Методы исследования экологического состояния почв

4. Методы исследования экологического состояния почв.

Пробоподготовка.Методы этой группы включают выделение, очистку и предвари­тельное разделение органических веществ на составляющие компонен­ты.

Центрифугирование — один из распространенных методов разделе­ния смесей, состоящих из компонентов с разной плотностью, массой и размерами частиц; оно эффективнее фильтрования и отстаивания — методов менее чистых и значительно более длительных. Центрифуги­рование позволяет разделять вещества, забивающие поры фильтра или портящиеся от соприкосновения с ним.

Электрофорез — метод разделения смесей, основанный на разной подвижности компонентов в электрическом поле. Он обладает высокой разрешающей способностью и применяется как в аналитических, так и в препаративных целях.

Высаливание— общедоступный метод для препаративного фрак­ционирования гуминовых кислот.

Методы анализа.Эта группа методов охватывает способы изучения содержания, состава, свойств и строения органического вещества почв.

Спектроскопические методы. Спектры поглощения гумусовых веществ в ультрафиолетовой и видимой частях спектра применяют:

1) для сравнительной характеристики гумусовых веществ различ­ного происхождения;

2) как метод изучения свойств и строения гуминовых кислот и фульвокислот при различных антропогенных нагрузках;

3) для быстрого количественного определения содержания гумусо­вых кислот в почвах;

4) для количественного определения некоторых компонентов, об­наруживаемых в щелочных и спиртобензольных экстрактах (пигмент Pg*, хлорофилл, некоторые химические загрязняющие вещества);

5) для контроля за растворимостью гуминовых кислот и фульво­кислот, условиями их осаждения, образования соединений с катионами металлов.

Электрохимические методы анализа.Для анализа органического вещества почв используют полярографию. При использовании этого метода не происходит физического разделения смеси на отдельные компоненты. В качестве катода чаще всего применяют ртутный капа­ющий электрод, поверхность которого непрерывно обновляется, что позволяет получать полярограммы и проводить анализ с высокой воспроизводимостью результатов.

Прямое определение возможно лишь при наличии веществ, спо­собных восстанавливаться на катоде. Это ионы металлов, органические соединения, содержащие галогены, нитро-, нитрозогруппы, карбо­нильные соединения, пероксиды, эпоксиды, дисульфиды. Возможно­сти полярографического метода ограничены, однако при определении полярографических активных соединений достигается высокая селек­тивность определения без предварительного разделения сложных сме­сей на отдельные компоненты.

Хроматографические методыпозволяют непосредственно или после предварительной химической деструкции и трансформации определить качественный состав и количественное содержание многих специфи­ческих и неспецифических составляющих почвенного гумуса, иденти­фицировать органические химические загрязняющие вещества.

Термические методы используют для изучения структурных особен­ностей гуминовых веществ, их изменений под влиянием антропогенных факторов, продуктов взаимодействия гуминовых веществ и химических загрязняющих веществ.

Электронномикроскопическое исследование гуминовых кислот и продуктов их взаимодействия с тяжелыми металлами применяют для оценки формы и размеров молекул, однако при подготовке препаратов к анализу в результате высушивания проб образуются, как правило, надмолекулярные структуры — ассоциаты округлой формы, что суще­ственно ограничивает возможности метода.

Необходимо отметить, что использование всех вышеперечисленных методов при исследовании органических веществ почв, продуктов их взаимодействия с химическими загрязняющими веществами в почвах требует тщательной стандартизации условий эксперимента с предва­рительным установлением оптимальных параметров работы прибора и перевода органических веществ в стандартное состояние. Только в этом случае можно получить надежные и воспроизводимые результаты. Стандартизации требуют не только методы анализа и извлечения органических веществ из почв, но и способы отбора образцов, общие методологические подходы при решении задач изучения почвенного гумуса при антропогенных нагрузках.

