Один из основных показателей качества почвы. Энциклопедия садовода-огородника. ляет производить измерения на

Почву характеризует множество показателей ее состояния, перечень которых необходимо определить и обосновать. Наибольшей информативности можно ожидать от использования относительных показателей, а не абсолютных. В связи с этим среди выбранных должны быть показатели двух видов. Во-первых, показатели наименее устойчивых свойств почв, наиболее чувствительных к антропогенному воздействию. Во-вторых, нужны показатели наиболее стабильных свойств, так как они характеризуют внутренние свойства системы или объекта, находящиеся в состоянии динамического равновесия с окружающей средой.

Среди показателей должны быть такие, которые отражают специфическую реакцию на воздействие загрязнения, поскольку загрязняющие вещества имеют различную природу и последствия их избыточного поступления в почву и в растения специфичны. Должны контролироваться показатели и неспецифической природы, интегральные свойства анализируемой системы, так как они взаимосвязаны и отражают общее состояние почвы.

Значениям показателей, характеризующих свойства почвы, свойственны достаточно высокие уровни варьирования, что также необходимо учитывать при анализе данных и принятии решений. Наконец, необходимо четко определять пространственно-временные границы анализируемой системы.

Контролируемый показатель загрязнения почв должен соответствовать следующим требованиям:

1. Необходима схема поведения загрязняющих веществ и участия их в почвенно-химических процессах, основанная на аналитических и термодинамических методах изучения природы вещества.

2. Показатель должен быть интегральной характеристикой состояния контролируемого химического элемента и физико-химического состояния почв.

3. Показатель должен в достаточной мере чувствительным, чтобы можно было ожидать повышения уровня при увеличении содержания элемента в выпадениях.

4. Показатель должен быть в достаточной мере устойчивым для точки опробывания и умеренно варьировать в пространстве и времени, в противном случае интервал возможных значений его будет так велик, что, во-первых, объект исследования утратит свою индивидуальность, во-вторых, создаст угрозу ошибочно загрязненные почвы с относительно высоким уровнем показателя отнести к незагрязненным.

5. Скорости перехода соединений элемента, которые характеризуют этот показатель, в состав менее подвижных, а следовательно, менее опасных, должны быть таковы, чтобы можно было ожидать отрицательного действия этих соединений на растения прежде, чем они перейдут в состав устойчивых и недоступных растениям соединений.

6. Должны существовать стандартные надежные методы определения показателя, обеспечивающие правильность и требуемую воспроизводимость результатов.

Различают следующие группы показателей:

Показатели химического состояния почв включают: емкость поглощения, состав обменных катионов, степень засоления, валовые содержания элементов, активность ионов в жидкой фазе почвы, содержание органического вещества, групповой и фракционный состав гумуса, отношение Сгк:Сфк, отношение С:N, окислительно-восстановительный потенциал.

Показатели физического состояния почв включают: водопроницаемость, влажность, предельная полевая влагоемкость, полевая влагоемкость, влажность завядания, гранулометрический состав, агрегатный состав, водопрочность агрегатов, плотность почвы, плотность твердой фазы почвы, пористость агрегатов, набухание, температура, электропроводность, намагниченность;

Показатели биологического состояния почв: дыхание почвы, скорость разложения целлюлозы, ферментативная активность, численность и видовое разнообразие микроорганизмов, гено- и фитотоксичность почвы.

Санитарно-бактериологические показатели состояния почв: содержание патогенных бактерий и вирусов, санитарно-энтомологические, санитарно-гельминтологические и комплексные показатели.

Показатели эрозионного воздействия на почвы: мощность гумусового горизонта, наличие погребенных горизонтов.

Каждое из указанных свойств является важной характеристикой почвы и необходимо для полноты знаний о ней. Рассмотрим более подробно эти показатели.

Показатели химического состояния почв

Содержание легкорастворимых солей. Состояние почвенной биоты во многом определяется динамикой химического состава почвенного раствора. Биоценоз, сформированный в конкретных природных условиях, чутко реагирует на изменение среды обитания. Следует помнить, что антропогенная деятельность, направленная на улучшение агрохимических и агрофизических свойств почв, не всегда благоприятна для природных экосистем. Процессы вторичного засоления и расоления почв, которые наблюдаются при проведении мелиоративных мероприятий, изменяя химический состав и минерализацию почвенного раствора, приводят к серьезным нарушениям функционирования природных экосистем.

Показателем, отражающим эти изменения, может служить содержание легкорастворимых солей в почве, определяемое по количеству плотного остатка солей в водной вытяжке или по изменению электрохимических свойств почв.

При исследовании почв засоленного ряда широко используется метод, основанный на определении изменения электропроводности почв в зависимости от содержания легкорастворимых солей - кондуктометрия. Измерения могут проводиться как в лаборатории, путем определения электропроводности насыщенных водой почвенных паст или суспензий, так и в полевых условиях: измерения электропроводности почвы или отдельных ее горизонтов in situ.

Критерием кислотно-основных свойств почвы является реакция -рH почвы: рH - -lgaH+, где aH+ - активность ионов водорода. Это одна из основных почвенных характеристик, определяющая протекание различных почвообразовательных процессов, а также доступность растениям различных питательных элементов.

Оптимальным для большинства высших растений является диапазон рH от 6 до 7,5. Различные виды антропогенного воздействия на почвы приводят как к уменьшению величины рH, так и к ее возрастанию. Одной из самых серьезных проблем является подкисление почвы в результате интенсивного использования физиологически кислых минеральных удобрений (в основном азотных), а также при выпадении кислых атмосферных осадков, загрязненных кислотообразующими газами (SO 2 , NO х, HF и др.).

Для почв, обладающих низкими буферными свойствами, эти воздействия могут привести к катастрофическим изменениям. Процессы вторичного засоления и осолонцевания сопровождаются, напротив, существенным увеличением рH, что также приводит к негативным последствиям для растительного покрова (внижение продуктивности, изменение видового состава).

Известно много способов определения величины рH: в различных водных (1:1, 1:2,5; 1:5) суспензиях и пастах, в солевых (1н КCl и др.) вытяжках, в почвенных образцах с естественной влажностью. Существенным недостатком этих приемов является то, что они связаны с отбором и дальнейшей обработкой (высушивание, хранение, разбавление водой или растворами) почвенных образцов, что влечет за собой изменение величины рH. Hаибольшим приближением к реальным кислотно-щелочным условиям в почве являются результаты измерений непосредственно в почве естественного залегания (так называемые измерения in situ).

Для характеристики окислительно-восстановительных условий в почве в качестве параметра состояния рекомендуется использовать величину окислительно-восстановительного потенциала (ОВП или Еh) почвы. ОВП почвы является функцией соотношения активностей окисленных и восстановленных форм соединений в почве и характеризует физико-химические условия протекания процессов почвообразования и питания растений и микроорганизмов. В свою очередь величина ОВП является интегральным результатом физических, химических и биологических процессов.

Различные антропогенные воздействия могут как увеличивать (распахивание, осушение, эрозия), так и уменьшать (подтопление почв, засоление, осолонцевание) ОВП почвы, что ведет к изменениям в функционировании всего биогеоценоза. Измерения величины Eh следует проводить только в почве естественного залегания.

Антропогенная деятельность нарушает сложившийся природный баланс и может способствовать как гумусообразованию, через поступление дополнительных количеств органических остатков, так и снижению его содержания в результате усиления процессов минерализации или эрозии. Если первый процесс при рассмотрении агроценозов носит положительный характер (исключая случаи поступления ископаемых органических остатков, таких как нефть, например), то проявление второго негативно при рассмотрении как естественных, так и антропогенных биогеоценозов и и является результатом неправильного природопользования. Снижение содержания специфического органического вещества почв будет отражать степень их антропогенной деградации.

Показателем количества гумуса в почвах является содержание органического углерода в почвенном образце после удаления нетрансформированных растительных и животных остатков.

Определение органического углерода может проводиться окислением бихроматом калия в сернокислой среде или сухим высокотемпературным сжиганием.

Общее содержание загрязняющих веществ в почвах является показателем менее информативным, чем при оценке загрязнения воды или воздуха. При высоком содержании загрязняющих веществ в почвах состояние растений ухудшается в том случае, когда в почвах оказывается высокое содержание этих веществ в доступном для растении состоянии. Если доступность веществ ограничена, растения могут и не проявлять признаков угнетения. Таким образом, необходимы данные о подвижных соединениях химических элементов, так как именно они характеризуют способность загрязняющих веществ переходить в сопредельные среды (вспомним, например, транслокационные и миграционные ПДК).

Содержание подвижных соединений загрязняющих веществ повышается в зоне локального загрязнения. Процент экстрагируемых ацетатно-аммонийным буфером и разбавленной азотной кислотой при этом повышается. Например, 1н HNO 3 извлекает из загрязненных почв до 95% металлов, поступивших антропогенным путем. В почвах фоновых территорий запас подвижных соединений измеряется единицами процентов от общего их содержания.

Показатели физического состояния почв

Hаряду с химическими свойствами, большое значение для оценки состояния почвы как среды обитания имеет характеристика ее физических параметров. Почвы представляют собой совокупность твердых, жидких и газообразных веществ, которые, взаимодействуя друг с другом, определяют ее физические свойства: структуру, плотность сложения, влажность, гранулометрический и агрегатный состав и т.д.

Водопроницаемость . Интегральным параметром, отражающим весь комплекс физических свойств почв, является водопроницаемость: способность почв впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. Водопроницаемость измеряется объемом воды, которая проходит через единицу площади поперечного сечения в единицу времени.

Водопроницаемость, находясь в тесной зависимости от основных физических свойств почв, отражает большинство видов антропогенного воздействия, приводящих к их нарушению. Так, водопроницаемость гумусового горизонта падает при неправильной агротехнике в земледелии, перегрузке пастбищ, нарушении мелиоративных технологий, избыточном рекреационном воздействии и повышается, если в результате правильного природопользования наблюдается улучшение физических свойств почв. Hапример, водопроницаемость целинных подзолистых почв - 1,8 мм/мин, а черноземов - 8, мм/мин, тогда как пахотных их аналогов - 0,6 и 1,9 мм/мин соответственно. Водопроницаемость солонцов составляет 0,2 мм/мин.

Плотность почвы . Другим, не менее информативным параметром, отражающим физическое состояние почв, является их плотность - масса почвы в единице ее объема ненарушенного сложения. Как и водопроницаемость, она зависит от гранулометрического состава и агрегированности почв, от плотности сложения агрегатов и характера их упаковки.

Плотность почвы сравнительно легко определяется в полевых условиях и поэтому ее широко применяют в качестве обобщенного показателя физического состояния почв при их агротехнической и почвенно-мелиоративной оценке. Основным методом измерения плотности почв является буровой. Техника определения подробно описана в литературе. Простота и доступность метода позволяет использовать его в ряде случаев для оценки физического состояния почв вместо водопроницаемости. Исключение составляют сильно набухающие почвы, пористость которых изменяется при изменении влажности, что может приводить к занижению результатов определения плотности.

Уровень грунтовых вод. Важным фактором, определяющим степень увлажнения почвенного профиля, являются грунтовые воды, под которыми понимаются воды первого от дневной поверхности водоносного горизонта. Глубина залегания грунтовых вод определяет степень гидроморфизма почв и, следовательно, состояние биогеоценоза, сформировавшегося с данным режимом увлажнения. Так, для автоморфных биогеоценозов неблагоприятное воздействие оказывает поднятие уровня грунтовых вод (УГВ), тогда как для гидроморфных, напротив, их снижение. Hапример, при снижении УГВ в болотных биогеоценозах при осушительных мелиорациях, вследствие обезвоживания торфяной толщи, усиления ее аэрации интенсифицируются процессы биологического разложения органического вещества. Поднятие грунтовых вод в автоморфных почвах приводит к усилению их гидроморфизма и появлению таких неблагоприятных свойств как снижение окислительно-восстановительного потенциала, оглеение и т.д., и, в конечном итоге, изменению структуры биоценоза.

В естественных биогеоценозах в течение года наблюдается динамика уровня грунтовых вод. Амплитуда колебаний зависит от многих причин: степени изолированности водоносного горизонта от поверхности, литологического состава пород, положения в рельефе, климатических условий и т.д.

Изменение УГВ в результате антропогенной деятельности может происходить как при прямом воздействии на УГВ (осушительные мелиорации), так и опосредовано (строительство гидротехнических и других сооружений, горные разработки). Как правило, определение уровня грунтовых вод и прослеживание его динамики проводятся в стационарных скважинах.

Показатели биологической активности почв

Показатели биологической активности почв наряду с параметрами химических и физических свойств необходимы для характеристики состояния почвы как биологической системы и оценки степени ее повреждения при антропогенном воздействии (пестицидами, тяжелыми металлами, удобрениями и т.д.). Более того, часто только биологические показатели способны установить физиологическую активность комплекса ксенобиотиков в почве и выявить критические уровни ее загрязнения.

Вследствие биохимических превращений, которые осуществляют микроорганизмы, в почве происходят важнейшие процессы круговорота веществ, почвообразования, детоксикации ксенобиотиков, самоочищения почвы. Ассоциация почвенных микроорганизмов является категорией экологической и функционирует как единое целое благодаря взаимосвязанным метаболическим реакциям. Стерилизующий эффект разных загрязнений приводит к выпадению чувствительных видов, распаду микробных ценозов, потере биохимической активности почвы и в итоге к гибели микроорганизмов и деградации экосистем.

Разработано много полевых и лабораторных методов оценки биомассы, видового состава микробиоты и биологической активности почв в фоновых и загрязненных ксенобиотиками регионах. Они информативны, но часто трудоемки, требуют дорогостоящих реактивов и оборудования. Для экспресс-диагностики состояния и хозяйственной пригодности почв и ее продуктивности широко используется ряд простых диагностических показателей, которые позволяют быстро оценить интегральную активность микробиоты, токсические свойства почвы.

Активная биомасса почвенных микроорганизмов. Уровень суммарной биомассы активных (живых) почвенных микроорганизмов в почве может служить интегральным параметром, отражающим состояние почвенной микробиоты, а также интенсивность протекания биохимических превращений. Определение суммарной активности биомассы почвенных микроорганизмов проводится респирометрическим (физиологическим) методом. Метод основан на измерении скорости дыхания популяции почвенных микроорганизмов после обогащения почвы дополнительным источником углерода и энергии (глюкозы).

Для экспресс-диагностики достаточно использовать величину начальной максимальной скорости выделения углекислого газа. Природное содержание микробного углерода почв в зависимости от их свойств, определяемое данным методом, может варьировать от 15 до 240 мг/100 г почвы.

Токсичность почв. Токсичность почв - способность почв подавлять рост и развитие высших организмов и микробиоты. Токсичность почв может возникать под действием антропогенных факторов за счет двух процессов - аккумуляции в почве загрязнителей и накопления токсинов, образованных представителями микробиоты загрязненных почв.

Общую токсичность почвы определяют методом "почвенных пластинок", а микробный токсикоз почв - методом "почвенных пластинок" с инициированным микробным сообществом, которое получают после обогащения образца почвы крахмалом или глюкозой. Разница в результатах, полученных двумя указанными методами, свидетельствует о наличии микробного токсикоза почвы помимо токсикоза, вызванного антропогенными загрязнениями. Методом почвенных пластинок успешно выявляется токсичность почв, находящихся в условиях промышленного загрязнения.

Для установления токсичности почвы используют в качестве теста реакцию семян проростков растений как наиболее наглядный, удобный и простой биореагент. Возможно выявлять токсичность почвы на одном высокочувствительном виде растения (кресс-салате, редисе, горохе, пшенице). Для выяснения фитотоксического спектра почвы можно использовать набор тест-растений, включая районированные культуры (пшеница, овес и т.д.) семена деревьев (сосны). Желательно брать мелкие семена, которые более чутко реагируют на загрязнение. Токсичными считаются те почвы, которые ингибируют прорастание семян или развитие проростков и корней на 30% и более в сравнении с контролем. Стимулирующее рост действие (>30%) также часто свидетельствует о наличии высокотоксичных веществ в данной почве.

Подводя итоги анализу параметров состояния, выделим наиболее существенные из них с точки зрения экологического нормирования антропогенного воздействия.

Параметры состояния наземного биогеоценоза, относящиеся к почве:

Величина рH почвы (измерения in situ на глубине 0-20 см);

Величина окислительно-восстановительного потенциала (Eh) почвы (измерения in situ на глубине 0-20 см);

Водопроницаемость гумусового горизонта почвы (для слоя 0-20 см, мм/мин);

Плотность почвы (горизонт 0-20 см, г/см);

Уровень грунтовых вод (м);

Активная биомасса почвенных микроорганизмов (в слое 0-20 см, мг/С 100 г почвы);

Фитотоксичность почвы (слой 0-20 см, % к контролю);

Генотоксичность почвы (слой 0-20 см, рост числа мутаций по отношению к контролю).

Шкала водопроницаемости почв по H.А.Качинскому

Водопроницаемость (в Па) Оценка

в 1-й час впитывания при

напоре 5 см и температуре воды

> 1000 провальная

1000-500 излишне высокая

500-100 наилучшая

100-70 хорошая

70-30 удовлетворительная

< 30 неудовлетворительная

Градация почв по степени кислотности

рH Оценка Примечание

< 4,5 сильно кислые по

4,6-5,0 среднекислые H.Ф.Корнилову

5,1-5,5 слабокислые

5,6-6,0 близкие к нейтральным

6,0-7,0 нейтральные

7,5-8,0 слабощелочные

7,5-8,0 среднещелочные по

> 8,0 сильнощелочные Б.А.Зимовцу

Лекция № 15

Гигиеническое нормирование химических веществ в почве

Методология нормирования ЭХВ в почве

Проведение исследований по гигиеническому нормированию химических веществ в почве начинается со сбора информации, позволяющей оценить значение данного вещества в санитарной практике, выявить его физико-химические константы. С этой целью следует установить, в каких количествах изучаемое вещество встречается в природе, в каких производственных процессах и в каких количествах оно используется в сельском хозяйстве, каковы уровни загрязнения почвы, параметры токсичности вещества и механизм токсического действия, данные о нормативах в смежных средах, количественные и качественные методы обнаружения вещества и его метаболитов в почве, воде, воздухе и растениях, а при необходимости и в биологическом материале.

За исходную концентрацию пестицидов, минеральных удобрений, микроудобрений, стимуляторов роста растений принимают концентрации, которые создаются в почве при рекомендуемых максимальных нормах расхода препаратов, принятых в сельскохозяйственной практике.

Р - норма расхода ЭХВ, кг/га,

С - концентрация ЭХВ в почве, мг/кг

d - плотность почвы, кг/дм 3

h - глубина пахотного слоя, дм

За исходную концентрацию для химических веществ, поступающих в почву со сточными водами, промышленными выбросами, выхлопными газами автомобилей, принимают уровень естественного содержания в почвах.

Центральным методологическим вопросом гигиенического регламентирования ЭХВ в почве является определения критерия их безопасности для здоровья населения.

В основу теории и практики гигиенического нормирования ЭХВ в почве положен критерий (первое положение теории), допускающий возможность поступления и содержание ЭХВ в почве в виде примесей к естественному ее составу в количествах, безопасных для здоровья людей и окружающей среды. Следовательно, не всякое поступление ЭХВ в почву рассматривается как опасное загрязнение. Этот подход не препятствует широкой химизации народного хозяйства в любом регионе страны, при условии соблюдения системы гигиенических регламентов, основанных на ПДК ЭХВ в почве, которые гарантируют охрану здоровья населения и почвы от опасного загрязнения.

Предлагаемое определение ПДК соответствует приведенному критерию вредности. Под ПДК ЭХВ в почве следует подразумевать максимальное его количество (в мг/кг пахотного слоя абсолютно сухой почвы), установленное в экстремальных почвенно-климатических условиях, которое гарантирует отсутствие отрицательного прямого или опосредованного через контактирующие с почвой среды воздействия на здоровье человека, его потомство и санитарные условия жизни населения.

Второе положение теории нормирования ЭХВ в почве состоит в том, что при оценке безопасности поступления химических веществ в почву исходят из недопустимости превышения порога адаптационной возможности организма самых чувствительных групп населения и порога экологической адаптационной (самоочищающей) способности почвы при изолированном, комплексном, комбинированном или сочетанном действии химических веществ на организм человека и окружающую среду (порог безопасного действия).

Под порогом безопасного действия химических веществ, поступающих в организм людей из почвы, подразумевается такое их действие (одномоментное, суточное, годовое, в течение всей жизни), которое не вызывает функциональных, биохимических, структурных изменений в организме выше границ, при превышении которых могут наступить сдвиги в организме, опасные для здоровья человека или его потомства.

Под порогом вредного биологического воздействия нормируемого химического вещества следует подразумевать такое его действие, при котором количественные физиологическое, биохимические или структурные изменения переходят в качественные, имеющие характер предпатологии.

Под порогом экологической адаптационной возможности (самоочищающей способности почвы) следует подразумевать такое действие нормируемого вещества на почву, при котором количественные изменения самоочищающей способности переходят в качественные, выражающиеся в нарушении времени и скорости процессов самоочищения, характерных для данного вида почвы в определенном климато-ландшафтном регионе.

