Мониторинг окружающей среды

2

Содержание.

Введение.

1. Мониторинг окружающей среды

Мониторинг атмосферного воздуха

Мониторинг водных объектов

Мониторинг почвенного покрова

Мониторинг растительного и животного мира

Влияние загрязняющих веществ на организм человека

Выводы по первой главе

2. Исследование условий загрязнения почвенного покрова от придорожной территории к парку им. Фрунзе

Характеристика объекта исследования

Применяемые методики

Отбор и подготовка проб почвы к анализу

Приготовление почвенной вытяжки

Определение рН почвенной вытяжки

Определение содержания хлорид-ионов в почве

Определение содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в почве

Определение содержания сульфидов и гидросульфидов в почве

Определение содержания кальция и магния в почве

Определение содержания сульфат-ионов в почве

Определение содержания ионов аммония в почве

Определение содержания цинка в почве

Определение содержания нитратов в почве

Математическая обработка результатов

Исследование влияния концентраций загрязняющих веществ в почвенной вытяжке на территории парка им. Фрунзе

Расчет показателя химического загрязнения и исследование влияния на территорию парка им. Фрунзе

Выводы по второй главе

Заключение

Список литературы

Введение.

В настоящее время ведущее значение в формировании качества окружающей природной среды приобрел автомобильный транспорт. Автотранспорт отрицательно воздействует практически на все составляющие биосферы: атмосферу, водные объекты, земельные ресурсы, литосферу и человека. В связи с этим необходимо осуществлять мониторинг ОПС.

Мониторинг - это система выполняемых по данной программе регулярных комплексных долгосрочных наблюдений за состоянием ОС, ее загрязнением, происходящими природными явлениями, а также оценка и прогноз последующих изменений. Один из главных принципов мониторинга- непрерывность слежения. Экомониторинг является начальным этапом системы обеспечения экологической безопасности.

Различают три уровня территориального охвата современного мониторинга:

· локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);

· региональный (геосистемный, природно-хозяйственный);

· глобальный (биосферный, фоновый), включающий в себя наблюдения за состоянием ОС из космоса - космический мониторинг.

Мониторинг загрязнения ОПС проводит Росгидромет. Система наблюдений включает следующие подсистемы: 1) слежения за загрязнением воздуха в городах и промышленных районах; 2) слежения за загрязнением пресных и морских вод; 3) слежения за загрязнением почв; 4) слежения за трансграничным переносом веществ, загрязняющих атмосферу; 5) слежения за химическим и радионуклидным составом и кислотностью атмосферных осадков и загрязнением снежного покрова; 6) слежения за фоновым загрязнением атмосферы; 7) комплексных наблюдений за загрязнением природной среды и состоянием растительного и животного мира.

Мониторинг ОС - самостоятельная пассивная (не преследующая цель принуждения) функция государственного управления.

Государственный экологический мониторинг ведется в целях обеспечения потребностей государства, юридических и физических лиц в достоверной информации об истинном состоянии ОС в нашей стране, необходимой для:

· разработки прогнозов социально-экономического развития и принятия соответствующих решений; целевых программ в области охраны ОС и соответствующих мероприятий;

· предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния ОС.

Результаты экомониторинга природной среды включают в содержание отраслевых кадастров природных ресурсов и используют их для принятия экологически значимых хозяйственных и иных решений.

Целью данной работы является исследование влияния выбросов от автотранспорта на придорожные территории улиц промышленного города. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

1. Провести химический анализ почвенных вытяжек.

2. Определить концентрацию загрязняющих веществ в почвенных вытяжках.

3. Определить коэффициент концентрации загрязняющих веществ в почвенных вытяжках и показатель химического загрязнения осадков.

4. Провести ранжирование территории по ПХЗ и по показателю рН.

5. Провести выбор приоритетных примесей.

Актуальность данной работы проявляется в проведении исследований и представлении данных о качестве почвенного покрова в Саду Фрунзе (ул. Чичерина).

1. Мониторинг окружающей среды.

1.2. Мониторинг атмосферного воздуха.

Атмосферный воздух - это смесь газов, состоящая из азота (78%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,02 - 0,032%) и других газов (0,01%).

Воздух как природный ресурс представляет собой общечеловеческое достояние. Постоянство его состава (чистоты) - важнейшее условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы.

Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода, азота и серы, углеводороды и взвешенные частицы (пыль).

Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:

· оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли);

· физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

· включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и пр.);

· изменять свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т. п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха, после чего пойти одним из вышеуказанных путей;

· находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в разные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансформации (например, фреоны).

В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают:

· локальная или региональная загазованность приземного слоя;

· трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;

· различные глобальные (общепланетарные) эффекты, такие как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя;

· загрязнение лито- и гидросферы как результат процессов естественного самоочищения атмосферы.

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше и больше превалируют антропогенные источники.

Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.

Особую тревогу вызывают загрязнения атмосферы вновь создаваемыми веществами и соединениями. Всемирная организация здравоохранения отмечает, что из 105 известных элементов таблицы Менделеева 90 используются в производственной практике, а на их базе получено свыше 500 новых химических соединений, почти 10% из которых вредные или особо вредные.

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов примесей и многочисленностью источников их выброса. Наиболее устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Установлено, что каждые 10-12 лет объем мирового промышленного производства удваивается, а это сопровождается примерно таким же ростом объема выбрасываемых загрязнений в окружающую среду. По ряду загрязнений темпы роста их выбросов значительно выше средних. К таковым относятся аэрозоли тяжелых и редких металлов, синтетические соединения, не существующие и не образующие в природе, радиоактивные, бактериологические и другие загрязнения.

Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жидкие и твердые частицы - аэрозоли, которые подразделяют на пыль, дым и туман. Следует отметить, что аэрозоли чаще полидисперсные, т. е. содержат частицы различного размера.

Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие.

Окись углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При этом 65 % от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14% - на промышленность.

Двуокись углерода, или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.

Двуокись серы - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он в первую очередь участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс серы оценивается в 190 млн т в год.

Окислы азота (оксид и диоксид азота) - газообразные вещества, объединяются общей формулой NOx. При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Оксид азота достаточно быстро окисляется до диоксида, который представляет собой красно-белый газ с неприятным запахом, сильно действующий на слизистые оболочки человека. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота.

В летний период при интенсивном солнечном облучении продолжительностью 12-14 часов вследствие высокой растворимости в воде (облака, дождь) и сорбции на увлажненных поверхностях азотная кислота быстро выпадает на земную поверхность. В городах наиболее высокие концентрации окислов азота наблюдаются утром, до начала фотохимических процессов. При ярком солнечном свете окислы азота реагируют с несгоревшими бензиновыми парами и другими углеводородами, образуя низкоатмосферный озон, или смог, т. е. красно-бурую дымку.

Озон - газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. Наиболее высокие концентрации озона наблюдаются в промышленных районах. Озон относится к 1-му классу опасности, при этом максимально разовая ПДК составляет 0,16 мг/м3, а среднесуточная - 0,03 мг/м3.

Углеводороды - химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т.д. Многие углеводороды опасны сами по себе. Например, бензол, один из компонентов бензина, может вызвать лейкемию, а гексан - тяжелые поражения нервной системы человека. Бутадиен является сильным канцерогеном.

Свинец - серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства припоя, красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. Основным источником (около 80%) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин, в который в качестве антидетонационной присадки вводят тетраэтилсвинец. Для свинца и его соединений среднесуточная ПДК составляет 0,0003 мг/м3.

Фреоны - группа галогеносодержащих веществ, синтезированных человеком. Их преимуществом перед другими веществами является то, что они не горючи, не токсичны и нейтральны. Фреоны, представляющие собой хлорированные и фторированные углероды (ХФУ), как недорогие и нетоксичные газы широко применяют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, пенообразующих агентов, в установках для газового пожаротушения, рабочего тела аэрозольных упаковок (лаков, дезодорантов и т.д.).

Аэрозоли (пыли, дымы, туманы) также являются загрязнителями атмосферы. Аэрозольные частицы попадают в атмосферу либо в готовом виде в результате деятельности вулканов, пожаров, морской соли, пыли или при сжигании топлива и с отходящими газами промышленных производств, либо образуются непосредственно в атмосфере в результате химических реакций между компонентами газовых выбросов, причем доля антропогенной запыленности составляет 10-20% от общего поступления твердых частиц в атмосферу.

Наличие аэрозолей нарушает тепловой баланс атмосферы. Появление при смоге голубоватой дымки, сопровождающееся ухудшением видимости, есть следствие образования твердых аэрозольных частиц. Запыленность атмосферы играет особую роль в общепланетарных тепловых процессах: ее рост ведет к увеличению альбедо Земли и, как следствие, к уменьшению поглощения солнечной радиации.

Образование аэрозолей с твердыми частицами в воздухе городов часто вызывается диоксидом серы, превращающимся в серную кислоту, которая в свою очередь вступает в реакцию с аммиаком, образуя частицы сульфата аммония.

Степень загрязнения атмосферного воздуха автомобильными выбросами на локальных территориях зависит от возможности переноса загрязняющих веществ, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения в данной местности, характеристик подстилающих поверхностей. В ограниченном пространстве может происходить множество химических реакций с различными скоростями реакций, временем существования участвующих субстанций, различными зависимостями коэффициентов турбулентной диффузии от свойств подстилающих поверхностей, наличием определенных гидрометеорологических процессов. Остюда сложности достоверного моделирования процессов распространения автомобильных выбросов в атмосфере.

В зоне контакта загрязняющих веществ с подстилающими поверхностями (водой или почвой) происходят процессы их биохимической миграции и трансформации. Именно здесь вредные выбросы нанося максимальный ущерб биологическим объектам, вызывая морфологические, физиологические и мутагенные нарушения в живых организмах и растениях.

Общий объем выбросов в атмосферу увеличивался до конца XXв. и продолжает расти в настоящее время. Одновременно усиливается и внимание к решению возрастающих экологических проблем. К концу прошлого века в нашей стране установлены гигиенические нормативы (допустимые уровни воздействия на организм человека) уже более 2100 индивидуальных веществ, тогда как для первых десяти веществ они были введены еще в 1951 г.

Государственный мониторинг состояния атмосферного воздуха в основном проводит Росгидромет, который располагает 661 стационарным постом (в 236 городах и поселках), 107 химическими и 53 кустовыми лабораториями. При обследованиях загрязнения атмосферного воздуха часто используются передвижные лаборатории.

Разработаны мобильные лазерные комплексы (лидары) для контроля за загрязнением атмосферного воздуха на относительно большом расстоянии от источника загрязнения.

Данные об уровне загрязнения атмосферы после их обработки передаются в компетентные органы, которые на их основе составляют прогнозы, вырабатывают мероприятия, направленные на снижение концентрации вредных веществ, предупреждают население о возможном повышении уровня загрязненности атмосферного воздуха в связи с неблагоприятными метеорологическими условиями и др.

1.2. Мониторинг водных объектов.

Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой H2O, а вода определенного качества, т.е. имеющая определенные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т.п.

Гидросфера - это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой - за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы.

Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания. Простота процесса затопления по сравнению с другими видами захоронения, недоступность глубин для человека и кажущаяся изолированность воды привели к тому, что человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека.

Большую роль в загрязнении вод играют вещества, выпадающие из атмосферы с осадками. В воды суши и океана поступают сера и азот в виде соединений H2SO4, HNO3, (NH4)2SO4, NH4NO3.

Основные химические загрязнители, поступающие в водоемы суши от передвижного источника, принято делить на три группы:

· неразлагающиеся или очень медленно разлагающиеся в природной среде вещества, в том числе ионы металлов, минеральные соли, углеводороды нефти и т.п.;

· водорастворимые вещества, не вовлекаемые в биологический круговорот, в том числе токсичные;

· легкоусвояемые органические соединения (биогенные вещества).

Пресная вода в биосфере составляет всего 2%, из которых 99% составляет лед. Наиболее ощутимый удар по пресной воде нанесли современные технологии, так как под их воздействием растет загрязнение рек и озер промышленными и бытовыми отходами, токсичными веществами. Только промышленность ежегодно сбрасывает в реки более 160 км3 промышленных стоков - неочищенных или недостаточно очищенных. Они загрязняют свыше 4 тыс. км3 речных вод, т.е. около 10% общего речного стока. В итоге большинство рек в своих руслах несут уже не пресную воду, пригодную для водоснабжения населения, а разбавленные сточные воды городов, промышленных предприятий, животноводческих ферм и т.д., в реках вместо чистой воды сложные растворы и взвеси вредных химических веществ и бактерий.

Необдуманное использование воды, превышающее возможности ее воспроизводства, а также ее интенсивное загрязнение приводят к превышению в пустыни больших районов континентов. Некогда полноводные чистые реки и озера сплошь и рядом мелеют, в них размножаются сине-зеленые водоросли, и вода становится не пригодной ни для питья, ни для жизни рыб и других водных микроорганизмов.

На качественный и количественный состав вод в водоемах оказывает влияние: 1) миграция химических загрязнений из атмосферы; 2) поступление загрязняющих веществ в водоемы с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками; 3) поверхностный сток (дождевые, талые воды).

Число загрязнителей пресной воды достигает 2500. По данным Всемирной организации здравоохранения, до 80% всех заболеваний, связанных с качеством среды обитания, - результат употребления населением грязной воды. Почти 2,5 млрд жителей планеты страдает дизентерией, гепатитом, диареей и другими заболеваниями, связанными с загрязнением воды.

Государственный мониторинг водных объектов, являясь составной частью системы государственного мониторинга ОПС, включает мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей, мониторинг подземных водных объектов, мониторинг водохозяйственных систем и сооружений.

Он предусматривает: 1) постоянные наблюдения за их состоянием, качественными и количественными показателями как поверхностных, так и подземных вод; 2) сбор, хранение и обработку данных наблюдений; 3) создание и ведение банков данных; 4) оценку, составление прогнозов изменения состояния водных объектов и передачу соответствующей информации правительственным органам Федерации и ее субъектов.

Государственный мониторинг водных объектов осуществляет Министерство природных ресурсов (МПР), Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу ОС (Росгидромет) и другие специально уполномоченные государственные органы в области охраны окружающей среды.

В настоящее время большое внимание уделяется развертыванию сети автоматизированных станций, которые способны измерять и контролировать изменение десятков показателей качества воды, причем весьма быстро.

В поверхностных водах ведутся постоянные наблюдения за присутствием следующих наиболее опасных для природных экосистем и человека загрязняющих веществ, таких как нефтепродукты, фенолы, соединения фосфора и азота, хлориды, тяжелые металлы, пестициды, минеральные соли, а также контролируется комплексный показатель рН.

Загрязнение вод определяется химическим (ХПК) и биохимическим (БПК) потреблением кислорода - это количество кислорода, расходуемого на окисление органических и неорганических веществ, содержащихся в загрязненной воде.

1.3. Мониторинг почвенного покрова.

Почва - самостоятельное естественно-историческое органоминеральное природное тело, возникающее на поверхности земной суши в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия. Как вытекает из приведенного определения, почва - трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет продукт физического, химического и биологического преобразования различных пород, т.е. сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет ее профиль.

Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в нем происходят сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру.

Одно из наиболее важных физических свойств почвы - ее механический состав, т.е. содержание частиц разного размера. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава зависят водопроницаемость почвы, ее способность удерживать влагу, проникновение в ней корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми свойствами, влагоемкостью и водопроницаемостью. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. насыщение ее воздухом и способность к такому насыщению.

Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Одни ионы вредны для растений, а другие - жизненно необходимы. Концентрация в почве ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют рН=8 - 9, а торфяные до 4. на этих почвах развивается специфическая растительность.

В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие одноклеточные, черви и членистоногие.

Именно почва в наибольшей степени подвергается загрязнению, что вызывает нарушение физических, химических и биологических процессов, протекающих в ней. Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением атмосферы и вод.

Вещества-загрязнители попадают в почву в виде сложных органических и неорганических соединений, где потом разлагаются до простых элементов или образуют новые соединения.

Выбросы вредных веществ от передвижных источников оказывают непосредственное воздействие на почву. В первую очередь, изменения затрагивают ее биологические свойства: снижается общая численность почвенных микроорганизмов, видовое разнообразие, интенсивность микробиологических процессов, активность почвенных ферментов. Кроме того, токсичные выбросы способны изменять и более консервативные признаки почв: рН среды. Все это ведет к частичной, а в некоторых случаях, и к полной утрате плодородия почв. Учитывая то, что почва является экологическим узлом биосферы, обеспечивает сопряжение биологических и геологических круговоротов, нарушение микробиологических и биохимических процессов в почве неизбежно отражается на функционировании экосистем в целом.

Все загрязняющие вещества от выбросов автотранспорта в результате вымывания из атмосферы осадками (снегом, дождем) попадают в почву придорожной зоны, вызывая, тем самым, ее загрязнение и изменение структуры.

Из металлов в почве часто обнаруживают избыточные концентрации свинца, ртути, мышъка и др.

Основная масса металлов автотранспортного происхождения очень быстро попадает на поверхность почвы не только витанием через воздух, но и отлетая от колес движущегося автомобиля. Учеными был проведен анализ смета на содержание тяжелых металлов, на улицах различного назначения. В смете был обнаружен свинец, цинк, медь, никель, кобальт и хром. Известно, что загрязнение почв свинцом заметно проявляется при определенном уровне транспортной нагрузки - более 400 транспортных средств в час. Содержание металлов в сметах на всех улицах города Оренбурга отличается незначительно.

Важна роль почв в процессах самоочищения окружающей природной среды. Почва играет роль универсального биологического адсорбента, очистителя и нейтрализатора загрязнений, минерализуют все органические отходы и остатки. Но ресурсы такого самоочищения не беспредельны. При сильных загрязнениях почвы накапливают вредные вещества, особенно тяжелые металлы, которые затем попадают в растения, делая их опасными для употребления.

Вопросы охраны плодородных почв регламентируются государственными стандартами, содержащими классификаторы почв и веществ-загрязнителей, типы и степени загрязнения, методы его контроля и т.д. однако не всегда эти стандарты соблюдаются вследствие неэффективности контроля, остаточного принципа финансирования в природоохранных работах и других причин. Поэтому правительственными и судебными органами периодически выпускаются постановления и указы по вопросам охраны почв, растительности, усилению ответственности за загрязнение и уничтожение почв.

Почвенный мониторинг предусматривает определение кислотности, потери гумуса, засоления. Кислотность почв определяют по значению водородного показателя (рН) в водных растворах почвы. Значение водородного показателя измеряют с помощью рН-метра или потенциометра. Содержание гумуса определяют по окисляемости органического вещества.

Количество окислителя оценивают титрометрическим или спектрометрическим методами. Засоление почв, т.е. содержание в них солей, определяют по значению электрической проводимости, т.к. известно, что растворы солей являются электролитами.

1.4. Мониторинг растительного и животного мира.

Мониторинг растительного и животного мира предусматривает наблюдения за содержанием тяжелых металлов, радионуклидов и пестицидов в биоте. В данном случае предусматривается наблюдение за содержанием компонентов транспортных загрязнений в растениях и животных.

Различные загрязняющие вещества, выбрасываемые автотранспортом, оказывают различное воздействие на экосистемы.

Вредные последствия для живых организмов связаны с загрязнением природной среды токсичными веществами: газами, аэрозолями, соединениями тяжелых металлов, неорганическими солями, появляющимися при работе объектов транспорта.

В данном виде мониторинга используют систему оценки степени загрязнения атмосферного воздуха, водоемов и почвы, основанную на учете состояния соответствующих экосистем, называемую биоиндикацией.

Биоиндикатор - организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которого можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей.

Согласно В. В. Соколову (1994г), живые индикаторы имеют большие преимущества, устраняя применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических метолов для определения степени загрязнения среды: они суммируют все без исключения биологически важные данные о загрязнениях, указывают скорость происходящих изменений, пути и места скоплений в экосистемах различного рода токсикантов, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека.

В целях биоиндикации используются низшие и высшие растения, микроорганизмы, различные виды животных. Так, чрезвычайно чуткими индикаторами загрязнения воздуха, учитывая особенности их биологии и физиологии, служат лишайники и мхи. Массовая гибель лишайников вызывается относительно малым уровнем загрязнения воздуха диоксидом серы. Именно по этой причине, как считают специалисты, в окрестностях крупных промышленных городов почти полностью исчезли многие виды лишайников.

Многочисленные исследования показали, что антропогенное загрязнение атмосферы существенно воздействует на высшие растения; изменяет окраску листьев, вызывает некроз (омертвение), опадание листвы, изменение формы роста и ветвления и другие.

Например, типичными признаками повреждения при загрязнении приземного воздуха диоксидом серы являются: у сосны обыкновенной - побурение кончиков игл хвои, у ясеня - обширное междужилковое обесцвечивание листьев и т. д.

Интересно, что обычная крапива является биоиндикатором высокой концентрации в почве кальция; многие растения-галофилы указывают на высокую степень засоления почвы. По дикорастущим растениям можно судить о характере и состоянии почвы, ибо среда обитания растений определяется такими свойствами почвы, как влагоемкость, структура, плотность, температура, содержание кислорода, питательных веществ, тяжелых металлов и солей. Некоторые водные организмы свидетельствуют о степени загрязнения воды (например, личинки некоторых двукрылых насекомых). О чистоте воды часто судят по нормальному развитию высших ракообразных и некоторых водорослей.

1.5. Влияние загрязняющих веществ на организм человека.

Основными факторами, формирующими неудовлетворительную санитарно-гигиеническую обстановку в большинстве городах Российской Федерации, являются загрязняющие вещества атмосферного воздуха и их накопление в почве селитебных территорий. Естественно, что загрязнение атмосферы наиболее активно воздействует на органы дыхания.

В последние годы отмечается рост заболеваемости болезнями органов дыхания как у детей, так и у взрослых, что может быть связано с выраженным антропогенным загрязнением атмосферного воздуха.

Известно, что на формирование заболеваемости органов дыхания оказывает влияние целый комплекс различных факторов, как химических, так и биологических.

Аллергические заболевания являются одним из ведущих экопатологических состояний. Многие загрязняющие вещества по своей природе обладают сенсибилизирующим действием, и после адсорбции на белковом носителе могут приобретать свойства полноценных аллергенов.

По данным Кудрина В.И. (2000г.) в формировании аллергического ринита ведущее значение имели сероводород, сульфаты, диоксид серы. В формировании бронхиальной астмы - диоксид серы, сульфаты, бензапирен.

Монооксид углерода воздействует на нервную систему, вызывает обмороки, т. к. вступает в реакцию с гемоглобином крови, замещая кислород. Воздействие монооксида углерода на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой чувствительности глаз.

Соединения азота на организм человека действуют как острые раздражители и могут вызывать отек легких.

Токсичность газообразных низкомолекулярных углеводородов проявляется в наркотическом действии на организм человека, вызывая состояние эйфории. Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являются канцерогенными (вызывают рак легких), из которых наибольшей активностью обладает бензапирен.

Сажа, содержащаяся в отработавших газах, обладает большей токсичностью, чем обычная пыль. На поверхности частиц сажи адсорбируются канцерогенные вещества. Частицы сажи могут достигать альвеол легких или откладываться в носовых пазухах, трахеях или бронхах.

Оксиды серы при малом содержании вызывают раздражение дыхательных путей, при содержании 0,01% происходит отравление людей за несколько минут. Смесь SO2 и СО2 при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма.

Отметим, что атмосферный путь поступления токсичных веществ в организм человека является ведущим, т. к. в течение суток он пропускает через легкие почти 15 кг воздуха, потребляет около 2,5 кг воды и 1,5 кг пищи. Кроме того, при ингаляции химические вещества поглощаются организмом наиболее интенсивно.

Так, свинец, поступающий с воздухом, адсорбируется кровью приблизительно на 60%, тогда как поступающий с водой - на 10%, а с пищей - на 5% . считается, что загрязнением атмосферы обусловлено до 30% общих заболеваний населения промышленных центров. При этом автомобильный транспорт является причиной 10 - 25% заболеваний.

Следует помнить, что токсические вещества, попадая в почву, усваиваются растениями, а затем употребляются человеком с пищей. Опасность заключается в том, что соответствующие органы не приспособлены для их выведения из организма. Тяжелые металлы и другие вредные вещества накапливаются в органах и тканях, оставаясь там уже навсегда. Печень, почки, легкие, кожа как основные органы выделения оказываются поврежденными и не могут нормально функционировать, что становится причиной заболеваний и даже смерти человека.

Наряду с общеизвестными недугами в последние десятилетия появились различные формы своеобразных неспецифических болезней, причем некоторые из них проявляются в виде хронической сверхусталости человеческого организма, полнейшей жизненной апатии, или «живой смерти». Причиной этого считают истощение нервной системы, которая по мере урбанизации, отрыва человека от природного мира приводит к потере у человеческого рода своих защитных свойств.

Выводы по первой главе.

Основным источником загрязнения городского воздуха в настоящее время является автомобильный транспорт. На его долю приходится более половины всех загрязняющих веществ, поступающих в воздушную среду г. Оренбурга. В состав отработанных выхлопных газов входят около 200 различных веществ. Многие из них весьма токсичны: монооксид углерода, оксиды азота, аэрозоли свинца, полициклические ароматические углеводороды, бензапирен. Выбросы от автотранспорта попадают в атмосферу, гидросферу, почву и загрязняют эти среды изменяя их естественный состав. А также загрязняющие вещества накапливаются в растениях. Различными путями ЗВ попадают в организм человека, вызывая при этом различные заболевания, а иногда и смерть. Поэтому уже никого не надо убеждать, что за состоянием природной среды надо постоянно наблюдать. Все шире становится круг наблюдений, число измеряемых параметров, все гуще сеть наблюдательных станций. Все это обеспечивает мониторинг окружающей среды.

Мониторинг - это комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием ОС и экологической безопасности. Включает в себя мониторинг атмосферного воздуха, мониторинг водных объектов, мониторинг почвенного покрова и мониторинг растительного и животного мира и решает следующие задачи:

· организацию единой системы сбора и обработки данных наблюдений;

· информационное обеспечение органов власти и управление комплексной информацией о состоянии ОС и проблемах охраны природы;

· оценку и прогноз состояния объектов окружающей природной среды;

· оценку рисков от загрязнения ОПС и разработка нормативов.

2. Исследование условий загрязнения почвенного покрова от придорожной территории к парку имени Фрунзе (ул. Чичерина).

2.1. Характеристика объекта исследования.

Объектом исследования условий загрязнения почвенного покрова от придорожной территории является парк имени Фрунзе. Парк им. Фрунзе находится в центральной части города Оренбурга. По периметру сада проходит улицы Чичерина, Кирова, Бурзянцева и Пушкинская. Данные улицы воздействуют на экологическую обстановку парка, а именно - это газообразные выбросы от автотранспорта (выхлопы загрязняющих веществ), жидкие выбросы (топливо, масла, кислоты, щелочи, антифриз), твердые выбросы (продукты износа шин, тормозов). Все выбросы непосредственно попадают в окружающую среду парка, тем самым загрязняют ее. Помимо автотранспорта, другими источниками загрязнения ОС являются: вечный огонь (в центре парка), котельная, ликероводочный завод, пивоваренный завод, строительные площадки, железная дорога, находящиеся неподалеку от данного объекта.

Летом 2004 года в саду велись работы по облагораживанию территории. Начали создавать музей Великой Отечественной войны «под открытым небом», там представлены образцы и макеты военной техники.

Во время работ велась частичная вырубка растительности, была завезена новая почва, которую распределили по всей поверхности грунта.

Отбор проб почвы производился в саду со стороны ул. Чичерина на расстоянии 0, 5, и 10м от полотна дороги. Ул. Чичерина представляет собой протяженный источник выбросов выхлопных газов и пыли. Данная улица относится к магистральной улице общегородского значения, расположенной в центральной части г. Оренбурга. Ширина дороги составляет 15м, длина - 1350м, расстояние до линии застройки от 6 до 10м. дорога имеет асфальтовое покрытие. Ул. Чичерина относится к дорогам I технической категории с интенсивностью движения более 7000 транспортных средств в сутки. В течение суток наибольшая интенсивность транспортного потока наблюдается в утренние и дневные часы.

2

Условные обозначения:

ои - Оренбургское издательство;

к - котельная;

ш - школа;

вс - военное сооружение;

- образцы и макеты военной техники;

- зеленные насаждения;

- светофоры;

- мечеть;

- направление движения автотранспорта;

- пешеходный переход;

- подъездные пути.

2.2. Применяемые методики.

2.2.1. Отбор и подготовка проб почвы к анализу

Ход определения.

Точечные пробы отбирают на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов методом конверта, по диаго-нали или любым другим способом с таким расчетом, чтобы каж-дая проба представляла собой часть почвы, типичной для гене-тических горизонтов или слоев данного типа почвы. Точечные пробы отбирают ножом или шпателем из прикопок или почвенным буром. Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.

Для анализа объединенную пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг.

Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися веществами -- нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. точечные пробы отбирают послойно с глубины 0--5 и 5--20 см массой не более 200 г каждая.

Для контроля загрязнения легко мигрирующими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля.

При отборе точечных проб и составлении объединенной пробы должна быть исключена возможность их вторичного за-грязнения.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения тя-желых металлов, отбирают инструментом, не содержащим метал-лов. Перед отбором точечных проб стенку прикопки или поверх-ность керна следует зачистить ножом из полиэтилена или поли-стирола или пластмассовым шпателем.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения ле-тучих химических веществ, сразу следует поместить во флаконы или стеклянные банки с притертыми пробками, заполнив их пол-ностью до пробки.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения пе-стицидов, не следует отбирать в полиэтиленовую или пластмас-совую тару. Отбор проб проводится с учетом вертикальной структуры, неоднородности покрова почвы, рельефа и климата местности, а также с учетом особенностей, загрязняющих веществ или организмов. Отбор проб проводится на пробных площадках, закладываемых так, чтобы исключить искажение результатов анализов под влиянием окружающей среды. При необходимости получения сравнительных результатов пробы незагрязненных и загрязненных почв отбирают в идентичных естественных условиях. Отобранные пробы необходимо пронумеровать и зарегистри-ровать в журнале, указав следующие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое на-значение территории, вид загрязнения, дату отбора. Пробы должны иметь этикетку с указанием места и даты от-бора пробы, номера почвенного разреза, почвенной разности, горизонта и глубины взятия пробы, фамилии исследователя.

2.2.2. Приготовление почвенной вытяжки

Реактивы и оборудование

Технические весы; разновесы; сито диаметром 1мм, колбы на 100, 50-10 мл; каучуковые пробки; хлорид калия 1,0 н.

Общие положения

Для определения содержания загрязняющих веществ в почве необходимо приготовить почвенную вытяжку. В зависимости от того, каким методом проводится анализ, может быть приготовлена: водная суспензия - при титровании, солевая вытяжка - при колориметрировании.

Ход определения

Приготовление водной суспензии.

10 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито диаметром в 1 мм, отвешивают на технических весах, помещают в колбу емкостью 50-10 мл и приливают 25 мл дистиллированной воды, рН которой равна 6,6-6,8. Колбу плотно закрывают чистой каучуковой пробкой, встряхивают 5 минут и оставляют стоять 18-24 часа, после чего сливают отстоявшийся раствор.

Приготовление солевой вытяжки.

Отвешивают на технических весах 20 г воздушно-сухой (или сырой) почвы и помещают в сухую чистую колбу емкостью 100 мл. Приливают 50 мл 1,0 н раствора хлорида калия, закрывают чистой пробкой и энергично встряхивают 5 минут. Через 10-15 минут после встряхивания, когда большая часть почвы осядет на дно, пробку приподнимают и дают стечь жидкости, задержавшейся между пробкой и стеклом. Снова закрывают колбу пробкой, смывают отстоявшейся жидкостью частицы почвы со стенок колбы. Если это не удастся сделать за один прием, минут через 10 повторяют смывание еще раз, после чего колбу оставляют стоять 18-24 часа.

2.2.3. Определение рН почвенной вытяжки

Реактивы и оборудование

Химические стаканы на 150 мл, наномер ЭВ-74, технические весы, разновесы, колбы мерные, пипетки.

Общие положения

Величина рН является мерой активной кислотности природной воды и других объектов окружающей среды, создавшейся в результате взаимодействия растворенных электролитов и газов. Определение величины рН в практике исследования природных вод, почв и растений имеет большое значение. Это величина позволяет судить о формах нахождения в объектах окружающей среды слабых кислот: угольной, кремневой, сероводородной, фосфорной, а также дает возможность судить о насыщенности объектов слабыми основаниями и служит для контроля некоторых аналитических определений. Активная кислотность почв имеет решающее значение для произрастания растений, жизнедеятельности микроорганизмов, развития и направления биохимических процессов почвы.

Ход определения

рПробы почвенных вытяжек в подписанных или пронумерованных химических стаканчиках переносят к прибору. Порядок работы на приборе следующий:

1) включить прибор в сеть, прогреть 15 минут;

2) опустить электроды в стаканчик с раствором;

3) нажать кнопку рХ и «-1:19»,по нижней шкале прибора определить приблизительное значение рН раствора;

4) на панели переключения пределов измерения нажать кнопку, в которую входит определенная по пункту № 3 величина. Например, 2,4, то нужно нажать кнопку «-1:4» и отсчитать показываемое значение по верхней шкале прибора;

5) соблюдать осторожность при работе со стеклянным электродом, следить, чтобы шарик стеклянного электрода не прикасался к стенкам и дну стакана.

После каждого определения вымывают электроды в дистиллированной воде и высушивают фильтрованной бумагой. По окончании работы с прибором электроды помещают в стакан с дистиллированной водой.

Анализ значений рН почвы по критериям степени химического загрязнения объектов окружающей среды позволит провести классификацию территории по экологическому неблагополучию (таблица 1).

Таблица 1

Критерии оценки степени химического загрязнения объектов окружающей среды

Показатели	Параметры
	Экологическое бедствие	Чрезвычайная Экологическая ситуация	Относительно Удовлетворительная ситуация
Реакция среды,рН	5,0-5,6	5,7-6,5	>7,0
Суммарный показатель химического загрязнения почвы, ПХЗ	>128	32-128	<16

2.2.4. Определение содержания хлорид-ионов в почве

Реактивы и оборудование

Конические колбы на 200 мл; пипетки на 10 мл; цилинд-ры мерные на 100 мл; бюретки для титрования; дистиллиро-ванная вода; 0,01 н раствор AgNO₃: растворяют 1,6987 г AgNO₃ в дистиллированной воды; 0,01 н раствор NaCI, готовится из фиксанала; 5 %-ный раствор К₂СrО₄.

Общие положения

При применении противогололедных средств нередко увеличение содержания хлоридов в почве. В водах, фильтрующихся через со-лончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Содержание хлоридов является показателем загрязнения почвенного покрова. Опре-деление хлоридов ведется по методу Мора с предварительным приготовлением водной суспензии почвы (см. Лаб. работу №4.).

Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотно-кислым серебром в присутствии хромата калия К₂СrО₄. При нали-чии в растворе хлоридов AgNO₃ связывается с ними, а затем образует хромат серебра оранжево-красного цвета.

NaCI + AgNO₃ >AgCIv+ NaNO₃

2AgNO₃ + K₂CrO₄ > Ag₂CrO₄v + 2KNO₃

Ход работы

Вначале устанавливают титр AgNO₃.Для этого в коническую колбу вносят 10 мл анализируемой воды, прибавляют 2-3 капели К₂СгО₄. Содержимое колбы титруют раствором AgNO₃ до перехода лимонно-желтой окраски мутного ра-створа в оранжево-красную, не исчезающую в течение 15-20 с.

При содержании хлоридов менее 250 мг/л берут 100 мл фильт-рованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут 10-50 мл. Испытуемую воду наливают в две конические кол-бы, доводят до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 ка-пель раствора К₂СгО₄. Раствор в одной колбе титруют AgNO₃, a вторая колба используется для контроля.

Содержание хлор-иона в почвенной вытяжке рассчитывается по формуле

, (2.1)

где X - содержание хлор-иона в мг/л;

35,5 - эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл 0,01 н раствору AgNO₃ мг;

V - объем исследуемой пробы, мл.

2.2.5. Определение содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов в почве

Реактивы и оборудование

Бюретка для титрования; колбы конические на 250 мл; пипетки 10 мл; раствор фенолфталеина; раствор метилового оранжевого; 0,05 н раствор соляной кислоты.

Ход определения

Для определения содержания карбонатов и гидрокарбонатов в почвенном покрове используется водная суспензия почвы (см. Лаб. работу №4).

Определение карбонат-иона.

В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 5-6 капель раствора фенолфталеина (при отсутствии окрашивания раствора, либо при слаборозовом окрашивании считают что карбонат-ион в пробе отсутствует, рН пробы меньше 8,0-8,2). Постепенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05н) до тех пор, пока окраска побледнеет до слаборозовой. Массовую концентрацию карбонат-иона рассчитывают по формуле:

С_к = V_к •300 , (2.2)

где V_к - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

Определение гидрокарбонат-иона.

В колбу наливают 10 мл анализируемой воды. Добавляют пипеткой 1-2 капели раствора метилового оранжевого. Постипенно титруют содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05н) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую. Массовую концентрацию гидрокарбонат-иона рассчитывают по формуле

С_к = V_гк •305 , (2.3)

где V_ГК - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

2.2.6. Определение содержания сульфидов и гидросульфидов в почве

Реактивы и оборудование

Кристаллический иодид калия, 0,5 %-ный раствор крахмала, 0,01 н раствор тиосульфата натрия, конические колбы, мерные пипетки на 20 мл, бюретки, штативы.

Основные положения

Для определения содержания нитратов в почвенном покрове используется солевая вытяжка почвы (см. Лаб. работу №4).

При действии раствора йода на связанный и свободный сероводород и соли сернистой и тиосерной кислот происходит окисление последних

S^2-+I₂ > 2I-+S

HS^-+I2>H⁺ + 2I^- + S

SОз^2- + I₂ > SO₄^{2 -}+ 2I^-+ 2Н⁺

2S₂Оз^2-+ I₂ >2I+ S₄О₆^2-

Ход определения

В следствие летучести свободного сероводорода производят два определения: ориентировочное и точное.

Ориентировочное определение. В коническую колбу помещают 20 мл фильтрата атмосферных осадков, добавляют 0,2 г иодида калия и перемешивают круговыми движениями, при этом кристаллы растворяются. Затем прибавляют 2-3 капли 0,5 %-ного раствора крахмала и титруют 0,01 н раствором йода до появления голубой окраски, не исчезающей при энергичном встряхивании.

Точное определение. В коническую колбу вносят 20 мл исследуемой пробы, 0,2 г иодида калия ,отмеряют из бюретки 0,01 н раствора йода на 1 мл больше, чем было израсходовано на ориентировочное титрование, затем прибавляют 2-3 капли 0,5 %-ного раствора крахмала ,тщательно взбалтывают и оттитровывают избыток йода 0,01 н раствором тиосульфата натрия.

Общее содержание соединений серы X (в мг/л), окисляемых йодом, выраженное в форме сероводорода, вычисляют по формуле

, (2.4)

где V₁ - объем прибавленного раствора йода, мл;

H₁-нормальность раствора йода, н;

V₂-объем раствора тиосульфата натрия, израсходованный на

титрование избытка раствора йода, мл;

H₂-нормальность раствора тиосульфата натрия, н;

17-эквйвалентный вес сероводорода, г/моль;

1000-коэффициент перевода мл в л;

V- объем исследуемой пробы, мл.

2.2.7. Определение содержания кальция и магния в почве

Реактивы и оборудование

Раствор трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л, индикатор хромоген черный, раствор гидроксида натрия с молярной концентрацией 2 моль/л, аммонийный буферный раствор, индикатор мурексид.