Источник

Экологическое состояние почвы

Глава VI. Почвы

1. Методы изучения почв

Как объект изучения почва обладает следующими отличительными особенностями:

— многокомпонентный состав (минералы, химические и органические соединения, живые организмы, почвенные растворы, воздух);

— разнообразие форм химических, органических и органо-минеральных соединений;

— наличие новообразованного гетерогенного органического вещества — почвенного гумуса;

— разная природа механизмов межфазных взаимодействий;

— почвенно-генетическая и унаследованная от материнской породы анизотропность;

— иерархическая структура организации почвенного тела;

— пространственная и временная изменчивость свойств и состава.

Полное и всестороннее изучение почвы и ее функций в лесных биоценозах включает полевое описание профиля и СПП, режимные наблюдения, лабораторные анализы, теоретические построения (генезис, классификация, анализ плодородия, моделирование процессов почвообразования), типологию и экономическую оценку земель, разработку приемов улучшения плодородия лесных почв и рационального использования земель. Для оценки почв и почвенного покрова требуется понимание и применение всего набора имеющихся в арсенале почвоведения аналитических и теоретических методов.

Сравнительно-географический метод. Сущность этого метода заключается в сопряженном изучении разных типов почв и факторов почвообразования, исследовании закономерностей пространственной изменчивости почв, анализе структуры почвенного по — крова на разных уровнях его организации. Составными частями сравнительно-географического метода являются картографический и аэрокосмические методы.

Морфогенетический метод. Основу этого метода составляет изучение морфологического строения почвенного профиля в целом и на разных иерархических уровнях его организации. Для каждого уровня организации почв используются свои особые методы исследования. Кристалло-молекулярный, или молекулярно-ионный, уровень организации исследуют методами электронной микроскопии, изучают строение и состав гумусовых веществ, морфологические признаки разрушения и синтеза почвенных минералов, органо-минеральные взаимодействия, трансформацию органического вещества.

Уровень почвенных агрегатов включает микро-, мезо — и макроагрегаты, новообразования растворимых солей, извести, гипса, железа и марганца. Описываются и изучаются форма, размер, структура, состав агрегатов. Применяются методы световой микроскопии.

Уровень почвенных горизонтов изучают в полевых условиях (морфологические признаки: мощность, цвет, структура, строение и др.) и в ходе камеральных исследований с применением стандартных шкал, оптических приборов, совмещенных с компьютером.

Уровень почвенных индивидуумов предполагает применение системного подхода. В его основе лежит представление о почве как о целостной природной системе. В полевых условиях изучаются морфологические признаки, несущие информацию о времени и процессах почвообразования, генезисе и классификационной принадлежности почв. Системный подход включает профильный метод изучения почв, мезо — и микроморфологические методы, а также методы визуальной и электронной микроскопии.

Сравнительно-исторический метод. Этот метод базируется на принципе актуализма, согласно которому в строении и свойствах современной почвы заложены возможности исследования эволюции почв, геологического прошлого, палеоклимата и палеоландшафтов. Сравнительно-исторический метод широко используется в палеопочвоведении и археологическом почвоведении.

Сравнительно-аналитический метод. Он заключается в сравнении вещественного состава и свойств твердой фазы почвенных горизонтов, с одной стороны, и материнской породы — с другой (минералогического и химического составов, органического вещества, почвенных растворов, воздуха, почвенных животных и микроорганизмов).

Для определения вещественного состава почв используются инструментальные методы исследования, в том числе потенциометрические, вольт-амперометрические, кондуктометрические, термогравиметрические, методы молекулярной спектрофотометрии, атомной и рентгенофлюоресцентной спектроскопии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, магнитно-ядерного резонанса и др.

Полевые методы исследования. Полевые методы предназначены для изучения почвенных режимов, водного и теплового балансов, структуры почвенного покрова, почвенного мониторинга, картирования почв, земельного кадастра. Включают маршрутные и стационарные методы, а также методы почвенных ключей.