Таким образом, в почве допускается такое содержание ЭХВ, которое гарантирует отсутствие отрицательного воздействия на здоровье населения как при прямом контакте человека с почвой (заглатывание и вдыхание почвенной пыли, поступление через кожу), так и опосредованно при миграции токсического вещества по одной или нескольким экологическим цепям (почва-растение-человек; почва-растение-животное-человек; почва-атмосферный воздух-человек; почва-вода-человек и др.) или суммарно по всем цепям, а также не нарушает процессов самоочищения почвы и не влияет на санитарные условия жизни.

Третьим положением теории гигиенического нормирования ЭХВ в почве является требование о проведении исследований в экстремальных почвенно-климатических условиях, способствующих максимальной миграции изучаемого химического вещества в контактирующие с почвой среды (вода, воздух, растение), а также обеспечивающих наиболее интенсивное воздействие ЭХВ на процессы самоочищения и почвенный микробиоценоз. Это положение обеспечивает значительный коэффициент гигиенической прочности разработанных для почвы ПДК.

Для создания экстремальных условий эксперимент следует проводить на таком типе почвы, который обладает максимальной фильтрующей, минимальной сорбционной и поглотительной способностью. Таким типом почвы является песчаная.

Соблюдение принципа экстремальности обеспечивается также проведением исследований при микроклиматических параметрах (температура, влажность, УФ-излучение и др.), способствующих максимальной миграции ЭХВ в контактирующие среды. Помимо почвенных и микроклиматических условий, для создания экстремальности необходимо использовать в эксперименте растения-концентраторы, максимально накапливающие изучаемое ЭХВ при наименьшем его содержании в почве. Такими растениями чаще всего могут быть для хлорорганических пестицидов и производных мочевины представители рода крестоцветных (редис Сакса), для фосфорорганических пестицидов и тяжелых металлов - злаковые (кукуруза, овес, пшеница). Из них выбирают одно растение, которое концентрирует изучаемое ЭХВ в наибольшей степени. Это растение носит название фитотеста (ФТ). На ФТ-растении и проводят основные исследования по установлению пороговой концентрации ЭХВ в почве, при которой в изучаемом растении-концентраторе будет накапливаться ЭХВ на уровне ДОК для данного вида растения. Затем рассчитывают на весь суточный рацион пищевых продуктов растительного происхождения (0.9 кг/сутки), принимая условно, что в них может накапливаться столько же ЭХВ, сколько в растении-концентраторе при пороговой концентрации ЭХВ в почве. Этот расчет осуществляют для нахождения максимального количества ЭХВ, поступающего в организм человека в экстремальных условиях с пищевыми продуктами растительного происхождения. Затем сравнивают найденную величину с максимально допустимой дозой поступления данного ЭХВ в организм человека, которая не должна быть превышена. Экстремальные условия эксперимента создают значительный запас прочности при гигиеническом нормировании для конкретных (региональных) почвенно-климатических условий. Величина коэффициента запаса колеблется от 10 до 20.

Четвертым положением является требование о проведении всех исследований в стандартных и, следовательно, сопоставимых почвенных и микроклиматических условиях. Такие условия создаются при использовании единого, имитирующего, стандартного модельного почвенного эталона, основанного на постоянном гранулометрическом и физико-химическом составе песчаной почвы и единых микроклиматических параметрах.

Пятое положение - исследование проводят не в натурных, а только в единых, соспоставимых экспериментальных условиях на лабораторных модельных установках.

Шестое положение - в ходе эксперимента должны быть проведены всесторонние исследования по выявлению наиболее узкого места в процессах миграции; детоксикации; влиянии на органолептические свойства, пищевую ценность выращиваемых растений; воздействия на организм подопытных животных и почвенный микробиоценоз нормируемого химического вещества; здоровье и санитарные условия населения. При этом определяют пороговые количества химического вещества по общесанитарному, миграционно-водному, миграционно-воздушному, органолептическому, фитоаккумуляционному (транслокационному), санитарно-токсикологическому показателям вредности. На основе пороговых количеств по каждому показателю выбирают лимитирующий показатель вредности, по которому устанавливается ПДК.

Седьмое положение - ПДК ЭХВ в почве является единой величиной для любых почвенно-климатических условий с коэффициентом запаса прочности гигиенического нормирования для региональных почвенно-климатических условий.

Восьмое положение - по найденной единой ПДК химического вещества в почве определяют региональную ПДК для условий конкретного почвенно-климатического региона. При расчете этой величины учитывают ведущие факторы, от которых зависят миграция, детоксикация, образование метаболитов ЭХВ в почве: температура и влажность почвы, содержание гумуса, рН, пористость, бактериальная обсемененность и пр. На основании исследований, проведенных на натурных образцах почвы данного региона, находят коэффициенты, характеризующие воздействие этих факторов на процессы миграции и детоксикации ЭХВ. Значения поправочных коэффициентов используют с учетом найденной ПДК для расчета величин предельно допустимого уровня внесения (ПДУВ) и безопасного остаточного количества (БОК) изучаемого химического соединения для конкретных почвенно-климатических условий.

Принципиальная схема нормирования ЭХВ в почве

Оценка каждого показателя вредности производится определением пороговой концентрации химического вещества в почве по соответствующему показателю.

Органолептический показатель вредности характеризует изменения запаха, привкуса и пищевой ценности ФТ-растения, а также запаха атмосферного воздуха; вкуса, цвета и запаха воды, выявленных при экстремальных почвенно-климатических условиях. Под пороговой концентрацией органолептического показателя вредности понимается то максимальное количество химического вещества в почве (мг/кг абсолютно сухой почвы), которое не оказывает воздействия на пищевую ценность и органолептические показатели пищевых продуктов растительного происхождения, воды и атмосферного воздуха, сформированных в тех же экстремальных условиях.

Общесанитарный показатель вредности характеризует процессы изменения биологической активности почвы и показателей самоочищения почвы от загрязнения органическими веществами. Пороговой концентрацией по этому показателю вредности является то максимальное количество химического вещества в почве (мг/кг АСП), которое не вызывает на 5-7 сутки изменений общей численности почвенных мик-

роорганизмов основных физиологических групп (спорообразующие бактерии, грибы, актиномицеты и др.) более чем на 50%, а также ферментативной активности почвы (инветазной, дегидрогеназной, нитрифицирующей и др.) более чем на 25% относительно аналогичных показателей контрольной пробы.

Фито-аккумуляционный (транслокационный) показатель вредности характеризует процесс миграции химического вещества из почвы в культурные растения, используемые в качестве продукта питания или фуража, и накопление его в фитомассе. Под пороговой концентрацией этого показателя вредности понимают то максимальное количество химического вещества в почве (мг/кг АСП), при котором накопление вещества фитомассой товарных органов сельскохозяйственных растений к моменту сбора урожая не превысит установленных для продуктов питания допустимых остаточных количеств (ДОК).

Миграционно-водный показатель вредности характеризует процессы миграции химического вещества в поверхностные и подземные воды. Пороговой концентрацией по этому показателю вредности является то максимальное количество в почве (мг/кг АСП), при котором поступление химического вещзества в грунтовые воды и водоисточники с поверхностным стоком не создает концентраций, превышающих ПДК в воде водоемов.

Миграционно-воздушный показатель вредности характеризует процессы поступления химического вещества из почвы в атмосферный воздух с почвенной пылью и путем испарения и соиспарения с водными парами и другими носителями. Под пороговой концентрацией по этому показателю вредности понимается то количество вещества в почве (мг/кг АСП), при котором поступление соединения в атмосферный воздух не сопровождается превышением установленной среднесуточной ПДК.

Токсикологический показатель вредности характеризует эффект действия суммарного количества химического вещества при комплексном и сочетанном (почвенная пыль и ЭХВ) поступлении этого соединения из почвы в организм с водой, пищей, воздухом, через кожу, слизистые верхних дыхательных путей и полости рта. Под пороговой концентрацией по этому показателю вредности понимается такое количество химического вещества в почве (мг/кг АСП), суммарное поступление которого в организм теплокровных (человека) при непосредственном контакте с почвой, по одному или нескольким этологическим путям миграции, не сопровождается отрицательным прямым или отдаленным воздействием на здоровье населения.

Исследования по этому показателю вредности проводят как для определения основных токсикологических характеристик химического соединения (ЛД 50 , ЛД 100 , МНД), так и для нахождения пороговой концентрации в почве по токсикологическому показателю вредности.

Тот из шести показателей вредности, который имеет наименьшую пороговую величину, избирают как лимитирующий показатель вредности. При нормировании по токсикологическому показателю за ПДК принимают подпороговые величины. Таким образом, ПДК устанавливают по тому признаку вредности, который характеризуется наименьшей пороговой или подпороговой (для токсикологического признака) величиной.

Выбор ЭХВ для нормирования

Разработка ПДК для почв позволит установить критерии для ограничения выбросов предприятий. Важнейшие задачи в этом отношении - установление предельно-допустимых экологических нагрузок на регион (ПДЭH) и предельно допустимых величин выбросов предприятий (ПДВ). Это требует особой системы исследований, так как надо учитывать физико-географические условия района, экологическую ситуацию, размещение населения, технологический уровень предприятий, климат и т.д. Единого ПДК для почв не должно быть - эти показатели будут сильно варьировать в зависимости от конкретной почвенно-экологической обстановки, в которой необходимо учитывать свойства почвы.

В первую очередь в почве должны нормироваться стойкие пестициды и их метаболиты, тяжелые металлы, нефтепродукты, сернистые соединения, минеральные удобрения и другие вещества, систематически поступающие в почву.

М.С.Соколов и Б.П.Стрекозов (1975) предложили методику оценки приоритетности нормирования пестицидов с использованием бальной шкалы, в которой показатели действия пестицидов (критерии нормирования) сгруппированы в две группы: экотоксикологические (1-5) и токсиколого-гигиенические (6-10). По баллам все пестициды были объединены в три группы (>21; 20-14 и <13).

По сравнительно фитотоксичности (при равных концентрациях) ТМ располагаются в следующий ряд: Cd > Ni > Zn > Mn > Cu > Pb. Именно кадмий, никель и цинк в небольшой степени поступают в растения. Ртуть настолько прочно связана с компонентами почв, что даже при высоком содержании (50-100 мг/кг) не причиняет вреда растениям и не накапливается в них в токсичных концентрациях.

К настоящему времени санитарно-гигиенические нормативы едины и территориально не дифференцированы. Практика их использования для обоснования природоохранных мероприятий (оценки экологического состояния почв, расчета экономического ущерба от загрязнения земель химическими веществами и пр.) распространена повсеместно, что, в принципе, не совсем правомерно с теоретической и практической точек зрения.

Во-первых, санитарно-гигиенические ПДК были разработаны для защиты организма человека и, строго говоря, не имеют целью защиту природных комплексов.

Во-вторых, методология нормирования была выработана на примере экзогенных химических веществ (ЭХВ), которые не являются природными компонентами почв, поэтому их детектирование в почвах и определение порога критического действия на организмы значительно упрощены. Химический состав, летальные дозы, персистентность в почве ЭХВ (преимущественно пестицидов) известны, что позволяет достаточно объективно оценивать их опасность для всех компонентов окружающей среды и токсичность для биоты, в том числе для человека.

В-третьих, как уже было отмечено выше, важен вопрос о форме токсикантов, подлежащих определению. Очевидно, что она должна быть наиболее близка к той, которая оказывает токсическое действие. Биогеохимической и токсической активностью обладает только та часть загрязняющих веществ, которая находится в жидкой фазе почвы - почвенном растворе. Поэтому, например, для тяжелых металлов, необходимо определение и подвижных форм, а не только валового содержания. В экспериментах по определению ПДК вносят водорастворимые формы металлов, а эффекты соотносятся с валовым содержанием, которое и принимается за дозу. В результате все ПДК для почвы многократно занижены и близки к природному фоновому уровню. При разработке ПДК для компонентов среды важно знать не только токсичность изучаемого вещества, но и его влияние на состояние объекта, в котором это вещество содержится.

Загрязненные почвы на урбанизированных территориях опасны прежде всего как источник поступления ТМ в организм человека путем вторичного загрязнения приземного слоя воздуха пылью. Однако предельно допустимые концентрации ТМ в почве, определенные по их транслокации в воздух, еще не разработаны.

Методически правильным и научно обоснованным должно стать установление региональных фоновых концентраций загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Фоновые концентрации должны быть утверждены Минприроды РТ и рекомендованы к использованию всеми природоохранными службами республики при расчете ущерба от загрязнения окружающей среды. Необходимо рекомендовать их применение при расчетах класса опасности смета взамен предельно допустимых концентраций, регламентированных в соответствующих документах.

В расчетах учитывают коэффициент Kз(i) - коэффициент пересчета в зависимости от степени загрязнения земель химическим веществом i-го вида находится на основании данных таблиц.

Степень зхагрязнения почв химическими веществами определяется по суммарному показателю загрязнения, рассчитываемому по формуле:

С(i) факт - фактическое содержание i-го токсиканта в почве;

С(i) фон - значение регионально-фонового содержания в почве

i-го токсиканта.

Оценка степени загрязнения земель химическими веществами по

суммарному показателю загрязнения Zc

Значение показателя Степень загрязнения Коэффициент

Zc земель Kз

<2 Допустимая 0

2-8 Слабая 0.3

8-32 Средняя 0.6

32-64 Сильная 1.5

>64 Очень сильная 2.0

Соотношение между санитарно-гигиеническим и экологическим нормированием

Санитарно-гигиеническое нормирование - наиболее разработанная область регламентации техногенного загрязнения окружающей среды. В настоящее время оно используется в качестве нормативной базы для ограничения техногенных загрязнений не только окружающей среды населенных пунктов и промышленных площадок, но и природных сообществ.

Мы выяснили, что при разработке теоретических основ санитарно-гигиенического нормирования было принято положение, по которому человек признан наиболее чувствительным компонентом биоты. Следовательно, "если человек достаточно защищен, то, вероятно, и другие живые существа защищены". Однако это положение не имеет экспериментального обоснования. более того известны многочисленные факты, свидетельствующие, что некоторые биологические виды чувствительнее к ряду токсикантов, чем человек (причем разница может превышать один порядок).

Другой общеизвестный аргумент - пренебрежение эффектами кумуляции и транслокации. Многолетнее загрязнение на уровне, не превышающем в каждый из моментов времени установленных ПДК, может приводить к накоплению токсикантов в концентрациях, описаных для биоты (Садыков, 1988б, 1991).

Следующий аргумент касается формы нахождения токсикантов в природных средах. Hекорректность того, что "методология токсикометрического нормирования воздействия химически чистых, существующих в условиях производств веществ перенесена на разработку нормативов чистоты природных сред", неоднократно отмечалась многими авторами. В природных средах неизбежно теряется химическая определенность форм нахождения токсикантов. ПДК разработаны для одних форм, действуют на организмы другие формы (причем в смеси со многими ингредиентами выбросов). Так, ПДК тяжелых металлов для воды получены для валовых форм, тогда как токсичны только аква-ионы (и не токсичны металлы, связанные с высокомолекулярными органическими соединениями). Поэтому при одном и том же уровне валового загрязнения наблюдается разная токсичность для гидробионтов.

Аналогична ситуация для почв: в экспериментах по определению ПДК вносят водорастворимые формы металлов, а эффекты соотносятся с валовым содержанием, которое и принимается за дозу. В результате все ПДК для почвы многократно занижены и близки к природному фоновому уровню (например, ПДК по Pb - 20 мг/кг, тогда как вариации фона - 15-50 мг/кг).

Следующий аргумент - отсутствие дифференциации нормативов по природно-климатическим зонам, хотя очевидно, что чувствительность биоты в разных условиях различна. Особенно ярко это проявилось для почвы: ПДК получены для наименее устойчивого типа (дерново-подзолистой) и без корректив экстраполированы на огромную территорию для всех типов.

Таким образом, необходимо признать, что некорректно расширять область применения санитарно-гигиенического нормирования для регламентации техногенных нагрузок на экосистемы. Это определяет потребность в разработке экологического нормирования.

В экологическом нормировании выделяются два существенно различных подхода. Первый сохраняет основные черты методологии гигиенического нормирования, а именно: 1) предельные нагрузки устанавливаются для отдельных веществ (либо для смесей, но с известным соотношением компонентов); 2) лабораторные эксперименты - основа для получения нормативов; 3) используются параметры организменного, а не экосистемного уровня. По сути, такой подход означает полное ассимилирование схемы гигиенического нормирования с той лишь разницей, что объектом выступает не человек, а другие биологические виды. Это тупиковый путь для экологического нормирования. Причины этого заключаются в следующем.

1. Выбросы чаще всего многокомпонентны, что в конкретной ситуации не позволяет оперировать нормативами для отдельных веществ либо их смесей. Реально можно анализировать ситуации для трех-четырех компонентов смеси, тогда как обычно их число не менее чем на порядок больше.

2. Формы нахождения токсикантов в природе могут отличаться от форм, которые использовались в экспериментах и для которых создавались нормативы.

3. В лабораторных экспериментах - обычно краткосрочных - не учитываются адаптационные процессы и тем более популяционные и биоценотические эффекты, которые могут играть ключевую роль в определении судьбы компонентов экосистем.

4. Hахождение предельных нагрузок для отдельных видов, пусть даже "ключевых" или наиболее чувствительных,- слишком долгий путь для определения нормативов для экосистемы в целом (т.е. по экосистемным параметрам). Он требует наличия модели, в которой аргументом для экосистемных параметров выступает численность всех основных видов (что само по себе - сложная задача), и определения предельных нагрузок для этих видов.

Транскрипт

1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЧВЫ Учебно-методическое пособие для вузов Воронеж 2007

2 2 Утверждено Научно - методическим советом химического факультета от г., протокол 4 Составители: Д.Л. Котова, Т.А. Девятова, Т.А. Крысанова, Н.К. Бабенко, В.А. Крысанов Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре аналитической химии химического факультета и кафедре почвоведения и агрохимии биолого-почвенного факультета Воронежского государственного университета. Данное пособие рекомендуется для студентов химического и биологопочвенного факультетов, а также для аспирантов и научных сотрудников, занимающихся исследованиями в области экологии и почвоведения. Для специальностей: (011000) Химия, (020701) Почвоведение, Экология Содержание

3 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ 5 1. Химические показатели почвы 9 2. Физические показатели почвы Биологические показатели почвы Основные показатели, характеризующие качество почвы Пищевой режим почвы Деградация почвы Нормирование химических веществ в почве Общие требования к методам отбора и обработки проб 24 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОЧВЫ 1. Определение влажности почвы 2. Определение актуальной кислотности почвы Определение рн солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483) Метод определения обменной кислотности по методу ЦИНАО (ГОСТ) Метод определения гидролитической кислотности почв по методу Каппена Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212) Методы определения удельной электрической проводимости, рн и плотного остатка водной вытяжки (ГОСТ) 34 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ГОСТ) Метод определения натрия и калия в водной вытяжке Методы определения кальция и магния в водной вытяжке (ГОСТ) 41 Определение кальция и магния комплексонометрическим методом 41 Определение обменного (подвижного) магния методом ЦИНАО (ГОСТ) Фотометрическое определение магния 6. Методы определения массовых концентраций тяжелых металлов в пробах почвы 49 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАТИОННО-АНИОННОГО СОСТАВА 52 ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ 7. Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке (ГОСТ) Методы определения иона сульфата в водной вытяжке (ГОСТ) Весовое определение иона сульфата Турбидиметрическое определение иона сульфата 9. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке (ГОСТ) Определение иона хлорида аргентометрическим методом по Мору 61 Определение хлорид-иона методом прямой ионометрии 63 Определение хлорид-иона методом ионометрического титрования Определение углерода Определение общего углерода Определение органического углерода 11. Методы определение гумуса в почве Определение общего содержания гумуса в почве

4 4 Принципы определения гумуса методом мокрого озоления Определение углерода органических соединений почвы по Тюрину Определение содержания органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213) 81 Определение гумуса в почве по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель Определение азота Определение азота методом Кьельдаля Определение содержания нитратов в почве по Грандваль-Ляжу Метод определения нитратов по методу ЦИНАО (ГОСТ) 90 Определение фиксированного аммония в почве по Могилевкиной Определение фосфора Определение кремния Весовой метод определения кремнекислоты Фотометрические методы определения кремния 99 Определение кремния в виде кремнемолибденовой 100 гетерополикислоты 16. Определение степени солонцеватости почв 101 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ

5 5 Окружающая среда представляет собой систему физических и биологических взаимозависимых факторов, в пределах которой живет человек и все живые организмы. В нее входят все природные факторы, а также факторы, созданные в результате деятельности человека, которые в тесном взаимодействии влияют на экологическое равновесие, определяют условия жизни человека и развитие общества. Интенсивная антропогенная деградация природы ставит задачу поиска путей сохранения биоразнообразия и биосферы в целом. В настоящей работе данная проблема анализируется в контексте сбережения почв, их географогенетического богатства как первейшего условия сохранения биосферы Земли. Такой подход опирается на следующие положения: во-первых, почва является центральным звеном глобальной биосферной системы, планетарным узлом экологических связей, объединяющим в единое целое другие структурно-функциональные составляющие этой системы: гидросферу, атмосферу, биомир планеты; во-вторых, важнейший аспект сохранения биосферы сбережение входящих в нее организмов во многом теряет смысл, если не сберегается главная экологическая ниша организмов суши почва, ведь абсолютное большинство растений и животных так или иначе связаны с почвой. Почвенный покров Земли представляет тончайшую и самую плотно населенную организмами поверхностную оболочку нашей планеты. Через нее непрерывно идут процессы обмена веществом и энергией между атмосферой, литосферой, гидросферой и всеми населяющими почву организмами, включая и человека. С одной стороны, в почве осуществляется процесс аккумуляции органического вещества и энергии на земной поверхности, а с другой в ней же происходит и деструкция органических остатков, сопровождающаяся трансформацией и высвобождением аккумулированной в почвах энергии. Почва до начала 70-х годов ХХ века была единственным элементом биосферы, в котором в нашей стране не нормировалось содержание химических загрязнений. Аналогичное положение существовало и в большинстве развитых стран. Сегодня содержание химических веществ в почве нормируется, как правило, в национальных стандартах. На международном уровне нормативов содержания загрязнителей в почве пока нет. В основу теории и практики нормирования техногенных химических веществ в почве положен критерий, что не всякое поступление техногенных химикатов рассматривается как загрязнение, опасное для здоровья человека. Допускается такое содержание техногенных химических веществ в почве, при котором прямой контакт с ними кожи человека или поступление их в организм по цепочке почва растение человек; почва растение животное человек; почва вода человек и

6 6 др. гарантируют отсутствие отрицательного воздействия на здоровье человека. При наличии этих веществ в почве не нарушаются процессы самоочищения почвы, а также не наблюдается влияние на санитарные условия жизни. Географическое распространение почв определяется сложным взаимодействием всех факторов почвообразования климата, живых организмов, почвообразующих пород, рельефа. Почва природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, представляющих собой открытую четырехфазную динамическую систему с характерными признаками и свойствами. Почва состоит из четырех фаз твердой, жидкой, газообразной и живой. Твердая фаза содержит минеральные, органические и органоминеральные составные части. Минеральная часть почвы представлена первичными и вторичными минералами. Крупная фракция почвы - песок (частицы с диаметром от 2 до 0,02 мм) и пыль (0,02-0,002 мм) состоит в основном из кварца, полевых шпатов, слюд и кальцита (в случае карбонатных почв). Глинистые минералы характеризуются очень маленькими размерами элементарных частиц (<0,01 мм) пластинчатой структуры, которые несут отрицательный заряд. Наличие глинистых соединений в почве определяет ее адсорбционную способность: ионную (особенно катионную) и молекулярную. Минеральная часть почвы в основном состоит из кислорода и кремния, затем в убывающем порядке идут алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний. Эти 8 элементов составляют в сумме около 99% минеральной части почв. Минеральная часть почвы наименее динамична и образует каркас для других фаз. Органическая часть почвы хранилище всех питательных веществ включает в себя: живые органические фракции: почвенные микроорганизмы, фауну почвы, корни растений. Все это в совокупности составляет биомассу почвы; неживые органические фракции, которые образуются в процессе разложения отмерших организмов, различные гумусовые соединения. Самую большую долю занимают гумусовые вещества (80-85 % от всех органических веществ). Органическое вещество почвы совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных и микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы гумуса. Запасы биомассы биоценозов, ее структура и динамика неодинаковы в разных природных зонах. Химический состав биомассы в значительной

7 7 мере определяет все последующие этапы деструкции опада и образование гумуса. Почвенный гумус основа почвы, ее плодородия, адсорбционной способности и биологической деятельности. Реакции, происходящие с участием органических веществ многочисленны и разнообразны: они включают ионный обмен, буферность, сорбцию химических веществ, окислительно-восстановительные реакции. Содержание и состав органических соединений в почвах агроэкосистем оказывают огромное влияние практически на все свойства и функции этих почв. Особую роль при этом играют специфические почвенные органические соединения вещества гумусовой природы. Влияние гумусовых веществ на плодородие почв чрезвычайно многообразно. Присутствие в почве достаточного количества гумусовых веществ способствует формированию прочной структуры и обеспечивает, таким образом, благоприятный водно-воздушный режим. Гумусовые вещества придают почве буферность в отношении элементов питания растений, особенно азота. Высокий уровень микробиологической активности почв также поддерживается высоким уровнем содержания гумуса. Таким образом, гумус является важным показателем плодородия почвы. Гумусовые вещества играют огромную роль в предотвращении или снижении поступления в растения различных загрязняющих веществ (тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и т.д.). Гумус является источником поступления в почву белков, углеводов, липидов и ароматических соединений. Распад органических веществ зависит от многочисленной группы микроорганизмов, включающей бактерии, актиномицеты, грибы, обитающие в почве водоросли, беспозвоночных и позвоночных почвенных животных. Гумусовые вещества по растворимости и способности экстрагироваться делятся на большие группы: фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин. Иногда выделяют особую группу гиматомелановых кислот. Точное определение гумусовых веществ затруднено. Гумусовые вещества состоят из углерода (25-60%), кислорода (30-50%), азота (1-5%) и водорода 92-5%). Фульвокислоты наиболее растворимая группа гумусовых соединений, обладающая высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами, чем средневзвешенные молекулярные массы гумусовых веществ в целом. Фульвокислоты фракция органических веществ, растворимая как в кислых, так и в щелочных растворах. Содержание углерода в этих соединениях более низкое, чем у представителей других групп гумусовых веществ. Они обладают относительно более выраженными кислотными свойствами и склонностью к

8 8 образованию комплексных соединений. Фульвокислотам характерна более светлая окраска, чем веществам других групп. Они преобладают в почвах подзолистого типа, красноземах, некоторых почвах тропиков, сероземах. Гуминовые кислоты группа темно-окрашенных гумусовых соединений, которые хорошо растворяются в щелочных растворах, но не растворяются в воде и минеральных кислотах. Гуминовые кислоты имеют в среднем более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62 %), менее выраженный кислотный характер. Преобладают в черноземах, каштановых почвах, иногда в серых лесных и хорошо окультуренных дерново-подзолистых. Преобладание в составе гумуса гуминовых кислот, особенно связанных с кальцием, наиболее благоприятно сказывается на плодородии почв и составе микроорганизмов в почве. Гумин негидролизуемая часть гумуса. Совокупность соединений гуминовых и фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почв. Гуминовые кислоты и гумины растворимы только в щелочном растворе и осаждаются при подкислении. Имеют молекулярную массу от до 50000, несущую отрицательный заряд и обладающую функцией кислот, которая обусловлена наличием карбоксильной и фенольной групп. Гуминовые кислоты и гумины образуют комплексы с ионами металлов, обладают большой адсорбционной способностью (как ионной, так и молекулярной). Кроме того, гуминовые вещества способны к адсорбции и абсорбции воды, а также к коагуляции. Органо-минеральная часть почвы подразделяется на 3 группы: - первая группа простые гетерополярные соли, гуматы, фульваты аммония, щелочных и щелочно-земельных металлов; - вторая группа комплексно-гетерополярные соли, которые образуются при взаимодействии гуминовых кислот с поливалентными металлами: железом, алюминием, медью, цинком и никелем (металл входит в анионную часть молекул и не способен к обменным реакциям); - третья группа адсорбционные органо-минеральные соединения, включающие в себя соединения, образующиеся путем сорбции гуминовых веществ. Наиболее важные их них глинистогумусовые соединения. Они определяют структуру почвы и, следовательно, физические свойства почв, а также обладают свойствами ионной и молекулярной адсорбции. Репродуктивная способность почв зависит от степени доступности элементов питания. Поставщиком веществ в почву для растений являются две фазы: жидкая фаза почвы, где вещества находятся в растворенном состоянии (наиболее доступные элементы);

9 9 коллоидная фаза почвы, способная поглощать или обменивать ионы. В связи с этим вводятся два понятия: почвенный раствор и почвенный поглощающий комплекс (ППК). Почвенный раствор это жидкая фаза почвы, включающая почвенную воду, растворенные в ней соли, органические и органоминеральные вещества. Для выделения почвенного раствора используются водные вытяжки, которые характеризуют содержание в почве легкорастворимых солей и наиболее легкодоступных для растений питательных элементов. В водной вытяжке в соотношении 1:5 обычно определяют: сухой (плотный) остаток, щелочность, анионный и катионный состав. В почвенном растворе присутствуют растворенные газы: СО 2,О 2 и др. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы. Наиболее подвижную часть обменных ионов ППК извлекают раствором KCl, менее подвижную часть ацетатом натрия. Извлеченные из почвы солевыми растворами ионы называют обменными. При засолении почв токсичными являются ионы, извлеченные раствором хлорида калия, так как они являются наиболее подвижными и доступными для растений. В связи с этим в вытяжке раствором KCl в соотношении 1:2 определяют емкости катионного обмена (ЕКО), содержание ионов натрия, магния, кальция, калия, железа, аммония, рн солевой вытяжки, обменную и гидролитическую кислотность. 1. Химические показатели почвы К химическим свойствам почвы относятся растворимость элементов (состав водной вытяжки), реакция среды (рн), ионный обмен, валовый состав и т.д. Ионная емкость общее количество удерживаемых ионов, как положительных (катионная емкость), так и отрицательных (анионная емкость). Высокая обменная емкость придает почве устойчивость к изменению рн среды и высокую буферную способность. Анионный обмен определяется присутствием глины, гумусовых веществ и различных кислотных групп. Катионный обмен содержанием гидроокисей металлов (Al(OH) 3, Fe(OH) 3 и т.д.), а также каолинита и других минералов. Химические элементы в почвах находятся в форме различных соединений, отличающихся строением, составом, степенью устойчивости к выветриванию, растворимостью и др. Выделяют следующие формы соединений химических элементов в почвах: первичные и вторичные минералы, органические вещества, органно-минеральные соединения, обменные формы, почвенные растворы, газообразные формы. Первичные и вторичные минералы. В форме первичных и вторичных минералов находится преобладающая часть химических элементов в минеральных почвах, как по их числу, так и по массе: кислород, кремний,

10 10 алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий, марганец, титан, хлор, частично фосфор и сера. Наблюдается приуроченность важнейших микроэлементов к минералам. Так, медь обнаруживается в составе авгита, апатита, биотита., полевых шпатов; цинк, кобальт и никель в составе роговых обманок, биотита, магнетита; свинец в составе авгита, апатита, мусковита, полевых шпатах. На основании данных по содержанию химических элементов можно получить приближенные сведения о минералогическом составе почв и почвообразующих пород. Органическое вещество. Гумус и органические остатки состоят в основном из углерода (25-65%), кислорода (30-50%), азота (1-5%), водорода (2-5%). В составе молекул органических соединений всегда присутствуют сера, фосфор, а также ряд металлов, в том числе и микроэлементов. Органо-минеральные соединения. Эта форма представлена продуктами взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв: простыми гетерополярными, комплексно-гетерополярными солями гумусовых кислот с ионами металлов и глиногумусными сорбционными комплексами. Обменные ионы в составе почвенного поглощающего комплекса (ППК). Обменные ионы составляют небольшую часть от общего содержания химических элементов в почвах. Их количество измеряется единицами и десятками мг-экв на 100 г почвы. Поскольку в почвах преобладают отрицательно заряженные коллоиды, то в поглощенном (обменном) состоянии преобладают катионы. Преобладающими в ППК и играющими большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических свойств почв являются катионы: Ca 2+, Mg 2+, H +, Al 3+, Na +, K +, NH + 4. Присутствуют также катионы марганца, железа (II), лития, стронция и др. В поглощенном состоянии могут находиться и анионы (SO 2-4, PO , NO 3 и др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы. Почвенный раствор. В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм. В них также присутствуют растворенные газы: СО 2, О 2 и др. Концентрация почвенного раствора обычно находится в пределах одного или нескольких грамм на литр. Почвенный воздух. Состав почвенного воздуха аналогичен атмосферному. В нем содержатся О 2, N 2, CO 2, а также в небольших количествах метан, сероводород, аммиак, водород и др. В отличие от атмосферного, состав почвенного воздуха более динамичен как во времени, так и в пространстве. Живое вещество. В состав живой фазы входят грибы, водоросли, бактерии, актиномицеты, мезо- и микрофауна. Основную массу живых организмов составляют: кислород (70%), водород (10%), азот, кальций (1-10%), сера, фосфор, калий, кремний (0,1-1%), железо, натрий, хлор, алюминий, магний (0,01-0,1%).

11 11 Для оценки экологического состояния почв по химическим показателям применяются также санитарные показатели, отражающие загрязнение земель химическими веществами, которые могут быть представлены: - тяжелыми металлами; - полициклическими ароматическими углеводородами; - полихлорированными углеводородами; - нефтепродуктами; - ионами сульфатов, хлоридов, фосфатов, нитратов и нитритов. Также к санитарным показателям относят химические вещества, несущие угрозу заболеваемости людей и наносящие вред окружающей среде. 2. Физические показатели почвы Физические свойства почвы определяют: гранулометрический состав, структура, плотность сложения, порозность, плотность, влажность и т.д. Гранулометрический состав почвы представляет собой соотношение физического песка (менее 0,01 мм) и физической глины (<0,01 мм). По соотношению песка, пыли и глины почвы объединяются в классы и группы. Совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называют структурой почвы. Хорошо структурированной считается почва, если она содержит более 55% водопрочных, пористых агрегатов размером 0,25 10,00 мм. Структура почвы отражает характер слипания песка, пыли и глины в комочки. Элементарная структура почвы может быть зернистой, комковатой, призматической, пластинчатой и др. Органические вещества цементируют эти структурные образования, что способствует быстрому перемещению влаги и воздуха в почве. Плотность почвы масса сухого вещества в единице объема естественного ненарушенного сложения почвы. Высокое значение плотности результат уплотнения почвы или большого содержания в ней песка. Уплотнение почвы под действием тяжелой техники приводит к нарушению структуры почвы, ухудшению процесса аэрации, снижению водопроницаемости, нарушению водного и теплового режима. Все это ухудшает продуктивность почвы. Например, увеличение плотности почвы на 0,01 г/см 3 снижает урожай зерна кукурузы на 130 кг/га. Пахотный слой считается рыхлым при плотности 0,90-1,15 г/см 3 ; нормальной плотности (оптимальной) 0,95-1,15 г/см 3, уплотненным 1,15-1,25 г/см 3 и сильно уплотненным более 1,15 г/см 3. Порозность почвы это суммарный объем пор между твердыми частицами почвы, воздухом и водой. Она зависит от способа упаковки твердых частиц и варьируется в зависимости от природы и величины первичных твердых частиц (от гранулометрического состава), от содержания и состава органических веществ, от дренажа и от биологической деятельности. Например, верхний горизонт песчаных почв

12 12 имеет порозность 35-50%, глинистых почв 40-60%. Встречаются очень плотные почвы с порозностью 10%. Порозность влияет на влагоемкость почвы, свободное передвижение воды, обеспечивающее доступность питательных веществ растениям, перенос загрязняющих веществ. Выражается порозность в процентах от общего объема почвы. Для оценки общей пористости применяют следующую шкалу: более 70% почва избыточно пористая, 55-65% отличная, % удовлетворительная, менее 50% неудовлетворительная, менее 40% очень неудовлетворительная. 3. Биологические свойства почвы Почвенная биота является составляющей частью почв и представлена микро-, мезо-, нанофауной и микроорганизмами. Превращение органических остатков в гумус совершается в почве при участии микроорганизмов, кислорода и воды. При разложении органических соединений до простых минеральных соединений основную роль играют бактерии. Они окисляют белки, жиры и углеводы, до аммиака, воды и углекислого газа, но при этом возможно образование различных промежуточных продуктов. Так, в результате разложения белка может происходить образование аминокислот, азотогетероциклических соединений. Гидролиз жиров приводит к появлению глицерина, липидов и жирных кислот, а гидролиз углеводов способствует образованию органических кислот, спиртов и альдегидов. Кроме того, широко распространено масляное брожение, где углеводы клетчатки и пектиновых веществ расщепляются на масляную кислоту и углекислоту. По характеру воздействия микроорганизмов (простейшие, водоросли, грибы, актиномицеты, бактерии) на почву выделяются 3 вида деятельности: ферментную, с которой связаны гумификация, круговорот азота, серы, углерода; установление биологического равновесия почвы; симбиозную. Факторы, снижающие устойчивость почвы к загрязнению, включают конкурентоспособность, численность и состав микроорганизмов. Почвенные организмы могут оказывать положительное, нейтральное и негативное воздействие на жизнь почвы. Почвенная фауна выполняет значительную механическую работу и играет важную роль при образовании гумуса, улучшает аэрацию и структуру почвы. Биологическая активность почв позволяет определить характер и степень антропогенного воздействия на почвенный покров. Это делает возможным оценить негативные процессы, происходящие при антропогенезе, и предотвратить снижение плодородия почв. Биологические индикаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с

13 13 химическими и физическими. Во- первых, они обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям, во-вторых, позволяют диагностировать негативные процессы на ранних стадиях проявления, в- третьих, только по ним можно судить о воздействиях, не подвергающих существенному изменению вещественный состав почв. Биомониторинг и биодиагностика приобретают все большее значение для характеристики экологического состояния почв. Эти методы широко используются специалистами в области экологии, почвоведения, охраны почв и окружающей среды в целом. 4. Основные показатели, характеризующие качество почвы Кислотность почв. Определение реакции почв относится к числу наиболее распространенных анализов как для проведения теоретических, так прикладных исследований. Наиболее полная картина складывается при одновременном измерении нескольких показателей, в том числе титруемой кислотности или щелочности фактор емкости и величины рн фактор интенсивности. Фактор интенсивности характеризует силу мгновенного действия кислот или оснований на почву и растения: от него зависит поступление минеральных веществ в растения в данный отрезок времени. В этом случае учитывается общее количество ионов водорода и алюминия, находящихся в почве в свободном и поглощенном состоянии. Реакция среды (рн) зависит от содержания ионов водорода (Н +) и служит показателем кислотности или щелочности почвы. Этот показатель зависит, в основном, от ионного обмена с минеральными и органическими коллоидами и наличия карбонатов кальция, натрия, калия и других катионов. Реакция среды почвы варьируется от 3,5 (сильнокислая) - 7 (нейтральная) до 11 (сильнощелочная). С повышением рн возрастает вероятность образования нерастворимых гидроокисей и карбонатов. При снижении до минимума доступности токсичного металла растениям рн должно поддерживаться около 6,5 единиц. Кислотность почв обусловлена многими факторами, одним из которых является диссоциация функциональных групп гумуса, а другим микробиологическое разложение органического вещества. Остальными источниками кислотности почв служат глинисто-силикатные минералы и гидроокиси железа и алюминия. Интенсивность подкисления почв в определенной степени зависит от равновесия между ионами водорода и алюминия. При сильном закислении почв появляется растворимый алюминий, и снижается жизнедеятельность многих микроорганизмов. Фактор емкости характеризует общее содержание кислот или оснований в почвах. От его величины зависит буферность почв, устойчивость реакции во времени и по отношению к внешним воздействиям. Различают две формы кислотности почвы: актуальную и потенциальную.

14 14 Актуальная кислотность это активная концентрация ионов водорода (рн) в почвенном растворе (водная вытяжка) и определяется потенциометрически. Этот вид кислотности непосредственно действует на корневую систему и почвенные микроорганизмы. Но рн водной вытяжки величина неустойчивая и меняется даже в течение одного вегетативного периода. Потенциальная кислотность это количество ионов водорода, находящихся в почвенном поглощающем комплексе (ППК). При известных условиях эти ионы могут быть переведены в раствор, т.е. более подвижная часть ионов водорода почвы может быть переведена в раствор при обработке почвы избытком нейтральных солей (например, хлоридом калия). Потенциальная кислотность включает обменную и гидролитическую кислотность. Ионы водорода, входящие в ППК, делятся на подвижные и более связанные. Степень прочности связи ионы водорода ППК отражается в различной кислотности: обменной и гидролитической. Обменная кислотность обусловлена наиболее подвижной частью ионов водорода, находящихся в ППК и извлекающихся раствором KCl. Считается, что обменная кислотность (рн солевой вытяжки KCl) это наиболее вредная кислотность, обусловленная наиболее подвижными ионами водорода и алюминия. По показателям рн солевой вытяжки определяют степень кислотности почв: Почва рн Концентрация ионов водорода, г/л Очень кислая Сильно кислая Кислая Слабо кислая Нейтральная Слабощелочная Щелочная Гидролитическая кислотность обусловлена извлечением уксуснокислым натрием прочно связанных с ППК ионов водорода. Время экстракции составляет 20 часов (ГОСТ 26212). В связи с тем, что в раствор переходят и более подвижные ионы водорода, а также ионы H +, находящиеся в почвенном растворе, то при определении гидролитической кислотности фактически определяется общая кислотность, в том числе и актуальная и потенциальная. Гидролитическая кислотность выражается в мг-экв/100 г почвы. При этом вводится коэффициент П = 1,75, учитывающий полноту вытеснения водорода.

