Приборы контроля качества почв

Тестеры контроля параметров почвы и грунта

Интернет-магазин МоемГород продолжает расти и меняться, предлагая разнообразную группу приборов для анализа и контроля параметров почвы и грунта, столь важную для успешного садоводства, растениеводства и гидропоники.

МоемГород представляет новый раздел каталога с ассортиментом анализаторов и тестеров для измерения параметров почвы и грунта (уровень кислотности pH, показатели плодородности, освещенности, влажности, температуры). Уровни кислотности pH и плодородия почвы (комбинация азота, фосфора и калия) являются важнейшими показателями для успешного развития и роста растений.

Ассортимент приборов для измерения параметров почвы и грунта представлен тестерами Milwaukee, Horiba, Sensorex, Xiaomi и Luster Leaf.

Каждое растение, цветок или куст имеет свои собственные идеальные условия роста. С помощью электронных тестеров определения параметров почвы можно легко измерить показатели текущего состояния, сравнить с теми, в которых нуждаются растения и в результате оперативно проводить корректировку. Если ищете решение для поникших георгин или Вам просто надоели плохие результаты в цветнике, тогда выберите и купите тестеры для почвы в интернет-магазине МоемГород.

Товары этой категории мы сможем недорого доставить в любой город России и зарубежья почтовым отправлением 1 класса (бандероль до 2,5 кг) с фиксированной стоимостью всего 290 рублей по России и 990 рублей заграницу. Подробнее о доставке и оплате — в разделе «Оплата и доставка» . Действуют скидки 5%, 10%, 15% и 20% при покупке от 5 штук. Подробнее.

Источник

1.2.2.3. Средства контроля почв

Третьей из важнейших групп средств экоаналитического контроля является семейство приборов, предназначенных для анализа почв, донных осадков (иногда условно относимых к контролю вод), других твердых веществ, материалов и поверхностей. По сравнению с газоанализаторами и средствами анализа жидкостей, приборы контроля почв наименее распространены, что определяется не столько меньшей потребностью в них, сколько сложностью данного вида анализов. Так, известны только отдельные представители таких портативных средств для контроля почв, примеры которых (всего три отечественных и один импортный) представлены в известном справочном издании [51]. К их числу относятся внесенные в Госреестр СИ анализаторы ртути (типа УКР-1 производства МП «ЭКОН», Москва; РА-915 производства НПФАП «ЛЮМЭКС», СПб.;

ЭГРА-01 ФГУ НПП «Геологоразведка», анализатор ртути «Юлия-2», а также АМА-254 производства фирмы «LECO», Чехия).

Кроме того, в геологоразведке применяется рентгено-радиометричес-кий анализатор химических элементов РПП-105, основанный на рентге-но-флуоресцентном методе анализа.
По литературным данным, для массового контроля параметров состояния почвы применяются практически только универсальные лабораторные приборы стационарного типа с соответствующими официальными методиками, в числе которых выделяют лабораторные и портативные приборы, предназначенные для измерения концентрации загрязняющих веществ (3В), и приборы для контроля физико-химических, механических и микробиологических параметров почвы. Классификация этих средств является традиционной.

По данным справочника [51], на универсальных стационарных приборах лабораторного анализа могут реализовываться более 80 международных стандартов [72] и примерно столько же официальных отечественных методик выполнения измерений (МВИ) в почвах. Для реализации допущенных к применению при выполнении работ в области контроля загрязнений почв (в том числе 20 — по РД 52.18.595-96 [45]) методик применяются:

• фотометрические приборы — около 26% (22 методики);

• ААС или АЭС-спектрометры — около 21% (20 методик);

• хроматографы (ГЖХ, ИХ) — около 40% (18 методик);

• электрохимические (П, ПЛ, К) — около 11% (9 методик);

• титраторы (объемное титр.) — около 7% (6 методик);

• хромато-масс-спектрометры — около 5% (4 методики);

• ИК, ФЛ-спектрометры — по 2,5% (по 2 методики);

• остальные (РФА, весы и др.) — около 3-4% (3 методики).

Таким образом, анализ методов и лабораторных средств контроля почв показывает, что и в этом случае «лидерами» среди приборов остаются все те же фотометры, атомные спектрометры и хроматографы, которые в сумме обеспечивают более 70% всех количественных измерений.
Как и в предыдущих случаях, целесообразно определить минимальный перечень приоритетных 3В с точки зрения мониторинга почв и кратко охарактеризовать наиболее часто применяемые для этих целей средства экоаналитического контроля.

Характерно, что несмотря на «депонирующий» характер почв, накапливающих в себе 3В, поступающие из других сред, по сравнению с атмосферой или водами обычно отмечается значительно меньше подлежащих контролю загрязняющих веществ и других показателей загрязнения почв. Известны несколько официальных перечней нормируемых в почве веществ, в основном по линии Санэпидемслужбы и Госстандарта России. Это Перечень химических веществ в почве, по которым установлены ПДК и ОДК (№6229-91 [73]), дополнение №1 к нему — Перечень ОДК тяжелых металлов и мышьяка (ГН 2.1.7.020-94 [74]), а также два стандарта -ГОСТ 17.4.1.02-83 [75] и ГОСТ 17.4.2.01-81 (СТ СЭВ 4470-84). Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния.

В первом, главном перечне приводится 108 значений ПДК и 70 — ОДК, а во втором — дополнительно еще 6 величин ОДК веществ в почве, что в сумме составляет около 180 нормируемых веществ. В основном это разнообразные пестициды (примерно 140), относительно полезные для почвы вещества — минеральные удобрения (около 10), 10 тяжелых металлов (Рb, Сd, Нg, Сr, Сu, Ni, Со, Мn, Zn, V), мышьяк (Аs), сурьма (Sb)), некоторые неорганические анионы (нитраты, сульфаты, фосфаты, хлориды, фто-риды), сера и сероводород, а также более 10 органических соединении, не относящихся к числу ядохимикатов (ацетальдегид, бензин, бензол, изопропилбензол, о-, м- и n-ксилолы, стирол, толуол, формальдегид) и другие.

Если обратиться к перечням уже существующих методик и просуммировать количество указанных в них веществ, то получается следующее. Список методик количественного химического анализа почв (в том числе сельхозугодий), допущенных к применению по РД 52.18.595-96 [45], включает около 30 веществ или их групп. В аналогичном перечне известного справочного пособия «Экометрия» [51] можно обнаружить уже более 90 веществ, гигиенически нормируемых в почве и обеспеченных методиками анализа.

Сопоставление перечней нормируемых веществ в воде и в почвах показывает их достаточно существенное совпадение. При этом «водный» перечень значительно больше и практически полностью «накрывает» почвенный. Разница отмечается по группе пестицидов и других «супертоксикантов», а также по ненормируемым в почве (и нормируемым в воде) нескольким десяткам других загрязняющих веществ. Таким образом, сводный перечень приоритетных при контроле почв 3В составляет, по нашему мнению, примерно 30 веществ.

Анализируя отдельные образцы приборов и комплектов для контроля почв, в первую очередь следует отметить те из них, которые применяются при поиске мест наибольшей загрязненности и для «оконтуривання» загрязненных участков (первая стадия технологического цикла). Речь идет о быстродействующих универсального типа приборах, измеряющих содержание или сигнализирующих о наличии 3В в паровой фазе. Примером такого прибора, в частности, является фотоионизационный анализатор почвенных газов ЕСОРRОВЕ 4 производства фирмы «RS DYNAMICS» (Чехия), пока редко используемый в России. Как и отечественные приборы типа «Колион» (см. 1.2.2.1), он способен с высокой чувствительностью (до 0,01 ррm) измерять концентрации более чем 100 (принципиально — до 1000) легколетучих органических соединений и некоторых неорганических веществ, обладающих окислительно-восстановительными свойствами.

Наличие в памяти прибора внутренних калибровок позволяет за время, не превышающее 2 мин, получить результат, который может быть считан по показывающей шкале или на экране сопрягаемого портативного компьютера. Отстройка нуля (с учетом «остаточной памяти» датчика) осуществляется автоматически, что значительно повышает надежность результатов, а быстродействующая интегрирующая измерительная схема позволяет настроенному прибору работать в циклическом режиме со скоростью 1 образец в секунду. При этом на дисплее компьютера возможно построение трехмерной модели распределения 3В в приземном слое над исследуемым рабочим участком почвы. Для изучения газов в толще почвы прибор снабжается специальным щупом-пробоотборником.

К сожалению, прямых отечественных аналогов данному прибору не известно. Выше названные приборы серии «Колион» позволяют решать лишь часть выполняемых монитором ЕСОРRОВЕ 4 задач (определение уровня и глубины загрязнения в приземном слое и глубину проникновения 3В в почву по паровой фазе в специально пробуриваемых шурфах).

Другой группой средств, применяемых для контроля почв, являются портативные полевые лаборатории. К ним относятся, например, портативная лаборатория DREL/2010 в комплектации для анализа почв (ориентировочная цена — до 7 000 у.е.), а также портативный измерительный комплект NРК-1 (около 1 000 у.е.).

Примерно такая же ситуация складывается и с обеспеченностью техническими средствами второй стадии технологического цикла контроля — отбора проб почвы. Отечественная промышленность не выпускает специальных пробоотборников для почвы, поэтому чаще всего используются простые самодельные устройства (типа ручного бура, совков и т.д.) или дорогие зарубежные образцы.

Так, известно оборудование для ручного отбора проб производства голландской фирмы Eijkelkamp (от 400 до 3 000 у.е.), в комплект которого входит набор буров для различных видов почв (в т.ч. сложных — каменистых и вязких), наращиваемые стержни (для бурения на глубину до 8-10 м) и специальная рукоятка.

Что касается последующих стадий — пробоподготовки и количественного анализа проб почвы, то их приборное оснащение мало чем отличается от аналогичного при контроле вод (см. предыдущий раздел).
Среди портативных приборов для целей группового экспресс-анализа почв на содержание в них элементов наиболее приспособлены рентгено-флуоресцентные спектрометры (РФС), иногда их называют РФ-анализаторы (РФА). Известно несколько типов РФС, наиболее дешевыми из которых являются приборы серии «СПЕКТРОСКАН» (№13422-97 Госреестра СИ) производства НПО «Спектрон» (Санкт-Петербург). Наиболее дешевая модель «СПЕКТРОСКАН-U» (около 14 000 у.е.) позволяет с высокой точностью определять более 70 тяжелых элементов в интервале от Са до U. Более дорогая (до 43 000 у.е.) и высокочувствительная лабораторная модель «СПЕКТРОСКАН-V» позволяет определять в интервале от Nа до U более 80 элементов. Для контроля параметров окружающей среды с помощью этих приборов разработаны и аттестованы специальные методики, в том числе для определения валового содержания металлов в порошковых пробах почв (МВИ №2420/201-97/201) с чувствительностью порядка 0,7-1,0 м кг/см 2 анализируемой поверхности.

Производители в Москве (НПФ «АналитИнвест» совместно с АООТ «НПО Химавтоматика» и предприятием ООО «ИНЛАН») поставляют для комплектации стационарных и передвижных химических лабораторий новый вид средств измерения, представляющий собой совокупность технических средств, методического и программного обеспечения — химико-аналитические комплексы (ХАК) — рентгено-флуоресцентный, спектрально-оптический, газо — и ионохроматографический, включенные в Госреестр СИ. В частности, рентгено-флуоресцентный комплекс «ИНЛАН-РФ» (ТУ 4215-001-18044127) позволяет с помощью специальной аттестованной методики (МВИ 2420/31-97) при относительной погрешности ± 25% определять в почве 8 наиболее распространенных тяжелых металлов (Сг, Мn, Со, Ni, Сu, Рb, Нg, Zn) с чувствительностью 1-1500 мг/кг. Стоимость РФ-ХАК, размещаемого на отечественной многоцелевой автомобильной экоаналитической лаборатории «Экомобиль», ориентировочно составляет 23-25 тыс. у.е. Известны и более дешевые портативные РФ-спектрометры: РФА «ЭЛАН» (стоимость от 18 000 у.е.) и «ПРИМ-1М» (стоимость от 21 000 у.е.).

Источник

Приборы контроля воды и почвы

Назначение приборов контроля воды и почвы

Приборы контроля воды и почвы включаются, как правило, в состав комплекта оборудования лабораторий промышленно-санитарного контроля и/или экологических лабораторий, предназначаемых для исследований концентраций различных загрязняющих веществ в атмосфере, контроле метеорологических параметров, уровня шумов, а также экспрессного анализа в изучаемых образцах физико-химических параметров, отбора проб воды, воздуха, донных отложений, почв, контроля за источниками утечек и выбросов природного газа.

Помимо приборов контроля воды и почвы в состав оборудования лабораторий могут входить различные газоанализаторы, метеорологические приборы, анализаторы пыли, регистраторы получаемых данных на базе персональных компьютеров.

Приборы контроля воды и почвы в координации с другим оборудованием лабораторий позволяют посредством технических средств измерений определять содержание в почве и воде вредных веществ в соответствующих по инструментальной номенклатуре диапазонах значений концентраций для каждого из них.

Кислородомер – стационарный, как правило, прибор, предназначенный для измерения в водном теплоносителе растворенного кислорода. Современные анализаторы аммиака постоянно совершенствуются, что позволяет существенно улучшить их исследовательские характеристики. . Современный рН-метр со сменными электродами пользуется достаточной популярностью. Системы водоочистки могут реализовываться в самых разных комплектациях в зависимости от требований, которые заказчик предъявляет к получаемой на выходе воде. . Учет объема дымовых выбросов достаточно жестко нормируется инструктивными документами. Современный гигрометр бытовой может конструктивно исполняться в различных вариантах.

Внимание! Копирование информации с этой страницы запрещено без письменного разрешения руководства
компании ООО «НПП Техноприбор».

Источник

5. Средства контроля почв

Третьей из важнейших групп средств экоаналитического контроля является семейство приборов, предназначенных для анализа почв, донных осадков, других твердых веществ, материалов и поверхностей. По сравнению с газоанализаторами и средствами анализа жидкостей, приборы контроля почв наименее распространенны, что определяется не столько меньшей потребностью в них, сколько сложностью данного вида анализаторов. Известны только определенные представители таких портативных средств контроля почв: анализаторы ртути типа УКР — 1 (МП «Экон», Москва), РА — 915 (НПФАП «Люмэкс», Санкт-Петербург), ЭГРА — 01 (ФГУ НПП «Геологоразведка»), анализатор ртути «Юлия — 2», а также АМА — 254 («LECO» Чехия).

Кроме того, в геологоразведке применяется рентгено-радиометрический анализатор химических элементов РПП-105, основанный на рентгено-флуоресцентном методе анализа.

Для массового контроля параметров состояния почвы применяются практически только универсальные лабораторные приборы стационарного типа с соответствующими официальными методиками.

Для реализации допущенных к применению при выполнении работ в области загрязнений почв методик применяются:

фотометрические приборы около 26 % (22 методики),

атомно-абсорбционные или атомно-эмиссионные спектрометры — 21 % (20),

хроматографы (газожидкостные, ионные) — 40 % (18),

электрохимические приборы — 11 % (9),

титраторы — 7 % (6),

хромато — масс — спектрометры — 5 % (2),

ИК — спектрометры, флуориметры — по 2,5 % (2),

остальные 3 — 4 % (3).

Таким образом, и в этом случае «лидерами» среди приборов остаются все те же фотометры, атомные спектрометры, хроматографы, которые в сумме обеспечивают более 70 % всех количественных измерений.

Средства измерений универсально назначения

К средствам измерений универсального назначения относятся:

атомно-абсорбционные и атомно-эмиссионные спектрометры,

фотометры, спектрофотометры, УФ-спектрометры и др.,

хроматографы (жидкостные и газовые),

биолюминесцентные и другие лабораторные анализаторы.

Лекция № 15

Тема: Глобальный (биосферный) мониторинг

Глобальный мониторинг и критерии оценки изменения биосферы

Наземные наблюдения за состоянием и изменением биосферы

Дистанционное зондирование биосферы

Глобальные модели и прогнозирование изменений биосферы

В настоящее время, когда влияние хозяйственной деятельности че­ловека охватывает практически всю биосферу, возникла необходимость разработки природоохранных мероприятий не только локального и ре­гионального, но и глобального характера. Решение этой задачи по­требовало создания системы глобального мониторинга состояния и изменения природной среды.

Общие принципы организации службы глобального мониторинга были рассмотрены еще на Стокгольмской конференций ООН по окружающей среде в 1972 году. В последующие годы вопросами мониторинга биосферы занимались различные международные организации. Под эгидой Всемирной метеорологической организации (ВМС) начались фоновые наблюдения за состоянием загрязнения атмосферы и атмосферных осадков. В рамках Международной океанографической комиссии совместно с ВМО организованы работы по изучению загрязнения морской среды. Большая работа по научному обоснованно глобального мониторинга была проведена в рамках программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера».

В 1986 г. Международный совет научных обществ принял Междуна­родную геосферно-биосферную программу «Глобальные изменения», на­целенную на познание причин и механизмов изменений природы и поиск путей научного прогнозирования этих процессов в XXI веке. В ней особое внимание уделено получению современной информации о состоянии биосферы в целом. Осуществление программы началось в 1991 г. и будет продолжено в следующем столетии (Меняющийся мир. 1991).

1. Глобальный мониторинг и критерии оценки изменения биосферы. Глобальный мониторинг — это регулярное слежение за планетарны­ми процессами и явлениями в биосфере с целью оценки и прогноза их изменений под влиянием антропогенных и естественных факторов. В качестве объектов слежения выступают геосферы Земли, которые рас­сматриваются в глобальном масштабе. Этот вид мониторинга необхо­дим для решения планетарных проблем природопользования и охраны окружающей среды, овладения приемами и механизмами управления ре­гиональными природно-антропогенными процессами и биосферой в целом. Материалы наблюдений позволяют выявить масштабы и характер антропогенных изменений природных систем, определить негативные послед­ствия хозяйственной деятельности в различных ландшафтных зонах и при разных способах общественного производства.

Основная задача глобального мониторинга — наблюдения и контроль за главными параметрами современной биосферы с целью достоверной фиксации их периодических и направленных изменений, экологической оценки ответных реакций природных систем на антропогенные воздей­ствия, охватывающие крупные части биосферы. В их число должны входить наиболее важные геофизические, геохимические и биологические показатели — характеристики радиационного и теплового балан­сов, глобального влагооборота Земли; данные о состоянии озонового слоя, загрязнении географических сфер и по антропогенному преобразованию круговорота главнейших химических элементов; показатели структуры и биологической продуктивности наиболее репрезентатив­ных наземных и океанических экосистем. Кроме того, в задачи мониторинга необходимо включить наблюдения над изменением глобаль­ных уровней радиоактивности, связанной с использованием ядерной энергии (Герасимов, 1985).

По данным глобальных наблюдений рассчитываются фоновые показате­ли — усредненные параметры, характеризующие естественное состояние компонентов биосферы. Они используются как «точки» отсчета или ис­ходные отметки при оценке направлений и степени антропогенных из­менений окружающей природной среды.

Оценка антропогенных изменений природной среды осуществляется с помощью двух групп критериев — показателей загрязнения среды и структурно-функциональных характеристик биосферы.

Первую группу критериев составляют загрязнители, оказывающие существенное негативное воздействие на природные системы. Согласно И.М.Назарову (1977), к ним относят: а) вещества, воздействующие на геофизические системы в атмосфере (углекислый газ, аэрозоли, ве­щества, влияющие на содержание озона и др.); б) мутагенные ингре­диенты глобального значения — радионуклиды, пестициды, бенз(а)пирен и другие; в) вещества регионального распространения, способ­ные переноситься на большие расстояния и вызывать суммарный эффект глобального масштаба (двуокиси серы и азота, нефть и нефтепродук­ты, тяжелые металлы и др.).

При оценке загрязнения среды важное значение имеет выявление степени «антропогенности» различных загрязнителей, в частности элементов, распространяющихся с аэрозолями. Для ее определения предложен коэффициент обогащения или фракционирования (Кi). Он рассчитывается по отношению к некоему опорному элементу по сле­дующей формуле (Израэль, 1984):

где C_i и С₀ — концентрация соответственно исследуемого и опор­ного элементов; Рi и Р0 — кларковое содержание соответственно исследуемого и опорного элементов. В качестве опорных выбраны рас­сеянные элементы, выброс которых в атмосферу приближается к их кларковому содержанию. К ним относятся торий, цезий, скандий.

Расчет коэффициента обогащения (Кi) позволяет учесть количест­во выброшенных в атмосферу веществ, связанных с хозяйственной дея­тельностью человека, а также определить их способность к распрост­ранению на значительные расстояния.

Структурно-функциональные характеристики отражают изменения в составе природных систем и интенсивности протекающих в них естест­венных процессов (изменения видового состава, соотношения различ­ных трофических групп, скорости деградации экосистем и др.). Осо­бое значение имеют интегральные характеристики — величина первич­ной продукции биогеоценозов, соотношение фактической и потенциальной продуктивности для данных физико-географических условий, интенсивность биологического круговорота и другие. Их определение дает возможность установить нарушения взаимосвязей внутри природных комплексов, степень трансформации последних, выявить тот продел антропогенного воздействия, при котором системы теряют свои средо- и ресурсовоспроизводящие функции.

При оценке геоэкологического состояния территории необходимо учитывать как площади проявления негативных процессов (например, площади, деградации сельскохозяйственных земель, изменения лесистости и др.), так и скорости трансформации природных и природно-антропогенных систем во времени и пространстве (например, скорости деградации земель, уменьшения продуктивности экосистем и др.). Скорости трансформации целесообразно рассчитывать по 5-10-летним и более продолжительным рядам наблюдений. Анализ таких рядов необходим для выявления тенденций развития измененных систем и прогноза экологической обстановки в целях разработки мероприятий по ее стабилизации и улучшению.

Определение названных характеристик состояния биосферы (в том числе фоновых показателей) связано с проведением наземных стационарных наблюдений и использованием методов дистанционного зондирования.

2. Наземные наблюдения за состоянием и изменением биосферы. Наземные наблюдения за состоянием и изменением биосферы ведут­ся на специальных стационарах, которые в зависимости от назначе­ния подразделяют на базовые, (фоновые) и региональные станции.

Базовые станции служат для получения информации о фоновом (исходном) состоянии биосферы и поэтому должны располагаться в районах с заведомо полным (насколько это вообще возможно в современ­ном мире) отсутствием антропогенного влияния не только в настоящее время, но и в ближайшем будущем. Их необходимо размещать в спе­циально выбранных точках, как на суше, так и в пределах акватории Мирового океана.

Региональные станции создаются с целью получения информации о состоянии биосферы в зонах, подверженных влиянию хозяйственной деятельности человека. Они могут размещаться как вблизи крупных городов и промышленных центров, так и на их границах. Региональные станции служат для фиксации сравнительно быстрых изменений природной среды, базовые станции предназначены для выявления медленных негативных процессов, характеризующих состояние биосферы в целом и поэтому наиболее опасных с точки зрения своих последствий.

В нашей стране базовые станции организованы и функционируют главным образом в составе биосферных заповедников. Биосферными заповедниками называют репрезентативные (представительные для данных физико-географических условий) слабоизмененные и строго охраняемые природные территории, в пределах которых ведутся мониторинговые наблюдения за антропогенными изменениями биосферы. Они име­ют зонированную структуру и, как правило, включают; а) зону, находящуюся вне сферы хозяйственного использования и защищаемую от вмешательства со стороны человека (в ее границах проводятся фоновые наблюдения); б) переходную (буферную) территорию с ограничен­ной хозяйственной деятельностью; в) территорию, испытывающую ант­ропогенное воздействие. Таким образом, биосферные заповедники как бы совмещают в себе признаки базовых и региональных станций, хотя программа наблюдений в них является более широкой прежде всего за счет проведения экологических и биологических исследований.

Важной задачей глобального мониторинга является выбор местопо­ложения фоновых станций и биосферных заповедников, разработка программ и унификация методов проведения мониторинговых наблюдений. Согласно Е.В.Милановой и Л.М.Рябчикову (1986), основными критериями выбора территорий под биосферные заповедники являются: репрезентативность (наличие черт, характерных для данного биома), разнообразие природных условий (включение по возможности максимального числа экосистем, сообществ и организмов, характерных для биома), естественность (предпочтение отдается участкам, не испытав­шим существенных антропогенных преобразований), эффективность территории как природоохранной единицы (размер, форма и положение тер­ритории должны обеспечивать максимальную степень саморегулирова­ния и слабое воздействие внешних нарушающих факторов). По данным В.Е.Соколова и Ю.Г.Пузаченко (Меняющийся мир. 1991), наибольшее разнообразие природных условий приурочено, к экотонам (переходным зонам), где проявляется и наибольшая неустойчивость экосистем к антропогенному воздействию. Неустойчивость объясняется тем, что большинство элементов систем в пределах экотонов располагается вблизи своих экологических границ и соответственно обладает повышенной чувствительностью к внешним воздействиям. Поэтому территории с большим разнообразием экосистем наиболее удобны для организации сложных научных исследований.

Программа глобальных мониторинговых наблюдений строится так, чтобы получить необходимую информацию как о ходе естественных процессов, так и о последствиях антропогенного вмешательства в природу. Она включает (Израэль, 1984): а) мониторинг загрязнения природной среды; б) мониторинг откликов биоты на воздействие человека; в) наблюдения за изменением структурно-функциональных характеристик (соотношения годичной первичной и вторичной биологической продукции, интенсивности биологического круговорота и др.) природных (эталонных) экосистем и их антропогенных модификаций. Результаты мониторинга необходимо сопоставлять с данными метеорологических, гидрологических и других геофизических наблюдений.

Программа глобальных наблюдений предусматривает измерение потока веществ из атмосферы на подстилающую поверхность, в процессе миграции с поверхностным и подземными водами, по трофическим це­пям в экосистемах. При выборе ингредиентов приняты во внимание такие критерии, как способность веществ распространяться на большие расстояния, их устойчивость и мобильность в окружающей среде, спо­собность к воздействию на экологические и геофизические системы (в том числе на климат). Среди измеряемых показателей следует выделить вещества, определяемые во всех сферах (бенз(а)пирен, хлорорганические соединения, тяжелые металлы и др.) и ряд загрязни­телей (окись углерода, окислы азота, озон, аэрозоли и др.), которые определяются в атмосфере (табл. 1).

Помимо наблюдений за основными параметрами загрязнения среды мониторинг должен включать наблюдения за изменением ультрафиоле­товой радиации, радиационного и теплового балансов, изучение изме­нений свойств почв и их разрушения под влиянием эрозии, выявление реакции биоты на загрязнение (в частности, расчет баланса по важ­нейшим загрязнителям на «входе» и «выходе» для биологических сис­тем разного типа и уровня организации), исследование динамики про­цессов, протекающих в антропогенных ландшафтах.

Таблица 1 — Программа мониторинга загрязняющих веществ в биосферных заповедниках (Теоретические основы. 1983)

Аэрозоли, озон, окись и

Двуокись углерода, окислы

соединения (ДДТ и др.)

Свинец, ртуть, кадмий, мышьяк,

ДДТ, бенз(а)пирен, анионы и

катионы (по стандартной

Осадки — один раз в декаду,

месяц. Выпадения — один раз

в месяц. Снежный покров –

один раз в год перед

Свинец, ртуть, метилртуть,

кадмий, мышьяк, ДДТ,

Вода и взвеси — 6 раз в год

I раз в год в летнюю межень

Свинец, ртуть, кадмий,

мышьяк, ДДТ, бенз(а)пирен,

Свинец, ртуть, кадмий,

мышьяк, ДДТ, бенз(а)пирен,

Особую роль играют наблюдения за содержанием озона в атмосфере, поскольку стабильность озонового слоя является важным фактором сохранения биосферы, В естественных условиях в стратосфере наблю­дается равновесие между процессами фотохимического образования и разложения озона, однако поступление в атмосферу различных веществ (прежде всего окислов азота, хлорированных и фторированных угле­водородов) может легко нарушить это равновесие. В связи с этим актуальной задачей мониторинга является расширение сети озонометрических станций, позволяющей регулярно измерять содержание озона в стратосфере (до высоты 30 км) и в приземном слое атмосферы, а также определять концентрацию веществ, способных разрушить озоно­вый слой в разных точках нашей планеты.

В настоящее время под эгидой ЮНЕСКО в рамках международной программы «Человек и биосфера» развернута сеть пунктов наблюдений, в которую входит более 300 биосферных заповедников и фоновых стан­ций. На территории Российской Федерации функционируют 16 биосферных заповедников (Кавказский, Приокско-Террасный, Сихотэ-Алинский, Байкальский, Центрально-Черноземный, Центрально-Лесной и др.). Их основная задача состоит в сохранении репрезентативных ландшафтов, обеспечении полигонов для проведения геоэкологического мониторинга и долгосрочных исследований структуры, функционирования и динамики природных систем в сравнении с системами, измененными человеком.

В качестве примера мониторинга рассмотрим программу наблюдений, которые проводятся в Приокско-Террасном биосферном заповеднике, расположенном в южном Подмосковье. Заповедник включает в себя три функциональных зоны: а) территорию, исключенную из хозяйственного использования (собственно заповедник площадью 5 тыс. га); б) территорию с типичным для данной природной зоны лесным ландшафтом, слабо измененным деятельностью человека; в) территорию, интенсивно используемую в сельском хозяйстве. В основу организация наблюдений положен ландшафтно-геохимический бассейновый подход, который признан наиболее результативным при слежений за состоянием природных систем. Для изучения процес­сов миграции вещества, происходящих в геохимических ландшафтах, были выбраны два модельных водосбора — один расположен в границах заповедника, другой — в условиях типичной сельскохозяйственной территории. В пределах водосборов изучаются следующие потоки ве­щества: а) поступление химических элементов с атмосферными осадками; б) приток твердых аэрозолей на территорию сельскохозяйствен­ного использования и лесных массивов, химический состав аэрозолей и содержание поступающих с ними элементов; в) ионный и твердый стоки с водосборов, фиксируемые еженедельно во время меженей и ежедневно в периоды паводков и половодий; г) поступление химичес­ких элементов в агроценозы водосбора с удобрениями и пестицидами; д) отчуждение элементов с водосборов с продукцией земледелия и древесиной при вырубках или сборе валежника (Теоретические основы и опыт. 1983).

Мониторинговые наблюдения в Приокско-Террасном заповеднике ве­дутся с 1974 г. За прошедший период накоплен большой фактический материал, необходимый для оценки и прогноза состояния фонового загрязнения в условиях европейской территории России.

3. Дистанционное зондирование биосферы. Основная задача дистанционного зондирования биосферы, состоит в получении пространственно-временной информации о состоянии и структурно-функциональных изменениях мега- и макроэкосистем, загряз­нении больших участков атмосферы, акваторий водоемов крупных массивов лесов и других объектов земной поверхности. Для получения этой информации используются различные методы: аэрофотосъемка, многозональная космическая съемка, спектро- и радиометрирование в видимой, ближней и средней инфракрасной и микроволновой областях спектра. Так, многозональная сканерная съемка из космоса может служить надежной основой мониторинга лесных ресурсов, особенно в районах Сибири и Дальнего Востока, где на площади более 500 млн. га сосредоточено около 80% лесных богатств России. Она позволяет по­лучить данные о концентрации лесных массивов, вести оперативные наблюдения за состоянием лесов, следить за ходом лесопользования и восстановления лесных ресурсов, своевременно обнаруживать очаги пожаров и болезней, оценивать антропогенные нарушения лесных экосистем и решать другие задачи, которые не могут бить решены традиционными методами (Космическое землеведение, 1992).

Дистанционное зондирование позволяет получить обширную ин­формацию, необходимую для выявления картины глобальных изменений состояния биосферы. По данным космических наблюдений возможно дешифрирование таких неблагоприятных явлений, как массовое заболе­вание сельскохозяйственных растений и загрязнение лесов, ареалы распространения которых трудно установить с помощью наземных средств. Дистанционные методы дают возможность определить и с боль­шой точностью картографировать необратимые последствия хозяйствен­ной деятельности человека, сопровождающиеся нарушением структуры природных систем (опустынивание, вторичное засоление и заболачи­вание земель, сведение лесных массивов и др.).

Одним из важных аспектов глобального мониторинга является получение оперативной информации о состоянии тех объектов наблю­дения, которые быстро изменяются во времени и пространстве (напри­мер, распространении лесных пожаров и наводнений, таянии снегово­го покрова, состоянии сельскохозяйственных посевов, пастбищ в других объектов). Периодичность космической съемки для решения этой задачи может колебаться в значительных пределах — от одних или нескольких суток до нескольких месяцев и года. Так, наблюде­ние за лесными пожарами нуждается в ежедневных съемках для конт­роля рубок леса достаточно одной съемки в год. На основе наблюдений составляются оперативные и прогнозные карты состояния изучае­мых объектов, которые являются одним из конечных результатов мо­ниторинга. В целом использование дистанционных методов дает возможность охватить примерно 60% всех разделов биологического, 90% геофизического и 25% геохимического мониторинга (Виноградов, 1984). Для определения фоновых характеристик экосистем помимо проведе­ния наземных наблюдения необходимо дистанционное зондирование территории биосферных заповедников, национальных парков и других природоохранных объектов. Особенность зондирования заключается в съемке обширных территорий (площадью 10000-30000 км и более) с одновременной фиксацией состояния как ненарушенных, так и изменен­ных человеком природных систем. По результатам съемок производится изучение состава, структуры и функционирования природных эко­систем с целью выявления естественных закономерностей их развития. Последующее сравнение ненарушенных и нарушенных комплексов позволяет установить, направление и степень антропогенной трансформация природной среды, дать ее оценку и поставить прогноз дальнейшего развития изучаемых объектов.

Перспективы развития методов дистанционного зондирования биосферы связаны с разработкой более совершенных средств сбора и накопления космической информации, формированием сетей передачи этой информации, а также алгоритмических и компьютерных средств их обработки. Планируемые в США и России запуски спутниковых систем экологического назначения на основе использования микроволновой радиометрии, оптических методов и инфракрасной индикации позволят в ближайшие годы значительно продвинуться по пути формирования иерархических баз данных. Запущенные в 1991 г. в рамках реализации проектов «ТОМС-МЕТЕОР-3» и «МИР-ПРИРОДА» два экологических спутника дадут возможность уже к 1995 г. создать базу данных с глобальным охватом поверхности Земли (Крапивин и др. ,1991).

4. Глобальные модели и прогнозирование изменений биосферы. В связи с глобальным характером антропогенных изменений природной среды возникла необходимость выявления наиболее опасных тенденций развития биосферы и поиска путей их преодоления. Однако, как показано выше (раздел 3.4), решение подобных задач с помощью традиционных методов исследования часто оказывается неэффективным. В этой ситуации наиболее перспективным способом получения глобальных оценок и прогноза становится математическое моделирование.

Первая попытка математического моделирования глобальных экологических процессов была предпринята в 1971 г. американским исследователем Дж.Форрестером. Его модель содержала два экологических параметра: загрязненность среды и численность населения. Последующие модели, созданные по инициативе или при поддержке Римского клуба, были значительно детализированы (учитывались региональные различия, ограничения в использовании природных ресурсов, пределы роста населения и другие факторы). Однако, несмотря на усовершенствования, принципы и цели моделирования оставались прежними — решались, прежде всего, экономические проблемы. Сама биосфера в этих исследованиях оставалась некоторым экзогенным фактором, создающим определенные условия производственной деятельности человека и влияющим на характер демографической ситуации.

Для мониторинга наибольший интерес представляют модели, позволяющие выявить тенденции развития биосферы, ибо лишь на основе изучения закономерностей хода природных процессов можно установить вероятные последствия антропогенного воздействия. Другими словами необходимо глубокое исследование динамики природных систем как целостных образований, их реакции на хозяйственную деятельность человека. Примером подобного подхода к моделированию глобальных экологических процессов может служить имитационная модель биосферы, разработанная в Вычислительном центре АН СССР (Крапивин и др., 1982; Свирежев и др., 1988).

Основная цель разработки данной модели оценка и выявление тенденций эволюции биосферы при различных вариантах природополь­зования и определение пути гармоничного развития общества и природы. Биосфера рассматривается как очень сложная иерархически ор­ганизованная система. В ее составе выделены атмосфера, гидросфе­ра, автотрофные (растения) и гетеротрофные организмы, почвы и другие компоненты, которые функционируют относительно автономно и в то же время связаны между собой круговоротами вещества и энер­гии. В пределах биосферы выделены океаны и континенты, разделенные на более мелкие пространственные образования (ландшафтные зоны и др.). В соответствии с таким представлением о структуре биосферы модель включает три основных взаимодействующих блока: «Атмосфера (климат)», «Океан» и «Регионы суши».

В блоке «Атмосфера» рассматриваются баланс солнечной энергии, глобальный круговорот азота, загрязнение воздушного бассейна. Оп­ределены важнейшие параметры климата (прежде всего температура и осадки), изменяющиеся под влиянием хозяйственной деятельности че­ловека. Установлены количественные зависимости изменения средне­годовой температуры приземного слоя воздуха от содержания в нем CO2 антропогенных выбросов тепла и аэрозолей.

В блоке «Океан» рассмотрены обмен СО₂ между океаном и атмосфе­рой, загрязнение океанических вод, функционирование биоты. Дано математическое описание процессов энергообмена между абиотическими и гидрологическими факторами и основными трофическими уровнями экосистем океана. При имитации функционирования морских экосистем учтены два биотических уровня: фитопланктон и нектон.

В блоке «Регионы суши» разделение континентов на регионы производится в соответствии с природными и политическими границами. На территории суши рассмотрены биогеохимические циклы углерода и азота в условиях естественной и сельскохозяйственной растительности, обмен СО₂ с атмосферой, демографические и экономические процессы. Каждый регион суши генерирует загрязнения трех типов: поступающие на континенты, в океан и в атмосферу. Вся моделируемая территория разбита на участки размером 4×5° географической сетки.

Экологические процессы в пределах каждого участка характеризуются величинами накопления углерода и азота в живой и мертвой фитомассе, в подстилке и гумусе.

Взаимодействие между блоками модели осуществляется благодаря функционированию подблоков, описывающих круговороты азота и угле­рода в системе «атмосфера-растения-почва», углеродный цикл в сис­теме «атмосфера-океан-суша», круговорот воды в природе и другие глобальные процессы. Модель дает возможность рассчитать изменения ряда экологических, климатических и демографических характеристик в отдельных регионах Земли на длительный период времени при раз­личных сценариях хозяйственной деятельности человека. Они реали­зована в виде программы для ЭВМ и позволяет ученому-естественнику задать разнообразные сценарии воздействия на биосферу и проанали­зировать их результаты.

При реализации модели было принято условие, что тенденции раз­вития хозяйственной деятельности человека, выявленные в 70-х го­дах, сохранятся в течение продолжительного времени. Исходя из это­го условия, проведены расчеты ряда характеристик будущего состоя­ния биосферы. Как видно из расчетов, к 2020 г. содержание СО2 в атмосфере по сравнению с 1970 г. возрастет на 31%. На первых по­рах это приведет к некоторым положительным эффектам: несколько увеличится суммарная биомасса сельскохозяйственной растительности и повысится продуктивность естественных экосистем. Однако при дальнейшем росте концентрации СО2 возникнет эффект, связанный с повышением температуры воздуха и нарушением устойчивости значительной части наземных экосистем.

Ожидается, что одновременно существенно увеличится запыленность атмосферы (к 2020 г. — в 1,7 раза) и возрастет загрязнение суши (почти в 1,5 раза). Как известно, увеличение запыленности атмосфе­ры ведет к понижению температуры воздуха, но в целом, согласно сделанным прогнозам, за счет опережающего роста концентрации СО2 глобальная температура повысится на 0,3-0,4°С.

Выделение в модели подблока, описывающего динамику леса, поз­волило получить оценку роли лесной растительности в формировании газового состава атмосферы. Расчеты показали, что возрастание темпов сведения лесов существенно повышает концентрации СО₂ в атмо­сфере. Если к 2020 г. площади лесов будут сокращены на 10%, то за счет неаккумулированного растительностью СО2 содержание последнего в атмосфере по сравнению с 1970 г. возрастет в 1,4 раза. При увеличении лесистости всего на 10% рост концентрации СО2 заметно снизится, а при увеличении площади леса на 50% он почти прекратится. Таким образом, колебания лесистости в пределах 10% могут привес­ти к изменению состава воздуха в биосфере и оказать влияние на другие компоненты природной среды (Крапивин и др., 1962).

Авторы модели отмечают, что в настоящем варианте она слишком схематична, чтобы служить рабочим инструментом для составления прогнозов будущего состояния биосферы. Полученные на ней резуль­таты расчетов характеризуют лишь тенденцию изменения и порядок изучаемых величин. Модель нуждается в усовершенствовании путем включения в нее дополнительных блоков, отражающих влияние экономи­ческих условий и последствий научно-технической революции, прост­ранственного распределения экосистем суши и океана, типов загряз­нения биоты и других факторов, а также насыщения ее современной информацией о состоянии природной среды. В перспективе более совер­шенная модель может быть использована для получения прогнозов из­менения биосферы в целях мониторинга.

Источник