Методы моделирования. Эта группа методов включает физическое и математическое моделирование. Они предназначены для экспериментального воспроизведения различных явлений и процессов в контролируемых условиях почвообразования и применяются как в полевых, так и в лабораторных условиях.

Геостатистические методы и геоинформационные системы. Для исследования закономерностей пространственного варьирования свойств почв используют геостатистические методы, геоинформационные системы (ГИС).

Развитие получает педотрансферный метод изучения гидрофизических функций почвы. Он основан на выявлении зависимостей между фундаментальными почвенными свойствами и гидрофизическими параметрами почв.

Метагеномика. Все большее внимание почвоведов привлекают методы метагеномики, используемые для исследования метагенома почвы, в связи с серьезной проблемой деградации почв и необходимостью их реабилитации. Метагеном почвы представляет собой геномы почвенных микроорганизмов, некультивируемых в лаборатории. Для выявления метогенома выделяются и секвенируются ДНК микробных ассоциатов из почвенных гори-зонтов.

2. Условия почвообразования , виды почв Московского региона

На территории Московской области преобладают малоплодородные и требующие внесения удобрений дерново-подзолистые почвы, на возвышенностях — суглинистые и глинистые, средней и сильной степени оподзоленности, в пределах низменностей — дерново-подзолистые, болотные, супесчаные и песчаные (два последних типа преобладают на востоке области, в низменной Мещёре). Чернозёмные почвы (сильно оподзолены и выщелочены) распространены мало и имеют место лишь к югу от Оки. Серые лесные почвы распространены к югу от Оки и в восточной части Москворецко-Окской равнины (в основном Раменский и Воскресенский районы). Болотные почвы часто встречаются в Мещёрской и Верхневолжской низменностях. По долинам крупных рек — полосы аллювиальных почв различной ширины, особенно широкие в долинах рек Оки, Москвы и Клязьмы. Почвы Московской области, в особенности серые лесные заокских районов и дерново-подзолистые Москворецко-Окской равнины, сильно смыты.

Почвообразование — совокупность явлений превращения и перемещения веществ и энергии в пределах биогеосферы Земли. Почвообразовательный процесс является почвенным звеном в процессе геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Геологический круговорот вещества и энергии – процесс их перемещения с суши в океан и обратно. Биологический круговорот — процесс обмена веществом и энергией между почвой и смежными природными телами (материнской горной породой, атмосферой и биотой). Первичный почвообразовательный процесс – изменение рыхлой горной породы в результате биологического круговорота.

1.Почвообразующие породы
2. Климат
3. Живые и отмершие организмы
4. Возраст, рельеф местности
5. Антропогенная деятельность

Общая схема почвообразовательного процесса:

Горная порода ==> выветривание ==> кора

выветривания ==> почвообразование ==> почва

Почвообразующие породы (или материнские) – это горные породы, из которых почвы формируются. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса придавая определённую специфику каждому виду почв.

Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу, строению и свойствам. Они делятся на магматические, метаморфические и осадочные горных пород. Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. Так, карбонатность пород в таежно-лесной зоне создает благоприятную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его оструктуренности. На кислых породах эти процессы идут значительно медленнее. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. В зависимости от механического состава, характера сложения породы различаются по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы.

Экологическое состояние почвы

Экологическое состояние почв — комплекс почвенных свойств, определяющий степень их соответствия природно-климатическим условиям почвообразования и пригодности для устойчивого функционирования естественных и антропогенных экосистем.

Почвы обладают естественным природным разнообразием, являются универсальным индикатором состояния окружающей природной среды (в том числе на уровне природных зон и административных регионов). Поэтому нарушение почв под влиянием какого-либо воздействия (загрязнение, эрозия, лесо- и сельскохозяйственная деятельность и др.) свидетельствует о неблагополучии экосистемы в целом.

Источник

МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

**Почва– верхний корнеобитаемый слой земной коры, из которого растения извлекают необходимые для их жизнедеятельности воду и элементы минерального питания.

