Биологическое загрязнение связано с привнесением в почву и размножением в ней опасных для человека организмов. Основной причиной биологического загрязнения почв в городе является поступление экскрементов выгуливаемых домашних животных. Например, в Москве в среднем на территории жилых микрорайонов, скверов и небольших парков приходится около 5-7 кг/м2 экскрементов в год. Уровень эпидемиологической опасности почв города характеризуют показатели санитарного состояния почвы:
- Санитарно-химические: санитарное число (отношение содержания белкового азота к общему органическому), содержание азота аммонийного, азота нитратного, хлоридов, пестицидов, тяжелых металлов, нефти, нефтепродуктов, фенолов летучих, сернистых соединений, pH, радиоактивные вещества и некоторые другие показатели.
- Санитарно-гельминтологические - жизнеспособные яйца и личинки гельминтов, экз./г почвы ( - чистая почва, до 1 - слабо загрязненная, 11 - 1 - загрязненная, более 1 - сильно загрязненная).
- Санитарно-энтомологические характеризуют наличие или отсутствие личинок и куколок мух, экз./кг почвы ( - чистая почва, до 1 - слабо загрязненная, 1 - 25 - загрязненная, более 25 - сильно загрязненная).
- Санитарно-бактериологические показатели. Для определения бактериального загрязнения пользуются титрами (титр - содержание чего-либо в единице объема) микроорганизмов, определяемых по специальной методике. В качестве тестобъекта используют «коли-титр», т.е. количество клеток кишечной палочки, которые свидетельствуют о развитии другой более опасной патогенной микрофлоры. В странах Европейского сообщества в качестве титра используют фекальный стафилококк.
Для городских территорий характерно изменение качественного и количественного состава микроорганизмов в почвенном покрове. В грунтах, цементе и кирпичах активно развиваются патогенные микроорганизмы. На поверхностях городских сооружений, благодаря выпадению кислотных осадков, активно размножаются бактерии, разрушающие камень, бетон и деревянные покрытия. Зачастую представители этих видов микроорганизмов вызывают аллергические реакции у людей. По сравнению с естественными почвами в городских почвах резко снижено содержание мицелия грибов, основных почвообразующих организмов - деструкторов органических остатков. При этом ухудшаются условия роста растений. Доля бактерий в почвенной биомассе увеличивается. Увеличивается также доля эвритопных микроскопических грибов. Формируются более упрощенные по вертикальной структуре, чем в естественных условиях, микробокомплексы. На поверхности почвы увеличивается присутствие фитопатогенных грибов. Характерен, особенно для краевых придорожных зон «феномен аккумуляции темноокрашенных грибов» - накопление темноокрашенных микроорганизмов, которые благодаря наличию в их клеточных стенках меланиновых пигментов резистентных к ряду экстремальных экологических факторов.
1.3 Пoкaзaтели исследования выбранные для наблюдения
Наиболее важным вопросом является выбор показателей мониторинга почв, периодичности наблюдений и методов измерения. Система показателей должна включать обязательные для всех видов почв и специфичные для почв одного или нескольких типов параметры, а также показатели, обусловленные природой загрязняющих веществ. Выбираемые для мониторинга показатели должны быть по возможности просты, а методы доступны, в том числе для сравнительно небольших лабораторий, не располагающих дорогостоящим оборудованием и для пользования проживающего населения. Кроме того, необходимо отметить, если при контроле воздуха или вод основное внимание обращается на вредные и токсичные вещества, то при почвенном мониторинге приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в целом, выявлять признаки, указывающие на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия. [5]
Обязателен контроль показателей подвижности загрязняющих веществ, т. к. именно они характеризуют способность загрязняющих веществ переходить в сопредельные среды: в растения, в почвенные и грунтовые воды. Но чаще, список подвижных соединений, загрязняющих веществ определяют в составе вытяжек разбавленных кислот, щелочей, солей, экстрагирующее действие которых может быть усилено присутствием комплексообразователей. Широким распространением пользуется, например, вытяжка ацетатно-аммонийного буферного раствора. Результаты апробирования состояния загрязняющих веществ с помощью этих показателей, свидетельствуют об их информативности.
Усиление государственного контроля за использованием и охраной земель приводит к ужесточению требований к почвенно-экологическим обследованиям территорий, подверженных воздействию НГК. В связи с этим основными задачами почвенного обследования (мониторинга) являются:
- выявление загрязненных почв и определение причин загрязнения и (или) механического нарушения;
- оценка экологических последствий загрязнения почвы;
- реабилитация и контроль за восстановлением нарушенных почв.
Конечная цель обследования - разработка экологических требований к охране почв (включая предложения по изоляции и рекультивации нарушенных земель).
Устойчивость почв к различного рода техногенным нагрузкам определяется многими факторами, поэтому существующие методы и приемы контроля для получения информации о состоянии почв отличаются большим разнообразием.
Как и для других видов мониторинга (рисунок 1) компонентов ОС, при организации почвенного мониторинга выделяют глобальный, региональный и локальный уровни. Однако для оценки происходящих изменений в почвах необходимо различать фоновый и импактный мониторинг почв. В первом случае предполагается организация наблюдений за состоянием почв до начала действия антропогенных нагрузок, во втором предусматривается оценка изменений параметров почв при непосредственном воздействии антропогенных факторов.
В соответствии с концепцией государственного мониторинга ОС мониторинг почв проводится в комплексе с другими видами мониторинга. В то же время он включает наблюдения за:
- основными параметрами ландшафта, в частности за формами рельефа, вызванными антропогенными изменениями;
- составляющими водного баланса территории и их химическим составом;
- процессами опустынивания, переувлажнения, зарастания, осушения;
Рис. 1. Схема почвенно-экологичсекого мониторинга
Во многих случаях заменить трудоемкое определение валового содержания и подвижных форм соединений тяжелых металлов, на определение легко контролируемых показателей рН, Eh, ЕКО, содержания органического вещества помогают представления о взаимосвязи процессов и их количественная оценка на основе термодинамических принципов химического равновесия (Орлов Д. С. и др., 1989) [6].
По результатам многолетней практики Гришина Л. А. и соавторы (1991) предлагают разделить показатели почвенно-экологического мониторинга на показатели ранней, кратко- и долгосрочной диагностики [7].
1. Показатели ранней диагностики антропогенных изменений свойств, позволяют обнаружить и неблагоприятные процессы на начальных стадиях их развития. Это, прежде всего, показатели биологической активности - численность и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных животных, их биомасса, ферментативная активность почв, интенсивность выделения углекислогомлгаза почвой, активность азотфиксации почв. Их использование при мониторинге промышленного загрязнения почв позволяет обнаружить тенденции и скорость происходящих в почве изменений, судить о степени опасности поллютантов [8].
Однако неблагоприятные эффекты превышения содержания загрязнителей не являются строго специфичными, одинаковая реакция может вызываться разнымиротфакторами. Интегральный характер этих показателей, их высокоехприродное варьирование и сезонная динамика, неоднозначность реакций и большая приспособленность живых организмов к воздействию токсикантов делают необходимым одновременные прямые определения других свойств почв для указания причин неблагополучия, то есть комплексный мониторинг всех почвенных показателей для составления картины в целом [9].
В качестве этих диагностических свойств, целесообразно использование характеристик кислотно-основного, ионно-солевого, окислительно-восстановительного режимов почв. Анализу могут подвергаться почвенные растворы, лизиметрические воды, водные вытяжки, в которых определяются рН и активность других ионов, содержание азота, фосфора, серы, кальция, магния, тяжелых металлов, органического вещества. Частота измерения - несколько раз за сезон.
