Мониторинг почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Почва - индикатор многолетних природных процессов, и её состояние - это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения. Выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, орошение земель загрязненными водами, нарушений технологических требования при добыче, переработке и использовании нефтепродуктов, многочисленные аварии на нефтепроводах, несбалансированное применение минеральных удобрений и пестицидов приводят к загрязнению почв, ухудшению их физического состояния и в результате потере плодородия и неспособности выполнять свои экологические функции.

Почва, как один из основных элементов биосферы, играет важную роль в процессе жизни на Земле, оказывает большое влияние на другие ее компоненты - атмосферный воздух, подземные и поверхностные водоисточники. От типа почвы, ее химического состава зависят урожайность, химический состав пищевых продуктов растительного, а, следовательно, и животного происхождения.

Почва - наиболее чувствительная к антропогенному воздействию и самая тонкая оболочка Земли. Так же стоит отметить, что уменьшение площадей почв происходит во много раз быстрее, чем их образование.

Все в более широких масштабах проявляется антропогенное загрязнение почвы.

Глобальная экономика приводит к росту промышленных отходов, существенно влияет на химический состав почвы, уменьшая её плодородие, формирует техногенные пустыни.

Охрана почв от загрязнений является важной задачей человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.

В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и, прежде всего, в костях.

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20 - 30 млрд. т. твёрдых отходов, из них 50 - 60 % органических соединений, а в виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т.

Именно поэтому чрезвычайно важно изучение и проведение почвенного мониторинга, ведь почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.



ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Луганская область - одна из самых неблагоприятных по экологическим условиям регионов Украины. На территории области расположено около 1500 предприятий и организаций угольной, металлургической, машиностроительной, химической и нефтехимической промышленности, энергетики. 123 предприятия используют в технологическом процессе около сорока тыс. тонн разнообразных сильнодействующих веществ. В атмосферу выбрасываются ежегодно около 700 тыс. тонн загрязненных веществ - трехсот наименований, более трех четвертей их - не очищены.

Основные загрязнители воздуха на Луганщине - Алчевский металлургический комбинат, Рубежанское ОАО "Краситель", ОАО "Лисичанская сода", Северодонецкое ГПП "Обьединение Азот", Стахановский завод техуглерода, Алчевский и Стахановский коксохимические заводы. Пылегазоочистительное оборудование на них изношено либо устарело. Ядовитые газы уходят прямиком в небо, а после попадают в землю. Большинство предприятий не имеет требуемых санитарно-защитных зон (т.е. люди не отселены из мест, где нарушена экология.

Наравне с промышленностью воздух отравляет автотранспорт. Предприятия, не имеет оборудования для контроля за содержанием вредных веществ в отработанных газах. Луганск входит в число городов с самой неблагоприятной экологической обстановкой. Одним из загрязняющих элементом окружающей среды являются соли тяжелых металлов, источник которых, в основном - отходы гальванического производства. В городе гальванических участков и цехов около 40, по области - более 60.

Состояние городских свалок напрямую влияет на эпидемиологическую обстановку населенных пунктов, подчас свалки начинают свое пагубное влияние на почву, подземные источники питьевой воды, реки, загрязняют воздух.

Бытовые отходы Луганска вывозятся на полигон твердых бытовых отходов близ г. Александровска, где сложилось катастрофическое положение.

На сравнительно небольшой территории Лисичанско-Рубежанского региона сосредоточены крупные промышленные предприятия химии, нефтехимии, приборостроения, вычислительной техники, угольной и стекольной промышленности, стройиндустрии. Рубежное, Северодонецк, Лисичанск входят в список городов Украины с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, превышающим санитарные нормы в 3-50 раз.

Почвы в области подвержены водной и ветровой эрозии. Склоны круче 3-х градусов эрозированы более чем на 80%. Масштабность проблемы необратимой деградации почв ставит под угрозу обеспечение населения продовольствием. На разрушенных почвах, а их на Луганщине более половины, постепенно снижается урожайность сельскохозяйственных культур от 10 до 50 и более %.Загрязнение почвенного покрова вызывается также породными отвалами, количество которых в Луганской области составляет 566, а площадь, которую они занимают - 4,8 тыс. га, и шламовыми накопителями, количество которых составляет 240, а площадь - 980 га.

Проведенные Лабораторией экологии почв Луганского института агропромышленного производства наблюдения за состоянием почвенного покрова подтопленных 77 приусадебных участков «Первомайского» и «Чурилинского» массивов г. Краснодона при закрытии шахт им. С. Тюленина и «Донецкая» свидетельствуют о том, что почвы этих участков до подтопления относились к высококультурным с содержанием гумуса 4 - 8%. Исследования показали, что повышение уровня грунтовых вод вследствие закрытия шахт привело к развитию в почвах процесса заболачивания и связанных с ним засоления и осолонцевания, которые и вызывают значительную деградацию почвенного покрова. Были сделаны следующие выводы:

· подъем уровня грунтовых вод до 0,5-1,0 м способствует образованию лугово-болотных почв в автоморфных условиях и вторично-луговых на надпойменных террасах;

· засоленные грунтовые воды способствуют увеличению содержания в почвах в 3 - 5 раз обменного натрия, что приводит к образованию слабо- и среднесолонцеватых почв;

· почвы подтопленных участков характеризуются химизмом засоления двух типов: хлоридно-сульфатным со слабой и средней степенью засоления и гидрокарбонатно-сульфатным в незасоленных почвах;

· закрытие указанных шахт методом «мокрой консервации» без достаточного изучения геологических и гидрологических особенностей, вызвало резкое поднятие уровня грунтовых вод, что привело к подтоплению значительного количества приусадебных участков жителей г. Краснодона.

