Химическое загрязнение почвы как определить

Химическое загрязнение почвы как определить

Главная
• Список секций
• Биология
• КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВЫ?

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВЫ?

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

В наши дни серьезно стоит вопрос о защите окружающей среды. Бездумная деятельность человека на протяжении веков разрушала среду обитания. Наши потребности растут, и от природы мы берем все больше и больше. Получается, что человек косвенно вредит самому себе. Если люди в ближайшем будущем не научатся бережно относиться к природе, они погубят себя. А для этого надо воспитывать экологическую культуру и ответственность.

Почва – один из главных объектов окружающей среды, центральное связующее звено между биотическим и абиотическим компонентами биосферы. Повсеместно идущая деградация почв выступает в качестве одной из главных причин снижения продуктивности сельскохозяйственных угодий и неблагоприятно влияет на состояние природных экосистем.

Под деградацией понимают следующие процессы, ухудшающие экологические свойства почвы:

физическая деградация – уменьшение мощности плодородного горизонта в результате антропогенной деятельности, водной и ветровой эрозии, замусорения почв, её уплотнения и т.д.;

химическая деградация – уменьшение содержания органического вещества почвы, сокращение запасов питательных элементов (азота, фосфора, калия и др.), засоление почв, их загрязнение тяжелыми металлами и радионуклидами;

биологическая деградация – сокращение численности и обилия почвенных микроорганизмов, почвенных грибов, привнесение в почву патогенных микроорганизмов, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей.

Негативные изменения в почвах длительно накапливаются с годами, а загрязняющие вещества задерживаются почвенными структурами надолго (десятки лет!).

Загрязнение почвы на территории Красноярского края по сравнению с показателями по Российской Федерации остается стабильно высоким. Результаты лабораторных исследований, проведенные учреждениями госсанэпиднадзора за период 2007-2016 гг., свидетельствуют о стабильно высоком химическом загрязнении почвы в районах размещения промышленных объектов и транспортных развязок автомобильных дорог, наметилась положительная динамика по содержанию в почвах кадмия и свинца.

Актуальность этой проблемы является очевидной. Помимо того, что загрязненная радионуклидами, пестицидами и другими вредными веществами почва не может воспроизвести экологически «чистые» продукты питания растительного происхождения, есть еще и большая вероятность загрязнения грунтовых вод. А значит, загрязнение почвы напрямую связано и с водным загрязнением.

Проблема: как определить загрязненность почвы?

Гипотеза: мы предполагаем, что с помощью растительных объектов возможно выявить уровень загрязненности образца почвы.

Цель научной работы: выявить уровень загрязнения почвы при помощи кресс-салата.

Задачи:

изучить литературу по данной проблеме

выполнить эксперимент, согласно методике

провести анализ полученных результатов

Объект исследования: почвенные пробы

Предмет исследования: уровень загрязненности почвенных образцов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

По мнению Меженского В.Н., при оценке механического и химического состава почвы, в поисках пресных вод в пустыне и при разведке полезных ископаемых пользуются растениями-индикаторами. Им отводится важная роль в индикационной геоботанике, экологии, физиологии и биохимии растений, биогеографии, геологии, геохимии, гидрогеологии и других науках. Видовой состав растений свидетельствует о кислотности почвы, степени ее плодородия, наличии или нехватке тех или иных химических элементов.

По состоянию растения, внешнему виду листьев и других органов можно достаточно точно определить состав почвы, наличие в ней питательных веществ. Для нормального роста и плодоношения растениям нужны свет, вода, питательные элементы. Если же их не хватает, то растение сразу же сообщает нам об этом. Умение услышать, точнее, увидеть, что именно говорят нам растения, позволяет вовремя прийти к ним на помощь. Взамен они отблагодарят нас прекраснейшими цветами или вкуснейшими плодами.

Как утверждает Бондарук М.М., в качестве биоиндикатора рациональнее использовать кресс-салат. Кресс — салат однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также к загрязнению воздуха выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.

Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Кресс — салат как биоиндикатор удобен ещё и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади. Привлекательны также весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на 3-4 день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10 — 15 суток.