2. Показатели средней устойчивости, характеризующие краткосрочные изменения в свойствах почв и обеспечивающие текущий контроль за её состоянием. В данном наблюдении, целесообразно использовать катионно-обменные свойства почв, содержание доступных для растений форм элементов питания, и элементов не характерных для данной конкретной почвы, кислоторастворимых форм соединений кальция, магния, железа и алюминия, подвижных форм соединений тяжелых металлов, скорость деструкционных процессов, мощность и запасы подстилки, фракционный состав гумуса. Измерения должны проводиться через 2-5 лет.
3. Показатели долгосрочной диагностики нарушений почвообразования при промышленном загрязнении. Это валовый состав почвы, включая содержание тяжелых металлов, состав почвенных минералов, содержание и запасы гумуса, морфологические и физические свойства почв (плотность, структурное состояние, водопроницаемость, гранулометрический состав), то есть фундаментальные свойства почв. Оценка их необходима для сравнения на примере девственных почв, как исходная характеристика почв на предварительном этапе мониторинга. Эти свойства формируются в результате относительно длительных однонаправленных процессов и поэтому требуют измерений через 1 лет и более [1 ].
Качество почвы - это способность определенного типа почвы функционировать в пределах естественных или управляемых человеком экосистем, обеспечивать производительность растений и животных, улучшать качество воды и воздуха, поддерживать здоровье человека и условия его проживания. Качество почвы - это совокупность всех имеющихся положительных и отрицательных характеристик и свойств, определяющих его плодородие.
Качество почвы определяется взаимодействием его физических, химических и микробиологических свойств.
Почвы высокого качества обеспечивают питательную пригодность, аэрацию, проникновение и задержания воды, структурную стабильность и высокую биологическую активность. Для оценки качества почвы используют показатели (индикаторы) качества почвы [11].
Показатели качества почвы - это физические, химические и биологические свойства, процессы и характеристики, которые измеряются с целью мониторинга изменений в почве.
Рассмотрим основные показатели качества почвы, разработаны и предложены Доран и Паркин (1994) [12].
Физические показатели качества почвы определяются агрегацию стабильностью, текстурой, структурой, объемной плотностью, пористостью, аэрацией, цветом, влажностью и температурой. Поскольку физические показатели связаны с взаимным расположением грунтовых частиц и пор, они отражают способность или ограниченность корни к росту, появление всходов, инфильтрацию, движение воды в почвенном профиле.
Химические показатели качества почвы включают результаты измерения pH, солености, органического вещества, концентрации фосфора, круговорота питательных веществ, катион-обменной способности, концентрации элементов, которые могут быть потенциальными загрязняющими веществами (тяжелых металлов, радионуклидов и т.п.) или необходимых для роста и развития растений.
Биологические показатели качества почвы характеризует общую биомассу почвы, микробную биомассу, общую численность бактерий и микроскопических грибов, продуцирование двуокиси углерода или дыхания почвы, ферментативную активность и тому подобное. Биологические показатели включают результаты измерений микро- и макроорганизмов, их активности или образования побочных продуктов. Популяции червей, нематод, насекомых и патогенных микроорганизмов, скорость респирацийних процессов, разложение органического вещества и остатков растений в почве - все это может быть использовано для оценки качества почвы [13].
По выбранным методам анализа превышения содержания химических элементов тяжелых металлов в почве были рассмотрены показатели, взятые из отчетов ФГУП "ПО "Маяк", такие как:
-Кислотно-основные свойства. Важнейший и, как правило, достаточный для характеристики почв показатель - это значение рН в водных и солевых вытяжках. Значение рН свидетельствует только о степени кислотности или щелочности почв, но из-за довольно высокой буферности почв оно не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возможны случаи, когда содержание кислотных компонентов в почве нарастает, но рН практически не изменяется. Тогда кроме рН целесообразно определять так называемую потенциальную кислотность, которую находят путем титрования щелочью вытяжки из почвы, что в известной мере позволяет судить об уровне потенциальной кислотности почвы [14].