Из всего перечисленного, становиться понятно, что Луганск - один из самых загрязненных регионов. Наибольшему загрязнению подвергаются - вода, воздух и почва. Особое внимание необходимо отнести к почвенному покрову. Ведь, почва постоянно взаимодействует с другими элементами природы и, имеет важное значение в общем круговороте веществ. Прежде всего, почва вместе с организмами образуют сложные экологические системы, которые выполняют в биосфере планеты важнейшие функции, обеспечивающие само существование жизни. Эти функции заключаются , во первых, в непрерывно текущем процессе биогенного накопления, трансформации и перераспределение энергии, поступающей от Солнца на Землю, во вторых, в поддержании на Земле общемирового круговорота химических элементов, особенно таких биофилов, как кислород и углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций. Также через почву происходит взаимодействие литосферы с атмосферой. Почва служит средой жизни и субстратом для большого количества видов животных. Велика роль почвы и в жизни человека, человек получает из почвы почти все необходимое для поддержания своего существования. Именно поэтому необходимо проводить почвенный мониторинг, что бы иметь понятия о степени загрязненности почвы и возможности предотвращения или уменьшения данного загрязнения в будущем.

Почвенный мониторинг представляет собой - систему режимных наблюдений и контроля за изменением в составе и функциях почв, за динамикой природных процессов и средообразующих компонентов почвенного покрова.

В основе почвенно-экологического мониторинга лежать следующие основные принципы:

1) разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова;

2) постоянный контроль над важнейшими показателями почвенного плодородия;

3) ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств;

4) разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных процессов с целью прогноза ожидаемых урожаев и оперативного регулирования развития сельскохозяйственных культур, изменением свойств почв при длительных антропогенных нагрузках;

5) ведение мониторинга за состоянием почв территорий ненарушенных антропогенными вмешательствами (фоновый мониторинг).

Специальные задачи почвенно-экологического мониторинга выполняемые на разном уровне (локальном, региональном, глобальном), различаются. Объединяет их общая цель: своевременное обнаружение изменений свойств почв при различных видах их использования и неиспользования.

Локальный и региональный мониторинг должен решать следующие задачи:

-характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ;

-определение уровней контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной действию источника загрязнения;

-установление зон распространения почв с ухудшением контролируемых свойств;

-определение характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей миграции, аккумуляции и направления трансформации загрязняющих веществ в почве;

-оценка сопротивляемости почв загрязнению и возможности их самоочищения;

- рекомендация мероприятий по снижению или ликвидации последствий загрязнения почв;

-оценка экономического ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству загрязнением почв.

При глобальном мониторинге должно проводиться следующее:

-характеристика потока контролируемых химических элементов на почвы фоновых территорий;

-определение уровней контролируемых показателей состояния почв;

-выявление зон миграции, аккумуляции, направления трансформации контролируемых химических элементов в почве;

-определение скорости накопления контролируемых химических элементов в почвах фоновых территорий.

Цели и задачи мониторинга почвенного покрова зависят от вида назначения почв. Среди основных задач следует выделить:

· мониторинг уровня загрязнения почвы в зонах воздействия крупных промышленных и энергетических комплексов;

· мониторинг уровня загрязнения почвы в местах и вокруг мест размещения отходов производства и потребления: промышленные площадки временного хранения твердых промышленных отходов, полигоны захоронения или размещения твердых промышленных и бытовых отходов, несанкционированные свалки;

· контроль качества почв при сельскохозяйственном использовании земель: контроль рациональности применения минеральных удобрений и средств защиты растений, контроль плодородия почвы и ее физико-химических показателей (кислотности, щелочности и др.);

· контроль уровня загрязнения почвы в местах наиболее вероятного контакта с ней человека. Нормативными документами определен контроль загрязнения почвы на территориях детских дошкольных учреждений, на территориях лечебно-профилактических учреждений (санатории, больницы).

Специфика почв как объекта мониторинга определяется их местом и функциями в биосфере. Почвенный покров служит конечным приемником большинства техногенных химических веществ, вовлекаемых в биосферу. Обладая высокой емкостью поглощения, почва является главным аккумулятором, сорбентом и разрушителем токсикантов. Представляя собой геохимический барьер на пути миграции загрязняющих веществ, почвенный покров предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы как буферной системы не безграничны. Аккумуляция токсикантов и продуктов их превращения в почве приводит к изменению её химического, физического и биологического состояния, деградации и, в конечном итоге, разрушению. Эти негативные изменения могут сопровождаться токсичным воздействием почв на другие компоненты экосистемы - биоту (в первую очередь, видовое разнообразие, продуктивность и устойчивость фитоценозов), поверхностные и грунтовые воды, припочвенные слои атмосферы.

Так же отметим, что организация почвенного мониторинга представляет собой задачу более трудную, чем мониторинга водных и воздушных сред по следующим причинам:

1) почва - сложный объект исследования, так как представляет биокосное тело, которое живет по законам и живой природы, и минерального царства;

2) почва - многофазная гетерогенная полидисперсная термодинамическая открытая система, химические взаимодействия в ней происходят с участием твердых фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов. Постоянное влияние оказывают физические почвенные процессы (перенос влаги и испарение);

3) опасные загрязняющие почвы химические элементы Hg, Cd, Pb, As, F, Se являются природными составляющими горных пород и почв. В почвы они поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи мониторинга требуют оценки доли влияния лишь антропогенной составляющей;

4) поступают в почву различные химические вещества антропогенного происхождения практически постоянно;

5) природное пространственное и временное варьирование содержаний химических веществ в почвах велико, что нередко определяет трудность установления степени превышения исходного уровня содержания химических веществ в почвах.

Наиболее важным вопросом является выбор показателей мониторинга почв, периодичности наблюдений и методов измерения. Перечень показателей должен быть оптимальным, обеспечивающим реальность исполнения и не вызывающем потери информации. Система показателей должна включать обязательные для всех видов почв и специфичные для почв одного или нескольких типов параметры, а также показатели, обусловленные природой загрязняющих веществ. Выбираемые для мониторинга показатели должны быть по возможности просты, а методы доступны, в том числе для сравнительно небольших лабораторий, не располагающих дорогостоящим оборудованием. Кроме того, необходимо отметить, если при контроле воздуха или вод основное внимание обращается на вредные и токсичные примеси, то при почвенном мониторинге приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в целом, выявлять признаки, указывающие на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия.

Мониторинг состояния почвы осуществляется в жилых зонах, включая территории повышенного риска, в зоне влияния автотранспорта, захороненных промышленных отходов (почва территорий, прилегающих к полигонам), в местах временного складирования промышленных и бытовых отходов, на территории сельскохозяйственных угодий, санитарно-защитных зон. Объем исследований и перечень изучаемых показателей при мониторинге определяются в каждом конкретном случае с учетом целей и задач по согласованию с органами и учреждениями, осуществляющими государственный санитарно-эпидемиологический надзор.

Этим документом установлено, что стандартный перечень контролируемых химических показателей включает определение содержания:

- тяжелых металлов: свинец, кадмий, цинк, медь, никель, мышьяк, ртуть;

- 3,4-бензапирена и нефтепродуктов;

- рН;

- суммарного показателя загрязнения.

Отбор проб почвы и контроль качества почвы производится в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 "Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы".

Отбор проб проводят для контроля загрязнения почв и оценки качественного состояния почв естественного и нарушенного сложения. Показатели, подлежащие контролю, выбирают из указанных в ГОСТ 17.4.2.01-81 и ГОСТ 17.4.2.02-83 .

Отбор проб почвы регламентируется государственными стандартами по общим требованиям к отбору проб, методам отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа и методическими указаниями по оценке качества почвы населенных мест.

Место для первичной оценки или отбора пробы выбирается в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предварительной информации, а также натурного исследования местности или контролируемого объекта, причем должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат первичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздействия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.

Все исследования по оценке качества почвы должны проводиться в лабораториях, аккредитованных в установленном порядке.

Для отбора проб почвы, исходя из целей и задач мониторинга, выбирается несколько пробных площадок, количество пробных площадок зависит от площади территории. Размер пробной площадки составляет 5х5 м. При этом на каждой площадке пробу отбирают из 3-х точек по диагонали, либо из 5-ти точек конвертообразно. Количество точечных проб должно соответствовать ГОСТ 17.4.3.01-83.

Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 - 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Точечные пробы отбирают буром. На уплотненных почвах допускается отбор точечных проб лопатой.

Точечные пробы не допускается отбирать вблизи дорог, куч органических и минеральных удобрений, мелиорантов, со дна развальных борозд, на участках, резко отличающихся лучшим или худшим состоянием растений.

Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно - распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоамины) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.

Отбор проб почвы с пробных площадок для химического анализа проводят не менее 1 раза в год, для контроля загрязнения тяжелыми металлами отбор проб проводят не менее 1 раза в три года.

Для контроля загрязнения почв детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха отбор проб почвы проводят не менее 2-х раз в год (весной и осенью).

Пробы почвы, предназначенные для бактериологического анализа, в целях предотвращения их вторичного загрязнения следует отбирать с соблюдением условий асептики: отбирать стерильным инструментом, перемешивать на стерильной поверхности, помещать в стерильную тару

Для бактериологического анализа с одной пробной площадки составляют 10 объединенных проб. Каждую объединенную пробу составляют из трех точечных проб массой от 200 до 250 г каждая, отобранных послойно с глубины 0-5 и 5-20 см.

Для гельминтологического анализа с каждой пробной площадки берут одну объединенную пробу массой 200 г, составленную из десяти точечных проб массой 20 г каждая, отобранных послойно с глубины 0-5 и 5-10 см. При необходимости отбор проб проводят из глубоких слоев почвы послойно или по генетическим горизонтам.

В процессе транспортировки и хранения почвенных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.

Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180-75 . Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.

Пробы почвы, предназначенные для определения летучих и химически нестойких веществ, доставляют в лабораторию и сразу анализируют.

При необходимости хранения проб почвы более месяца применяют консервирующие средства: почву пересыпают в кристаллизатор, заливают раствором формалина с массовой долей 3%, приготовленным на изотоническом растворе натрия хлористого с массовой долей 0,85%

Все объединенные пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы. На каждую пробу должен быть заполнен сопроводительный талон в соответствии с обязательным приложением.