Методы и методика исследования

Метод исследования – эксперимент. Закладка эксперимента проводилась согласно методике определения токсичности почвы Т.Г. Мирчинк (метод почвенных пластинок) троекратно. Суть методики состоит в следующем:

1. В чашки поместить по 60 г почвы без корней и растительных остатков, увлажнить и растереть до состояния густой пасты, ровно размазать шпателем.

2. Семена предварительно замочить в течение суток. В чашки посеять по 30 шт семян испытуемого растения. Семена должны быть мелкие без запаса питательных веществ, они лучше реагируют на изменения окружающей среды.

3. Семена проращивают в течение 5-7 дней при постоянной температуре и влажности, почву увлажняют равным количеством воды (5-10 мл).

4. При учете результатов измеряют длину проростков, корней, число проросших семян. (см.Приложение)

Результаты исследования

Для выполнения эксперимента, были взяты образцы почвы:

с пришкольного участка,

с дачного участка,

земля для рассады «Универсальная»,

образец почвы, обработанный раствором средства «Фейри»,

образец почвы, обработанный средством «ЛОК»,

образец почвы с избыточным содержанием удобрений,

образец почвы с оптимальным содержанием удобрений,

образец почвы, обработанный содержимым батарейки «Энерджайзер».

Опыт закладывался троекратно. Результаты, которые вычислены как среднеарифметическое значение, представлены в таблице №1.

исследования токсичности разных видов почв при помощи кресс-салата

Источник

Оценка химического загрязнения почв и грунтов

При оценке экологического состояния почв/грунтов очень важным представ¬ляется оценка содержания как естественных элементов и соединений, так и соединений-ксенобиотиков. Оценка загрязненности почв и грунтов проводится путем сравнения (сопоставления) содержания загрязняющих элементов и веществ в изучаемых почвах, с их фоновым содержанием с одной стороны, и с другой — с их предельно-допустимым содержанием (ПДК).

ПДК какого-либо вещества в почве — это концентрация, не вызывающая при длительном воздействии на почву и растения патологических изменений (аномалий) в ходе биологических процессов, не приводящая к накоплению токсических элементов в растениях и не представляющая опасность для здоровья и жизни человека. Значения ПДК определяют экспериментально, как правило, на песчаных почвах, по нескольким показателям вредности, в основном для валовых форм, что не позволяет сделать вывод о мощности потока и доступности загрязняющих веществ растениям. Это делает применение таких стандартов спорным как с экологической, так и экономической точки зрения. Более того, в настоящее время практически везде признается, что покомпонентная оценка экосистем не дает удовлетворительных результатов. Необходимы комплексные экосистемные нормативы, которые могли бы охарактеризовать состояние рассматриваемой экосистемы в целом.

Поскольку гигиеническая опасность той или иной концентрации загрязняющих веществ зависит от почвенных условий, создание унифицированных норм ПДК встречает значительные трудности. Не случайно, в настоящее время установлены ПДК всего лишь немногим более сотни веществ, по которым контролируется качество почв.

Принципы нормирования химических веществ в почвах тоже отличаются от таковых для водоемов, атмосферного воздуха, пищевых продуктов. Это связано, главным образом, с тем, что в основе норматива ПДК для почвы положено опосредованное ее воздействие на организм человека через продукты питания.

Прямое поступление вредных веществ из почвы в организм человека ограничено и чаще всего происходит через другие среды, сопредельные с почвой. Так, поступление загрязняющих веществ в организм человека про¬исходит по путям: почва-растение-человек, почва-растение-животное-человек, почва-вода-человек, почва-атмосферный воздух-человек.

Поэтому вопрос оценки загрязненности почв на основе ПДК весьма непрост. В настоящее время во многих урбанизированных регионах России, и особенно в Москве, состояние почв и грунтов, оцененное по принятым санитарно-гигиеническим методам (ПДК), близко к критическому, когда содержания многих загрязняющих веществ превышают эти ПДК от нескольких до десятков раз. Кроме того, эта ситуация осложняется пространственной неоднородностью содержания загрязняющих веществ и дискретностью источников загрязнения.

Перечень показателей химического загрязнения почв и грунтов определяется исходя из приоритетности компонентов химического загрязнения в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния», СанПиН № 2.1.7.1287-03 «Санитарно-Эпидемиологические требования к качеству почвы», ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения».

Классы опасности химических элементов и веществ в почвах и грунтах

В настоящее время в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» химическое исследование почв и грунтов при проведении инженерно-экологических изысканий включает в себя стандартный и расширенный перечень показателей.
Стандартный перечень химических исследований почв и грунтов включает в себя определение:

• содержания тяжелых металлов 1 и 2 класса опасности: свинца (Pb), кадмия (Cd), цинка (Zn), ртути (Hg), меди (Cu), никеля (Ni) и мышьяка (As);
• содержания 3,4-бенз(а)пирена и нефтепродуктов.

Расширенный перечень исследований проводится при наличии определенных специфических источников загрязнения почв и грунтов путем определения более полной номенклатуры загрязняющих химических веществ. Выбор показателей химического загрязнения зависит от предполагаемого состава загрязняющих веществ с учетом характера источника загрязнения почв и грунтов.
Основным критерием оценки уровня загрязнения почв и грунтов химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических элементов (веществ) в почвах и грунтах (ГН 2.17.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» и ГН 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве»).

Для эколого-геохимической оценки состояния почв и грунтов используются следующие показатели:

• коэффициент концентрации относительно ОДК (ПДК), характеризующий превышение содержания элемента в почвах и грунтах над его ОДК (ПДК). Коэффициент концентрации относительно ОДК(ПДК) равен отношению содержания элемента в исследуемом объекте к его ОДК(ПДК):
  К_{ОДК(ПДК)} =С_i /ОДК(ПДК),
• коэффициент концентрации (К_сi) относительно фона, характеризующий интенсивность техногенной аномалии. Коэффициент концентрации равен отношению содержания элемента в исследуемом объекте к его фоновому содержанию
  К_сi = С_i / С_ф, где
  С_i — фактическое содержание i-го химического элемента в почвах и грунтах, мг/кг;
  С_фi — фоновое содержание i-го химического элемента в почвах и грунтах, мг/кг.

Фоновые содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах (мг/кг)

• суммарный показатель загрязнения (Z_c), характеризующий эффект воздействия группы элементов. Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов
  Z_с = К_ci + … + К_{cn — (n — 1)}, где
  n — количество учитываемых химических элементов;
  К_ci — коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения, превышающий единицу.

Оценка опасности химического загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами и мышьяком проводится по суммарному показателю загрязнения (Zc) (таблица 4.10). Для расчета Z_c следует использовать не менее семи химических элементов — Pb, As, Cd, Zn, Hg, Cu, Ni.

Оценочная шкала уровней химического загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами и мышьяком по суммарному показателю загрязнения (Zс)

Оценка опасности химического загрязнения почв и грунтов веществами органического происхождения проводится исходя из его ПДК (или допустимого уровня) и класса опасности. Для органических соединений их фоновое содержание в почвах и грунтах приравнивается к 0,1ПДК

Оценочная шкала уровней химического загрязнения почв и грунтов веществами органического происхождения

При многокомпонентном загрязнении оценка уровня химического загрязнения почв и грунтов допускается по наиболее токсичному веществу с максимальным содержанием в почвах и грунтах. В таблице приведен пример установления категории загрязнения с учетом всех показателей загрязнения.

Почвы и грунты, характеризующиеся чрезвычайно опасной категорией загрязнения, в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.1287-03, подлежат вывозу и утилизации на специализированных полигонах.

Отнесение отходов к классу опасности для окружающей природной среды осуществляется на основании показателя К, который характеризует степень опасности отходов при его воздействии на окружающую природную среду и определяется расчетным путем, в соответствии с Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды, утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001 № 511, по следующей формуле:

где: К – показатель степени опасности отходов для окружающей природной среды;
К₁, К₂, К_n – показатели степени опасности отдельных компонентов отходов, рассчитанные по уравнению: К_i = С_i / W_i
С_i — фактическое содержание загрязняющего химического компонента в почве (грунте), мг/кг;
W_i – коэффициент степени опасности i-го компонента опасных отходов, мг/кг;
n — число определяемых загрязняющих химических компонентов.
Решение об отнесении почв/грунтов к классу опасности отходов определяется по величине индекса опасности по таблице 4.12.