15 15 Гидролитическая кислотность больше обменной, но является менее вредной из-за малой подвижности ионов водорода и не вызывает сильного подкисления почвенного раствора. Гидролитическая кислотность дает представление об общем содержании в почве ионов водорода, что служит показателем ненасыщенности почв основаниями. 5. Пищевой режим почвы Важнейшей характеристикой пищевого режима является содержание в почве водорастворимых форм азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа и микроэлементов (марганца, молибдена, цинка, бора и меди). Азот в почве представлен органическим азотом и неорганическим в виде солей аммония, нитратов и нитритов. Почвенный азот является основным питательным веществом для растений и микроорганизмов. Растения поглощают из почвенного раствора в основном ионы аммония и нитрат-ионы. Азот является обязательно составной частью всех белков и аминокислот, ДНК и РНК, хлорофилла, ферментов, витаминов и других биологически активных соединений. При недостатке азота рост растений резко замедляется. Листья образуются мелкие, имеющие светло-зеленую или желтую окраску. Ухудшается формирование репродуктивных органов, резко снижается урожай. Основным источником азота в почве является процесс расщепления белка. В начальной стадии распада белка идет отщепление азота от аминокислоты в форме аммиака, который соединяется с кислотами почв, образуя соли аммония. Ввиду малой численности бактерий окисление аммиака с образованием сначала азотистой, а потом азотной кислоты заторможено, поэтому в почве азот в основном находится в виде солей аммония. Ион аммония является в основном источником питания для растений на заболоченных почвах. Круговорот азота для различных видов почв протекает по-разному. Во многом его определяет растительный тип азотного питания. В заболоченных почвах оно аммиачное, в почвах хвойных лесов нитрато-аммиачное, в луговых степях нитратное. Под воздействием почвенных микроорганизмов при протекании окислительно-восстановительных процессов соединения азота могут переходить из одной формы в другую. Поэтому при невозможности провести анализ в день отбора определяют общее количество азота по методу Кьельдаля, который стандартизирован ИСО Данный метод применим для всех типов почв. Фосфор входит в состав сложных белков-нуклеопротеидов, аденозиндифосфорной и аденозинтрифосфорной кислот, нуклеиновых кислот, фосфатидов, фосфорных эфиров, сахарофосфатов и других органических соединений. Основным источником фосфатного питания растений являются соли ортофосфорной кислоты. Растения усваивают фосфор в виде аниона H 2 PO 4 -. Внешние симптомы фосфорного голодания

16 16 растений проявляются в сине-зеленой окраске листьев нередко с бронзовым оттенком. Листья мельчают, их края загибаются кверху. Репродуктивные органы формируются преждевременно и не успевают набрать биомассу. Калий в растениях находится в ионной форме. Физиологические функции калия в растениях весьма разнообразны. Калий обуславливает физиологическое состояние цитоплазмы, повышая обводненность коллоидов. При недостатке калия растения быстро увядают. Калий участвует в углеводном и белковом обмене. Усиливая отток сахаров из листьев в другие органы, калий повышает морозоустойчивость растений. При недостатке калия наблюдается краевой ожог листьев. Растения не могут полностью закончить цикл развития. Сера входит в состав белковых соединений, жиров (чесночное, горчичное масло), витаминов (тиамин, рибофлавин), антибиотиков (пенициллин), хлорофилла и способствует фиксации атмосферного азота, усиливая образование клубеньков. Кальций определяет физиологическое состояние цитоплазмы, усиливая ее вязкость, проницаемость. Соединения кальция с пектиновыми веществами склеивают между собой стенки клеток. Кальций повышает активность инвертазы и каталазы. Магний входит в состав хлорофилла, пектиновых веществ, активирует работу многих ферментов. Микроэлементы содержатся в растениях в тысячных и менее долях процента. Недостаток микроэлементов вызывает ряд заболеваний растений и приводит к их гибели. Микроэлементы принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обменах, фотосинтезе. 6. Деградация почв Деградация почв представляет собой совокупность природных и антропогенных факторов, приводящих к изменению функции почв, к количественному и качественному изменению (ухудшению) свойств и снижению производственно-хозяйственной значимости почв. Типы деградации почв определены в Методике определения размеров ущерба от деградации почв и земель (письмо от /1139 Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству). Все виды деградации можно разделить на 3 группы: физическая деградация ухудшение физических свойств почвы, нарушение почвенного профиля; химическая деградация - ухудшение химических свойств почв: истощение, нарушение запасов питательных элементов; вторичное засоление, осолонцевание, загрязнение токсикантами; биологическая деградация сокращение численности видового разнообразия и оптимального соотношения микроорганизмов;

17 17 загрязнение почвы патогенными микроорганизмами, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей. В международном руководстве по деградации выделяется 5 степеней каждого вида деградации (для каждой из которых имеются количественные параметры): нет деградации; слабая; средняя; сильная; экстремальная. Потеря почвенного плодородия может быть обусловлена технологической (эксплуатационной) деградацией, которая включает агроистощение и опустынивание земель, физическую деградацию (эрозию, засоление или осолонцевание, заболачивание), натуральной деградацией и природной деградацией (извержение вулканов, землетрясение и т.д.) Состояние почвы изменяется и в результате антропогенного воздействия. Привести к деградации земель может не только загрязнение их химическими соединениями, но и изменение физических показателей, таких как: пористость, плотность сложения, уменьшение содержания гумуса, физической глины и т.д. Под антропогенным воздействием понимают изменение физических, химических или биологических свойств почвы, вызванное деятельностью человека. При антропогенном воздействии меняется структура микробоценоза. Обычно индифферентный микробоценоз становится патогенным и вызывает заболевания растений. Это может происходить за счет резкого увеличения численности и соответственно, увеличения продуктов метаболизма патогенной микрофлоры. Так, розливы нефти являются питательными субстратами для многих микроорганизмов, и резкое увеличение их численности отравляет растения фитотоксичными продуктами жизнедеятельности. Виды антропогенного воздействия на почвы, приводящие к ее деградации, представлены на схеме: Антропогенное воздействие Физическое загрязнение (механическое разрушение, тепловое загрязнение, изменение гидролитического режима) Химическое (химическое и радиоактивное) загрязнение Биологическое загрязнение, изменение биоразнообразия Оценка факторов деградации почвы позволяет разработать программу почвенно-экологических исследований, включающих экологоаналитические исследования почвы. Осуществление такой программы дает возможность определить пути оптимизации состояния почвы и составить научный прогноз изменения этого состояния на ближайшую и отдаленную перспективу.

18 18 Засоление почв это накопление водорастворимых солей в почвенном растворе. Показателем засоленности почв служит значение сухого остатка водной вытяжки, а также сумма токсичных солей. Существует несколько группировок по степени засоленности почв: в зависимости от химического состава солей, физических показателей почвы и т.д. Обычно засоленными почвами считаются те, у которых плотный (сухой) остаток превышает 0,3% (для содового и смешанного засоления - 0,2%). Из солей, приводящих к засолению почв, часто встречаются карбонаты, гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, калия, магния и натрия. Тип засоления (хлоридный, хлоридно-сульфатный и т.д.) определяется по соотношению ионов в мг-экв. Кроме сухого остатка засоленность почв характеризуется суммой токсичных солей, которая не должна превышать 0,3 мг-экв или 0,05%. Под суммой токсичных солей подразумевают следующую сумму ионов в процентах: - все ионы Cl -, Na +, Mg + относят к категории токсичных; - НСО 3 - токс. =НСО Са 2+ ; - SO 4 2- = SO 4 2- общ. (Са 2+ -НСО 3 -). Накопление водорастворимых солей и изменение катионо-анионного состава может вызвать не только засоление почв, но и изменение среды, а также осолонцевание почв. Засоленные почвы включают в себя солончаковые (с высоким содержанием солей) и солонцеватые почвы (с содержанием обменного натрия 5-10 %), а также солончаки и солонцы. Считается, что содержанием растворимых солей в почвах при концентрации <0,1 % можно пренебречь. Концентрации солей 0,10-0,15 % могут быть предельными для очень чувствительных культур; 0,15-0,35 % - вредны для большинства культур; 0,35-0,75 - пригодны только для очень устойчивых культур. При содержании водорастворимых солей более 0,7% можно возделывать крайне устойчивые культуры. Следует учесть также то, что растения плохо развиваются при содержании обменного натрия % от емкости обменных катионов и угнетаются при содержании обменного натрия %. Осолонцевание почв представляет собой приобретение почвой специфических свойств, обусловленных наличием ионов натрия и магния в почвенном поглощающем комплексе. Увеличение содержания обменного натрия больше, чем на 1%, а магния - больше, чем на 40 % от ЕКО (емкость катионного обмена) уже приводит к деградации почв. Присутствие карбоната натрия в почвенном растворе допускается не более 0,005 %. Почва представляет собой комплексную систему, где основные ее факторы находятся в определенном равновесии, достигнутом в течение длительного времени. Это равновесие, нарушенное при загрязнении, не восстанавливается быстро даже при устранении причин, вызвавших его. Кроме того, загрязнение почвы это не только проникновение некоторых элементов извне, но и нарушение ее структуры, уплотнение транспортом,

19 19 уменьшение содержания гумуса, избыточная кислотность, засоление и т.д. Таким образом, снижение плодородия может происходить при нарушении какой-либо функции почвы: биологической, физической или химической. Автотрофные бактерии синтезируют продукты питания из неорганических материалов, переводят многие элементы в усвояемые виды. Гетеротрофные бактерии разлагают органические вещества, которые являются источником их питания. Грибы также участвуют в разложении органических веществ, в основном целлюлозы, лигнинов, смол, то есть веществ, трудно подвергающихся деструкции. Нефтепродукты. Нефть и продукты ее переработки относятся к числу наиболее распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды. Наиболее устойчивы к разложению нефтепродукты, находящиеся во взвеси и попавшие в анаэробные условия, где процесс окисления нефти длится от 3 до 5 месяцев, а при недостатке кислорода и низкой температуре от 1 до 3 лет. Загрязнение почв углеводородами происходит при фонтанировании нефтескважин, неправильной очистке буровых скважин, хранилищ и резервуаров с мазутом и нефтепродуктами, очистительных заводов, а также при инфильтрации из поврежденных труб. Извлекаемый неочищенный мазут, помимо специфических компонентов нефти, содержит пленочную воду в различных пропорциях. Такие комплексные загрязнители воздействуют на почвы в зависимости от количества, состава и особенностей органических и неорганических компонентов. Опасность нефти заключается в том, что она включает почти 3000 ингредиентов, большинство из которых легкоокисляемы. В нефти различного происхождения выделяют легкие, средние и тяжелые фракции. Большой процент в нефти составляют углеводороды тяжелых фракций (плотностью от 0,86 г/см 3 до 1,05 г/см 3). К ним относят ароматические и полиароматические углеводороды, смолистые вещества. Тяжелые углероды, вследствие низкой растворимости в воде и высокой температуры кипения, накапливаются в почве и ухудшают водный режим почвы и ее физические свойства. Они резко снижают содержание подвижных соединений азота и фосфора и оказывают токсичное воздействие на рост растений. В результате этого усиливается эрозия почв и их деградация . Почва, обладая свойствами дисперсного, гетерогенного тела, действует как хроматографическая колонка, в которой происходит послойное перераспределение компонентов нефти, удерживающихся в первую очередь в верхних горизонтах почв. Минерализованные воды с большей плотностью и меньшей вязкостью быстрее проникают в нижние горизонты, причем со временем этот процесс усиливается. Таким образом, одновременно с передвижением компонентов нефти по профилю почв происходит задерживание компонентов типа гудрона и асфальта. Характер сортировки и удержания по профилю почв компонентов нефти зависит от

20 20 ряда факторов: физических и физико-химических свойств почв, рельефа, количества и состава нефти, времени воздействия на почвы. Все это определяет характер загрязнения почв в определенной зоне. При анализе за нефтепродукты принимают сумму неполярных и малополярных соединений, растворимых в гексане, то есть сумму алифатических, полициклических и ароматических углеводородов. Такое ограничение облегчает выбор методов, применяемых для количественного определения нефтепродуктов. В зависимости от применяемых средств измерений на окончательном этапе разделяют методы определения нефтепродуктов: гравиметрический; люминесцентный (флуориметрический); ИК-спектроскопический (сюда же относят измерения на приборах типа АН, КН и ИК-спектрофотометрах); измерения в УФ-области. Перечисленные методы основаны на определении какой-либо группы углеводородов. Исключением служит гравиметрический метод, который определяет всю сумму неполярных углеводородов, экстрагируемых гексаном. В связи с этим данный метод является арбитражным. Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки. На результат определения нефтепродуктов антропогенного характера могут влиять естественные углеводороды, находящиеся в исследуемых объектах как продукты распада органических веществ и жизнедеятельности микроорганизмов. Содержание естественных углеводородов зависит от климата, растительности и т.п. Их концентрация может колебаться от 0,001 мг/дм 3 до 100 мг/дм 3. Это необходимо учитывать, используя ту или иную методику. Почва, не подвергавшаяся антропогенному загрязнению, имеет повышенное содержание естественных углеводородов, которые при определенных условиях могут входить в состав нефти. Поэтому фоновые значения содержания нефтепродуктов в регионе несколько выше и совершенно не связаны с технологическими загрязнениями. Тяжелые металлы. Тяжелые металлы накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах. Период полуудаления тяжелых металлов из почвы (выщелачивание, эрозия, потребление растениями, дефляция) составляет в зависимости от типа почвы для: цинка лет; кадмия лет; меди лет; свинца лет. Метод атомно-абсорбционной спектрометрии нашел применение при анализе почв, что определяется высокими значениями предельнодопустимых концентраций (ПДК) токсичных металлов в почвах. Тяжелые металлы (кадмий, кобальт, медь, свинец, никель и др.) могут существовать в трех физико-химических формах: водорастворимые; подвижные; полно открываемые (общее содержание).

21 21 Для извлечения водорастворимых форм соединений тяжелых металлов почву перемешивают с водой, суспензию почвы с водой фильтруют, выпаривают и анализируют на содержание форм соединений металлов, добавляя азотную кислоту. При определении общего содержания тяжелых металлов в почве осуществляют химическое разложение проб почвы азотной кислотой (1:1). При содержании в почве гумуса свыше 5% рекомендуется предварительное сухое озоление пробы при С. Для определения подвижных форм тяжелых металлов в почве проводят экстракцию металлов с помощью кислот или ацетатноаммонийного буферного раствора с рн 4-8. Подвижные кислоторастворимые формы тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Cd, Pb) определяют в вытяжках 1 М HNO 3 и НCl. Эти экстрагенты успешно используются для анализов почв, подверженных техногенным воздействиям. Из сильно загрязненных почв 1 М азотной кислотой извлекается % тяжелых металлов от их валового содержания. Отношение почвы к раствору составляет 1:10, для торфяных почв это соотношение 1:20. Подвижные формы металлов в карбонатных и некарбонатных почвах извлекают ацетатно-аммонийным буферным раствором (ААБ), который используется для извлечения доступных растениям микроэлементов и служит для оценки обеспеченности почв этими элементами. Отношение почвы к раствору составляет 1:10, время воздействия 1 час при взбалтывании или настаивание в течение суток. 7. Нормирование химических веществ в почве Разработанные теория, методология и принципиальная схема нормирования химических веществ в почве позволили создать Методические рекомендации по установлению предельно-допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в почве (1976, 1982), на основе которых в стране разработано большинство нормативных показателей для техногенных химических веществ. В России нормативы установлены «Перечнем предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве» (от 19 ноября 1991 г. ГЧ), а также гигиеническими нормативами (и ГН). Выбор определяемых показателей зависит от целей контроля. Если обследуемый участок является производственной площадкой, то необходимо контролировать те соединения, которые применялись при производстве. На рекультивируемых участках почвы кроме загрязнителей проверяют и обеспеченность почвы питательными веществами: калием, натрием, фосфором.

22 22 Учитывая специфику природно-климатических условий каждого региона, а также отсутствие нормативных показателей на многие вещества, оценку состояния почв необходимо производить по отношению к фоновым участкам. Фоновая концентрация это средняя концентрация вещества в исследуемых почвах, зависящая от геологических и почвообразующих условий. Гигиенические нормативы ГН Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве 1. Валовое содержание Наименование вещества ПДК, мг/кг Бенз(а)пирен 0,02 Бензин 0,10 Диметилбензолы (ксилолы) 0,30 Ванадий 150,00 Марганец 1500,00 Мышьяк 2,00 Нитраты (по NO - 3) 130,00 Ртуть 2,10 Свинец 32,00 Сера 160,00 Сурьма 4,50 Хром (VI) 0,05 2. Подвижные формы элементов, извлекаемых ацетатно-аммонийным буферным раствором с рн=4,8 Наименование вещества ПДК, мг/кг Марганец Чернозем 140,00 Дерново-подзолистая: рн=4,0 60,00 рн=5,1-6,0 80,00 рн > 6,0 100,00 Медь 3,00 Никель 4,00 Свинец 6,00 Хром (III) 6,00 Цинк 23,00

23 23 Гигиенические нормативы ГН Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве Наименование вещества Кадмий Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Медь Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Мышьяк Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Никель Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Свинец Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Цинк Песчаные и супесчаные Кислые (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые, рн KCl<5,5) ПДК, мг/кг 0,50 1,00 2,00 33,00 66,00 132,00 2,00 5,00 10,00 20,00 40,00 80,00 32,00 65,00 130,00 55,00 110,00 220,00

24 24 8. Общие требования к методам отбора и обработки проб Результаты любого анализа зависят от правильного отбора проб и предварительной их обработки. ИСО и ГОСТ устанавливают основные принципы, которые необходимо соблюдать при составлении программ отбора проб. Места отбора проб почвы на исследуемой территории с одинаковым уровнем загрязнения намечают по координатной сетке с равными расстояниями. Если предполагается неравномерное загрязнение почвы, то расстояние между линиями сетки намечают с учетом расстояния от источника загрязнения и преобладающего направления ветра. Среднюю смешанную пробу составляют из нескольких десятков первоначальных проб. При локальном загрязнении почв места отбора проб размещают по концентрическим окружностям вокруг места загрязнения. Отбор проводят с учетом вертикальной структуры, неоднородности покрова почвы, рельефа и климата местности, а также с особенностей свойств загрязняющих веществ или организмов. Пробы отбирают с условием, чтобы в каждом случае проба являлась типичной для данной точки отбора. В точках, намеченных для взятия образцов, предварительно удаляют остатки растительности. Пробы, отобранные для проведения химического анализа, упаковывают в емкости из химически нейтрального материала. При проведении анализа на содержание летучих соединений пробу следует помещать в герметически закрываемый сосуд. Образцы почв предварительно просушивают на воздухе при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительному изменению их свойств и состава. При необходимости хранения проб почвы более месяца применяют консервацию. Почву пересыпают в кристаллизатор, заливают 3% раствором формалина, приготовленном на изотоническом 0,85 % растворе хлористого натрия, или 3 % раствором соляной кислоты, а затем помещают в холодильник. Определение нитратов, нитритов, поглощенного аммония, водорастворимых форм калия, фосфора желательно проводить в день взятия образцов при их естественной влажности. Влажную почву просеивают через сито с диаметром отверстий 3 мм. Остальные определения проводят в воздушно-сухих образцах.

