Экологический мониторинг земель

Введение

Мониторинг почв разной степени гидроморфности Мониторинг нефтезагрязненных почв Мониторинг почв, загрязненных тяжелыми металлами Мониторинг орошаемых почв Геохимические барьеры Оценка экологической напряженности территории

Мониторинг — система наблюдения за состоянием окружающей среды с целью разработки мероприятий по охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению критических ситуаций вредных или опасных.

Виды мониторингов: биосферный, биологический, региональный, генетический, экологический, санитарно-токсикологический.

Задачи единого экологического мониторинга:

оперативный контроль социального и биологического состояния;

выяснение факторов напряженности;

характеристика фактического состояния;

подготовка и обобщение информации;

сбор и систематизация информации;

выработка управленческого решения.

Экологический мониторинг — общегосударственная система наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения экосистем и сопредельных сфер.

Базовый экологический мониторинг формирует многоцелевую открытую информационно-справочную систему, предназначенную для базового информационного обеспечения широкого спектра задач прикладного мониторинга ландшафта и управленческих решений в области экологии и рационального землепользования.

В число его основных задач входят:

сбор, инвентаризация и визуализация информации по текущему состоянию и функционированию наиболее представительных вариантов почв и земель;

поэлементная и комплексная оценка функционально-экологического состояния почв и других элементов ландшафта;

анализ и моделирование основных режимов и процессов функционирования земель;

выявление проблемных ситуаций в ландшафте;

обеспечение информацией всех зон.

Диагностические параметры мониторинга:

базовые — абсолютно или условно стабильные на период наблюдений;

относительно стабильные — существенно изменяются на срок от 5 до 10 лет;

динамические — изменяются от года к году;

режимные — высокодинамичные в течение одного года.

Индикаторные критерии мониторинга:

ботанические — чувствительность растений к окружающей среде и факторам;

биохимические — аномальное содержание химических веществ в растениях;

экологические — видовое разнообразие, пространственная структура, биомасса, энергетика;

зоологические — стадии экологического нарушения территории;

почвенные — ухудшение свойств почв и влияние на растения;

воздушные — загрязнение воздуха и влияние на здоровье населения и животных, реакция растений.

Атмосферный воздух является начальным звеном в цепочке загрязнений природных сред и объектов.

1. Мониторинг почв разной степени гидроморфности

Мониторинг почв разной степени гидромофности необходим при планировании осушения и прогнозе осушения, при планировании орошения и прогнозе изменений при орошении, при подборе оптимальных культур для орошаемых и осушаемых почв.

Причиной следствия сильной гидроморфности является близкое подступление грунтовых вод к поверхности почвы и затопление территории. Затопление почв непосредственно влияет на рост и развитие растений: подавление дыхание корней, снижение поглотительной и транспортной функции, снижение активности ферментов, снижение реакционных центров фотосистем, изменение содержания хлорофилла и каротиноидов, выработка макроэргических соединений, дополнительный транспорт кислорода в корни, образование газовых полостей и многие другие функциональные изменения.

При составлении карт заболоченных территорий необходимо учитывать залегание грунтовых вод, рельеф местности, видовой состав растительности, почвенно-климатический фактор и антропогенную обстановку со стороны человечества.

В следствие анаэробиозиса в почве развиваются анаэробные бактерии, снижается количество полезной микрофлоры, снижается аэрация почв, происходит уплотнение почвы. Вследствие всех перечисленных изменений наблюдается плохое развитие корневой системы растений, угнетение роста, загнивание корневой шейки из-за большого развития болезнетворной микрофлоры.

2. Мониторинг нефтезагрязненных почв

Значительное влияние на деградацию почв оказывает их загрязнение нефтепродуктами. Нарастает загрязнение земель продуктами добычи, транспортировки и переработки нефти. Во всем мире ежегодно от загрязнения нефтью гибнет не меньше миллиона птиц. Значительные потери в результате загрязнения нефтью несет рыбное хозяйство, лесное хозяйство, сельскохозяйственные предприятия. Влияние загрязнения почв нефтепродуктами сказывается практически на все компоненты экосистемы. Основные нарушения земель нефтяной промышленностью происходят при строительстве и эксплуатации буровых и нагнетательных скважин. Действие на почву загрязнения нефтепродуктами сохраняется достаточно длительный промежуток времени.

Деградация почв под влиянием нефтепродуктов определяется совместным действием на почву нефтепродуктов, сопутствующих компонентов, продуктов их физико-химической, ферментативной и микробиологической трансформации. В результате загрязнения почв нефтепродуктами возникают нарушения геологической, водной, почвенно-грунтовой среды, напочвенного покрова и биоты. В процессе строительства и эксплуатации возникают нарушения рельефа, почвенного покрова, свойств почв, растительности, биоты, гидрологии, температурного режима, водного и воздушного режимов территории.

Основные причины деградации почв, на нефтяных месторождениях следующие: механическое нарушение почвенного и растительного покрова при строительстве; разливы нефти, минерализованных и пластовых вод, буровых растворов; фильтрация через дно стенки земляных амбаров с последующим распространением загрязняющих веществ грунтовыми и межпластовыми водами. Деградация почвенного покрова на объектах подземного хранения связана с механическим нарушением, загрязнением почв нефтепродуктами на локальном уровне и загрязнением почв легкорастворимыми солями на стадии строительства подземных емкостей. При действии засоленных вод на почву происходит: 1) техногенное засоление почв, приводящее к гибели растений и угнетению биоты; 2) осолонцевание; 3) посттехногенное осолодение.

Все новообразованные почвы характеризуются неустойчивостью свойств, склонностью к дальнейшей деградации и разрушению. Почвы, загрязненные нефтепродуктами, также переходят в неравновесное состояние и стремятся к термодинамическому равновесию с факторами внешней среды. Появившиеся в почве нефтепродукты являются для нее чужеродными и термодинамически неустойчивыми.

При загрязнении почв нефтепродуктами происходит изменение их физико-химических и водно-физических свойств, состава органических соединений, ферментативной и микробиологической активности и т. д. Существенные изменения происходят в составе органического вещества почв. В почвах, загрязненных углеводородами, происходит усиленное разложение микроорганизмов — бактерий, которые используют нефть, в качестве углерода и энергии.

При оценке загрязнения почв нефтепродуктами проводят определение следующих показателей: 1) загрязнение по люминесцентному свечению; 2) метод капельного анализа по Флоринской В. Н.; 3) весовой метод; 4) метод ИК спектроскопии; 5) определение фракционного состава нефтепродуктов; 6) активность дегидрогеназы.

Мониторинг на загрязненные нефтью включает: 1) выявление и оконтуривание загрязненных земель; 2) определение концентрации и глубины проникновения углеводородов по почвенному профилю; 3) идентификация продуктов загрязнения; 4) установление характера сопутствующего загрязнения почв (минеральными солями, токсичными металлами, канцерогенными веществами).

3. Мониторинг почв, загрязненных тяжелыми металлами

Загрязнение почв тяжелыми металлами представляет большую народнохозяйственную и экологическую проблему. Тяжелые металлы из почв мигрируют в грунтовые воды и водоемы, а затем потребляются человеком с питьевой водой. Они поступают в растения и, в дальнейшем. Попадают в продукты питания растительного и животного происхождения. Частично, тяжелые металлы попадают из почв с испарением и из растений с транспирацией в воздушную среду, а затем через органы дыхания в организм человека. Небезопасны для биоты и человека и физические поля, трансформированные и отраженные скоплениями тяжелых металлов. Под действием тяжелых металлов происходит угнетение практически всего растительного и почвенного мира суши и водоемов. При этом часть изменений накапливается и действует на биоту на генетическом уровне.

Поступление тяжелых металлов в почву обусловлено выбросами промышленных предприятий, тепловых электростанций, миграцией из свалок и открытых карьеров, от автотранспорта и при внесении удобрений, мелиорантов, ядохимикатов и сточных вод на поля сельскохозяйственных угодий. Поступление в почву происходит также в результате аэрального поступления и в виде водных мигрантов из сопредельных территорий и, частично, из недр Земли на участках геопатогенных зон. Ниже приведены главные миграционные потоки тяжелых металлов.

Предельно допустимый уровень состояния почв — это тот уровень, при котором начинают изменяться количество и качество вновь создаваемого живого вещества, т. е. биологической продукции. Для обоснования предельно допустимого уровня состояния почв предложены показатели, которые определяются экспериментально. Для минимально низкой концентрации тяжелого металла определяется критический (самый чувствительный) показатель, характеризующий ущерб или экономические последствия, и по этому показателю устанавливается критический уровень концентрации элемента.

При оценке степени загрязнения почв учитывают превышение содержания элемента в почве, по сравнению с фоном (Кларком) и средним содержанием в земной коре. Однако, природное пространственное варьирование содержания химических элементов очень велико и зависит от конкретной почвенно-экологической ситуации Нередко фоновое содержание отдельных элементов в почвах выше принятого уровня ПДК. По ряду элементов существует несогласованность между фоновым содержанием в почвах и уровнем ПДК. Так, для хрома среднее фоновое содержание в почве установлено 100 мг/кг, ПДК — 50 мг/кг. При колебании фонового содержания свинца от 2 до 200 мг/кг ПДК составляет 30 мг/кг.

Оценка степени загрязнения агрофитоценозов ТМ может проводиться по изменению свойств, процессов и режимов почв, растений, биоты, водной и воздушной среды:

а) оценка загрязнения по содержанию тяжелых металлов в почвах, б) статистические методы оценки загрязнения почв, в) оценка загрязнения почв по состоянию в них соединений тяжелых металлов, г) оценка загрязнения почв ТМ по микробиологической активности почв, д) оценка загрязнения почв ТМ по ферментативной активности почв, е) оценка загрязнения почв тяжелыми металлами по развитию растений, ж) оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами с использованием генетических биологических тестов.

Для оценки уровня загрязнения фитоценозов тяжелыми металлами оценивают их содержание в растительности и в почве на разном расстоянии и в различном направлении от источника загрязнения. В качестве критерия экологического состояния территории рекомендуется использовать площадь выведенных из землепользования угодий в результате деградации почв и степень деградации почв.

4. Мониторинг орошаемых почв

мониторинг фитоценоз почва загрязнение Для оценки засоленных вод для орошения учитывают показатели SAR, соотношение в водах натрия, кальция и магния. Однако для разных почв существуют свои определенные константы ионного обмена кальция и магния из почвенно-поглотительного комплекса на натрий из оросительных вод. Эти константы определяются гранулометрическим и минералогическим составом, гумусовым состоянием почв, составом обменных катионов.

Критерии пригодности вод для орошения: засоленность, содержание и соотношение в водах солей натрия, кальция и магния, содержание в водах органических и неорганических токсикантов. Все перечисленные факторы необходимо учитывать, так как состав оросительных вод оказывает влияние на почву, растение и другие компоненты экосистемы. Существует несколько критериев для оценки пригодности вод для орошения, основанные на химическом составе.

При неопасном классе качества воды оросительная вода не оказывает неблагоприятного влияния, выражающегося в снижении сельскохозяйственных культур с малой солеустойчивостью, но при недостаточной дренированности территории возможно засоление почв.

При умеренном классе опасности воды для орошения происходит снижение урожайности культур средней и слабой солеустойчивости на 10−25%.

При высоком классе опасности воды для орошения наблюдается снижение урожайности культур слабой и средней солеустойчивости до 25−50%. Наблюдается сильное неблагоприятное влияние таких вод на плодородие почв.

