-Емкость катионного обмена (ЕКО). Является важной почвенной характеристикой. Она складывается из поглотительной способности гумусовых веществ, минеральных частиц почвы, а также входящих в ее состав микроорганизмов. Величина ЕКО почвы коррелирует с содержанием в ней гумуса, гранулометрическим и минералогическим составом, величиной рН. Таким образом, емкость катионного обмена - интегральная почвенная характеристика, по которой можно оценивать степень устойчивости почв, в том числе, и к антропогенному воздействию (Биогеохимические…, 1993).
-Динамика содержания гумуса. Контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач, поскольку изменение количества органического вещества в почве не только прямо связано с изменениями практически всех свойств почв и их плодородия, но отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.
Для контроля за качественной характеристикой почвенного гумуса целесообразно определять содержание водорастворимых органических веществ, формирующих в значительной мере запас лабильных элементов питания и являющихся показателем доступности гумусовых веществ микроорганизмам [15].
-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. Наиболее простой и быстрый метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости. Применяют определение электрической проводимости почвенных суспензий, паст насыщения, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Быстро и достаточно точно можно контролировать этот процесс, определяя удельную электрическую проводимость водных суспензий с помощью специальных солемеров.
- Осолонцевание почв. Химическим признаком осолонцевания обычно служит увеличение содержания в почвах обменного натрия.
- Угнетение почвенной биоты. Этот важный показатель, пригодный, в том числе и для ранней диагностики негативных процессов в почве, находят, как правило, по косвенным признакам. Сравнительно простой прием, позволяющий оценить суммарную активность почвенных организмов, разлагающих органическое вещество и выделяющих диоксид углерода, состоит в определении так называемого дыхания почвы, или эмиссии почвой СО2. В полевых условиях на поверхности почвы устанавливают специальные камеры, которые улавливают выделяющийся СО2, например, путем его поглощения раствором щелочи; затем количество поглощенного СО2 можно измерить титрованием [16].
-Фитотоксичность почв. Необходимость определения этого показателя особенно часто возникает при мониторинге химически загрязненных почв или при оценке возможности использования в качестве мелиорантов или удобрений различного рода отходов: осадков сточных вод, различного рода компостов, гидролизного лигнина.
Для выяснения относительной фитотоксичности используют метод рулонной культуры, выращивая проростки тест-растений на рулоне фильтровальной бумаги из семян, замоченных в растворе в различными концентрациями тяжелых металлов.
- Загрязнение почв тяжелыми металлами. Любые элементы находятся в почве в форме различных соединений, только часть которых доступна растениям. Но эти соединения могут трансформироваться и переходить из одних форм в другие.
Поэтому для целей мониторинга выбирают в известной мере условно две или три важнейших группы. Обычно определяют общее (валовое) содержание элементов, лабильные (подвижные) формы их соединений, иногда отдельно определяют обменные формы и водорастворимые соединения [17].
Условно принятая система учета показателей для почвенного-экологического мониторинга почвы приведена в таблице №1, по которой можно проводить длительный и систематические наблюдения. В таблице учитываются в целом факторы, которые оказывают косвенное и прямое воздействие на почву (ее экологическое состояние) (таблица 1).