Поглотительная способность почвы Лектор: Соболева Надежда Петровна, доцент каф. ГЭГХ Поглотительная способность почвы это свойство почвы задерживать, поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Утверждаю Директор ГНУ АФИ Россельхозакадемии В.П. Якушев " " 2009 года ТАРИФЫ на оказание платных услуг ГНУ АФИ Россельхозакадемии Раздел I. Анализ почв, грунтов, торфа, донных отложений п/п Виды услуг

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I Кафедра химии Реферативный доклад по неорганической

ПОЧВОВЕДЕНИЕ КУРС ЛЕКЦИЙ для студентов специальности: 1-51 01 01 Геология и разведка месторождений полезных ископаемых Разработан доц. Н.В. Ковальчик Лекция 9 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Список нормативных документов относительно методов испытания почвенно-агрохимической лаборатории «ТеrraLab» Анализ удобрений рн (25 С, 1%) Показатель Удельная электрическая проводимость (0,1%) Растворимость

Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» Кафедра геологии и географии Общие понятия о почве «Гомель 2016 Разработчик Ст. преподаватель Мележ Т.А. 1. Понятие

УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЦИКЛАХ ОСНОВНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БИОСФЕРЕ И ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ Жизнь на нашей планете возникла, развивается и процветает благодаря энергии Солнца. Приблизительно

Презентация к уроку географии в 8 классе. Урок подготовил: Учитель географии Красновская С.А. Почва - особое природное тело. Она образуется на поверхности Земли в результате взаимодействия живой (органической)

На 16 листах, лист 2 4 ГОСТ 31863-2012 Вода питьевая Вода источников хозяйственно-питьевого водоснабжения 5 ГОСТ 31868-2012 п.5 Вода питьевая - - Цианид-ион (0,01-0,25) мг/дм 3 - - Цветность (1-500) градусов

Дисциплина: Почвоведение (биологический факультет, кафедра лесохозяйственных дисциплин) Составил: Митин Николай Васильевич кандидат биологических наук, доцент Параметры теста: категория «Общие вопросы

Защита окружающей среды что можем сделать мы Содержание Загрязнение атмосферы Загрязнение гидросферы Загрязнение литосферы Что может сделать каждый из нас Ссылки вперед назад в начало в конец Загрязнение

УДК: 631.8.95.445.56 (575.2) Мамбетов Кумушбек Бекитаевич, Ахматбеков Мусакун Ахматбекович Дуйшембиев Нурдин Дуйшембиевич, Карыпкулов Нурлан Аманбекович Кыргызский национальный аграрный университет им

Приложение 4 к Положению о Центре коллективного пользования уникальным научным оборудованием государственного учреждения «Республиканский центр по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения

Вопросы Государственного экзамена по предмету «Плодоводство, овощеводство, виноградарство» по специальности «Почвоведение и агрохимия» факультета экологии и почвоведения 2016/2017 учебного года 1. Предмет,

УДК 631. 4 Н. М. Шебалова, Л. А. Коваленко, Л. И. Королева, Л. Г. Бабушкина (Уральская государственная лесотехническая академия) ВЛИЯНИЕ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ НА ТРАНСФОРМАЦИЮ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ

Земледелие Еланский Сергей Николаевич 2. Плодородие и окультуренность почвы Плодородие - совокупность свойств почвы, обеспечивающих необходимые условия для жизни растений (ГОСТ 16265 89). Техногенный тип

Раздел 6. Удобрения определяемых методы испытаний 6.1 Минеральные 21 8000 Внешний вид ГОСТ Р 51520-99 ГОСТ Р 51520-99 удобрения 23 8720 НД на конкретное по гр.5 (3105 10000) Массовая доля азота наименование

ПОЧВОВЕДЕНИЕ КУРС ЛЕКЦИЙ для студентов специальности: 1-51 01 01 Геология и разведка месторождений полезных ископаемых Разработан доц. Н.В. Ковальчик Лекции 2-3 ФАКТОРЫ И ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Факторы

ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ У МИКРООРГАНИЗМОВ Метаболизм, или обмен веществ, совокупность процессов распада и синтеза, обеспечивающих поддержание, рост и размножение организма. Обмен веществ имеет две стороны:

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ Казакова Наталья Анатольевна канд. биол. наук, ассистент Ильина Наталья Анатольевна д-р биол. наук, профессор, проректор по научной работе ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический

Вода: питьевая Железо (Fe) Общий фосфор (P) Кадмий (Cd) Фосфат-ионы (PO 4 3-) Кобальт (Co) Ионы аммония (NH 4 +) Марганец (Mn) Нитрит-ионы (NO 2 -) Медь (Cu) Нитрат-ионы (NO 3 -) Никель (Ni) Хлорид-ионы

ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ по результатам экологического исследования почвы Генеральный директор Ответственный специалист Девятуха Д.Ю. Сысоев С.О. Москва, 2015 г. Содержание: Введение... 3 Состав исследований...

АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ «Химия окружающей среды» для студентов агрономического факультета направления подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование» 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Современное

Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан РЕГИОНАЛЬНЫЕ НОРМАТИВЫ КАЧЕСТВА ПОЧВ: ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН Д.В. Иванов «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

К ВОПРОСУ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПО ПРОФИЛЮ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ Н.Н. Мотызлевский, С.А. Тобратов Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина Изучение

Лекция 3 Почва как живая система Вопросы 1. Структура почвы. Основные компоненты почвы, их функции. 2. Типы почв. Пригодность различных типов почв для возделывания сельхозкультур. 3. Процессы выветривания

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЧВЕННО- БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 1)разложение растительного опада 2) образование гумуса 3) разложение гумуса микроорганизмами 4) деструкция минералов почвообразующей породы почвенными микроорганизмами

Почвоведение 15 апреля 2011 г Лекция 7. Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный раствор и почвенный воздух. 1 Лекция 7. Водно-физические свойства почв и их регулирование. Почвенный

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПОЧВЫ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Москва Стандартинформ 2006 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПОЧВЫ ы и определения Soils. Terms and definitions ГОСТ 27593-88 Дата введения 01.07.88 Настоящий

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ХИМИИ ПО ОСНОВНЫМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ ПРОГРАММАМ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ в 2019 году 1. Периодический закон и периодическая система химических

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ «РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ЦЕНТР РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ»

Нейтрализация кислотности Реакция почвенной среды Реакция почвы физико-химическое свойство почвы, связанное с содержанием ионов Н + и ОН - в ее твердой и жидкой частях. Реакция почвы кислая, если в ней

«Агрохимия» 1. Предмет и задачи агрохимии, её роль в условиях рыночной экономики. Основные объекты и методы исследования в агрохимии. Её связь с другими дисциплинами. 2. Химический состав растений (минеральные,

УДК 502/504:544.165 ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ Н.Ю. Громова В процессе развития цивилизации человек активно взаимодействует со средой обитания (новые технологии) и формирует

ГОСТ 27593-88 Группа С00 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПОЧВЫ Термины и определения Soils.Terms and definitions МКС 01.040.13 13.080 ОКСТУ 0090 Дата введения 1988-07-01 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ 1. РАЗРАБОТАН

18. Ионные реакции в растворах Электролитическая диссоциация. Электролитическая диссоциация это распад молекул в растворе с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов. Полнота распада зависит

Состав и свойства почв Лектор: Соболева Надежда Петровна, доцент каф. ГЭГХ Каждая почва состоит из: органических, минеральных, органо минеральных комплексных соединений. Органическая часть почвы Органические

Химические свойства солей (средних) ВОПРОС 12 Соли это сложные вещества состоящие из атомов металлов и кислотных остатков Примеры: Na 2 CO 3 карбонат натрия; FeCl 3 хлорид железа (III); Al 2 (SO 4) 3

Обзор качества поверхностных вод на территории Чувашской Республики за 2011 год Современная хозяйственная деятельность человека, связанная с производством, в той или иной степени нарушает водную экосистему,

1.ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ПРЕДМЕТА. В результате изучения предмета в 9 классе учащийся должен знать/понимать: химическую символику: знаки химических элементов, формулы химических веществ и уравнения

Антропогенное загрязнение окружающей среды 1. Цель и задачи дисциплины Целью освоения дисциплины «Антропогенное загрязнение окружающей среды» является изучение антропогенного загрязнения природных сред

«Изучение почв пришкольного учебно-опытного участка» Изучить почвы пришкольного участка 1. Заложить почвенный разрез 2. Изучить строение почвенного профиля 3. Определить влажность почвы 4. Гранулометрический

Роль биоты Земли Биота (от греч. bios - жизнь) - совокупность видов растений и животных (флоры и фауны) биоценоза или биотической ассоциации, а также более крупных таксонов. Организмы биоты (бионты) связаны

Отеулиев Жаксылык Бегдуллаевич Ассистент кафедры «Экологии и почвоведения» Каракалпакского государственного университета им. Бердаха Республика Узбекистан ВЛИЯНИЕ ПОЧВ И ГРУНТОВ НА РАСТЕНИЯ Аннотация Рассмотрены

Представляем Вам органическое удобрение «БИОСТ», марки «БИОСТ-1» и «БИОСТ-2», предназначенное для сельскохозяйственного производства и рекультивации земель. Применяется в качестве органического удобрения

Экзаменационные билеты по химии для государственной (итоговой) аттестации выпускников 9-х классов в 2010 2011 учебном году БИЛЕТ 1 1. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева.

Вопросы для подготовки студентов к промежуточной аттестации по дисциплине ОП.08 Общая и неорганическая химия 1. Напишите уравнение реакции гидролиза хлорида цинка в молекулярном и ионном виде. Напишите

1. Общие положения Прием в аспирантуру производится в соответствии с нормативными документами: Устав ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока»; Лицензия на право ведения образовательной деятельности, в том числе по программам

ТЕСТ. ВАРИАНТ 2 1. Физические разрушения горных пород под влиянием жизнедеятельности растительных и животных организмов: 1. Физическое выветривание 2. Химическое выветривание 3. Биологическое выветривание

1 1.1. Органолептические показатели: Запах ГОСТ 3351-74 Привкус Цветность Мутность Вещества, поступающие и образующиеся в процессе обработки воды: Хлор остаточный свободный ГОСТ 18190-72 Хлор остаточный

Вопросы к промежуточной аттестации по химии в 8-9 классах на 2012-2013 учебный год Учебник Г.Е, Рудзитис, Ф.Г.Фельдман «Химия 8 класс», «Химия 9 класс» Москва 2009 1. Периодический закон и периодическая

М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ПОЧВЫ ы и определения Soils. Terms and definitions ГОСТ 27593-88 Дата введения 01.07.88 Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий

ОБРАБОТКА, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСАДКОВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАНАЛИЗАЦИИ По материалам специалистов Белорусского государственного технологического университета 1 СОСТАВ ОСАДКОВ Вещественный состав

1. Какой из перечисленных элементов является наиболее типичным неметаллом? 1) Кислород 2) Сера 3) Селен 4) Теллур 2. Какой из перечисленных элементов имеет наибольшую электроотрицательность? 1) Натрий

Б А К А Л А В Р И А Т В. Г. Мамонтов Н. П. Панов Н. Н. Игнатьев Рекомендовано УМО вузов Российской Федерации по агрономическому образованию в качестве учебника для подготовки бакалавров по направлению

Глава I. Основы цитологии Д/З: 6,7,8 Тема: «Химический состав клетки. Неорганические вещества клетки» Задачи: 1. Дать характеристику химическому составу клетки: группам элементов входящих в состав клетки;

Лекция 1. Введение в предмет. Основные понятия и определения Экология это наука, изучающая условия существования живых организмов, их взаимосвязь между собой и средой, в которой они обитают. Экология Фундаментальная

ГИДРОЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Гидро лиз (от древне греческого «ὕδωρ» вода и «λύσις» разложение) один из видов химических реакций, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение

Вопросы вступительного экзамена в докторантуру по специальности 6D080800 Почвоведение и агрохимия Физика и химия почв 1. Современная физика и химия как раздел почвоведения. 2. Классификация механических

Методические указания

к лабораторному практикуму

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПО СОСТОЯНИЮ ПОЧВЫ

(ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН, ВЛАЖНОСТИ И МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ)

Введение…………………………………………………………………………..3

Пояснительная записка…………………………………………………………..4

1.Общие сведения

1.1 Понятийный аппарат…………………………………………………………5

1.2 Краткая характеристика почвы………………………………………………6

1.2.1 Структура почвы……………………………………………………………8

1.2.2 Механические свойства почв……………………………………………..10

1.2.3 Классификация почвы……………………………………………………..11

1.3. Понятие об экологическом состоянии гео- и экосистем…………………17

1.4. Оценка экологического состояния гео- и экосистем…………………….20

2.Методы исследования

2.1Лабораторная работа №1 Определение рН почвы………………………... 23

2.2Лабораторная работа №2 Определение механического состава почвы…..28

2.3Лабораторная работа № 3 Определение влажности почвы………………..35

Приложение А…………………………………………………………………....39

Приложение Б…………………………………………………………………....40

Приложение В…………………………………………………………………...43

Приложение Г…………………………………………………………………....45

Введение

В связи с непрерывно возрастающим уровнем антропогенного воздействия в природных и природно-техногенных системах значение современной экологии и методов ее исследования среди других наук как области деятельности человека по защите окружающей среды обитания переоценить не возможно. В последнее время сформировались определенные приоритетные научные направления в области природной и техногенной безопасности России:

Идентификация и оценка природной и техногенной опасности территории Российской Федерации и районирование территорий по степени рисков от чрезвычайных ситуаций различного характера;

Обобщение и развитие теоретических и практических основ анализа и управления комплексным риском от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

Разработка и реализация комплекса эффективных мер по исследованию и предупреждению чрезвычайных ситуаций;

Совершенствование системы подготовки специалистов по управлению риском;

Совершенствование и развитие федеральной, региональной и ведомственной систем мониторинга, прогнозирования и оценки комплексного риска и экологической опасности;

Создание единой государственной системы информационного обеспечения управления риском с применением новых ГИС-технологий.

Так как природно-техногенные системы (ПТС) - это сложные образования, которые включают техническую (источник воздействия) и природную (геоэкосистема, подвергаемая воздействию) составляющие, то каждая из них выполняет специфическую функцию.

Различные методы экологических исследований служат средством контроля безопасности производства и качества производимой продукции во всех отраслях народного хозяйства, а так же качеством окружающей среды. Выяснение химического состава почв, воды, атмосферного воздуха, структуры экосистем различного типа, осуществляется как в лабораторных, так и в полевых условиях.

В контексте вышесказанного одной из задач профессиональной подготовки специалистов в области защиты окружающей среды является формирование умений и навыков проведения комплексных экологических исследований природных и природно-техногенных систем.

Пояснительная записка

Данное методическое указание к лабораторной работе на тему:«Оценка качества природной среды по состоянию почвы» состоит из следующих разделов:

Отбор образцов почвы;

Определение механического состава почвы;

Определения рН почвы;

Определение влажности почвы.

Данное методическое указание предназначено для использования во время практических работ в полевых условиях. Целями практиких работ в полевых условиях являются проверка и закрепле-ние теоретических знаний, полученных на лекциях и семинар-ских занятиях; знакомство с методами исследования почв, уме-ние правильно анализировать полученные данные, формули-ровать выводы и составлять рекомендации по охране почв и рациональному их использованию.

Ее основ-ная задача — научить студентов правильно определять почвы в полевых условиях по морфологическим признакам и водно-физическим свойствам; дать оценку потенциальным возмож-ностям использования и повышения плодородия этих почв.

Важный этап полевого практикума - формирование отчета. Данная форма самостоятельной работы, включающая сводные таблицы, фоторепортажи, выводы - основной документ, свидетельствующий о выполнении студентом программы практикума. В материалах методических указаний использованы данные из опубликованных ранее учебных пособий, атласов и справочников по дисциплине.

1.Общие положения

1.1Понятийный аппарат

1. 1. Почва - естественноисторическое тело, которое сформировалось в результате воздействия пяти факторов: климат, растительность, животный мир, геология и время.
2. Почва - биокостное естественноисторическое тело природы, имеющее вертикальное строение рельефа и обладающее плодородием.
3. Гумус - совокупность специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением живых организмов и их остатков, не утративших тканевое строение.

4.Влагоёмкость - величина, количественно характеризующая водоудерживающую способность почвы.

5.Водопроницаемость - свойство почвы, как пористого тела, пропускать через себя воду.

6.Гранулометрический состав почвы - содержание в почве частиц различного размера, объединяемые во фракции гранулометрических элементов.

7.Песок - фракции размером до 0,01 мм.

8.Супесь - почва, содержащая от 10 до15-20% физической глины.

9.Физическая глина - сумма элементарных почвенных частиц почвы размером от 0,01 до 1,00 мм.

10.Суглинок - рыхлая почвенная масса, состоящая от20 до 60% из физической глины.

11.Механический состав почвы — это относительное содер-жание в ней механических элементов различного размера.

12.Песчаная почва — рыхлая, сыпучая и бесструктурная. В ней хорошо заметны отдельные механические элементы в виде зерен песка. Увлажненную почву нельзя скатать в шнурок.

13.Супесчаная почва — рыхлая, менее сыпучая, иногда слабо острурктуена. На ладони легко растирается, ощущается и ясно заметно преобладание песчаных частиц. Во влажном состоянии легко лепится между пальцами, но не принимает определенной формы.

14.Суглинистая почва — в сухом состоянии сравнительно плотная, структура выражена в различной степени. Делится на лет -ко-, средне- и тяжелосуглинистую. При растирании в руках среди пылеватых частиц ощущается наличие значительного количе-ства песчинок, заметных под лупой. При увлажнении стано-вится вязкой, легко образует шар, раскатывается в шнур, ко-торый при сгибании образует трещины.

15.окружающая среда - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов;

1. природная среда (природа) - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов;
2. Качество окружающей среды - степень соответствия состояния окружающей (человека) среды потребностям человека и других живых организмов; совокупность экономических показателей, характеризующих природные компоненты: грунты почвы, поверхностные и подземные воды, естественные физические поля, природные процессы и явления, резервы полезных ископаемых и др.
3. Мониторинг окружающей среды - это система постоянного наблюдения и регулярного контроля, проводимых по определенной программе для оценки текущего состояния окружающей природной среды, анализа всех происходящих в ней в данный период процессов, а также заблаговременного выявления возможных тенденций ее изменения.
4. Приро́дный территориа́льный ко́мплекс (ПТК) — это территория, обладающая определённым единством природы, обусловленным общим происхождением и историей развития, своеобразия географического положения и действующими в её пределах современными процессами.

1.2 Краткая характеристика почвы

Почва представляет собой систему, в которой взаимодействуют потоки энергии и вещества, поступающие от Солнца, из атмосферы и от живых организмов.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни человека и всех живущих на суше организмов. Плодородие почвы определяет ее важность как основного средства сельскохозяйственного производства.

Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но также и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т. д.

Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Наука о происхождении и развитии почв, закономерностях их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия называется почвоведением.

Основателем почвоведения как самостоятельной естественноисторической науки является выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846-1903). Он впервые сформулировал научное определение почвы, разработал генетическую классификацию почв и новые методы изучения и картографирования почв в поле. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения плодородия почв, особенно в черноземных областях России. Большое значение для дальнейшего развития почвоведения в нашей стране имели труды Н. М. Сибирцева, П. А. Костычева, К. Д. Глинки, В. И. Вернадского, В. Р. Вильямса, К. К. Гедройца, Л. И. Прасолова, Б. Б. Полынова, И. В. Тюрина и др. В настоящее время все большее значение приобретает проблема рационального использования и охраны почв. Почва относится к легкоразрушаемому и практически невосполнимому виду природных ресурсов. А между тем почва представляет собой бесценное народное богатство, и мы обязаны всемерно беречь ее!

В трудах отечественных и зарубежных ученых показано, что мир почв чрезвычайно разнообразен. Не только почвы разных республик, краев и областей существенно различны, но даже и в пределах одного хозяйства или одного поля почвы далеко не одинаковы. Правильно использовать их в хозяйстве можно только на основе знания всего разнообразия почв, так как каждый тип и вид почвы обладает особыми свойствами. Следовательно, очень важно прежде всего уметь правильно определить (назвать) почву. Оказание в этом помощи и является целью этой книги. Правильное определение вида почвы позволит при помощи соответствующих справочников и руководств получить более точные сведения о свойствах данной почвы. Для получения более полных и детальных сведений необходимы специальные исследования почвы в поле и в лаборатории.

1.2.1Структура почвы

Структура почвы является важным и характерным признаком, имеющим большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почв. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств самой почвы.

Морфологические типы структур почвенной массы хорошо разработаны С. А. Захаровым, чью классификацию структурных отдельностей мы приводим (приложение 1, табл. 1).

I тип: 1) крупнокомковатая, 2) среднекомковатая, 3) мелкокомковатая, 4) пылеватая, 5) крупноореховатая, 6) ореховатая, 7) мелкоореховатая, 8) крупнозернистая, 9) зернистая, 10) порошистая.

II тип: 11) столбчатая, 12) столбовидная, 13) крупнопризматическая, 14) призматическая, 15) мелкопризматическая, 16) тонкопризматическая.

III тип: 17) сланцевая, 18) пластинчатая, 19) листоватая, 20) грубочешуйчатая, 21) мелкочешуйчатая

Таблица 1-Классификация структурных отдельностей почв (С. А. Захаров)

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов — плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных — столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

1.2.2Механические свойства почв

В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы.

Группировка механических элементов по размерам называется классификацией механических элементов. В нашей стране у почвоведов широко применяется классификация проф. Н. А. Качинского (табл. 2).

Таблица 2-Классификация механических элементов почв (Н. А. Качинский)

По преобладанию частиц той или иной крупности почвы относят к песчаным, суглинистым, глинистым разновидностям и т.д. В почвоведении принята классификация почв по механическому составу, разработанная Н. А. Качинским, по которой все почвы подразделяются на категории в зависимости от содержания в них физической глины, т. е. частиц размером менее 0,01 мм (табл. 3).

Таблица 3- Классификация почв по механическому составу (Н. А. Качинский)

Так, глинистыми почвами в зоне подзолистого типа почвообразования называются такие почвы, в которых содержится более 50% физической глины. В суглинистых почвах физической глины будет содержаться от 20 до 50% и т. д.

Механический состав является очень важным свойством почвы, по которому изучаемая почва относится к той или иной разновидности. Определение механического состава почвы по горизонтам играет большую роль при изучении генезиса (происхождения) почвы, так как механический состав зависит не только от состава материнской породы, но и от процессов почвообразования, происходящих в почве.

Распределение илистой фракции по профилю почвы является хорошим показателем наличия процессов образования вторичных глинистых минералов (т. е. оглинения почвы). В горизонтах оглинения увеличивается содержание илистых частиц по сравнению с их содержанием в почвообразующей породе, что дает основание для выделения метаморфических горизонтов в почвенном профиле. Характер распределения илистой фракции в почве указывает в некоторой степени на интенсивность и качественную направленность процессов почвообразования.

Механический состав почвы является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки и т. д. От механического состава почвы зависят почти все физические и физико-механические свойства почвы: влагоемкость, водопроницаемость, порозность, воздушный и тепловой режим, водоподъемная сила и др. В полевых условиях при определенных навыках механический состав можно определить и без специального оборудования, так как почвы различного механического состава отличаются некоторыми механическими свойствами, которые нетрудно определить в поле.

