Лекция №9: Наблюдения и контроль состояния

ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА.

Почвенный мониторинг - система режимных наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях почв, за динамикой природных процессов и средообразующих компонентов почвенного покрова.

Почвенный мониторинг включает три взаимосвязанные составные части (блока): 1. Наблюдение за состоянием почв и почвенного покрова и оценка их изменений во времени и в пространстве. 2. Прогноз изменения состояния почв и почвенного покрова во времени и пространстве. 3. Научно-обоснованные рекомендации по направленному регулированию состояния почв и почвенного покрова с целью повышения потенциального и эффективного плодородия земель, урожайности сельскохозяйственных культур, сохранения и улучшения экологических условий.

Трудности в организации почвенного мониторинга:

1) почва - сложный объект исследования, так как представляет биокосное тело, которое живет по законам и живой природы, и минерального царства;

2) почва - многофазная гетерогенная полидисперсная термодинамическая открытая система, химические взаимодействия в ней происходят с ролью жестких фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов. Неизменное влияние оказывают физические почвенные процессы (перенос воды и испарение);

3) опасные загрязняющие земли химические элементы Hg, Cd, Pb, As, F, Se являются природными составляющими горных пород и почв. В земли они поступают из естественных и антропогенных источников, а задачки мониторинга требуют оценки доли влияния только антропогенной составляющей;

4) поступают в почву разные химические вещества антропогенного происхождения фактически постоянно;

5) природное пространственное и временное варьирование содержаний химических веществ в почвах велико, что часто описывает трудность установления степени превышения исходного уровня содержания химических веществ в почвах (Мотузова Г. В., 1994).

К основным положениям (принципам) почвенного мониторинга относятся: комплексность, непрерывность, достоверность и сопряженность наблюдений (контроля), а также принцип иерархичности. Комплексность изучаемых параметров, свойств, режимов и процессов. Под комплексностью понимают совокупность почвенно-химических, морфо-генетических, агрохимических, физико-химических, агрофизических и гидромелиоративных свойств почв, за которыми необходимо проводить наблюдения (контроль) в процессе мониторинга.

Непрерывность наблюдений (контроля) за состоянием почв и почвенного покрова. Непрерывность имеет два аспекта: временной и "смысловой". Под первым понимают такой режим временных, сезонных и годовых циклов наблюдений, который соответствует возможностям методологии экспериментального слежения за темпами происходящих изменений в природной среде. При этом длительность непрерывных наблюдений должна быть достаточной для однозначного понимания происходящих явлений.

Второй аспект непрерывности заключается в единстве и неразрывности научного процесса "наблюдение—оценка—прогноз—регулирование".

Достоверность информации. В связи с тем, что в основе мониторинга заложено сравнение свойств почв до и после или в процессе антропогенного воздействия, все изучаемые (контролируемые) параметры должны определяться с достаточной достоверностью, перекрывающей пространственное и внутрипочвенное варьирование. Сравнение состояния почв и почвенного покрова во времени также должно сопровождаться оценкой достоверности их различий.

Сопряженность (совмещенность) наблюдений. Наблюдение за состоянием почв и почвенного покрова должно проводиться сопряженно, одновременно на наиболее распространенных структурах почвенного покрова. Принцип иерархичности. Поскольку почва является составной частью биосферы, то почвенно-экологический мониторинг представляет собой звено биосферного мониторинга. С другой стороны, можно выделить специфические виды мониторинга, например, засоленных или орошаемых почв.

Организация и проведение почвенного мониторинга проводится в четыре этапа. Первый состоит в предварительном обследовании территории и объектов предполагаемого мониторинга и в сборе имеющегося материала по почвенному, геоморфологическому, геологическому, гидрогеологическому, почвенно-мелиоративному картографированию и других материалов, позволяющих в совокупности провести предварительную оценку объектов мониторинга. Второй посвящен выбору объектов мониторинга и проводится по результатам первого этапа. Объект может быть представлен довольно широко в зависимости от сложности почвенно-экологических условий, глубины воздействия на почвы и их покров антропогенных факторов и их численного состава. В объекты должны быть включены фоновые или эталонные участки, не подверженные антропогенному влиянию или подверженные в минимальной степени, например, заповедники, заказники. При выборе объектов наблюдений биогеохимической части мониторинга необходимо обращать внимание на элементы и соединения-трассеры, отображающие общие масштабы загрязненности и обладающие свойствами концентрироваться на экосистемных барьерах (например, свинец, накапливающийся одновременно в гумусовом слое почвы, растениях, продуктах питания и организме человека).

Третий этап — это организация и проведение наблюдений в пространстве и во времени на выбранных объектах. В этот период определяют предварительный перечень конторолируемых параметров, устанавливают объемы работ, определяют методы их выполнения. Четвертый этап связан с оценкой полученной информации, разработкой методов хранения ее, составлением прогноза состояния почв и рациональных приемов его регулирования. Сюда же относится и оперативное предупреждение (информирование) землепользователей и землевладельцев о негативных изменениях в состоянии почв, их покрова и в урожайности культур. Первый этап мониторинга представляет собой одновременно его предварительную форму, поскольку анализ собранных на этом этапе материалов даст возможность оценить состояние почв, почвенного покрова, интенсивность и глубину развития негативных процессов. Стационарная форма мониторинга реализуется посредством проведения комплексных исследований на стационарных участках по расширенной программе. Стационарный участок должен включать группу достаточных для длительных наблюдений опытных площадок, которые представляли бы все многообразие видов почв исследуемой территории. Размеры экспериментальных участков заранее определить очень трудно, их следует устанавливать в зависимости от протяженности и состояния почвенных ареалов, длительности наблюдений, видов режимных исследований и их периодичности. Маршрутная форма мониторинга проводится по заранее выбранным маршрутам и по сокращенной программе, в которой основное внимание уделяется наиболее надежным диагностическим показателям, имеющим динамичный характер изменения во времени, например, щелочно-кислотным и окислительно-восстановительным условиям, уровню грунтовых вод, минерализации почвенного раствора, дренажного стока и некоторым другим. Маршрутная форма представляет собой один из вариантов оперативного контроля. Периодичность маршрутов — один—два раза за вегетационный период. Четвертая форма мониторинга — это сплошное обследование (сплошной мониторинг) территории. Информационную основу его составляют планово-картографические инвентаризационные материалы и агрохимические картограммы, полученные в результате периодических обследований почв. К этой форме относится и дистанционный аэрокосмический мониторинг. Выбор диагностических показателей (контролируемых параметров) является наиболее важным в почвенно-экологическом мониторинге.

Всю совокупность показателей изменения почвенно-экологической среды целесообразно объединить в три группы. Первая из них будет содержать показатели ранней диагностики развития негативных процессов, таких, например, как ферментативная активность, интенсивность дыхания и азотофиксирующая способность, окислительно-восстановительный потенциал, кислотность, плотность и фильтрация почв, минерализация почвенного раствора, дренажных и грунтовых вод и некоторые другие. Периодичность наблюдений — несколько раз в год. Вторую группу составляют показатели, отражающие более устойчивые изменения почв: количество и качество гумуса, валовое содержание элементов питания растений и тяжелых металлов, структура почвенного покрова, продуктивность агро — и природных ценозов. Периодичность наблюдений — один раз в 2—5 лет. Третью группу составляют показатели устойчивых и глубоких изменений свойств почв, например, изменение соотношения тонкодисперсных и более крупных фракций гранулометрического состава и другие. Периодичность наблюдений — один раз в 5—10 лет. Набор контролируемых параметров не может быть единым для всех почв, поскольку каждый тип характеризуется специфическими свойствами и особенностями. Состав контролируемых параметров определяется спецификой конкретного почвенно-экологического мониторинга и масштабами проявления негативных воздействий.

Рассмотрим конкретные важнейшие характеристики почвенного мониторинга.

Кислотность Важнейший и, как правило, достаточный для свойства почв показатель - это значение рН в водных и солевых вытяжках. Значение рН свидетельствует лишь о степени кислотности либо щелочности почв, но из-за достаточно высокой буферности почв оно не дозволяет количественно оценить кислотность либо щелочность. Возможны случаи, когда содержание кислотных компонентов в почве нарастает, но рН фактически не меняется. Тогда не считая рН целесообразно определять так называемую потенциальную кислотность, которую находят методом титрования щелочью вытяжки из земли, что в известной мере дозволяет судить об уровне возможной кислотности земли.

Емкость катионного обмена (ЕКО). Является принципиальной почвенной чертой. Она складывается из поглотительной способности гумусовых веществ, минеральных частиц земли, а также входящих в её состав микроорганизмов. Величина ЕКО земли коррелирует с содержанием в ней гумуса, гранулометрическим и минералогическим составом, величиной рН. Таковым образом, емкость катионного обмена - интегральная почвенная черта, по которой можно оценивать степень стойкости почв, в том числе, и к антропогенному действию

Динамика содержания гумуса. Контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач, поскольку изменение количества органического вещества в почве не лишь прямо связано с переменами фактически всех параметров почв и их плодородия, но отражает влияние внешних негативных действий, вызывающих деградацию почв.

Для контроля за качественной чертой почвенного гумуса целесообразно определять содержание водорастворимых органических веществ, формирующих в значимой мере запас лабильных частей питания и являющихся показателем доступности гумусовых веществ микроорганизмам.