Таблица 1. Критерии экологической оценки состояния почв
|
Показатель |
Экологическое бедствие |
Чрезвычайная экологическая ситуация |
Относительно удовлетворительная ситуация |
|
|
Площадь выведенных из сельхозоборота земель вследствие их деградации, % общей площади сельхозугодий |
Более 5 |
3 -5 |
До 5 |
|
|
Уничтожение гумусового горизонта |
А + В |
А (А1) пах v ' |
До ,1 А |
|
|
Перекрытость поверхности почвы абиотическими наносами, см |
Более 2 |
1 -2 |
Отсутствие |
|
|
Увеличение плотности почвы, кратность равновесной |
Более 1,4 |
1,3 - 1,4 |
До 1,1 |
|
|
Превышение уровня грунтовых вод, % от критического |
Более 5 |
25 - 5 |
Допустимый уровень |
|
|
Радиоактивное загрязнение, Ки/км2: цезий-137 стронций-9 плутоний (сумма изотопов) |
Свыше 4 Свыше 3 Свыше ,1 |
15-4 1-3 Свыше ,1 |
До1 До ,3 Отсутствие |
|
|
Потери гумуса в пахотных почвах за период 1 лет, относительные |
Свыше 25 |
1 -25 |
Менее 1 |
|
|
Увеличение содержания легкорастворимых солей, г/1 г |
Более ,8 |
,4- ,8 |
До ,1 |
|
|
Увеличение доли обменного натрия, % от ЕКО* |
Более 25 |
1 -25 |
До 5 |
|
|
Превышение ПДК химических веществ: 1-го класса опасности (включая бенз(а)пирен, диоксины) 2-го класса опасности 3-го класса опасности (включая нефть и нефтепродукты) |
Более 3 Более 1 Более 2 |
2-3 5-1 1 -2 |
До1 До1 До1 |
|
|
Снижение уровня активной микробной массы, кратность |
Более 1 |
5 -1 |
До 5 |
|
|
Фитотоксичность почвы (снижение числа проростков), кратность по сравнению с фоном |
Более 2 |
1,4-2, |
До 1,1 |
Глава 2. Анализ экологического состояния почв в г. Озерске
2.1 Выбор контрольных участков
Географическое положение
Озерский городской округ расположен на восточных склонах Южноуральского хребта в окружении озёр Иртяш, Большая Нанога, Малая Нанога и Кызыл-Таш в 11 км... от областного центра -- Челябинска и в 14 км от столицы северного Урала -- Екатеринбурга. В состав территории городского округа входят населенные пункты: город Озёрск, поселок Метлино, поселок Новогорный, поселок Бижеляк, деревня Селезни, деревня Новая Теча, станция Татыш. Рельеф -- восточные склоны Уральского хребта. Ближайшие высоты -- 233 и 245 м. Ландшафт - подзона сосново-лиственных лесов. На территории имеются значительные водные ресурсы, удовлетворяющие потребности в воде для питьевого обеспечения населения и коммунальных и технических нужд промышленности. Так, в Озёрском городском округе расположено 12 озер и 4 болота. Основными источниками водоснабжения являются: озеро Иртяш (город Озёрск и посёлок Метлино), озеро Акуля (посёлок № 2).
Общая площадь Озёрского городского округа -- 65732 га, в т.ч. земли поселений -- 8818 га, сельскохозяйственных угодий -- 3798 га, лесов -- 481га.
По состоянию на 1. 1.2 17 года на территории округа проживает 92 335 человек. В том числе в городе Озёрске - 81 455 чел., посёлок Новогорный - 6 733 чел., посёлок Метлино - 3 694 чел., посёлок Бижеляк - 214 чел., деревня Селезни - 64 чел., деревня Новая Теча - 144 чел., станция Татыш - 31 чел.
Для обнаружения изменения показателей почв производством наблюдаемого объекта, должны быть определенно выбранные участки отбора проб на территории, во всех главнейших почвенно-климатических зонах города, с учетом предполагаемого уровня загрязнения почвенной среды. Изначально, требуется создание систем мониторинга почв в районах наиболее интенсивной антропогенной нагрузки [2].
Мониторинг почв требуется проводить на выбранных контрольных участках, характеризующие почвенный покров природных и сельскохозяйственных геохимически прилигающих ландшафтов типичных для данной территории. Городской парк является лучшим объектом оценки, мониторинга, контроля и состояния экосистем в целом, поскольку имеет ясные природные границы, замыкающие поток вещества и энергии. Для наблюдения загрязнения, пробные участки располагают на разном направлении ветров. Фоновые участки должны располагаться вне зоны действия источника загрязнения, на расстоянии не менее 1 -15 км. Все участки должны обладать сходными характеристиками состава и свойств почв, природных вод и растительного покрова [3].
Для текущего контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий необходима сплошная аэро- или космическая съемка при выборочном контроле на наземных пунктах наблюдения. Контрольными являются поля с традиционной системой земледелия без наложения химических или гидротехнических мелиораций (Гришина Л. А. и др., 1991) [4].
Контрольные участки располагаются на территории городского парка культуры и отдыха г. Озерск (рисунок 2).
Данные точки были выбраны для наибольшего охвата территории парка, и широты наблюдения. В выбранных участках:
Тип почвы: серые - лесные
Схема почвенного профиля точка №1
А - 3 см
А1 - 3 см
А2 - 4 см
В - 1 см
Рис. 2. Карта-схема отбора проб почвы
В грунте встречались мелкого размера включения и большое количество корней.