При контроле загрязнения почв выбросами предприятий промышленности пробные площадки размещают вдоль векторов розы ветров (по 8 направлениям), при неоднородном рельефе местности пробные площадки располагают по элементам рельефа. При мониторинге составляется схема или план, на который наносят расположение источника загрязнения, пробных площадок и мест расположения точечных проб.

Для контроля состояния почв в зоне влияния промышленного источника загрязнения пробные площадки выбирают на площади равной 4-х кратной величине санитарно-защитной зоны предприятия. Для целевых исследований крупных источников загрязнения пробные площадки выбирают на расстояниях 0,5 км-1 км - 2 км - 3 км - 4 км - 6 км - 8 км - 10 км - 20 км - 30 км от источника выброса по 8 направлениям света. В случае равно выраженной вытянутой розы ветров точку отбора по румбам целесообразно распределять пропорционально повторяемости соответствующих направлений ветра. При этом для направлений с малой повторяемостью ветров целесообразно не принимать во внимание точки отбора на больших расстояниях.

При выборе пробной площадки стремятся обеспечить как можно большую однородность почвы. В случае организации контроля качества почв земель, используемых в сельском хозяйстве, число пробных площадок и контролируемые показатели подбираются исходя из площадей, где применяются те или иные удобрения или ядохимикаты, а также с учетом рельефа местности.

Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиологических исследований, что связано с перераспределением радионуклидов в ландшафтах после поступления из атмосферы. Для снижения влияния рельефа, вида почв и растительности, а также возможности сравнения данных, отбор образцов должен производиться таким образом, чтобы их радиоактивность характеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной поверхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых целинных участков в ненарушенной структурой. На обследуемом участке желательно выполнить предварительную гамма - радиометрическую съемку.

Измерения рекомендуется производить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2 - 5 м от стен строений. Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности. При изучении миграции радионуклидов в наземных экосистемах каждого ландшафта выбирают наиболее характерные участки на протяжении всего профиля от водораздела к пониженным элементам рельефа. Для отбора образцов закладывают разрезы размером 70х150 см и глубиной 1 - 2 м (в зависимости от типа почв) и отбирают пробы по горизонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых для радиометрических анализов слоев обычно не превышает 2 - 5 см.

Специфической процедурой является отбор проб с твердых, гладких и не сорбирующих поверхностей (глина, стекло, кафель, пластмасса, металл, лакокрасочные покрытия и др.). Для этой цели применяют ватно - марлевые или ватные тампоны, смоченные водой или органическим растворителем. Иногда берут мазки или смывы со стен, полов, окон производственных помещений (с площади примерно 0,5 м2), а с поверхности зданий соскабливают внешний слой покрытия толщиной 1 - 2 мм с площади 0,1 - 0,25 м2.

Аппаратура , материалы и реактивы :

Лопаты по ГОСТ 19596-74 .

Ножи почвенные по ГОСТ 23707-79.

Ножи из полиэтилена или полистирола.

Буры почвенные.

Холодильник, поддерживающий температуру от 4 до 6 °С.

Холодильники-сумки.

Весы лабораторные общего назначения по ГОСТ 24101-80 с предельной нагрузкой 200 и 1000 г.

Кюветы эмалированные.

Кристаллизаторы стеклянные.

Сита почвенные с сеткой 0,25; 0,5; 1; 3 мм по ГОСТ 3584-73.

Спиртовки лабораторные стеклянные по ГОСТ 10090-74.

Ступки и пестики фарфоровые по ГОСТ 9147-80.

Ступки и пестики яшмовые, агатовые или из плавленого корунда.

Флаконы или банки стеклянные широкогорлые с притертыми пробками вместимостью 300, 500, 800, 1000 см3.

Банки или коробки из пищевого полиэтилена или полистирола.

Шпатели металлические по ГОСТ 19126-79.

Шпатели пластмассовые по ГОСТ 19126-79.

Совки.

Бумага оберточная по ГОСТ 8273-75 .

Клеенка медицинская.

Калька по ГОСТ 892-70.

Мешочки матерчатые.

Пакеты и пленка полиэтиленовые.

Пергамент по ГОСТ 2995-73.

Тампоны ватно-марлевые стерильные.

Коробки картонные.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, ч.д.а, раствор с массовой долей 3 и 10%.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77.

Спирт этиловый ректификационный технический по ГОСТ 18300-72.

Формалин технический по ГОСТ 1625-75, сорт высший, раствор с массовой долей 3%.

Натрий хлористый по ГОСТ 4233-77 , изотонический раствор с массовой долей 0,85%.

В паспорт исследуемого участка входит:

1.Номер участка

2. Адрес участка и его привязка к источнику загрязнения

3. Дата обследования

4. Размер участка

5. Название почв

6. Рельеф

7. Уровень залегания грунтовых вод

8. Растительный покров территории

9. Характеристика источника загрязнения (характер производства, используемое сырье, мощность производства, объем газопылевых выбросов, жидких и твердых отходов, удаление от жилых зданий, игровых площадок, мест водозабора и т.д.)

10. Характер использования участка в год обследования (предприятие, сельскохозяйственное угодье, полоса отчуждения дороги, детская площадка и др.)

11. Сведения об использовании участка в предыдущие годы (мелиорация, севообороты, применение средств химизации, наличие свалок, очистных сооружений и т.д.)