Почва – один из главных объектов окружающей среды, центральное связующее звено между биотическими и абиотическими компонентами биосферы. Испы­тывая антропогенную нагрузку, почва изменяется и воздейству­ет, прямо и косвенно, на все компоненты природно-антропогенного комплекса. Как и другие компоненты окружающей среды, почва испытывает не только антропогенную нагрузку, но и воз­действие природных факторов, в первую очередь климатических. К их числу относятся воздействия температуры и влажности воз­духа, скорости и направления ветра, количества и качества осад­кой, уровня солнечной радиации, характера облачности

Качество почвы определяет ее потребительские свойства и возможность использования человеком почв или территорий, а также необходимость проведения восстановительных меро­приятий

Хозяйственная деятельность человека, осуществляемая без учета интересов охраны окружающей среды, приводит к загрязнению почв. В результате добычи каменного угля, нефти и других полезных ископаемых почва загрязняется отходами производства и теряет свои плодородные свойства. Загрязнение почв происходит и от выброса промышленных отходов в атмосферу. Химические вещества, попадая в почву с осадками кислотных дождей, служат причиной изменения ее химического состава, что приводит к снижению плодородия почвы, растения начинают плохо развиваться или гибнут.

Важными антропогенными факторами, отрицательно воздействующими на почву, являются парниковый эффект и озоновые дыры в атмосфере Земли.

На состояние почвы влияют твердые бытовые отходы, вызывающие не только ее химическое загрязнение, но и характерное в настоящее время для окрестностей крупных городов отчуждение плодородной земли.

Мощным и для некоторых местностей опасным антропогенным фактором, воздействующим на почву, является ее загрязнение радиоактивными веществами, которые выпадают из атмосферы в виде пыли.

Почва загрязняется также при неправильном применении ядохимикатов, предназначенных для повышения урожайности растений. Гербициды, пестициды и другие ядохимикаты, накап­ливаясь в почве, способствуют ее химическому загрязнению и вызывают гибель почвообразующих организмов; это снижает плодородие почвы.

Перечисленные загрязнители почвы распространяются как воздушным путем, так и с талыми и почвенными водами.

Нарушения почвы могут быть вызваны и природным процессами – пожарами, сезонными климатическими явлениями, вулканическими процессами, стихийными бедствиями и др.

Почва имеет способность к самоочищению, но, в отличие от воздушной и водной сред, этот процесс протекает очень медленно и способность самоочищения почвы не безгранична; причем каж­дый тип почв имеет свой предел самоочищения.

Когда почва те­ряет способность к самоочищению, при постоянном ее загрязнении вредные химические вещества, в том числе и тяжелые металлы, попадают в плоды сельскохозяйственных растений. Эти отравленные плоды вызывают заболевания человека и животных.

Мониторинг земель осуществляется Министерством сельского хозяйства Российской Федерации совместно с Российской академией сельскохозяйственных наук, и проводится в соответствии с Земельным кадастром РФ на глобальном, региональном и локальном уровнях.

Мониторинг земель – представляет собой систему наблю­дений за состоянием земельного фонда, для своевременного выяв­ления, оценки и прогноза, происходящих изменений, а также для предупреждения и устранения их негативных последствий.

Мониторинг загрязнения почв, растительной продукции, вод и снега тяжелыми металлами, нитратами и пестицидами в агропромышленном комплексе проводится на 300 постоянно действующих реперных участках, а на 350 стационарных контрольных участках проводятся наблюдения за радиационной обстановкой, в которые входит раннее определение коэффициентов переход радионуклидов из почвы в растения.

Экологическая оценка состояния почвы проводится с учетом следующих факторов:

1. Антропогенной нагрузки на почву и на все ее компоненты.

2. Нарушений почвы, ее взаимосвязей и взаимовлиянии на другие компоненты природно-антропогенного комплекса, обусловленных антропогенной нагрузкой и природными явлениями.