Оценка качества оросительной воды по отдельным показателям, характеризующим состав воды и почвы, является несовершенной и приводит к определенным ошибкам. Требуется учет всех составляющих взаимосвязанных между собой, прежде всего, со свойствами почв. Необходимо учитывать: солеустойчивость растений, свойства и режимы почв, технику и технологию орошения.

Под воздействием искусственного полива почва претерпевает массу изменений в своих функциональных процессах. Рассмотрим процессы, вызываемые орошением на примере каштановых почв.

1. Увеличение количества растительных остатков, поступающих в почву.

2. Интенсификация процессов гумусообразования.

3. Увеличение содержания гумуса с преимущественным накоплением гуминовых кислот, связанных с кальцием.

4. Увеличение мощности гумусового слоя.

5. Увеличение от глубины вскипания от свободных карбонатов.

6. Снижение величины рН.

7. Замещение в ППК ионов натрия и магния ионами кальция.

8.Увеличение емкости обмена и буферности.

9. Вынос токсичных хлоридов и сульфатов натрия и магния.

10. Улучшение структурного состояния.

11. Коагуляция почвенных коллоидов.

12. Улучшение структурного состояния и вводно-воздушного режима.

Данные изменения хороши при сельскохозяйственном использовании данных почв, но не надо забывать, что почва — это прежде всего исторически сложившееся тело, изменения которого повлечет за собой смену всех временных процессов.

5. Геохимические барьеры

Преобладающие геохимические барьеры.

1. криогенные нейтральные и слабокислые насыщенные; окислительные и испарительные

2. криогенно-глеевые кислые и слабокислые; восстановительные и кислые барьеры

3. криогенные сиаллитные; окислительные, восстановительные и кислые

4. кислые сиаллитные; окислительные, восстановительные, кислые, адсорбционные

5. нейтральные и слабощелочные монтмориллотовые; сульфатные, карбонатные и адсорбционные

6. нейтральные сиаллитно-карбонатные, адсорбционные 7. слабощелочные, щелочные и засоленные;

сульфатные, карбонатные, щелочные, испарительные 8. сопряженные ферсиаллитные и монтмориллонитовые; окислительные и адсорбционные

9. ферритные; окислительные

10.ферралитные и аллитные; окислительные, кислые и адсорбционные Различия техногенных воздействий реально проявляются в региональном геохимическом фоне. Содержания микроэлементов в почвах и подстилающих горных породах были рассчитаны коэффициенты ноосферной концентрации меди, кобальта, молибдена, цинка в почвах для территории Черноземной и Нечерноземной зон. Согласно полученным данным в Донецкой области, где наиболее высокие значения Сn, Кларки ноосферной концентрации микроэлементов также имеют самые высокие значения. В других областях Черноземной зоны, где значения Cn в пять раз и более ниже, содержание рассматриваемых микроэлементов уменьшается. В Нечерноземной зоне выделяется повышенным содержанием микроэлементов Московская область, где и значения Сn для данной зоны самые высокие. Наиболее низкие значения Cn в Европейской части России имеют Приволжский (Ярославская и Костромская области) и Северо-Западный (Карелия) экономические районы. Эти области выделяются и самыми низкими Кларками ноосферы концентрации элементов в почвах.

6. Оценка экологической напряженности территории

Проблема экологической напряженности территории в современном мире становится все более очевидной, так как развитие деградации почв, рельефа, растительности, вод и воздушной среды охватывает огромную площадь. Происходит деградация различных свойств, процессов, функций почв, что ведет за собой огромные изменения. С учетом этого необходимо правильно и точно оценивать масштабы происходящего.

Показатели, которые оценивают при деградации:

1. Интенсивность воздействия.

2. Мощность воздействия.

3. Продолжительность воздействия.

4. Скорость деградации.

5. Обратимость процессов.

6. Скорость восстановления утраченных функций.