Вторичное засоление почв. Вторичное, точнее, антропогенное засоление почв проявляется при недостаточно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ, при развеивании солевых аккумуляций и др. Химически оно проявляется в увеличении содержания в почвах и почвенных растворах легкорастворимых солей - NaCl, Na₂SO₄, MgCl₂, MgSO₄ и др. Более обычный и стремительный способ обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости. Используют определение электрической проводимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и конкретно почв. Осолонцевание почв. Химическим признаком осолонцевания традиционно служит увеличение содержания в почвах обменного натрия.

Подавление почвенной биоты. Этот принципиальный показатель, подходящий, в том числе и для ранней диагностики негативных действий в почве, находят, как правило, по косвенным признакам. Сравнимо обычный прием, позволяющий оценить суммарную активность почвенных организмов, разлагающих органическое вещество и выделяющих диоксид углерода, состоит в определении так называемого дыхания земли, либо эмиссии почвой СО₂. В полевых условиях на поверхности земли устанавливают особые камеры, которые улавливают выделяющийся СО₂, к примеру, методом его поглощения веществом щелочи; потом количество поглощенного СО2 можно измерить титрованием.

Фитотоксичность почв. Необходимость определения этого показателя в особенности частенько возникает при мониторинге химически загрязненных почв либо при оценке способности использования в качестве мелиорантов либо удобрений различного рода отходов: осадков сточных вод, различного рода компостов, гидролизного лигнина.

Для выяснения относительной фитотоксичности употребляют способ рулонной культуры, растя проростки тест-растений на рулоне фильтровальной бумаги из семян, замоченных в растворе в различными концентрациями тяжелых металлов.

Загрязнение почв нефтепродуктами. При контроле загрязнения почв нефтепродуктами решаются традиционно три главные задачи:

1) определяются масштабы (площади загрязнения);

2) оценивается степень загрязнения;

3) выявляется наличие токсичных и канцерогенных соединений.

Первые две задачи могут решаться дистанционными способами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По измеренным величинам спектральных коэффициентов яркости (СКЯ) удается найти местности, загрязненные нефтью, а по уровням конфигурации окраски почв - приблизительно степень загрязнения.

При мониторинге почв, загрязненных углеводородами, особенное внимание уделяется определению полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) люминесцентными и газхроматографическими способами.

В качестве показателя степени загрязнения почв применяется коэффициент концентрации загрязнения почвы (ККЗ), вычисляемый по формуле:

где KK3_i — коэффициент концентрации загрязнения для i-го веще­ства;
x_i — содержание i-го загрязняющего вещества;
x_ф— фоновое содержание этого вещества.

Содержание и характер наблюдений за уровнем загрязнения почв и их картографирование в сельских и городских условиях имеют свою специфику. наблюдения должны обеспечивать решение следующего круга задач:

· регистрация современного уровня химического загрязнения почв, выявление географических закономерностей и динамики временных изменений загрязнения почв в зависимости от расположения и технологических параметров источника загрязнения;

· прогноз тенденций изменения химического состава почв в ближайшем будущем и оценка возможных последствий загрязнения почв;

· обоснование состава и характера мероприятий по регулированию возможных отрицательных последствий в результате загрязнения почв и мероприятий, направленных на коренное улучшение уже загрязненных почв;

· предоставление информации об уровне загрязнения почв заинтересованным организациям.

Исходя из вышеперечисленных задач, можно выделить следующие виды наблюдений:

· режимные (систематические) за уровнем содержания химических веществ в почвах в течение определенного промежутка времени;

· комплексные, включающие исследование процессов миграции загрязняющих веществ в системе атмосферный воздух - почва, почва - растение, почва - вода и почва - донные отложения;

· изучение вертикальной миграции загрязняющих веществ в почвах по профилю;

· наблюдения за уровнем загрязнения почв в определенных пунктах, намеченных в соответствии с запросами тех или иных организаций.

При наблюдениях за уровнем загрязнения почв необходимо получить представление не только о степени химического загрязнения почв в настоящее время, но и путях развития процессов, в частности, в период, когда будут внедряться мероприятия, направленные на уменьшение химического загрязнения почв, существенно изменяющие водный, тепловой, солевой, биологический и другие режимы почвы.

МЕТОДОЛОГИЯ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Перед осуществлением полевой программы наблюдений за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в природных и сельскохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т.е. определить примерное количество точек отбора почв, которые дадут основной физический материал, составить схему их территориального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить календарные сроки исполнения задания. Помимо этого, следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, геоботанических, геологических, геохимических и др.). Необходимо собрать сведения об источниках загрязнения почв на территории (расположение, используемое сырье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в предполагаемых обследованиях.

Наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в городах и на окружающей территории носят характер экспедиционных работ и поэтому включают в себя все мероприятия по подготовке к ним. Время проведения экспедиционных работ и отбора почв не имеет значения. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб производится независимо от времени экспедиционных работ. Повторные наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами ранее обследованных территорий осуществляются через 5-10 лет.

Дата добавления: 2014-01-03