1.2.3Классификация почв

Рассмотрим классификацию почв. Классификация почв помогает систематизировать знания о почвах. В США были разработаны две системы почвенной классификации. Первая из них была опубликована в 1938. В ней все почвы на самом высоком таксономическом уровне разделены на три группы: зональные, интразональные и азональные. Первая группа включает почвы, сформированные в хорошо дренированных позициях и имеющие профили, которые отражают длительное воздействие климата. В интразональных почвах влияние климата модифицировано условиями рельефа, дренажа, содержания солей или каких-либо иных локальных факторов. Азональные почвы, как, например, почвы на современных речных отложениях, из-за отсутствия развитого профиля не отражают климатического воздействия. Классификация 1938 года состоит из следующих таксономических уровней (от самого высокого до самого низкого): порядок, подпорядок, большие почвенные группы, семейства, серии и типы. Эта классификационная система имела широкое применение, особенно ее категория «большая почвенная группа», представляющая собой уровень генерализации, необходимый для изучения и картографирования почв мира. Самые низкие уровни классификации - серии и типы почв - представляют собой ландшафтные единицы, выявляемые почвоведами в поле. Они имеют особенно важное значение для сельскохозяйственного использования.

Вторая классификационная система была разработана в 1960-х годах. В ней на самом высоком таксономическом уровне выделяются десять порядков. Выделение порядков проводилось на основе свойств почв, а не климата и других почвообразующих факторов, как это было в классификации 1938. Классификация включает следующие шесть категорий: порядок, подпорядок, большая почвенная группа, подгруппа, семейство, серия. Почвенная номенклатура этой классификации построена таким образом, что на каждом более низком таксономическом уровне происходит детализация свойств почвы, как в классификациях животных и растений.

Почвы мира могут быть охарактеризованы на основе использования категорий больших почвенных групп классификации 1938 или порядков второй классификационной системы. Категории этих двух систем не находятся в прямом и полном соответствии, их корреляция продемонстрирована в таблице.

Таблица 4- Классификация почв

Тундровые почвы. В их основании имеется постоянно мерзлый слой - многолетняя мерзлота, - который препятствует дренированию вышележащих почвенных горизонтов во время короткого вегетационного периода, когда лед в них протаивает на несколько (или первые десятки) сантиметров. Поверхностный (деятельный) слой почвы представлен слаборазложившимися растительными остатками. Под ним залегает «подпочва» серого цвета со стяжениями железа в виде ржаво-бурых пятен. Зона тундровых почв обрамляет арктический пояс. Местами тундровые почвы встречаются в горах выше границы леса. Естественная тундровая растительность состоит из лишайников, мхов, травянистых растений, в том числе низкорослых яркоцветущих, и кустарников.

Пустынные почвы (аридисоли) в поверхностном или «подповерхностном» горизонтах содержат карбонаты кальция и другие легкорастворимые соли, а горизонт А у них очень слабо прокрашен органическим веществом. Поскольку выпадает мало осадков, эти почвы никогда подолгу не бывают влажными. Естественная растительность состоит из редких кактусов, полыни и пустынных кустарников и полукустарников, а также некоторых приземистых однолетних травянистых растений. Здесь обычно практикуется пастбищное скотоводство. Там, где доступна пресная, слабоминерализованная вода, развито интенсивное орошаемое земледелие. Обычно вода отводится из рек и ручьев, берущих начало в горах, где выпадает больше осадков.

Каштановые почвы, черноземы и почвы прерий (моллисоли) характеризуются мощным богатым органикой верхним горизонтом, в результате выщелачивания лишенным карбонатов кальция и легкорастворимых солей. Различаются они свойствами «подпочвенного» горизонта. Он может быть обогащен карбонатами кальция в самой верхней части (каштановые почвы), а если имеются слои, обогащенные глиной, то карбонаты кальция вымываются ниже их (как, например, в почвах прерий). В ряду рассматриваемых почв каштановые соответствуют наиболее сухим климатическим условиям, а почвы прерий - наиболее влажным, когда количество осадков несколько превышает эвапотранспирацию (потери воды через испарение и транспирацию). Естественная растительность прерий представлена в основном злаками. Обычно здесь развивается пастбищное животноводство, но значительная часть таких почв в настоящее время распахана, и крупнейшие районы мирового производства зерна приурочены к их ареалам. Однако из-за недостаточного количества осадков часто снижается урожайность культур.

Каштановые, черноземные и почвы прерий различаются и по термическому режиму. Для одних характерны постоянно теплые климатические условия с чередованием влажного и сухого сезонов, например в саваннах. Эти почвы обычно беднее тех, которые распространены в условиях четко выраженного зимнего понижения и летнего повышения температур. Такие почвы плодородны: на них получают высокие урожаи, особенно кукурузы и пшеницы.

Серо-бурые подзолистые почвы (альфисоли) являются умеренно выщелоченными и имеют кислую реакцию по всему профилю и характеризуются аккумуляцией иллювиальной глины в горизонте В. Горизонты А слабо прокрашены органическим веществом. Они сформировались в районах с влажным умеренным климатом под листопадными лесами, многие из которых к настоящему времени вырублены. Ландшафты часто представляют собой чередование распаханных земель, пастбищ и лесов. Эти почвы быстро реагируют на известкование и удобрение. Значительные территории их распространения густо населены, особенно в Северной Америке и Европе.

Подзолы (сподосоли) имеют горизонт В, обогащенный иллювиально накопленными железом, алюминием и органическим веществом, вынесенными из верхних горизонтов. Подзолы формируются в холодных гумидных регионах под хвойными или смешанными хвойно-широколиственными лесами. Эти почвы очень кислые и выщелочены, а в естественных условиях над выщелоченным горизонтом А часто имеется органогенный горизонт. В условиях холодного влажного климата органическое вещество слабо разлагается, и органические кислоты способствуют выносу железа из горизонта А в горизонт В. При этом происходит образование металлоорганических соединений в форме хелатов, в которых один атом металла удерживается двумя атомами органической молекулы. Лесной опад является важной составляющей баланса вещества подзолов. На некоторых территориях леса вырублены, а почвы культивируются или используются под выпас скота. Для повышения плодородия подзолов необходимо внесение удобрений.

Красные и желтые подзолистые почвы (ультисоли) сходны с серо-бурыми подзолистыми почвами, но в отличие от них более выщелочены и характеризуются более красными тонами за счет обогащения горизонтов В железом. В районах их распространения естественная растительность состояла из смешанных хвойно-широколиственных лесов, которые в значительной степени сохранились до сих пор. Эти почвы нуждаются в удобрении. Возрастающее применение минеральных удобрений быстро повышает продуктивность таких почв на юго-востоке США, где сравнительно продолжительный вегетационный период способствует развитию земледелия.

Латосоли (оксисоли). Из горизонтов В латосолей почти все растворимые минералы выщелочены. Оксиды и гидроксиды железа и алюминия накапливаются в пористой оструктуренной «подпочве», которая обычно имеет красный цвет и содержит много глины. Эти почвы распространены в теплых и влажных климатических условиях, хотя в некоторых районах четко выражены влажный и сухой сезоны. В таких обстановках органическое вещество быстро разлагается, и в результате растения обеспечиваются большинством питательных элементов. При сведении естественной растительности происходит потеря значительного количества органического вещества, а следовательно, за несколько лет утрачивается и плодородие почвы. Поэтому в Африке и Азии веками практиковалась переложная система земледелия, при которой пахотные земли забрасывали на несколько лет - пока там не восстанавливалась естественная растительность. За это время происходило постепенное накопление питательных элементов, и затем эти земли на несколько лет снова включались в сельскохозяйственный оборот.

Болотные почвы (гистосоли) - органогенные почвы, сформировавшиеся там, где продукция органического вещества была высокой, а скорость его разложения - низкой из-за избыточного увлажнения. Небольшие участки этих почв широко распространены на внутриматериковых болотах или на маршах побережий. Применение дренажа и контроль за уровнем грунтовых вод повышают плодородие этих почв, которые особенно пригодны для выращивания овощных культур.

Грумусоли (вертисоли) характеризуются высоким содержанием набухающих глин монтмориллонитового состава. Они встречаются в тех регионах, где отчетливо выражены влажный и сухой сезоны. При высыхании такие почвы растрескиваются на большую глубину. При увлажнении трещины закрываются. Значительные площади грумусолей встречаются на юге США, в Индии и Австралии.

Аллювиальные почвы (энтисоли) - азональные почвы, представляющие собой аллювиальные отложения без дифференциации на почвенные горизонты и распространенные вдоль рек в широком диапазоне климатических условий. Они отличаются разнообразием текстур. Обычно это самые плодородные региональные почвы благодаря ежегодному отложению свежих наносов во время паводков. Аллювиальные почвы широко используются для выращивания пищевых культур. В настоящее время для сохранения хозяйственной ценности этих почв необходимы ирригация и защита от паводков.

Инсептисоли - порядок новой классификационной системы почв, не имеющий эквивалента в классификации 1938. Это слабо развитые почвы, которые могут встречаться в разных климатических условиях. Многие инсептисоли формируются на аллювиальных отложениях.

1.3. Понятие об экологическом состоянии гео- и экосистем

Антропогенные нагрузки и их последствия в значительной сте-пени определяют состояние современных гео- и экосистем. Поня-тие «состояние» характеризует прежде всего временной аспект функционирования и развития природных и природно-антропогенных объектов. Состояние гео- и экосистем — это характеристи-ка их важнейших свойств за определенный более или менее дли-тельный промежуток времени, формирующихся под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов.

Понятие «экологическое состояние» характеризует условия жизнеобитания людей в пределах определенной конкретной террито-рии или акватории. С позиций геоэкологии, важнейшим факто-ром, формирующим свойства природно-антропогенных гео- и экосистем, выступает хозяйственная деятельность человека. Есте-ственно, что ее последствия в первую очередь определяют усло-вия жизнеобеспечения населения. В связи с этим экологическое со-стояние гео- и экосистем можно рассматривать как совокупность показателей, характеризующих последствия их антропогенных изменений за определенный более или менее длительный проме-жуток времени (А. Г. Емельянов, О.А.Тихомиров, 2000).

Состояние природных и природно-антропогенных гео- и эко-систем — это динамическая категория (Т.Д.Александрова, 1990; А. Г. Исаченко, Г. А. Исаченко, 1995 и др.). Всякое состояние преходяще и имеет определенную длительность.. Наиболее подвижны такие компоненты среды, как воздух, воды, биота. Их состояние может меняться в течение короткого времени — от нескольких часов до нескольких месяцев. Состояние почв, верхнего слоя гор-ных пород, форм микро- и мезорельефа остается относительно стабильным за период от нескольких месяцев до нескольких лет (и даже нескольких десятков лет). Как показывают наблюдения, продолжительность антропогенных изменений в природных ком-плексах в большинстве случаев составляет не менее 3 — 5 лет. По-этому практически наиболее приемлемо (особенно для гео- и экосистем регионального уровня) изучение состояний длительно-стью в несколько лет. Они могут быть описаны либо усредненны-ми за этот период показателями, либо показателями, полученны-ми на момент проведения исследований (например, раз в 5 лет). Целесообразно различать экологические (геоэкологические), са-нитарно-гигиенические и медико-демографические показатели со-стояния гео- и экосистем. К первой группе можно отнести такие показатели, как площади деградированных земель, стадии дигрес-сии пастбищ и рекреационных угодий, площади вырубленных и сгоревших лесов, потеря почвенного плодородия, уменьшение био-логической продуктивности биоценозов, степень антропогенного евтрофирования водоемов и др. Во вторую группу входят величины кратности предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воздухе, водах, почвах, продуктах питания. Третью группу составляют показатели здоровья населения, детской смертности, генетических нарушений, продолжительности жизни населения.

Выбор показателей экологического состояния в значительной степени определяется уровнем и соответствующим ему рангом гео- и экосистем. На региональном уровне широко используются по-казатели, относящиеся к первой и третьей группам. В качестве операционных территориальных единиц здесь чаще всего высту-пают административные районы и области, по которым регуляр-но собирается и накапливается значительная по объему эколо-гическая информация. На локальном и элементарном иерархиче-ских уровнях наиболее важное значение имеют показатели второй группы, однако для их получения необходимы специальные на-блюдения.

Характеристика экологического состояния геосистем макрорегионального уровня основана на более общих показателях, при-чем нередко приходится сталкиваться с недостатком информации и использовать косвенные критерии. А. Г. Исаченко и Г. А. Исачен-ко (1995) выделяют две категории таких критериев.

К первой категории относятся показатели антропогенных на-грузок. В случаях, когда нет прямых данных об экологическом эф-фекте различных источников антропогенного воздействия, о воз-можных последствиях приходится судить косвенно, по характеру самого источника. Вторая категория критериев характеризует реакцию населения на качество среды обитания. Это прежде всего медико-географи-ческие показатели, т. е. данные о заболеваемости людей «экологи-ческими» болезнями техногенного происхождения. Разумеется, данные показатели используют с большой осторожностью, так как связи между экологическим состоянием территории и здоро-вьем населения носят опосредованный (через социальную среду) характер.

Таблица 5- Ориентировочные характеристики остроты экологических ситуаций

Таблица 6- Значение ранга антропогенной преобразованности и индекса глубины преобразованности ландшафтов

1.4 . Оценка экологического состояния гео- и экосистем

Поскольку антропогенное воздействие на природу часто вле-чет за собой негативные последствия, возникает необходимость оценки экологического состояния гео- и экосистем и их компо-нентов. Оценка рассматривается как выявление степени благопри-ятности или неблагоприятности последствий трансформации при-родных систем с точки зрения условий жизни и деятельности населения. использования территории и акватории и их ресурсов.

Оценка предполагает наличие объекта (что оценивается) и субъекта (с каких позиций оценивается). В качестве объектов вы-ступают гео- и экосистемы и их компоненты разной степени трансформации. Субъектами чаще всего служат виды хозяйствен-ной деятельности человека и сам человек (точнее, население конкретной территории). В связи с этим выделяют два направле-ния оценки — технологическое (производственное) и социально-экологическое. В первом случае субъектами выступают различ-ные виды производства (строительство, сельское хозяйство и др.). Во втором случае изучение последствий хозяйственной деятель-ности проводят с позиций, определяющих условия жизни и здо-ровья населения. Отсюда оценка — соотнесение показателей из мнения свойств гео- и экосистем с состоянием или требования-ми субъекта. Одна и та же система разными субъектами может быть оценена неодинаково, поэтому ее оценка может быть много-значной, в то время как результат измерения однозначен.

Сущность оценки состоит в сравнении показателей фактиче-ского состояния окружающей среды с заранее определенными кри-териями, т.е. с признаками, на основе которых проводится срав-нение. В качестве критериев могут выступать показатели исходно-го состояния наблюдаемых объектов, их естественные (фоновые) характеристики, а также различные нормативные показатели, характеризующие допустимые меры воздействия человека на при-родные системы.

Критерии оценки экологического состояния можно разделить на покомпонентные (частные) и комплексные (суммарные, ин-тегральные). Оп-тимальным следует считать совместное использование покомпо-нентных и комплексных критериев.

В настоящее время в практике оценочных исследований в каче-стве признаков для сравнения чаще всего применяют норматив-ные показатели — санитарно-гигиенические и экологические кри-терии.

Санитарно-гигиенические критерии устанавливают исходя из требований экологической безопасности населения (т.е. приме-нительно к здоровью человека). К ним в первую очередь относят-ся нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязня-ющих веществ в воздухе, водах, почвах и продуктах питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух и предельно допустимых сбросов (ПДС) в водоемы. ПДК — это мак-симальная концентрация веществ, не влияющая негативно на здо-ровье людей настоящего и последующих поколений при воздей-ствии на организм человека в течение всей его жизни. ПДВ и ПДС называют максимальные объемы поступающих веществ в единицу времени (соответственно в воздух и водоемы), которые не ведут к превышению их ПДК в сфере влияния источника загрязнения. Степень загрязнения природной среды принято оценивать по кратности превышения ПДК, ПДВ и ПДС, классу опасности (ток-сичности) веществ, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству загрязняющих веществ. В случае од-новременного присутствия нескольких загрязняющих веществ (что весьма распространено) используются так называемые суммар-ные показатели. Так, при наличии веществ с одинаковой степе-нью вредности суммарный показатель загрязнения C s может быть определен по следующей формуле:

где С i — фактическая концентрация i-го загрязнителя.

Санитарно-гигиенические критерии, несмотря на широкое их применение в практике природопользования, лишь частично от-вечают требованиям экологической оценки. Значения ПДК тер-риториально не дифференцированы, они не учитывают влияния реальной физико-географической ситуации (климат, геохими-ческие условия, состав природных вод и др.). При их разработке часто не принимаются во внимание процессы превращения за-грязняющих веществ при переходе из одной среды в другую, их миграционные свойства, способность накапливаться в отдель-ных компонентах экосистем и вызывать вторичное загрязнение. Наконец, санитарно-гигиенические нормы, установленные при-менительно к организму человека, не учитывают свойств других организмов. В связи с этим для оценки состояния окружающей среды наряду с ПДК, ПДВ и ПДС необходимо использовать и экологи-ческие критерии.

Экологические критерии — структурно-функциональные пока-затели гео- и экосистем, характеризующие их естественное или измененное состояние.

Покомпонентные экологические критерии используют для оценки состояния воздуха, почв, вод, биоты. К ним относятся такие показатели, как содержание диоксида углерода в атмосфер-ном воздухе и биогенных веществ в водах водоемов, процент де-градированных земель, содержание гумуса в почвах, лесистость территорий, видовое разнообразие растений и животных и мно-гие другие. По их колебанию можно с большой достоверностью установить изменения природных систем под влиянием как есте-ственных, так и антропогенных факторов.

К комплексным экологическим критериям относятся показа-тели, характеризующие состояние гео- и экосистем в целом. Они могут быть получены на основе суммирования покомпонентных критериев или путем нахождения общесистемных индикаторов. Один из способов получения суммарного показателя (X s) пред-ставляет собой расчет по следующей формуле:

где п — число покомпонентных критериев; х i — показатель ком-понента (в относительных величинах); К i — массовый коэффици-ент показателя.

Рассмотренные критерии дают возможность оценить степень и направление изменений природных комплексов и их компонен-тов как во времени, так и в пространстве.

1. Лабораторные работы

2.1 Лабораторная работа №1 Определение кислотности (рН) почвы.

Цель работы: Познакомиться с методикой определения рН почвы.

Оборудование и реактивы: Образец почвы; большая стеклянная колба с пробкой; воронка; фильтр;универсальная индикаторная бумага; шкала значений рН.

2.1.1 Общие положения. Химические свойства почвы зависят от содержания в ней минеральных веществ, которые находятся в виде раствореных гидратированных ионов. Одной из важных характеристик химического состава почв является реакция ее среды, т.е. кислотность почвы. В среднем рН почв близок к нейтральному значению. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почва имеют рН =4-6, т.е. они слабо щелочные; торфяные почвы имеют рН = 4-6, т.е. они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов. При значении рН меньше 3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные) из-за высоких концентраций ионов водорода или гидроксид-ионов повреждаются клетки живых организмов.

Кроме того, рН почвы сказывается и на степени доступности биогенных элементов. При рН меньше 4 почва содержит так много ионов алюминия Al3+, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При еще более низких значениях рН в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а также фосфат-ионы (РО43-) оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) - тогда растения страдают от их недостатка.

Степень кислотности почв является весьма важным показателем, так как характеризует многие генетические и производственные качества почвы. Как правило, в кислых почвах отсутствуют хлориды, сульфаты, карбонаты. В нейтральных почвах присутствуют карбонаты. В почвах с щелочной реакцией накапливаются не только карбонаты, но также сульфаты и хлориды. Различные растения нормально развиваются в определенных значениях рН. Установлено влияние концентрации водородных ионов в почвенном растворе не только на высшие растения, но и на микробиологические процессы, а вместе с тем и на весь ход почвообразования.

В среднем значение рН почв близко к нейтральному показателю. Такие почвы наиболее богаты обитателями. Известковые почва имеют рН =4-6, т.е. они слабо щелочные; торфяные почвы имеют рН = 4-6, т.е. они слабо кислые. Соответственно, основные и кислые почвы имеют специфический, приспособленный к тем или другим состав почвенных организмов. При значении рН меньше 3 (сильно кислые почвы) и больше 9 (сильно щелочные) из-за высоких концентраций ионов водорода или гидроксид-ионов повреждаются клетки живых организмов.

Кроме того, рН почвы сказывается и на степени доступности биогенных элементов. При рН меньше 4 почва содержит так много ионов алюминия Al3+, что она становится высокотоксичной для большинства растений. При еще более низких значениях рН в токсичных концентрациях могут содержаться ионы железа Fe3+, марганца Mn2+, а также фосфат-ионы (РО43) оказываются связанными в малорастворимые соединения (фосфаты и гидрофосфаты) - тогда растения страдают от их недостатка.

Для справки:

Таблица 7- Зависимость кислотности почв от значения

Рисунок 1- Взаимосвязь значения кислотности почвы и цвета лакмусового индикатора

Растения - индикаторы почв.

