абсорбционной спектрометрии по методике ЦИНАО.
Определяют показатели биологической активности почв – численность и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных животных, их биомассу, ферментативную активность почв, интенсивность выделения углекислого газа почвой, активность азотфиксации и нитрификационную способность почвы. Их использование при мониторинге загрязнения позволяет обнаружить тенденции и скорость происходящих в почве изменений, судить о степени опасности поллютантов.
Для всех сред, в том числе и для почвы, наибольшую опасность представляют следующие химические вещества:
– диоксид серы, поступающий в атмосферу, а далее с осадками в водоемы и почвы в форме сульфатов и серной кислоты;
– тяжелые металлы, прежде всего Pb, Cd, Hg, способные к миграции в ландшафте, к трансформации в высокотоксичные соединения и биологическому поглощению;
– нефтепродукты, медленно разлагающиеся в экосистеме;
– пестициды, особенно хлорорганические.
Система комплексного почвенного мониторинга представлена в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Содержание комплексного почвенного мониторинга
(по Г. В. Добровольскому, Д. С. Орлову, Л. А. Гришиной, 1991).
Цель |
Задачи |
Объекты |
Раннее обнаружение неблагоприятных изменений свойств почв при различных видах их использования |
Оценка среднегодовых потерь почв вследствие эрозии; обнаружение регионов с дефицитным балансом главнейших элементов питания растений; контроль за изменением кислотности и щелочности почв; контроль за изменением солевого режима; контроль за глобальным загрязнением; контроль за локальным загрязнением |
Основные почвы главнейших почвенно-климатических зон; почвы эрозионно-опасных территорий; почвы интенсивного сельскохозяйственного использования при длительной химической мелиорации; пахотные почвы при действующей или планируемой водно-солевой мелиорации; почвы заповедников или условно-фоновых территорий; почвы зон концентрации промышленных предприятий |
Контроль за состоянием почв по сезонам года под сельскохозяйственными культурами |
Контроль влажности, температуры, водно-физических свойств, содержания элементов питания растений |
Почвы опорных пунктов на территории длительного интенсивного возделывания важнейших сельскохозяйственных культур |
Группы контролируемых параметров почвенно-экологического мониторинга
Контролируемые параметры агроэкологического мониторинга объединяют в три группы.
Первая группа интегрирует показатели ранней диагностики развития негативных явлений в состоянии почв и почвенного покрова.
Она включает показатели угнетения биоты по ферментативной активности, «дыханию» и азотфиксации почв, по изменению окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, плотности и фильтрации почв, минерализации почвенного раствора, дренажных и грунтовых вод.
Вторая группа охватывает показатели, отражающие более устойчивые изменения почв, в том числе количество и качество гумуса, изменения агрегированности (структурности) почвенного покрова, трансформацию содержания элементов питания растений, динамику тяжелых металлов, углеводородов, биологическую продуктивность природных и искусственных ценозов и др.
Третью группу составляют показатели глубоких и устойчивых изменений свойств почв: соотношения тонкодисперсных и более крупных фракций гранулометрического состава почв, минералогического и химического составов, мощности почвенного горизонта и других устойчивых свойств и показателей почв.
Показатели плодородия почвы
Содержание гумуса в почве
|
Гумусом называется сложный динамический комплекс органических соединений, образующийся при разложении органических остатков. |
Количество его является показателем потенциального и в значительной степени эффективного плодородия почвы. Валовое содержание гумуса определяется условиями и характером почвообразовательного процесса и колеблется в верхних горизонтах профиля от 1-2 до 10-12%, снижаясь с глубиной. Динамичность состава гумуса обусловливается непрерывностью поступления в почву веществ органической природы.
Содержание негумифицированных соединений в гумусе невелико – 10-15%. Характерной особенностью этой группы является ее динамичность в почве. В результате процессов трансформации негумифицированных компонентов происходит, с одной стороны, накопление в почве доступных для растений элементов питания, а с другой – за счет гумификации отмечается пополнение состава гумусовых веществ.
Несмотря на консервативность гумусовых соединений, при сельскохозяйственном использовании происходит снижение содержания их в почве.
Обеспеченность почв азотом
В тесной связи с количеством гумуса в почве находится содержание одного из основных элементов – азота.
|
Азот входит в состав всех белковых веществ, содержится в хлорофилле, нуклеиновых кислотах, фосфатидах и многих других органических веществах живой природы. |
Основная масса азота почв сосредоточена в органическом веществе и находится в прямой зависимости от содержания в почве, прежде всего, гумуса. На долю органических соединений азота сибирских почв приходится 99,5-99,9% общего азота.
Остальная часть азотного фонда представлена минеральными подвижными формами (NH4 и NO3). Минеральный азот образуется в результате мобилизации гумусовых азотсодержащих соединений почвы и растительных остатков.
Доступной формой азотной пищи для растений являются нитраты. Показателем обеспеченности растений азотной пищей является ежегодное исходное содержание нитратной формы азота. Отбор почвенных проб до глубины 40 см может осуществляться поздно осенью после прекращения микробиологических процессов в почве или весной до посева культур.
Обеспеченность почв фосфором
Фосфор входит в состав многих органических соединений, без которых невозможна жизнедеятельность живых организмов.
|
Поглощаясь в больших количествах растениями из материнских пород и нижних слоев, фосфор биологически аккумулируется в верхних горизонтах почвы. |
В почвах фосфор находится в форме органических и минеральных соединений. Фосфор органических соединений усваивается главным образом после их минерализации. Основным источником фосфора для растений являются минеральные фосфаты. Минеральные формы фосфора находятся в почвах главным образом в виде солей кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. Почвы с кислой реакцией среды содержат химически активные формы фосфатов железа и алюминия. В нейтральных или слабощелочных почвах преобладают фосфаты кальция.
Количество и формы фосфора, степень их доступности растениям в той или иной почве зависят от характера материнских пород, на которых сформировался соответствующий тип почвы и его разновидности.
Между тем доступность элемента определяется условиями увлажнения. При недостатке влаги доступность фосфатов резко снижается. Максимальное усвоение P2O5 зерновыми культурами происходит в начале вегетации – до начала кущения. Особое значение имеет применение небольших стартовых доз фосфорсодержащих удобрений.
Калийное состояние почв
|
Недостаток калия в почве приводит к нарушению белкового и углеводного обмена, что сказывается на величине и качестве урожая. |
При благоприятном калийном питании повышается устойчивость к заболеваниям, развивается крепкая соломина у злаковых.
Калий в почве связан с ее минеральной частью. По этой причине содержание его в почве определяется характером материнских пород.
Реакция почвенного раствора
Реакция почвенного раствора определяется концентрацией свободных Н+ и ОН– катионов и характеризуется по величине рН, представляющей отрицательный логарифм активности Н+ ионов.
С реакцией почвенного раствора связаны процессы превращения компонентов минеральной и органической частей почвы: растворение соединений, образование осадков, диссоциация, образование и устойчивость комплексных соединений.
Реакция раствора почвы зависит от наличия в нем свободных кислот и оснований, присутствия кислых и основных солей. Реакция почвенной среды в различных почвах колеблется от рН 3,5 до 8-9.
Наибольшей кислотностью отличаются торфяные и дерново-подзолистые почвы (рН 4-6).
Черноземы имеют близкую к нейтральной актуальную реакцию.
Щелочная среда характерна для солончаков, особенно содовых.