3. Способности почвы к текущему и последующему воспроизводству питательных веществ, морфологических структур, биоразнообразия, биотических связей и др.

4. Экологических проблем, связанных с ухудшением состояния почвы.

Для оценки экологического состояния почвы необходимо исследование ее как в целом, так и по компонентам – почвенных воздуха и раствора, химического состава, чужеродных и естественных включений, почвенной биоты и других экологических свойств.

В отличие от оценки состояния воздушной и водной сред, оценка экологического состояния почвы представляет собой более сложную задачу по следующим причинам:

1. Почва – сложный объект исследования, который «живёт по законам и живой природы, и минерального царства» (В.И. Вернадский).

2. Почва – многофазная система, химические взаимодействия в которой происходят с участием твердых фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов; при этом на нее оказывают постоянное влияние физические почвенные процессы (перенос влаги, ис­парение и т. д.).

3. Опасные, загрязняющие почву химические эле­менты – токсиканты (ртуть, кадмий, мышьяк, селен и др.) – яв­ляются природными составляющими горных пород и почв.

В почву они поступают из естественных и антропогенных источ­ников, а при проведении экологического мониторинга обычно требуется оценка влияния лишь антропогенной составляющей. Причем диапазон встречающихся значений содержания химиче­ских веществ в почве настолько широк, что бывает трудно уста­новить степень превышения в них исходного (фонового) уровня содержания химических веществ.

4. Поступление в почву различных химических ве­ществ антропогенного происхождения происходит практически постоянно.

Почвыможно рассматривать как ненарушенные, т.е. существующие в естественных природных условиях, и нарушенные, т.е. преобразованные и измененные человеком (сельскохозяйственные угодья, почвы городов, агропромышленных и других районов).

По признакам изменений различают следующие основные типы нарушений почвы:

1. Полное уничтожение почвы, т.е. удаление почвенного слоя, выход на поверхность почвообразующих пород.

2. Перекрытие почвенного профиля различными материалами – отходами, дорогами, покрытиями, застройками, затоплением.

Городами и прочими населенными пунктами отторгнуто из естественного биосферного процесса около 5% почвенного покрова, и эта величина неуклонно растет.

3. Эрозия почв – разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром.

Водная эрозия происходят под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод. Ветровая эрозия представляет собой выдувание мелкозёма из верхних почвенных горизонтов, особенно в засушливые периоды, при сильных ветрах.

Отсутствие растительности приводит к усилению негативных последствий выветривания.

4. Механические нарушения – уплотнение, переувлажнение (подтопление), иссушение, образование плотных корок, пирогенные нарушения (являются результатом пожаров).

Механические нарушения приводят к ухудшению физических (водно-тепловых, воздушных) и химических свойств, замусориванию почв.

5. Загрязнение почв – накопление и распространение в них веществ, не связанных с почвообразованием.

Такие вещества могут относиться как к естественным компонентам – соли, закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения и др., так и к загрязнителям-токсикантам – тяжелые металлы, хлорорганическиепестициды, радионуклиды и др.

По характеру воздействия на объекты окружающей среды выделяются различные группы нарушений почвы (табл. 2.10.).

Основные группы нарушений почвы

Оценивая состояние почвы, необходимо не только описывать приведенные выше ее нарушения, но и выявлять почворазрушающие процессы и их проявления (табл. 2.11.), а также конкретные антропогенные процессы (табл. 2.12.).

Почворазрушающие процессы и их проявление

Антропогенные почворазрушающие процессы.

В настоящее время к наиболее распространенным ущербам относятся различные виды деградации земельных участков.

Деградация почв– это процессы и результаты изменения комплекса их свойств и естественных режимов, в совокупности, приводящие к изменению функций почвы, как элемента экологической системы и к снижению почвенного плодородия.

Мониторинг деградации почв осуществляется по следующим позициям:

1. Факторы деградации(природные, антропогенные, комбинированные).