Ацидофилы крайние (рН 3,5-4,5) - сфагнум, зеленые мхи, плаун, кошачьи лапки, хвощ полевой, щавель малый.

Ацидофилы умеренные (рН 4,5-6,0) - черника, брусника, багульник, сушеница, калужница болотная, сердечник луговой, вейник наземный.

Ацидофилы слабые (рН 5,0-6,7) - папоротник мужской, медуница неясная, зеленчук, колокольчик широколистный, малина смородина, иван-да-марья, кисличка заячья.

Нейтрофильные (рН 6,0-7,3) - сныть европейская, клубника зеленая, клевер горный, борщевик сибирский, цикорий, мятник луговой.

Нейтрально-базофильные (рН 6,7-7,8) - мать и мачеха, люцерна серповидная, осока мохнатая, гусиная лапка.

Базофильные (рН 7,8-9,0) - бузина сибирская, вяз шершавый, бересклет бородавчатый, горчица полевая, льнянка.

Точное определение кислотности почвы можно произвести только с помощью эффективных приборов. Например вот этого:

Рисунок 2 - Измеритель кислотности (Ph) грунта

Позволяет контролировать кислотность почвы. Прибор работает без батарей или электричества. Длинный щуп позволяет производить измерения на разных уровнях.

Однако с достаточной точностью для садовода есть более простые методы определения кислотности почвы - это можно сделать при помощи лакмусовой бумажки.

Помимо этого, существует простейший способ анализа почвы на кислотность, который дает приблизительную характеристику почвы. Для осуществления настоящего способа следует взять комочек сухой земли и его полить уксусом. Если почва щелочная, она будет издавать некоторый шум и слегка пениться, что, по сути, и объясняется обыкновенной химической реакцией.

Таблица 8 - Соответствие цвета и кислотности почвы

2.1.2 Ход работы

1 Отбор образцов почвы.

Пробы почвы отбираются на участке в его пяти точках по диагонали или по «конверту» (четыре точки по углам и одна в центре).выбор места отбора проб

пробы отбирают пробоотборником, пробу помещают в пакеты, предварительно промаркированные (должно быть написано место отбора, дата, номер пробы)

1. Определения рН почвы.
2. Поместите в колбу примерно 10 г почвы.
3. Добавьте в колбу 25 мл дистиллированной воды.
4. Закройте колбу пробкой, энергично встряхните и дайте отстояться содержимому в течение нескольких часов.
5. Отфильтруйте содержимое колбы и определите рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги.
6. Определите, к какому типу кислотности относится данный почвенный образец, сравнив с данными таблицы 5.
7. Назовите растения, которые могут произрастать на исследуемых почвах.

2.1.3 Оформление отчета

Результаты проделанной работы

а) название объекта;

Таблица 9-Определение кислотности (рН) почвы

г) Выводы по работе.

2.2Лабораторная работа №2

Определение механического состава почвы

Цель работы: Познакомиться с методикой определения механического состава почвы.

2.2.1 Общие положения

Почва как компонент природно-техногенной системы

Почва - это малая динамическая система. В. В. Докучаев формулировал «понятие о почве как вполне самостоятельном естественно-историческом теле, которое является продуктом совокупной деятельности: 1) грунта (материнских горных пород, почвообразующих пород), 2) климата, 3) растительных и животных организмов, 4) времени, а отчасти и 5) рельефа местности», т. е. возникновение почвы происходит в результате действия всех пяти факторов.

Позже к этим пяти были добавлены еще два: воды (почвенные и грунтовые) ихозяйственная деятельность человека.

Почвообразующие породы представляют собой тот субстрат, на котором происходит формирование почвы. Эти породы являются как бы фундаментом и каркасом сложного природного сооружения - почвы. Однако почвообразующая порода не есть скелет почвы, инертный к развивающимся в ней процессам. Она состоит из разнообразных минеральных компонентов, различным образом участвующих в процессе почвообразования. Среди них имеются частицы, практически инертные к химическим процессам, но играющие важную роль в образовании физических свойств почвы. Другие составные части почвообразующих пород легко разрушаются и обогащают почву определенными химическими элементами, таким образом, состав и строение почвообразующих пород оказывает чрезвычайно сильное влияние на процесс почвообразования.

Несмотря на большую важность почвообразующих пород, ведущую роль в почвообразовании играет биологическая деятельность. Без жизни не было бы и почвы. Почвообразование на Земле началось после появления жизни. Любая горная порода, как бы глубоко разложена и выветрена она ни была, еще не будет почвой. Только длительное взаимодействие материнских пород с растительными и животными организмами в определенных климатических условиях создает специфические качества, отличающие почву от горных пород.

Важное значение климатических условий для почвообразования давно обратило на себя внимание. С климатом связано обеспечение почвы энергией (теплом) и в значительной мере водой. От годового количества поступающего тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависит развитие почвообразовательного процесса. Наличие морозного периода обуславливает промерзание почвы, прекращение биологических и резкую подавленность физико-химических процессов. Аналогичный результат получается в засушливых районах в период отсутствия осадков. Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частицы почвы в виде пыли. Но климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, воздействуя на биологические процессы (распределение высших растений, интенсивность микробиологической деятельности).

Определенное влияние на почвообразование оказывают почвенно-грунтовые воды. Вода является средой, в которой протекают многочисленные химические и биологические процессы в почве. Для большей части почв на междуречных пространствах основным источником воды служат атмосферные осадки. Однако там, где грунтовые воды расположены не глубоко, они оказывают сильное воздействие на почвообразование. Под их влиянием меняется водный и воздушный режимы почв. Грунтовые воды обогащают почвы химическими соединениями, которые в них содержатся, в отдельных случаях вызывают засоление. В переувлажненных почвах содержатся недостаточное количество кислорода, что обуславливает подавление деятельности некоторых групп микроорганизмов. В результате воздействия грунтовых вод формируются особые почвы.

Влияние рельефа сказывается главным образом на перераспределении тепла и воды, которые поступают на поверхность суши. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенное изменение температурных условий. С этим связано явление вертикальной зональности в горах. Сравнительно незначительное изменение высоты сказывается на перераспределении атмосферных осадков. Большое значение для перераспределения солнечной энергии имеет экспозиция склона. Очень часто степень воздействия на почву грунтовых вод определяется особенностями рельефа.

Совершенно особый фактор почвообразования - время. Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени. Чтобы сказалось влияние внешних условий, чтобы в соответствии с факторами почвообразования сформировалась почва, требуется определенное время. Так как географические условия не остаются постоянными, а меняются, то происходит эволюция почв во времени.

От всех остальных факторов резко отличается влияние на почву человека, точнее, человеческого общества. Если влияние природных факторов на почву проявляется стихийно, то человек в процессе своей хозяйственной деятельности действует на почву направленно, изменяет ее в соответствии со своими потребностями. С развитием науки и техники, с развитием общественных отношений использование почвы и ее преобразование усиливаются.

Следовательно, можно заключить, что почва - это особое природное образование, где процессы цикличной миграции химических элементов на поверхности суши, обмена веществ между компонентами ландшафта достигают наивысшего напряжения. Одновременно с энергичным перераспределением вещества в почве активно трансформируется и аккумулируется солнечная энергия.

Основные химические и биологические процессы в почве могут совершать только при наличии свободной воды. Почвенная вода является той средой, в которой осуществляется миграция и дифференциация химических элементов в процессе почвообразования. Многие вещества содержатся в свободной воде в виде истинных и коллоидных растворов, поэтому свободную почвенную воду правильнее назвать почвенным раствором. Почвенный раствор играет настолько важную роль в почвообразовании и питании растений, что Г. Н. Высоцкий образно назвал его кровью почвы.

Почва обладает буферностью, т.е. свойством сохранять свою реакцию при сравнительно небольшом добавлении кислот или щелочей. Буферность почв обуславливается в основном составом поглощенных оснований. При воздействии кислоты на почву с нейтральной реакцией произойдет обмен поглощенных оснований на ион водорода кислоты, а в растворе образуется нейтральная соль: Ca²+ + 2HNO3 = 2H+ + Ca(NO3)2

поглощенный поглощенные

В силу того, что ионы водорода будут изъяты из раствора и адсорбированы почвой, концентрация ионов водорода существенно не изменится. При взаимодействии щелочной соли с кислой почвой произойдет обмен между основаниями солей и поглощенными ионами водорода, в результате чего основания будут сорбированы, а вытесненные ионы водорода перейдут в раствор и увеличат кислотность почв до исходного уровня. Таким образом, буферность косвенно служит критерием загрязнения почвы.

Почвенные загрязнения антропогенного характера можно разделить по источнику их поступления в почву:

с атмосферными осадками . Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву. Это в основном газы - оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют кислоты.

осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей . Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают в виде пыли и аэрозолей. Котельные и автомобили значительно пополняют почвенные загрязнения.

с растительным опадом . Вредные соединения в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять в почву.

мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами . В эту группу входят различные загрязнения смешанного характера, включающие как твердые, так и жидкие вещества, засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

тяжелыми металлами (кадмием, медью, хромом, никелем, кобальтом, ртутью, мышьяком, марганцем). Данный вид загрязнений представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, т.к. тяжелые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространенное автомобильное топливо - бензин - включает в себя очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащий тяжелый металл - свинец, который попадает в почву и накапливается в листьях.

Экологический ущерб от ухудшения и разрушения почв и земель под действием антропогенных (техногенных) нагрузок выражается главным образом в деградации почв и земель; их загрязнении химическими веществами; захламлении земель несанкционированными свалками, другими видами несанкционированного и нерегламентированного размещения отходов.

При любой производственной деятельности происходит механическое разрушение и засорение почвы. Та часть территории, которая занята техническим или любым гражданским сооружением, теряет плодородный слой. Поэтому оценка степени разрушения естественного ландшафта является одной из характеристик антропогенной нагрузки обследуемой территории.

Для того чтобы определить долю измененного ландшафта измеряем общую площадь участка и размер поврежденной территории.

Таблица 10 -Нормативы по ГОСТу для почвы

Для справки:

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных организмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов.

В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8.

Дикорастущие растения получили название индикаторных, поскольку по ним можно судить о характере и состоянии почвы, на которой они произрастают.

Механический состав почвы — это относительное содер-жание в ней механических элементов различного размера. От-мечают, что в полевых условиях и в лаборатории можно с доста-точной точностью определить механический состав по внешним признакам и на ощупь. К освоению предлагают два метода.

2.2.2 Ход работы

Сухой метод. Сухой комочек или щепоточку мелкозема почвы испытывают на ощупь, кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. При необходимости плотные агрегаты раз-давливают в ступке.

Механический состав почвы или породы определяется по ощущению при растирании, состоянию сухой почвы, по ко-личеству песка с учетом данных таблицы 11.

Мокрый метод. Образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором по-чвы обладают наибольшей пластичностью. При определен механического состава карбонатных почв и пород вместо воды применяют 10%-ю НС1 с целью разрушения водопрочных аг-регатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2—3 см. В зависимости от механи-ческого состава почвы или породы, показатели мокрого спо-соба будут различны.

Песок не образует ни шарика, ни шпура. Супесь образует шарик, который раскатать в шнур не удается. Получаются только зачатки шнура. Легкий суглинок раскатывается в шнур, но пос-ледний очень непрочен, легко распадается на части при раска-тывании или при взятии с ладони. Средний суглинок образует сплошной шнур, который можно свернуть в кольцо. Кольцо с трещинами и переломами. Тяжелый суглинок легко раскатыва-ется в шнур. Кольцо с трещинами. Глина образует длинный шнур. Кольцо без трещин.

Необходимо быть внимательным при определении меха-нического состава пылеватых суглинков и супесей. При расти-рании они дают ощущение мучнистости из-за большого коли-чества крупной пыли (> 40 %), при этом песок не ощущается или его очень мало. Различают эти разновидности по сухому методу следующим образом. Пылеватые супеси и легкие пылеватые суглинки образуют непрочные комочки, которые при раздавливании пальцами легко распадаются. При растирании супеси производят шуршащий звук и ссыпаются с руки. При растирании легких суглинков ощущается ясно различимая ше-роховатость, глинистые частицы втираются в кожу. Средние пылеватые суглинки также дают ощущение мучнистости, но производят ощущение тонкой муки со слабозаметной шерохо-ватостью. Комки средних сугликов раздавливаются с некото-рым усилием. Тяжелые пылеватые суглинки в сухом состоянии с трудом поддаются раздавливанию, образуют хорошо выра-женные структурные отдельности с острыми ребрами, при растирании дают ощущение тонкой муки. Шероховатость не ощущается.

Таблица 12- Определение гранулометрического состава почв методом раскатывания

2.2.3 Оформление отчета

ляет производить измерения на

Результаты проделанной работы

Отчет должен содержать характеристику исследуемых участков по следующим пунктам:

а) название объекта;

б) местоположение (координаты, адрес);

в) подробные сведения об объекте (историческая, географическая, биологическая, промышленно-транспортная, рекреационная и др. характеристика);

Таблица 13- Диагностика механического состава почв и пород мокрым методом

2.3 Лабораторная работа № 3

Определение влажности почвы

Цель работы: Познакомиться с методикой определением влажности почвы.

2.3.1 Общие положения

Влажность не является устойчивым признаком той или иной почвы. Она зависит от метеорологических условий, поли-вов, режима грунтовых вод и т. д. Разовое определение влажно-сти не может иметь генетического значения. Однако устанавли-вать ее необходимо, так как влага изменяет окраску горизон-тов, искажает границы перехода между горизонтами.

При полевых описаниях обычно различают следующие степени увлажнения почвы:

Мокрая — из комочка почвы, зажатого в руке, выделя-ются капельки воды;

Сырая — почва прилипает к руке, на ладони оставляет грязные следы;

Влажная — комочек почвы деформируется при сдавли-вании в ладони;

Свежая — не пылит, в ладони вызывает ощущение про-хлады;

Сухая — ощущение прохлады не вызывает, при раздав-ливании пылит.

Полевая влажность характеризуется тем количеством воды, которое содержится в почве в настоящий момент. Её определяют весовым методом и выражают в % к массе абсолютно сухой почвы. От соотношения влаги и воздуха в почве зависит в значительной степени рост и развитие растений

Максимальная гигроскопическая влажность, максимальная молекулярная влагоемкость, нижний и верхний пределы пластичности непосредственно связаны с гранулометрическим и минералогическим составом почв и грунтов, поэтому они влияют в какой-то мере на сцепление и водопрочность структуры и, следовательно, на их противоэрозионную стойкость. Однако это влияние обычно трудно выявить вследствие воздействия других более мощных факторов. Влияние влажности почвы непосредственно на сопротивление ее смыву изучал В.Б.Гуссак (1959).

Он сравнивал противоэрозионную стойкость террасового чернозема в сухом и капиллярно утзлажненном состоянии и установил, что количество почвы, смытой с сухой поверхности монолита, оказывается в сотни раз больше, чем с увлажненной, причем сухая почва остается менее стойкой даже после полного ее промачивания потоком сверху.

Аналогичную картину наблюдал Т.Г. Жордания (1957) на карбонатных суглинках Самгори (Грузия). Основной причиной благоприятного действия предварительного увлажнения на противоэрозионную стойкость грунтов он считает медленное вытеснение водой адсорбированного и свободного воздуха, тогда как при поступлении сразу большой массы воды на сухой образец воздух выделяется бурно, разъединяя и разрушая агрегаты.

Влияние исходной влажности на противоэрозийную стойкость почв наблюдается не только при положительных, но и при отрицательных температурах. Однако характер влияния в этом случае совершенно другой. Замерзание и последующее оттаивание почвы при высокой влажности, особенно многократное, а также при капиллярном подтоке воды снизу оказывает отрицательное влияние на противоэрозионную стойкость почвы.

При этом формируются хорошо выраженные прослойки льда, снижающие сцепление и размер водопрочных агрегатов. При малом содержании влаги в почве создаются неблагоприятные условия для образования крупных прожилок льда, а при влажности, близкой к нижнему пределу пластичности и меньшей, таких прожилок вообще не бывает. Образование прослоек льда связано с миграцией воды к центрам кристаллизации вследствие качественной неоднородности почвенной влаги, благодаря чему не вся вода кристаллизуется сразу, и к образовавшимся уже центрам кристаллизации подтягивается еще не замерзшая вода.

Из изложенного ясно, что замерзание и последующее оттаивание почвы влияет не непосредственно, а через водопрочность структуры и межагрегатное сцепление, поэтому формула для расчета размывающей скорости потока применима также для замерзшей и оттаявшей почвы, если значения входящих в формулу аргументов определены для образцов почвы, испытавших аналогичные воздействия отрицательных температур. Следует отметить, что противоэрозийная стойкость почву, замерзшей во влажном состоянии и не оттаявшей при взаимодействии с водным потоком, должна быть очень велика из-за высоких значений сцепления между частицами, прочно спаянными льдом.

Влажность почвы можно определить инструментальным методом.

Плотномер-влагомер Ковалева ПВК-Ф применяется для ускоренного определения плотности грунта в полевых условиях.

С помощью прибора можно определить:

Объемный вес влажных грунтов;

Объемный вес скелета грунтов (плотность).

По полученным данным расчетным путем дополнительно могут быть определены:

Естественная влажность и коэффициент влажности;

Пористость и коэффициент пористости грунтов в естественных условиях;

Полная влагоемкость;

Предел текучести глинистых грунтов

Рисунок 3 -Плотномер-влагомер Ковалева

1 - крышка футляра; 2 - ведро-футляр; 3 - стальная насадка; 4 - нож; 5 - поплавок; 6 - резиновое кольцо; 7 - сосуд; 8 - трубка поплавка; 9 - крышка поплавка; 10 - замок, поплавка; 11 - режущий цилиндр; 12 - тарировочный груз; 13 - замок футляра; 14 - крючки

2.3.2 Ход работы

В алюминиевый пронумерованный и заранее взвешенный на технических весах стаканчик насыпают почву примерно на 1/3 его высоте из средней смешенной пробы. Стаканчик немедленно закрывают крышкой и взвешивают. Затем крышку снимают, стаканчик вставляют нижней частью в крышку и открытом помещают в термостат. Высушивают почву до постоянной массы при температуре 105 °С. Каждый раз после охлаждения стаканчиков в эксикаторе их взвешивают. Влажность определяют по формуле:

где а - масса испарившейся из пробы воды, г;

в - масса абсолютно сухой почвы в стаканчике,

Для пересчета результатов многочисленных анализов на абсолютно сухую почву пользуются коэффициентом пересчета (К).

2.3.3 Оформление отчета

Результаты проделанной работы

Отчет должен содержать характеристику исследуемых участков по следующим пунктам:

а) название объекта;

б) местоположение (координаты, адрес);

в) подробные сведения об объекте (историческая, географическая, биологическая, промышленно-транспортная, рекреационная и др. характеристика);

Таблица 14- Определение влажности почвы.

г) сделать выводы о проделанной работе.

Приложение А

Типичные структурные элементы почв (по С. А. Захарову)

Приложение Б

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ ИХ СОДЕРЖАНИЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ВРЕДНОСТИ

Приложение В

Классификация нарушенных земель по направлениям рекультивации в зависимости

от видов последующего использования в народном хозяйстве

1. «Экологический мониторинг.» Под ред. Т.Я.Ашихминой.-Москва 2005г. стр.141
2. Ю.В.Трофименко, Г.И.Евгеньев «Экология. Транспортное сооружение и окружающая среда.»-Москва 2006г. стр 113
3. Е.В. Гривко, С.В. Шабанова «Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Практикум по экологии»» Ч.-2. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008. - 68 с
4. В.В. Малыченко, Л.Н. Пучков. Е.М. Шлевкова «Методические рекомендации к учебной полевой практике по почвоведению». — Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2000. - 40 с
5. А.М Русанов, Л.В Анилова, Н.И. Прихожай «Методические указания к учебно- полевой практики по почвоведению» Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008-70с.
6. А.Г.Емельянов «Основы природопользования»
7. ФЗ об «ООС» от 22.08.2004 N 122-ФЗ
8. Инженерно-экологические изыскания для строительства СП 11 -102-97
9. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы, земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации
10. СНиП III-10-75.Строительные нормы и правила. Часть Ill. Правила производства и приемки работ. Глава 10. Благоустройства территории.
11. Экологический словарь

12.Яйли,Е.А. Методология и способ оценки качества компонентов природной среды урбанизированных территорий на основе индикаторов, индексов и риска / Е. А. Яйли, А. А. Музалевский // Экологические системы и приборы,
2006. - N 12.

13.Луговской,А.М. Оценка качества окружающей среды методом дендроиндикации / А. М. Луговской//География в школе,
2004. - N 6.

1. Пикулик, А. В. Методика определения необходимого числа проб для оценки качества окружающей среды / А. В. Пикулик, С. Н. Бухарин, В. А. Барков // ЭКиП: Экология и промышленность России,2004. - N 10.
2. Оценка и нормирование экологического состояния почв в зоне деятельности предприятий / А. С. Яковлев [и др. ] // Почвоведение,2008. - N

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЧВЫ Учебно-методическое пособие для вузов Воронеж 2007 2 Утверждено Научно - методическим советом химического факультета от 12.03.2007 г., протокол № 4 Составители: Д.Л. Котова, Т.А. Девятова, Т.А. Крысанова, Н.К. Бабенко, В.А. Крысанов Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре аналитической химии химического факультета и кафедре почвоведения и агрохимии биолого-почвенного факультета Воронежского государственного университета. Данное пособие рекомендуется для студентов химического и биолого- почвенного факультетов, а также для аспирантов и научных сотрудников, занимающихся исследованиями в области экологии и почвоведения. Для специальностей: 020101(011000) – Химия, 020700 (020701) – Почвоведение, 020801 – Экология Содержание 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ 5 1. Химические показатели почвы 9 2. Физические показатели почвы 11 3. Биологические показатели почвы 12 4. Основные показатели, характеризующие качество почвы 13 5. Пищевой режим почвы 15 6. Деградация почвы 16 7. Нормирование химических веществ в почве 21 8. Общие требования к методам отбора и обработки проб 24 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОЧВЫ 25 1. Определение влажности почвы 25 2. Определение актуальной кислотности почвы 27 Определение рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483) 28 Метод определения обменной кислотности по методу ЦИНАО (ГОСТ 26484-85) 29 Метод определения гидролитической кислотности почв по методу Каппена 31 Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212) 32 3. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки (ГОСТ 26423-85) 34 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ГОСТ 26427-85) 39 4. Метод определения натрия и калия в водной вытяжке 39 5. Методы определения кальция и магния в водной вытяжке (ГОСТ 26428-85) 41 Определение кальция и магния комплексонометрическим методом 41 Определение обменного (подвижного) магния методом ЦИНАО (ГОСТ 26487-85) 44 Фотометрическое определение магния 45 6. Методы определения массовых концентраций тяжелых металлов в пробах почвы 49 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАТИОННО-АНИОННОГО СОСТАВА 52 ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ 7. Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке (ГОСТ 26424-85) 52 8. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке (ГОСТ 26426-85) 54 Весовое определение иона сульфата 55 Турбидиметрическое определение иона сульфата 57 9. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке (ГОСТ 60 26425-85) Определение иона хлорида аргентометрическим методом по Мору 61 Определение хлорид-иона методом прямой ионометрии 63 Определение хлорид-иона методом ионометрического титрования 66 10. Определение углерода 69 Определение общего углерода 69 Определение органического углерода 71 11. Методы определение гумуса в почве 74 Определение общего содержания гумуса в почве 74 4 Принципы определения гумуса методом мокрого озоления 76 Определение углерода органических соединений почвы по Тюрину 78 Определение содержания органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213) 81 Определение гумуса в почве по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель 84 12 . Определение азота 85 Определение азота методом Кьельдаля 86 Определение содержания нитратов в почве по Грандваль-Ляжу 87 13. Метод определения нитратов по методу ЦИНАО (ГОСТ 26488-85) 90 Определение фиксированного аммония в почве по Могилевкиной 93 14. Определение фосфора 95 15. Определение кремния 98 Весовой метод определения кремнекислоты 98 Фотометрические методы определения кремния 99 Определение кремния в виде кремнемолибденовой 100 гетерополикислоты 16. Определение степени солонцеватости почв 101 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 105 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ 5 Окружающая среда представляет собой систему физических и биологических взаимозависимых факторов, в пределах которой живет человек и все живые организмы. В нее входят все природные факторы, а также факторы, созданные в результате деятельности человека, которые в тесном взаимодействии влияют на экологическое равновесие, определяют условия жизни человека и развитие общества. Интенсивная антропогенная деградация природы ставит задачу поиска путей сохранения биоразнообразия и биосферы в целом. В настоящей работе данная проблема анализируется в контексте сбережения почв, их географо- генетического богатства как первейшего условия сохранения биосферы Земли. Такой подход опирается на следующие положения: – во-первых, почва является центральным звеном глобальной биосферной системы, планетарным узлом экологических связей, объединяющим в единое целое другие структурно-функциональные составляющие этой системы: гидросферу, атмосферу, биомир планеты; – во-вторых, важнейший аспект сохранения биосферы – сбережение входящих в нее организмов – во многом теряет смысл, если не сберегается главная экологическая ниша организмов суши – почва, ведь абсолютное большинство растений и животных так или иначе связаны с почвой. Почвенный покров Земли представляет тончайшую и самую плотно населенную организмами поверхностную оболочку нашей планеты. Через нее непрерывно идут процессы обмена веществом и энергией между атмосферой, литосферой, гидросферой и всеми населяющими почву организмами, включая и человека. С одной стороны, в почве осуществляется процесс аккумуляции органического вещества и энергии на земной поверхности, а с другой – в ней же происходит и деструкция органических остатков, сопровождающаяся трансформацией и высвобождением аккумулированной в почвах энергии. Почва до начала 70-х годов ХХ века была единственным элементом биосферы, в котором в нашей стране не нормировалось содержание химических загрязнений. Аналогичное положение существовало и в большинстве развитых стран. Сегодня содержание химических веществ в почве нормируется, как правило, в национальных стандартах. На международном уровне нормативов содержания загрязнителей в почве пока нет. В основу теории и практики нормирования техногенных химических веществ в почве положен критерий, что не всякое поступление техногенных химикатов рассматривается как загрязнение, опасное для здоровья человека. Допускается такое содержание техногенных химических веществ в почве, при котором прямой контакт с ними кожи человека или поступление их в организм по цепочке почва – растение – человек; почва – растение – животное – человек; почва – вода – человек и 6 др. гарантируют отсутствие отрицательного воздействия на здоровье человека. При наличии этих веществ в почве не нарушаются процессы самоочищения почвы, а также не наблюдается влияние на санитарные условия жизни. Географическое распространение почв определяется сложным взаимодействием всех факторов почвообразования – климата, живых организмов, почвообразующих пород, рельефа. Почва – природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, представляющих собой открытую четырехфазную динамическую систему с характерными признаками и свойствами. Почва состоит из четырех фаз – твердой, жидкой, газообразной и живой. Твердая фаза содержит минеральные, органические и органо- минеральные составные части. Минеральная часть почвы представлена первичными и вторичными минералами. Крупная фракция почвы - песок (частицы с диаметром от 2 до 0,02 мм) и пыль (0,02 - 0,002 мм) состоит в основном из кварца, полевых шпатов, слюд и кальцита (в случае карбонатных почв). Глинистые минералы характеризуются очень маленькими размерами элементарных частиц (<0,01 мм) пластинчатой структуры, которые несут отрицательный заряд. Наличие глинистых соединений в почве определяет ее адсорбционную способность: ионную (особенно катионную) и молекулярную. Минеральная часть почвы в основном состоит из кислорода и кремния, затем в убывающем порядке идут алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний. Эти 8 элементов составляют в сумме около 99% минеральной части почв. Минеральная часть почвы наименее динамична и образует каркас для других фаз. Органическая часть почвы – хранилище всех питательных веществ – включает в себя: живые органические фракции: почвенные микроорганизмы, фауну почвы, корни растений. Все это в совокупности составляет биомассу почвы; неживые органические фракции, которые образуются в процессе разложения отмерших организмов, различные гумусовые соединения. Самую большую долю занимают гумусовые вещества (80-85 % от всех органических веществ). Органическое вещество почвы – совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных и микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы – гумуса. Запасы биомассы биоценозов, ее структура и динамика неодинаковы в разных природных зонах. Химический состав биомассы в значительной 7 мере определяет все последующие этапы деструкции опада и образование гумуса. Почвенный гумус – основа почвы, ее плодородия, адсорбционной способности и биологической деятельности. Реакции, происходящие с участием органических веществ многочисленны и разнообразны: они включают ионный обмен, буферность, сорбцию химических веществ, окислительно-восстановительные реакции. Содержание и состав органических соединений в почвах агроэкосистем оказывают огромное влияние практически на все свойства и функции этих почв. Особую роль при этом играют специфические почвенные органические соединения – вещества гумусовой природы. Влияние гумусовых веществ на плодородие почв чрезвычайно многообразно. Присутствие в почве достаточного количества гумусовых веществ способствует формированию прочной структуры и обеспечивает, таким образом, благоприятный водно-воздушный режим. Гумусовые вещества придают почве буферность в отношении элементов питания растений, особенно азота. Высокий уровень микробиологической активности почв также поддерживается высоким уровнем содержания гумуса. Таким образом, гумус является важным показателем плодородия почвы. Гумусовые вещества играют огромную роль в предотвращении или снижении поступления в растения различных загрязняющих веществ (тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и т.д.). Гумус является источником поступления в почву белков, углеводов, липидов и ароматических соединений. Распад органических веществ зависит от многочисленной группы микроорганизмов, включающей бактерии, актиномицеты, грибы, обитающие в почве водоросли, беспозвоночных и позвоночных почвенных животных. Гумусовые вещества по растворимости и способности экстрагироваться делятся на большие группы: фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин. Иногда выделяют особую группу гиматомелановых кислот. Точное определение гумусовых веществ затруднено. Гумусовые вещества состоят из углерода (25-60%), кислорода (30-50%), азота (1-5%) и водорода 92-5%). Фульвокислоты – наиболее растворимая группа гумусовых соединений, обладающая высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами, чем средневзвешенные молекулярные массы гумусовых веществ в целом. Фульвокислоты – фракция органических веществ, растворимая как в кислых, так и в щелочных растворах. Содержание углерода в этих соединениях более низкое, чем у представителей других групп гумусовых веществ. Они обладают отно- сительно более выраженными кислотными свойствами и склонностью к 8 образованию комплексных соединений. Фульвокислотам характерна более светлая окраска, чем веществам других групп. Они преобладают в почвах подзолистого типа, красноземах, некоторых почвах тропиков, сероземах. Гуминовые кислоты – группа темно-окрашенных гумусовых соединений, которые хорошо растворяются в щелочных растворах, но не растворяются в воде и минеральных кислотах. Гуминовые кислоты имеют в среднем более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62 %), менее выраженный кислотный характер. Преобладают в черноземах, каштановых почвах, иногда в серых лесных и хорошо окультуренных дерново-подзолистых. Преобладание в составе гумуса гуминовых кислот, особенно связанных с кальцием, наиболее благоприятно сказывается на плодородии почв и составе микроорганизмов в почве. Гумин – негидролизуемая часть гумуса. Совокупность соединений гуминовых и фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почв. Гуминовые кислоты и гумины растворимы только в щелочном растворе и осаждаются при подкислении. Имеют молекулярную массу от 30000 до 50000, несущую отрицательный заряд и обладающую функцией кислот, которая обусловлена наличием карбоксильной и фенольной групп. Гуминовые кислоты и гумины образуют комплексы с ионами металлов, обладают большой адсорбционной способностью (как ионной, так и молекулярной). Кроме того, гуминовые вещества способны к адсорбции и абсорбции воды, а также к коагуляции. Органо-минеральная часть почвы подразделяется на 3 группы: - первая группа – простые гетерополярные соли, гуматы, фульваты аммония, щелочных и щелочно-земельных металлов; - вторая группа – комплексно-гетерополярные соли, которые образуются при взаимодействии гуминовых кислот с поливалентными металлами: железом, алюминием, медью, цинком и никелем (металл входит в анионную часть молекул и не способен к обменным реакциям); - третья группа – адсорбционные органо-минеральные соединения, включающие в себя соединения, образующиеся путем сорбции гуминовых веществ. Наиболее важные их них – глинисто- гумусовые соединения. Они определяют структуру почвы и, следовательно, физические свойства почв, а также обладают свойствами ионной и молекулярной адсорбции. Репродуктивная способность почв зависит от степени доступности элементов питания. Поставщиком веществ в почву для растений являются две фазы: жидкая фаза почвы, где вещества находятся в растворенном состоянии (наиболее доступные элементы); 9 коллоидная фаза почвы, способная поглощать или обменивать ионы. В связи с этим вводятся два понятия: почвенный раствор и почвенный поглощающий комплекс (ППК). Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, включающая почвенную воду, растворенные в ней соли, органические и органоминеральные вещества. Для выделения почвенного раствора используются водные вытяжки, которые характеризуют содержание в почве легкорастворимых солей и наиболее легкодоступных для растений питательных элементов. В водной вытяжке в соотношении 1:5 обычно определяют: сухой (плотный) остаток, щелочность, анионный и катионный состав. В почвенном растворе присутствуют растворенные газы: СО2,О2 и др. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) – совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы. Наиболее подвижную часть обменных ионов ППК извлекают раствором KCl, менее подвижную часть – ацетатом натрия. Извлеченные из почвы солевыми растворами ионы называют обменными. При засолении почв токсичными являются ионы, извлеченные раствором хлорида калия, так как они являются наиболее подвижными и доступными для растений. В связи с этим в вытяжке раствором KCl в соотношении 1:2 определяют емкости катионного обмена (ЕКО), содержание ионов натрия, магния, кальция, калия, железа, аммония, рН солевой вытяжки, обменную и гидролитическую кислотность. 1. Химические показатели почвы К химическим свойствам почвы относятся растворимость элементов (состав водной вытяжки), реакция среды (рН), ионный обмен, валовый состав и т.д. Ионная емкость – общее количество удерживаемых ионов, как положительных (катионная емкость), так и отрицательных (анионная емкость). Высокая обменная емкость придает почве устойчивость к изменению рН среды и высокую буферную способность. Анионный обмен определяется присутствием глины, гумусовых веществ и различных кислотных групп. Катионный обмен – содержанием гидроокисей металлов (Al(OH)3, Fe(OH)3 и т.д.), а также каолинита и других минералов. Химические элементы в почвах находятся в форме различных соединений, отличающихся строением, составом, степенью устойчивости к выветриванию, растворимостью и др. Выделяют следующие формы соединений химических элементов в почвах: первичные и вторичные минералы, органические вещества, органно-минеральные соединения, обменные формы, почвенные растворы, газообразные формы. Первичные и вторичные минералы. В форме первичных и вторичных минералов находится преобладающая часть химических элементов в минеральных почвах, как по их числу, так и по массе: кислород, кремний, 10 алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий, марганец, титан, хлор, частично фосфор и сера. Наблюдается приуроченность важнейших микроэлементов к минералам. Так, медь обнаруживается в составе авгита, апатита, биотита., полевых шпатов; цинк, кобальт и никель – в составе роговых обманок, биотита, магнетита; свинец – в составе авгита, апатита, мусковита, полевых шпатах. На основании данных по содержанию химических элементов можно получить приближенные сведения о минералогическом составе почв и почвообразующих пород. Органическое вещество. Гумус и органические остатки состоят в основном из углерода (25-65%), кислорода (30-50%), азота (1-5%), водорода (2-5%). В составе молекул органических соединений всегда присутствуют сера, фосфор, а также ряд металлов, в том числе и микроэлементов. Органо-минеральные соединения. Эта форма представлена продуктами взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв: простыми гетерополярными, комплексно-гетерополярными солями гумусовых кислот с ионами металлов и глиногумусными сорбционными комплексами. Обменные ионы в составе почвенного поглощающего комплекса (ППК). Обменные ионы составляют небольшую часть от общего содержания химических элементов в почвах. Их количество измеряется единицами и десятками мг-экв на 100 г почвы. Поскольку в почвах преобладают отрицательно заряженные коллоиды, то в поглощенном (обменном) состоянии преобладают катионы. Преобладающими в ППК и играющими большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических свойств почв являются катионы: Ca2+, Mg2+, H+, Al3+, Na+, K+, NH4+. Присутствуют также катионы марганца, железа (II), лития, стронция и др. В поглощенном состоянии могут находиться и анионы (SO42-, PO43-, NO3- и др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы. Почвенный раствор. В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм. В них также присутствуют растворенные газы: СО2, О2 и др. Концентрация почвенного раствора обычно находится в пределах одного или нескольких грамм на литр. Почвенный воздух. Состав почвенного воздуха аналогичен атмосферному. В нем содержатся О2, N2, CO2, а также в небольших количествах метан, сероводород, аммиак, водород и др. В отличие от атмосферного, состав почвенного воздуха более динамичен как во времени, так и в пространстве. Живое вещество. В состав живой фазы входят грибы, водоросли, бактерии, актиномицеты, мезо- и микрофауна. Основную массу живых организмов составляют: кислород (70%), водород (10%), азот, кальций (1- 10%), сера, фосфор, калий, кремний (0,1-1%), железо, натрий, хлор, алюминий, магний (0,01-0,1%).

4.1. Гигиеническая оценка почвы проводится с целью определения ее качества и степени безопасности для человека, а также разработки мероприятий (рекомендаций) по снижению химических и биологических загрязнений (табл. 2 и прилож. 1 и 3).

Таблица 2

Оценка степени эпидемической опасности почвы

4.2. Выбор площадки для строительства объектов проводится с учетом:

физико-химических свойств почв, их механического состава, содержания органического вещества, кислотности и т. д.;

природно-климатических характеристик (роза ветров, количество осадков, температурный режим района);

ландшафтной, геологической и гидрологической характеристики почв;

хозяйственного использования.

При санитарно-эпидемиологической оценке состояния почвы выявляются потенциальные источники их загрязнения, устанавливаются границы территории обследования по площади и глубине, определяются схемы отбора проб почв.

Объем исследований- и перечень загрязнителей определяется аккредитованными организациями по согласованию с органами и учреждениями, осуществляющими государственный санитарно-эпидемиологический надзор в зависимости от характера загрязнения почв, последующего функционального использования этой территории, стадии проектирования. В соответствии с этим санитарно-эпидемиологический контроль включает использование стандартного или расширенного перечня показателей исследований (раздел 6 настоящих санитарных правил).

На стадии предпроектной документации (обоснование инвестиций, градостроительного обоснования и др.) обследование проводится для получения предварительной оценки санитарно-эпидемиологического состояния почв территории проектируемого строительства с использованием стандартного перечня показателей с учетом современного и перспективного использования территории. При проведении предварительного обследования отбор проб почв проводится по сетке: 50 х 100 или 100  100 м.

На территориях, содержащих органосодержащие отходы (твердые бытовые отходы, осадки сточных вод, отходы птицеводческих, животноводческих комплексов, торфяные засыпанные реки), необходимо проведение газохимических исследований.

На стадии выполнения строительных работ исследования почв проводятся в полном объеме по химическим показателям. Отбор проб почв проводится послойно на глубинах: 0,1-0,2; 0,2-1,0; 1,0-2,0 м от поверхности земли и далее не реже, чем через 1 м, в зависимости от глубины заложения фундамента здания или прокладки инженерных коммуникаций, гидрогеологических условий, интенсивности загрязнения и т. д.

Для выдачи заключения о соответствии почв санитарно-эпидемиологическим требованиям в органы и учреждения, осуществляющие государственный санитарно-эпидемиологический надзор, представляются следующие материалы:

характеристика района, пункта, площадки (трассы) для строительства с учетом аэроклиматических данных, рельефа местности, закономерностей распространения промышленных выбросов в атмосфере;

данные о качественном и количественном составе выбросов от промышленных предприятий (в зоне влияния 10-40 высот трубы), автотранспорта, размерах и режиме санитарно-защитных зон предприятий и ожидаемого (прогнозируемого) загрязнения атмосферы;

сведения о возможном загрязнении площадки строительства бытовыми, промышленными отходами, свалочными грунтами; информация о биологических и химических захоронениях;

перечень приоритетных химических веществ от потенциальных источников загрязнения с указанием класса их опасности согласно государственному стандарту, расчетным и лабораторным данным;

мероприятия по предупреждению загрязнения и рекультивации нарушенных и загрязненных почв;

графические материалы, в которые входят:

Ситуационный план (М 1: 2000) с указанием действующих, строящихся и намеченных к строительству промышленных объектов и границ их санитарно-защитных зон, существующих и перспективных объектов жилищно-гражданского строительства;

Карта-схема площадки намечаемого к строительству объекта с нанесением точек отбора проб (М 1: 500);

Карта-схема площадки с указанием участков повышенного загрязнения (по площади и глубине).

По представленным материалам органы и учреждения, осуществляющие государственный санитарно-эпидемиологический надзор, выдают заключение о соответствии состояния почв санитарно-эпидемиологическим нормам и правилам.

Не разрешается предоставление земельных участков под строительство без заключения органов и учреждений, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор, или при наличии в нем замечаний о нарушении санитарных норм и правил.

Проектно-сметная документация под строительство объекта должна быть разработана в соответствии с санитарно-эпидемиологическим заключением по почве. В случае необходимости проведения работ по рекультивации почв, необходимо представить гарантии их проведения.

Корректировка принятых проектных решений по рекультивации территории требует заключения органов и учреждений, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор, в установленном порядке.

Для гигиенической оценки почв сельскохозяйственного назначения представляются следующие сведения:

объем и перечень средств химизации сельского хозяйства (пестициды, регуляторы роста, мелиоранты), места расположения складов их хранения, взлетно-посадочных полос сельскохозяйственной авиации;

места расположения отходов животноводческих комплексов, птицефабрик;

способы орошения земель;

характеристика санитарного состояния почв;

свойства почвы и характер рельефа, которые могут повлиять на формирование системы зеленых насаждений.

Санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии санитарно-эпидемиологическим нормативам по почвам выдается как на отдельный образец, так и на всю территорию строительства. Заключение выдается на бланке учреждения.