Исполнитель

должность

личная подпись

Расшифровка

подписи

Особенности почвы как объекта химического исследования и показатели химического состояния почв

Почва -- сложный объект исследования. Сложность исследования химического состояния почв обусловлена особенностями их химических свойств и связана с необходимостью получения информации, адекватно отражающей свойства почв и обеспечивающей наиболее рациональное решение, как теоретических вопросов почвоведения, так и вопросов практического использования почв. Для количественного описания химического состояния почв используют широкий набор показателей. В него входят показатели, определяемые при анализе практически любых объектов и разработанные специально для исследования почв (обменная и гидролитическая кислотность, показатели группового и фракционного состава гумуса, степень насыщенности почв основаниями и др.)

Особенностями почвы как химической системы является гетерогенность, полихимизм, дисперсность, неоднородность, изменение и динамика свойств, буферность, а так же необходимость оптимизации свойств почвы.

Полихимизм почв. В почвах один и тот же химический элемент может входить в состав разнообразных соединений: легкорастворимых солей, сложных алюмосиликатов, органоминеральных веществ. Эти компоненты обладают разными свойствами, от которых, в частности, зависит способность химического элемента переходить из твердых фаз почвы в жидкую, мигрировать в профиле почвы и в ландшафте, потребляться растениями и т.п. Поэтому в химическом анализе почв определяют не только общее содержание химических элементов, но и показатели, характеризующие состав и содержание индивидуальных химических соединений или групп соединений, обладающих близкими свойствами.

Гетерогенность почв. В составе почвы выделяют твердую, жидкую, газовую фазы. При исследовании химического состояния почвы и отдельных ее компонентов определяют показатели, характеризующие не только почву в целом, но и ее отдельные фазы. Разработаны математические модели, позволяющие оценить взаимосвязь уровней парциального давления диоксида углерода в почвенном воздухе, рН, карбонатной щелочности и концентрации кальция в почвенном растворе.

Полидисперсность почв. Твердые фазы почвы состоят из частиц разного размера от крупинок песка до коллоидных частиц диаметром в несколько микрометров. Они неодинаковы по составу и обладают разными свойствами. При специальных исследованиях генезиса почв определяют показатели химического состава и других свойств отдельных гранулометрических фракций. С дисперсностью почв связана их способность к ионному обмену, которая в свою очередь характеризуется специфическим набором показателей -- емкостью катионного и анионного обмена, составом обменных катионов и пр. От уровней этих показателей зависят многие химические и физические свойства почв.

Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства почв. В состав почв входят компоненты, проявляющие свойства кислот и оснований, окислителей и восстановителей. При решении разнообразных теоретических и прикладных проблем почвоведения, агрохимии, мелиорации определяют показатели, характеризующие кислотность и щелочность почв, их окислительно-восстановительное состояние.

Неоднородность, вариабельность, динамика, буферность химических свойств почв. Свойства почв неодинаковы даже в пределах одного и того же генетического горизонта. При исследовании процессов формирования почвенного профиля оценивают химические свойства отдельных элементов организации почвенной массы. Свойства почв варьируют в пространстве, изменяются во времени и в то же время почвы обладают способностью противостоять изменению своих свойств, т. е. проявляют буферность. Разработаны показатели и способы характеристики вариабельности, динамики, буферности свойств почв.

Изменение свойств почв. В почвах непрерывно протекают разнообразные процессы, которые приводят к изменению химических свойств почв. Практическое применение находят показатели, характеризующие направление, степень выраженности, скорости протекающих в почвах процессов; исследуются динамика изменения свойств почв и их режимы. Разнокачественностъ состава почв. Разные типы и даже виды и разновидности почв могут иметь столь разные свойства, что для их химической характеристики используют не только разные аналитические приемы, но и разные наборы показателей. Так, в подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных почвах, определяют рН водных и солевых суспензий, обменную и гидролитическую кислотность, обменные основания вытесняют из почв водными растворами солей. При анализе засоленных почв определяют рН только водных суспензий, а вместо показателей кислотности -- общую, карбонатную и другие виды щелочности. Перечисленные особенности почв во многом обусловливают принципиальные основы методов исследования химического состояния почв, номенклатуру и классификацию показателей химических свойств почв и химических почвенных процессов.



ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ

Подготовка проб почвы с исследуемых участков

Пробы почвы нужно брать с помощью кернов диаметром около 10 мм на глубину 10- 20 см. Керны лучше предварительно простерилизовать в кипящей воде (100⁰С). Для проведения анализа почвы отбирают смешанные образцы почвы на глубину окультуриваемого слоя. Как правило, достаточно составить один смешанный образец для участка площадью до 2 га. Смешанный образец составляют из 15-20 индивидуальных почвенных проб, взятых равномерно по всей площади участка. Образцы для анализа почвы не отбирают непосредственно после внесения минеральных и органических удобрений, извести. Каждый смешанный образец массой 500 г. упаковывают в матерчатый или полиэтиленовый мешок и маркируют.

Подготовка почвы к агрохимическому анализу

Составление аналитической пробы - ответственная операция, которая обеспечивает надежность полученных результатов. Небрежность и ошибки при подготовке образцов и взятии средней пробы не компенсируются последующей качественной аналитической проработкой. Образцы почвы, отобранные в поле или в вегетационном домике, предварительно подсушивают на воздухе при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительным изменениям их свойств и состава, особенно в результате ферментативных и микробиологических процессов. Напротив - температурный перегрев сопровождается изменением подвижности и растворимости многих соединений. Если образцов много, то проводится сушка в шкафах с принудительной вентиляцией. Определение нитратов, нитритов, поглощённого аммония, водорастворимых форм калия, фосфора и т.п. проводится в день взятия образцов при их естественной влажности. Остальные определения проводятся в воздушно-сухих образцах. Сухие образцы измельчают на почвенной мельнице или растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растёртый и просушенный образец пропускают через сито с диаметром отверстий 2-3 мм. Растирание и просеивание проводят до тех пор, пока весь взятый образец не пройдет через сито. Допускается отброс только обломков камней, крупных корней и инородных включений. Образцы хранятся в закрытых крафтовых пакетах в помещении, где отсутствуют химические реактивы. Навеску почвы для анализа берут методом «средней пробы». Для этого просеянный образец рассыпают тонким слоем (около 0.5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делят его шпателем на мелкие квадратики со стороной 2-2.5 см. Из каждого квадратика шпателем отбирают часть образца.

Основными агрохимическими показателями анализа почвы, без которых не обходится ни одно окультуривание земель, являются содержание гумуса, подвижных форм фосфора, азота и калия, кислотность почвы, содержание кальция, магния, а также микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. Современные методы анализа позволяют определить в одной пробе 15-20 элементов. Фосфор относится к макроэлементам. По обеспеченности подвижными фосфатами различают почвы с очень низким содержанием - менее мг., низким - менее 8 мг., средним - 8 - 15 мг. и высоким - более 15 мг. фосфатов на 100 г. почвы.

Калий. Для этого элемента разработаны градации по содержанию в почве подвижных форм: очень низкое - до 4 мг., низкое - 4-8 мг., среднее - 8-12 мг., повышенное - 12-17 мг., высокое - более 17 мг. обменного калия на 100 г. почвы. Кислотность почвы - характеризует содержание протонов водорода в почве. Этот показатель выражают величиной рН. Кислотность почвы оказывает свое влияние на растения не только через непосредственное воздействие на корни растений токсичных протонов водорода и ионов алюминия, но и через характер поступления элементов питания. Катионы алюминия могут связываться с фосфорной кислотой, переводя фосфор в недоступную для растений форму. Негативное действие низкой кислотности отражается и на самой почве. При вытеснении протонами водорода из почвенного поглощающего комплекса (ППК) катионов кальция и магния, стабилизирующих структуру почвы, происходит разрушение гранул почвы и потеря ею оструктуренности.

Различают актуальную и потенциальную кислотность почвы. Актуальная кислотность почвы обусловлена превышением концентрации протонов водорода над ионами гидроксила в почвенном растворе. Потенциальная кислотность почвы включает протоны водорода, находящиеся в связанном состоянии с ППК. Для суждения о потенциальной кислотности почвы определяют рН солевой вытяжки (pH KCl). В зависимости от величины pH KCl различают кислотность почвы: до 4 - очень сильнокислая, 4,1-4,5 - сильнокислая, 4,6-5,0 - среднекислая, 5,1-5,5 - слабокислая, 5,6-6,0 - близкая к нейтральной и 6,0 - нейтральная. Анализ почвы на содержание тяжелых металлов и радиационный анализ относятся к категории редких анализов.

Получение водного раствора почв

Растворы веществ, содержащихся в почве, получают многими способами, которые принципиально можно разделить на две группы:-получение почвенного раствора;- получение водной вытяжки из почвы.В первом случае получают несвязанную или слабо связанную почвенную влагу - ту, которая содержится между частицами почвы и в почвенных капиллярах. Это слабо насыщенный раствор, но его химический состав является актуальным для растения, поскольку именно эта влага омывает корни растений и именно в ней идет обмен химическими веществами. Во втором случае вымывают из почвы связанные с ее частицами растворимые химические соединения. Выход соли в водную вытяжку зависит от соотношения почвы и раствора и увеличивается при возрастании температуры экстрагирующего раствора (до определенных пределов, так как слишком высокая температура может разрушить какие-либо вещества или перевести их в иное состояние) и увеличении объема раствора и степени измельченности почвы (до определенных пределов, так как слишком мелкие пылеобразные частицы могут сделать затруднительной или невозможной экстракцию и фильтрацию раствора).Почвенный раствор получают с помощью ряда инструментов: опрессование, центрифугирование, вытеснение несмешивающимся раствором жидкости, вакуум-фильтрационный метод и лизиметрический метод.

Опрессование проводится с образцом почвы, взятым из полевых в лабораторные условия. Чем большее количество раствора необходимо, тем крупнее должен быть образец или выше применяемое давление, или и то, и другое одновременно. Центрифугирование проводится при 60 об/мин в течение длительного времени. Метод малоэффективен, и подходит для образцов почв с влажностью, приближенной к полной возможной влажности данной почвы. Для пересушенной почвы такой способ неприменим. Вытеснение почвенной влаги веществом, не смешивающимся с почвенным раствором, позволяет получить фактически всю влагу почвы, включая капиллярную, без использования сложной техники. В качестве вытесняющей жидкости используется спирт или глицерин. Неудобства в том, что эти вещества, кроме высокой плотности, обладают хорошей экстрагирующей способностью по отношению к некоторым соединениям (например, спирт легко экстрагирует почвенную органику), поэтому можно получить завышенные показатели содержания ряда веществ по сравнению с их реальным содержанием в почвенном растворе. Метод подходит не для всех типов почв.