Растительность на участке:
Верхний ярус: Береза повислая
Средний ярус: Рябина
Нижний ярус: Лабазник, Мокрица
Схема почвенного профиля точка №2
А - отсутствует
А1 - (1.5-2) см
А2 - 5 см
В - 1 см
В грунте встречались среднего и крупного размера включения, корней практически не встречалось.
Растительность на участке:
Верхний ярус: Сосна обыкновенная
Средний ярус: Шиповник
Нижний ярус: отсутствует
Схема почвенного профиля точка №3
А - 5см
А1 - 7см
А2 - 5см
В - 1 см
Растительность на участке:
Верхний ярус: Береза повислая
Средний ярус: Волчеягодник обыкновенный, Шиповник
Нижний ярус: Папоротник, Мокрица, Осока
Схема почвенного профиля точка №4
А - 2см
А1 - 4см
А2 - 5см
В - 9см
Растительность на участке:
Верхний ярус: Береза повислая, Сосна обыкновенная
Средний ярус: отсутствует
Нижний ярус: Лопух большой, Лабазник
Химический анализ и обработка полученных данных
Отбор и подготовка проб почв для анализа
Отбор проб осуществлен согласно ГОСТ 17.4.4. 2-84
При отборе точечных проб и составлении объединенной пробы должна быть исключена возможность их вторичного загрязнения.
Точечные пробы почвы, предназначенные для определения тяжелых металлов, отбирают инструментом, не содержащим металлов. Перед отбором точечных проб стенку прикопки или поверхность керна следует зачистить ножом из полиэтилена или полистирола или пластмассовым шпателем.
Точечные пробы почвы, предназначенные для определения летучих химических веществ, следует сразу поместить во флаконы или стеклянные банки с притертыми пробками, заполнив их полностью до пробки.
Точечные пробы почвы, предназначенные для определения пестицидов, не следует отбирать в полиэтиленовую или пластмассовую тару.
Для бактериологического анализа с одной пробной площадки составляют 1 объединенных проб. Каждую объединенную пробу составляют из трех точечных проб массой от 2 до 25 г каждая, отобранных послойно с глубины - 5 и 5 - 2 см.[2 ]
Пробы почвы, предназначенные для бактериологического анализа, в целях предотвращения их вторичного загрязнения следует отбирать с соблюдением условий асептики: отбирать стерильным инструментом, перемешивать на стерильной поверхности, помещать в стерильную тару [21].
Для гельминтологического анализа с каждой пробной площадки берут одну объединенную пробу массой 2 г, составленную из десяти точечных проб массой 2 г каждая, отобранных послойно с глубины - 5 и 5 - 1 см. При необходимости отбор проб проводят из глубоких слоев почвы послойно или по генетическим горизонтам.
Все объединенные пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы.
В процессе транспортировки и хранения почвенных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.
Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 518 -75. Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.
Пробы почвы, предназначенные для определения летучих и химически нестойких веществ, доставляют в лабораторию и сразу анализируют [22].
2.2 Анализ и сравнение показателей эколог состояния почв в г. Озерске
Составление аналитической пробы - операция, обеспечивающая надежность полученных результатов. Ошибки при подготовке образцов и взятии средней пробы не компенсируются последующей качественной аналитической проработкой [23].
Образцы почвы, отобранные в поле или в вегетационном домике, предварительно подсушивают на воздухе при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительным изменениям их свойств и состава, особенно в результате ферментативных и микробиологических процессов. Напротив - температурный перегрев сопровождается изменением подвижности и растворимости многих соединений. Еслидлобразцов много, то проводится сушка в шкафах с принудительной вентиляцией [24].
Сухие образцы измельчают на почвенной мельнице или растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растёртый и просушенный образец пропускают через сито с диаметром отверстий 2-3 мм. Растирание и просеивание проводят до тех пор, пока весь взятый образец не пройдет через сито. Допускается отброс только обломков камней, крупных корней и инородных включений. Образцы хранятся в закрытых крафтовых пакетах в помещении, где отсутствуют химические реактивы. Навеску почвы для анализа берут методом «средней пробы». Для этого просеянный образец рассыпают тонким слоем (около .5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делят его шпателем на мелкие квадратики со стороной 2 - 2.5 см. Из каждого квадратика шпателем отбирают часть образца [25].