Пояснения к работе. Роль почвы в городе существенна и разнообразна

Роль почвы в городе существенна и разнообразна. Главными ее свойства-

ми являются пригодность для произрастания зеленых насаждений, способность абсорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проник-новения в почвенно–грунтовые воды, а также от поступления в городской воздух в виде пыли.

Урбанизация вызывает уничтожение на большей части территории ес-тественных экосистем и возникновение ландшафта «крыш и асфальта» в соче-тании с открытыми «незапечатанными участками.

Специфика городских почвенных тел – урбаноземов – заключается вотсутствии важного биогеноценотического экранного слоя лесной подстилки, наличии в почвенном профиле непочвенных материалов.

Главными диагностическими признаками городских почв являются:

• сильный сдвиг рН в щелочную сторону

• обогащенность основными биогенными элементами

• повышенная твердость и плотность

• каменистость.

Изменяются водный и температурный режим почвы.

Химическое состояние почв – наиболее интегральный показатель эф-фективности природоохранных мероприятий, проводимых в городе. По основ-ным химическим показателям большая часть почв на территории города заметно отличается от своих аналогов в данной природной зоне. Под влиянием урбанизации изменяется характерный для зональных почв состав обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, главная роль принадлежит кальцию – до 70% от суммы обменных катионов.

В городах антропогенное воздействие становится преобладающим над

естественными факторами почвообразования, формируя в новых экологических

условиях специфические типы почв и почвоподобные тела. Скелетный мате-риал представлен строительным и бытовым мусором (кирпичная крошка, куски асфальта, битое стекло, уголь и т.д.) в сочетании с промышленными отходами, торфо–компостной смесью или включениями фрагментов естественных почвенных горизонтов. Иногда встречаются слои, полностью состоящие из отходов и мусора.

Тяжелые металлы представляют собой один из наиболее опасных видов загрязняющих веществ в городской среде. Они оказывают токсическое воздействие на организм человека даже при низких концентрациях. Содер-жание в почвах вдоль автомагистралей свинца, цинка, меди и кадмия в 4–6 раз превышает значения, характерные для почв в естественных условиях.

Нельзя не учитывать повсеместного распространения такого негатив-ного антропогенного процесса как запечатывание поверхности. Запечатанность почвы в некоторых районах городов достигает 90–95%. Это приводит к резкому уменьшению открытой земной поверхности, многофункциональной оболочкой которой является почва. Кроме того, площадь и структура расположения дорожных покрытий влияют на изменение климата, гидрологии, изменяют границы экосистем и тем самым косвенно оказывают влияние на незапечатанные – свободно функционирующие городские почвы.

Трансформация и деградация экологических функций городских почв

происходит по ряду следующих причин:

• Ливневые и талые воды минуют почву по асфальту или по уплот-ненной поверхности, смывают с нее загрязнения и непосредственно попадают в

речную сеть;

• Вода сама загрязняется, проходя через почву (урбаноземы), и выходит

иного состава с высокой концентрацией токсичных веществ;

• При сильном загрязнении почва не служит фильтрационным барьером,

а сама отдает загрязненные вещества в растворы;

• Существует дополнительный приток воды из водопроводной сети(подтопление, заболачивание почвы);

• Защитный барьер почвы может отсутствовать (насыпные пески с ма-лоплодородным маломощным слоем);

• Геохимическая связь почва–грунт может отсутствовать (например, почвы на коммуникационной сети);

• Грунт сам является источником биологического и химического загряз-

нения;

• Почва поглощает газовые примеси, в том числе автотранспорта, заво-дов, ТЭЦ;

• При уплотнении почвы происходит затруднение газообмена;

• В почве изменяется соотношение анаэробных и аэробных микроор-ганизмов;

• Городские почвы как среда обитания значительно обеднены по соста-ву, структуре и функционированию всех видов биоты.

Почва – сложный объект исследования. Сложность эта обусловлена неоднородностью почвы и трудностями взятия представительных проб, обу-словлена особенностями химических свойств почв. Представительная проба обеспечивает получение информации, адекватно отражающей свойства почвы для наиболее рационального решения как теоретических вопросов почвоведе-ния, так и вопросов практического использования почв.

Согласно ИСО 11074–1 почва – это верхний слой земной коры, состо-ящий из минеральных частиц, органического вещества, воды, воздуха и живых организмов. Гетерогенность и неоднородность почвы, ее полихромизм и дис-персность, буферность свойств – особенности почвы как химической системы.

От состава и содержания различных групп соединений зависят плодо-родие и мелиоративные особенности почв. Сведения о вещественном и груп-повом составе соединений позволяют диагностировать почвенные процессы, исследовать трансформацию химических элементов в условиях почвообразо-вания, антропогенного загрязнения и сельскохозяйственного использования почв.

