Лекция к Модулю 3
«Почвенный мониторинг»
Дисциплины «Мониторинг безопасности»
Все лекции проводятся в интерактивном режиме, для чего выделяется часть времени. Помимо заранее определенных преподавателем проблем для обсуждения, которые требуют предварительной подготовки, такой режим предусматривает и дискуссию по некоторым вопросам в ходе лекции.
Лекция 1 (интерактивная). Тема 3: Почвенный мониторинг
Целью данной лекции является изучение основных понятий и структуры почвенного мониторинга.
Основными задачами лекции формирование знаний о нормативно-правовом обеспечении безопасности почв, загрязняющих веществ в почве, их влияние на техносферу и здоровье населения, отборе проб почв, методах и средствах почвенного мониторинга.
План лекции:
1. Загрязняющие вещества в почве, их влияние на техносферу и здоровье населения
2. Показатели и методы почвенно-экологического мониторинга
3. Отбор проб почвы
Загрязняющие вещества в почвах
Известны несколько официальных перечней нормируемых в почве веществ, в основном по линии Санэпидемслужбы и Госстандарта России. Это перечень химических веществ в почве, по которым установлены ПДК и ОДК (№ 6229 - 91), дополнение № 1 к нему - Перечень ОДК тяжелых металлов и мышьяка (ГН 2.1.7.020 - 94), а также два стандарта - ГОСТ 17.4.1.02-83 и ГОСТ 17.4.2.01-81. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей стандартного состояния.
В первом, главном перечне проводится 108 значений ПДК и 70 ОДК, во втором - дополнительно еще 6 величин ОДК веществ в почве. В сумме примерно 180 нормируемых веществ.
В основном это пестициды - 140, минеральные удобрения - 10, тяжелые металлы: Pb, Cd, Hg, Cr, Cu, Ni, Co, Mn, Zn, V, As, Sb, некоторые неорганические анионы: NO3-, SO42-, PO43-, Cl-, F-, S и H2S, > 10 органических соединений, не относящихся к числу ядохимикатов: ацетальдегид, бензин, бензол, изопропилбензол, o-, м-, n- ксилолы, стирол, толуол, формальдегид и др.
Если обратиться к перечням уже существующих методик и просуммировать количество указанных в них веществ, то получается следующее. Список методик количественного химического анализа почв, допущенных к применению по РД 52.18.595-96, включает около 30 веществ или их групп. В аналогичном перечне известного справочного пособия «Экометрия» можно обнаружить уже более 90 веществ, гигиенически нормируемых в почве и обеспеченных методиками анализа.
Сопоставление перечней нормируемых веществ в воде и почвах показывает их достаточно существенное совпадение. При этом водный перечень значительно больше и практически полностью «накрывает» почвенный. Разница отмечается по группе пестицидов и других «супертоксикантов», а также по ненормируемым в почве (и нормируемым в воде) нескольким десяткам других загрязняющих веществ. Таким образом, сводный перечень приоритетных при контроле почв ЗВ составляет примерно 30 веществ.
Показатели и методы почвенно-экологического мониторинга
| Контролируемое явление или процесс | Показатель | Метод и периодичность измерения | Контролируемые регионы |
| Влажность | Содержание в почве | Электрометрически, по сезонам года | Все почвы |
| Тепловой режим | Температура ˚С | Почвенные термометры, по сезонам года | Все почвы |
| Подкисление или подщелачивание | pH водный и солевой | 1-2 раза в год | Водная вытяжка – все почвы, солевая – почвы, не насыщенные основаниями |
| Вторичное засоление | Удельная электропроводность | Потенциометрия или пламенная фотометрия, ежегодно | Орошаемые почвы аридных регионов |
| Вторичное осолонцевание | Объемный Na, M.I. % ЕКО | По И.В. Тюрину или по спектральной яркости, ежегодно | Почвы, орошаемые солонцеватыми водами |
| Потеря гумуса | Гумус в почве % | Атомно-абсорбционный анализ, через 3-4 года | Все пахотные почвы |
| Загрязнение почвы тяжелыми металлами | Содержание металлов в ацетатно-аммонийном буфере или 1н. HNO3 в зависимости от интенсивности загрязнения | Потенциометрически через 3-4 года | Все почвы в окрестностях промышленных комбинатов, городов и автомобильных трасс |
| Загрязнение почвы фтором | Содержание в почве | Спектральная яркость, газовая хроматография, через 3-4 года | Почвы, в окрестностях алюминиевых заводов |
| Загрязнение почв нефтепродуктами, пестицидами | Содержание в почве % | Радиометрически, через 2-3 года | Регионы добычи и транспортировки нефти, почвы интенсивного сельскохозяйственного загрязнения |
| Загрязнение почв радионуклидами | Плотность излучения | Радиометрически, через 2-3 года | Почвы в окрестностях атомных станций или аварийных авбрасов |
| Общее химическое загрязнение | В зависимости от характера загрязнения | В зависимости от характера загрязнения | Почвы городских территорий |
| Затопление и заболачивание | Окислительный потенциал | Потенциометрически ежегодно | Почвы рисовников и почвы с высоким уровнем почвенно-грунтовых вод |
| Угнетение почвенной биоты | Азотфиксация, нитрификсация, дыхание, ферментативная активность почвы | Газово-хроматографический, 1-2 раза в год | Почвы в начальных стадиях деградации, ранняя диагностика |
| Уплотнение почв | Относительная плотность | Плотномер, ежегодно | Почвы под сильными механическими нагрузками |
| Эрозия | Степень эродированности | Наземные описания, аэрокосмическая съемка, через 3-4 года | Почвы эрозийно-опасных регионов |
| Потеря элементов питания (N, P, K микроэлементы) | Обеспеченность растений | Агрохимические методы | Пахотные почвы |
Отбор проб почвы
Точечные пробы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков.
Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).
Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно – распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоамины) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.
Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиологических исследований, что связано с перераспределением радионуклидов в ландшафтах после поступления из атмосферы. Для снижения влияния рельефа, вида почв и растительности, а также возможности сравнения данных, отбор образцов должен производиться таким образом, чтобы их радиоактивность характеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной поверхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых целинных участков в ненарушенной структурой. На обследуемом участке желательно выполнить предварительную гамма – радиометрическую съемку.
Измерения рекомендуется производить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2 – 5 м от стен строений. Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности. При изучении миграции радионуклидов в наземных экосистемах каждого ландшафта выбирают наиболее характерные участки на протяжении всего профиля от водораздела к пониженным элементам рельефа. Для отбора образцов закладывают разрезы размером 70х150 см и глубиной 1 – 2 м (в зависимости от типа почв) и отбирают пробы по горизонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых для радиометрических анализов слоев обычно не превышает 2 – 5 см.
Специфической процедурой является отбор проб с твердых, гладких и не сорбирующих поверхностей (глина, стекло, кафель, пластмасса, металл, лакокрасочные покрытия и др.). Для этой цели применяют ватно – марлевые или ватные тампоны, смоченные водой или органическим растворителем. Иногда берут мазки или смывы со стен, полов, окон производственных помещений (с площади примерно 0,5 м2), а с поверхности зданий соскабливают внешний слой покрытия толщиной 1 – 2 мм с площади 0,1 – 0,25 м2.