При вакуум-фильтрационном методе над образцом с помощью вакуума создается разрежение, превышающее уровень натяжения почвенной влаги. При этом не извлекается капиллярная влага, так как силы натяжения в капилляре выше сил натяжения поверхности свободной жидкости. Лизиметрический метод используется в полевых условиях. Лизиметрический метод позволяет не столько оценить гравитационную влагу (то есть влагу, способную к перемещению по почвенным слоям благодаря силе гравитации - за исключением капиллярной влаги), сколько провести сравнение содержания и миграции химических элементов почвенного раствора. Свободная влага почвы фильтруется через толщу почвенного горизонта по гравитационным силам до пробоотборника, расположенного на поверхности почвы.

Для получения более полного представления о химическом составе почвы, готовят почвенную вытяжку. Для ее получения образец почвы измельчают, пропускают через сито с ячейками диаметром 1 мм, добавляют воду в массовом соотношении 1 часть почвы на 5 частей бидистиллированной (очищенной от любых примесей, дегазированной и деионизированной) воды, рН 6.6-6,8, температура 20⁰С. Дегазация проводится для того, чтобы освободить воду от примесей растворенного газообразного углекислого газа, который при соединении с некоторыми веществами дает нерастворимый осадок, снижая точность эксперимента. Примеси других газов также могут оказывать негативное влияние на результаты эксперимента.

Для более точного взвешивания навески следует учитывать ее естественную влажность, полевую (для только что взятого образца) или гигроскопическую (для высушенного и хранившегося образца). Определенную в процентах от массы образца его влажность переводят в массу и суммируют с требуемой массой. Навеска помещается в сухую колбу объемом 500-750 мл, добавляется вода. Колба с образцом почвы и водой плотно закрывается пробкой и встряхивается в течение двух-трех минут. Далее полученный раствор фильтруется через обеззоленный бумажный складчатый фильтр. Важно, чтобы в помещении при этом не было летучих паров кислот (работу предпочтительнее проводить под тягой, где не хранятся растворы кислот). Перед фильтрованием раствор с почвой хорошо взбалтывают, чтобы мелкие частицы почвы закрыли самые крупные поры фильтра и фильтрат получился более прозрачным. Примерно 10 мл начального фильтрата выбрасывается, так как он содержит примеси с фильтра. Фильтрование остальной части первичного фильтрата повторяют несколько раз.

К работе по определению содержания химических веществ в водной вытяжке приступают сразу после ее получения, так как с течением времени происходят химические процессы, изменяющие щелочность раствора, его окисляемость и т.п. Уже скорость фильтрации может показать относительное суммарное содержание солей в растворе. Если водная вытяжка богата солями, то фильтрация будет проходить быстро и раствор получится прозрачным, поскольку соли препятствуют пептизации почвенных коллоидов. В случае если раствор беден солями, фильтрация будет проходить медленно и не очень качественно. При этом имеет смысл отфильтровать раствор несколько раз, несмотря на низкую скорость, т.к. при дополнительных фильтрациях возрастает качество водной вытяжки благодаря снижению содержанию в ней частиц почвы.

Методы количественного анализа вытяжек или любых других полученных в ходе анализа почв растворов

В большинстве случаев интерпретация результатов анализа почв от метода измерения не зависит. В химическом анализе почв может быть использован практически любой из методов, которыми располагают аналитики. При этом измеряется либо непосредственно искомая величина показателя, либо величина, функционально с ней связанная. Основные разделы хим. анализа почв: валовой, или элементный, анализ -- позволяет выяснить общее содержание в почве С, N, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Р, S, K, Na, Mn, Ti и др. элементов; анализ водной вытяжки (основа исследования засоленных почв) -- даёт представление о содержании в почве водорастворимых веществ (сульфатов, хлоридов и карбонатов кальция, магния, натрия и др.); определение поглотительной способности почвы; выявление обеспеченности почв питательными веществами -- устанавливают количество легкорастворимых (подвижных), усваиваемых растениями соединений азота, фосфора, калия и др. Большое внимание уделяют изучению фракционного состава органических веществ почвы, форм соединений основных почвенных компонентов, в том числе микроэлементов.

В лабораторной практике анализа почв используют классические химические и инструментальные методы. С помощью классических химических методов можно получить наиболее точные результаты. Относительная погрешность определения составляет 0,1-0,2%. Погрешность большинства инструментальных методов значительно выше -- 2-5%

Среди инструментальных методов в анализе почв наиболее широко используются электрохимические и спектроскопические. Среди электрохимических методов находят применение потенциометрические, кондуктометрические, кулонометрические и вольтамперометрические, включающие все современные разновидности полярографии.

Для оценки почвы результаты анализов сравнивают с оптимальными уровнями содержания элементов, установленными экспериментальным путем для данного типа почв и проверенными в производственных условиях, или с имеющимися в литературе данными обеспеченности почв макро- и микроэлементами, либо с ПДК изучаемых элементов в почве. После этого делается заключение о состоянии почвы, даются рекомендации по её использованию, рассчитываются дозы мелиорантов, минеральных и органических удобрений на планируемый урожай.

почва качество загрязняющее вещество



Классические химические методы анализа

Электрохимические методы анализа



Систематизация и некоторые особенности спектроскопических методов



При выборе метода измерения учитываются особенности химических свойств анализируемой почвы, природа показателя, необходимая точность определения его уровня, возможности методов измерения и выполнимость требуемых измерений в условиях проведения эксперимента. В свою очередь, точность измерений обусловливается целью исследования и природной вариабельностью изучаемого свойства. Точность -- собирательная характеристика метода, оценивающая правильность и воспроизводимость получаемых результатов анализа.

Соотношение уровней содержания в почвах некоторых химических элементов.

Разные уровни содержания и разные химические свойства элементов не всегда делают целесообразным применение одного и того же метода измерения для количественного определения всего необходимого набора элементов.

В элементном (валовом) анализе почв используют методы с разными пределами обнаружения. Для определения химических элементов, содержание которых превышает десятые доли процента, возможно использование классических методов химического анализа -- гравиметрических и титриметрических.

Разные свойства химических элементов, разные уровни их содержания, необходимость определения разных показателей химического состояния элемента в почве делают необходимым использование методов измерения с разными пределами обнаружения.

Кислотность почв

Определение реакции почв относится к числу наиболее распространенных анализов, как в теоретических, так и в прикладных исследованиях. Наиболее полная картина кислотных и основных свойств почв складывается при одновременном измерении нескольких показателей, в том числе титруемой кислотности или щелочности - фактор емкости и величины рН - фактор интенсивности. Фактор ёмкости характеризует общее содержание кислот или оснований в почвах, от него зависят буферность почв, устойчивость реакции во времени и по отношению к внешним воздействиям. 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. Это позволяет дать более правильную оценку кислотности почв, так как в этом случае учитывается общее количество ионов водорода и алюминия, находящихся в почве в свободном и поглощенном состояниях. Актуальную кислотность (рН), определяют потенциометрически. Потенциальную кислотность определяют переведением в р-р ионов водорода и алюминия при обработке почвы избытком нейтральных солей (KCl):

По количеству образовавшейся свободной соляной кислоты судят об обменной кислотности почвы. Часть ионов Н⁺ остаётся в поглощённом состоянии (образующаяся в результате р-ии сильная HCl полностью диссоциирует и избыток свободных Н⁺ в растворе препятствует их полному вытеснению из ППК). Менее подвижная часть ионов Н⁺ может быть переведена в раствор лишь при дальнейшей обработке почвы растворами гидролитически щелочных солей (CH₃COONa).

По количеству образовавшейся свободной уксусной кислоты судят о гидролитической кислотности почв. Ионы водорода при этом наиболее полно переходят в раствор (вытесняются из ППК), т.к. образующаяся уксусная кислота прочно связывает водородные ионы и реакция смещается вправо вплоть до полного вытеснения ионов водорода из ППК. Величина гидролитической кислотности равна разности между результатами, полученными при обработке почвы CH₃COONa и KCl. На практике за величину гидролитической кислотности принимают результат, полученный при обработке почвы CH₃COONa.

Кислотность почвы обуславливается не только ионами водорода, но и алюминия:

Гидроокись алюминия выпадает в осадок, и система практически ничем не отличается от той, в которой содержатся только поглощённые ионы водорода. Но если даже АlСl% останется в растворе, то при титровании

АlСl₃+ 3 NaOH = А(ОН)₃ + 3 NaCl

что равноценно реакции

3 НСl + 3 NaOH = 3 NaCl + 3 Н₂О

Поглощённые ионы алюминия вытесняются и при обработке почвы раствором CH₃COONa. В этом случае весь вытесненный алюминий переходит в осадок в виде гидроокиси.

По степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке 0.1н. КKCl потенциометрически, почвы делятся на:

очень сильно кислые	сильно кислые	средне кислые	слабо кислые	близкие к нейтральным	нейтральные
рН менее 4.0	4.1-4.5	4.6 - 5.0	5.1 - 5.5	5.6-6.0	рН более 6.0

Определение рН, обменной кислотности и подвижного алюминия по Соколову

Определение обменной кислотности основано на вытеснении из ППК ионов водорода и алюминия 1.0 н. раствором КKCl:

Образовавшуюся кислоту оттитровывают щёлочью и рассчитывают величину обменной кислотности, обусловленную суммой ионов водорода и алюминия. Al осаждают 3.5% р-ром NaF. В осадке образуется комплексная нейтральная соль-криолит:

AlCl₃ + 6NaF = Na₃AlF₆ + 3NaCl

Повторное титрование раствора позволяет определить кислотность, обусловленную только ионами водорода. По разности данных первого и второго титрования проводят расчёт содержания алюминия в почве.

Ход анализа

1. На технических весах взять навеску 40 г воздушно-сухой почвы методом средней пробы.

2. Перенести навеску в коническую колбу ёмкостью 150-300 мл.

3. Прилить из бюретки 100 мл 1.0 н. KCl (рН 5.6-6.0).

4. Взбалтывать на ротаторе 1 час или взбалтывать 15 мин. и оставить на ночь.

5. Отфильтровать через воронку с сухим бумажным складчатым фильтром, отбросив первую порцию фильтрата.

6. В фильтрате определить значение рН потенциометрически.

7. Для определения обменной кислотности взять пипеткой 25 мл фильтрата в колбу Эрленмейера объемом 100 мл.

8. На горелке или электроплитке кипятить фильтрат 5 мин. по песочным часам для удаления углекислого газа.