В состав почв входят компоненты, которые проявляют свойства кислот и оснований. При решении широкого круга вопросов определяют показатели кислотно-основных свойств почвы. Почвы обладают буферностью, т.е. способ-ностью противостоять изменению некоторых свойств.

Свойства почв неоднородны даже в пределах одного и того же генети-ческого горизонта, что в некоторых случаях делает необходимым исследование химических свойств отдельных элементов организации почвенной массы. Почвы различных типов, родов и разновидностей могут иметь столь разные свойства, что для их химической характеристики используют не только разные

аналитические приемы, но и разные наборы показателей химического состава.

Результаты любого анализа почвы зависят от правильного отбора проб и их обработки. Требования к отбору проб при общих и локальных загрязне-ниях установлены в ГОСТ 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору

проб». Отбор проб проводится на пробных площадках, закладываемых так, что-

бы исключить искажение результатов анализов под влиянием окружающей среды. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг. Отобранные пробы необходимо пронумеровать и зарегистрировать в журнале, указав следу-

ющие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое назначение территории, вид загрязнения, дату отбора.

Точечные пробы отбирают на пробной площадке из одного или нес-кольких слоев или горизонтов методов конверта по диагонали или любым другим способом с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Точечные пробы отбирают ножом или шпателем из прикопок или почвенным буром.

Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке. Для химического анализа объединен-

ную пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки.

Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися вещест-вами – нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. – точечные пробы отби-рают послойно с глубины 0–5 и 5–20 см массой не более 200 г каждая.

Для контроля загрязнения легко мигрирующими веществами точеч-ные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного покрова.

Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180–84. Воздушно–сухие пробы хранят в матер-чатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.

ИСО 11464 устанавливает 5 видов предварительной обработки проб

перед физико–химическим анализом:

- сушка

- дробление

- просеивание

- разделение

- размалывание

Для определения химических веществ пробу почвы в лаборатории

рассыпают на бумаге и разминают пестиком крупные комки, затем выбирают включения – корни растений, насекомых, камни, стекло, а также новообразова-

ния – друзы гипса и др. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.

Порядок выполнения работы

1.Приготовление почвенной вытяжки. Определяют сначала гигро-скопическую влагу почвы и берут воздушно–сухую навеску с учетом этого показателя. Например, в почве содержится 4,56% гигроскопической влаги. Соответственно навеска берется 104,56 или 52,28 г воздушно–сухой почвы (из расчета 100 и 50 г) абсолютно сухого образца.

Навеску почвы помещают в сухую колбу емкостью 500–750 мл и приливают 5–кратное количество дистиллированной воды, не содержащей углекислоты (250–500 г). Колбу с навеской закрывают резиновой пробкой и взбалтывают 5 мин, после чего вытяжку фильтруют через сухой складчатый фильтр. Фильтр помещают в воронку диаметром 15–20 см так, чтобы он лежал на 0,5–1 см ниже края воронки. Нельзя допускать, чтобы фильтр был выше воронки, так как в этом случае по краю фильтра образуются «выцветы» солей и концентрация их в фильтрате снижается.

Перед тем, как вылить вытяжку в фильтр, содержимое колбы встряхивают, чтобы взмутить навеску, и на фильтр стараются перенести по возможности всю почву. Это необходимо для того, чтобы частички почвы закольматировали поры фильтра, что способствует увеличению прозрачности фильтрата. При выливании суспензии струю направляют на боковую стенку фильтра, чтобы он не прорвался. Вытяжку профильтровывают до тех пор, пока фильтрат не станет прозрачным. Анализ водной вытяжки начинают после того, как она полностью отфильтруется. Ее количество измеряют мерным цилиндром. Водные вытяжки анализируют сразу же после их получения, так как под влиянием микробиологической деятельности может изменяться их состав (щелочность, окисляемость). Хранят вытяжку в закрытой пробкой таре..

2. Определение сухого остатка вытяжки. Сухой остаток водной вытяжки дает представление об общем содержании в почве растворимых в воде органических и минеральных соединений. По величине сухого остатка определяют степень засоленности почв. 50–100 мл водной вытяжки помещают в фарфоровую выпаривательную чашку диаметром 7–10см (предварительно высушенную и взвешенную). Выпаривают, постепенно добавляя новые порции вытяжки. По окончании выпаривания чашку с сухим остатком вытирают снаружи фильтровальной бумагой и высушивают в сушильном шкафу при 105°С в течение трех часов, охлаждают, взвешивают. Можно высушивание провести на слабо нагретой электроплитке, избегая только прокаливания остатка. Содержание растворимых веществ характеризуется величиной сухого остатка, выраженной в процентах:

Сухой остаток, % = А∙ 100/Р

где А – масса остатка, г;

Р – навеска почвы, соответствующая взятому объему вытяжки, г.

Для того, чтобы удалить из сухого остатка растворимые органические вещества, пробы в чашках прокаливают в муфеле при 600°С до белого цвета: 10–15 мин с момента достижения указанной температуры. Если озоление не произошло, то чашку охлаждают, добавляют несколько капель дистиллирован-

ной воды и снова прокаливают.

Содержание водорастворимых солей в большинстве почв колеблется от сотых до десятых долей процента. Засоленными считаются почвы с содержанием солей более 0,2%. Если в почвах содержание солей превышает 1%, то их относят к солончакам.

3. Качественное определение легко- и средне-растворимых форм хими-

ческих элементов. Присутствие в почвах легко- и среднерастворимых соединений имеет важное значение.Наиболее вредными для растений солями являются сода (Na₂СО₃), хлориды (NаСl, МgСl₂,СаСl₂) и сульфат натрия (Nа₂SO₄) т.е. легкорастворимые соединения. Легкорастворимые соли,повыша-ющие плодородие почв - нитраты (соли азотной кислоты). Из среднераство-римыхсолей безвредными являются карбонаты кальция и магния, а также сульфат кальция (гипс).

Вредное влияние на растения оказывает закись железа, а гидраты окиси железа – безвредны.

Практически все из этих солей могут встречаться в почвах на обочинах дорог и городских улиц, как в силу применения противогололедных средств (NаСl, КС1), так и вследствие оседания пыли от эксплуатации дорог и особенно мощного потока автотранспорта, где присутствуют не только продукты сгорания бензина, но и продукты амортизации самих машин и дорог.

3.1. Определение хлор-иона. Берут в пробирку 5 мл водной вытяжки, подкисляют азотной кислотой (1–2 капли) для разрушениябикарбонатов, прибавляют несколько капель азотнокислого серебра, перемешивают. По характеруосадка АgС1 судят о содержании хлор–иона.

Таблица 3.1.

Характеристика осадка при определении хлор–иона.

Осадок	Содержание хлор–иона
мг на 100 мл вытяжки	г на 100 г почвы, %
Большой хлопьевидный	>10	Десятые доли
Сильная муть	5–10	Сотые доли
Опалесценция	0,1–1	Тысячные доли

3.2. Определение сульфат-иона. Фильтрат водной вытяжки в количестве 2 см³ отливают в пробирку, добавляют несколькокапель концентрированной соляной кислоты и 1–2 см³ раствора хлористого бария. Раствор впробирке нагревают до кипения. При наличии сульфатов происходит реакция:

Nа₂S0₄ + ВаС1₂ = NаСl + ВаSО₄

Сульфат бария выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка.

Таблица 3.2.

Характеристика осадка при определении сульфат–иона

Осадок	Содержание сульфат–иона
мг на 100 мл вытяжки	г на 100 г почвы, %
Большой, быстро оседающий на дно		Десятые доли
Муть, появляющаяся сразу	10-1	Сотые доли
Медленно появляющаяся слабая муть	1-0,5	Тысячные доли

4.Определение рН почвенной вытяжки. В работе используют индика-торную бумагу (интервал рН 1–14) или рН – метр; рН почвенной вытяжки необ-

ходимо определить во время фильтрования по стандартной методике.

Полученные опытные данные заносят в табл.3.3.

Таблица 3.3.

Результаты анализов образцов почвы.

№ пробы	Наименование	Содержание гигроскопической влаги, %	рН	Сухой остаток, %	Содержание хлор-иона, %	Содержание сульфат- иона, %

В выводах по данной лабораторной работе должно быть отражено:

1) оценка качества исследованных образцов почвы;

2) выявление наиболее экологически благоприятных почвенных зон.

Контрольные вопросы

1.Дать определение понятию «почва».

2.Основные причины трансформации и деградации городских почв.

3.Порядок отбора представительных проб почвы.

4.Основные виды предварительной обработки проб почвы перед анали-

зом.

5.Понятие «гигроскопическая влага» и способы определения этого пара-

метра.

Лабораторная Работа № 4.

Определение кислотности и токсичности осадков,

выпадающих в зонах загрязнения

Цель работы: определение кислотности и токсичности атмосферных осадков методом биотестирования.

Оборудование и реактивы:

1) осадкомер на метеоплощадке или сосуды для сбора и хранения воды;

2) выпаривательные чашки;

3) водяная баня;

4) чашки Петри;

5) фильтровальная бумага;

6) пинцет;

7) индикаторная бумага;

8) различные мелкие семена.

Дата добавления: 2014-12-07