2. Категории деградации(физическая и механическая, химическая и физико-химическая, биологическая и биохимическая).

3. Виды деградации(формы проявления – эродированность, дегумификация, уплотнение, засоление и т.п.).

4. Степень деградации(слабая, . сильная).

5. Интенсивность процессов деградации(выявляется при повторных обследованиях).

При проведении почвенно-экологического мониторинга контролируются следующие показатели:

1. Влажность почвы.

2. Тепловой режим.

3. Подкисление или подщелачивание.

4. Вторичное засоление.

5. Потеря гумуса.

6. Загрязнение почв тяжелыми металлами.

7. Загрязнение почв нефтепродуктами, пестицидами.

8. Общее химическое загрязнение.

11. Уплотнение почв.

12. Эрозия и дефляция.

13. Потеря элементов питания (азот, фосфор, кальций, микроэлементы).

При проведении экологического мониторинга применяют экологические карты со специальными условными знаками. Для этого используют обозначение маркированного ареала. В разрыве контура ареала помешают индексы химических элементов, загрязняющих почву, а также цифры, указывающие уровень превышения ПДК каждого конкретного загрязнителя.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОЧВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЧВ ПО МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ

Полевое исследование почв –включает три обязательных этапа:

Задачи подготовительного этапа исследования почв:

1. Ознакомление с программой и базой полевых работ (в том числе приборного парка), а также подготовка необходимого оборудования, снаряжения, справочного и бланкового материала.

2. Инструктаж по технике безопасности (ТБ) при работе в полевых условиях.

3. Рекогносцировочное обследование места проведения практики.

4. Составление плана местности.

Во время полевых исследований, производятся описания почвенных разрезов соответствующей ландшафтной обстановки и фиксируются полевые наблюдения.

Задачи полевого этапа исследования почв:

1. Проложение маршрутной профильной линии.

2. Выбор мест для заложения почвенных разрезов с учетом рельефа, растительности, заболоченности местности.

3. Привязка разрезов к местности по ближайшим ориентирам.

4. Нанесение на план маршрутной профильной линии местоположения разрезов с соответствующим номером.

Непосредст­венно в поле реализуется сравнительно-географический метод изучения почв, являющийся основой почвенного профилирова­ния и картографирования.

Изучение почв в полевых условиях также включает в себя:

1. Ознакомление с внешними признаками почв по маршрутной профильной линии, заложение почвенных разрезов с учетом существующих правил.

2. Изучение структуры почвенного профиля.

3. Выделение генетических горизонтов и измерение их мощ­ности.

4. Зарисовка почвенного разреза в полевом дневнике.

5. Морфологическое описание каждого горизонта: его цвета, окраски, влажности, структуры, сложения, механического соста­ва новообразований, включений, корневой системы растений, характера перехода к нижележащему горизонту.

Описание горизонтов производится в специальных журналах и на бланках наблюдений.

6. Определение (диагностика) почв по данным морфологиче­ского анализа почвенного профиля проводится, в частности, по реакции почвы с применением универсального индикатора.

7. Определение наличия карбонатов в почве проводится с по­мощью соляной кислоты (так называемое вскипание).

8. Отбор почвенных образцов и монолитов для выполнения лабораторных анализов и подготовка их к отправке в лабораторию.

В ходе исследования выявляется и оценивается влияние хозяйственной деятельности человека на состояние почвы.

Задачи камерального этапа исследования почв:

1. Оформление плана профилируемого участка, журналов и бланков описания почвенных разрезов.

2. Составление, оформление и анализ почвенного профиля.

3. Составление почвенной карты, дающей общее представление о характере почвенного покрова профилируемого участка.

В процессе камеральной обработки полевых материалов обрабатываются записи в полевых дневниках, бланках описаний, обобщаются полевые наблюдения, составляются и вычерчиваются почвенный профиль и почвенная карта.

В результате исследования почв разрабатываются практические выводы о состоянии почв и предложения по их рациональному использованию.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник