Text
                    Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р.
ОЦЕНКА
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ
Практическое руководство
Крисмас+
Санкт-Петербург
2008


Муравьев А.Г. , Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьева. Изд. 2-е, перераб. и дополн. – СПб.: Крисмас+, 2008. – 216 с., ил. Книга посвящена вопросам оценки экологического состояния почвы по широкому кругу показателей, непосредственно связанных с вопросами почвоведения, агрохимии, агроэкологии, санитарной охраны почв и др. Отражены вопросы влияния антропогенной нагрузки на экологическое и санитарно-химическое состояние почвы. Сведения о свойствах почвы систематизированы применительно к задачам их практической оценки в полевых и лабораторных условиях. Рассматриваются правила отбора и подготовки проб почвы, методы и оборудование для полевых и лабораторных исследований. В книге использован обширный литературный и справочный материал. Книга будет полезна педагогам школьного и дополнительного образования, учащимся старших классов общеобразовательных и специализированных школ, преподавателям и студентам вузов, специалистам экоаналитических лабораторий, широкому кругу интересующихся вопросами оценки экологического и санитарно-химического состояния почвы. © Крисмас+, 2008 © Авторский коллектив, 2008 ISBN 5-89495-117-8 Издательство «Крисмас+» Лицензия ИД № 03241 от 10.11.2005 г. 191180, Россия, Санкт-Петербург, ул Константина Заслонова, д.6 Тел.: (812) 575-50-81, 575-54-07, 575-55-43, 575-57-91. Тел./факс (812)325-34-79 Подписано в печать 10.12.2007 г. Формат 60×881/16. Бумага офсетная № 1. Тираж 5000 экз. 2
Содержание Предисловие ко второму изданию 6 Введение 7 1. Развитие экологических представлений о почве 10 2. Общие сведения о почве. Почва как компонент природно- антропогенного комплекса 14 3. Задачи и содержание оценки экологического состояния почвы. . .19 4. Почвы и почворазрушающие процессы 24 4.1. Почвообразующие процессы 24 4.2. Нарушения почвы 28 4.3. Почворазрушающие процессы 31 5. Эрозия почв 37 6. Загрязнение почв 41 6.1. Основные понятия и термины химического загрязнения почвы 41 6.2. Фоновое содержание элементов и загрязнение почв 43 6.3. Загрязнение почв тяжелыми металлами 46 6.4. Загрязнение почв нефтепродуктами 50 6.5. Закисление почв и кислотность 52 6.6. Засоление почв 55 6.7. Загрязнения почвы, обусловленные применением минеральных удобрений и пестицидов 57 6.8. Замусоривание почв и проблемы свалок 62 7. Показатели экологического состояния почв и их исследование. . .65 7.1. Исследование почв в полевых и лабораторных условиях . . . .65 7.2. Общий обзор свойств почвы 65 7.3. Почвенные разрезы 68 7.3.1. Почвенный профиль и почвенные горизонты 68 7.3.2. Изучение почвенных разрезов и обнажений 72 7.4. Отбор проб почвы и их подготовка 75 7.4.1. Общие требования к отбору проб почвы 75 7.4.2. Отбор объединенной пробы методом конверта 76 7.4.3. Особенности отбора проб почвы для химического анализа 77 7.4.4. Отбор проб при изучении почвенных разрезов 78 7.4.5. Подготовка проб почвы к анализу 79 7.4.6. Особенности подготовки проб почвы для химического анализа 82 7.4.7. Унифицированная методика приготовления почвенных вытяжек 85
7.5. Морфологические свойства почв 88 7.5.1. Цвет (окраска) 88 7.5.2. Влажность и водные свойства почвы 90 7.5.3. Механический состав и структура 100 7.5.4. Сложение 106 7.5.5. Новообразования 107 7.6. Химические показатели состояния почвы 109 7.6.1. Способы выражения результатов химического анализа почв 110 7.6.2. Показатели естественного состояния почвы и их значение при экологической оценке почв 112 7.6.3. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами 114 7.6.4. Нормативные показатели загрязнения почвы химическими веществами 115 7.6.5. Гигиеническая оценка загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений 119 7.6.6. Гигиеническая оценка почв населенных пунктов 121 7.7. Плодородие почв 123 7.7.1. Плодородие и богатство почв 123 7.7.2. Окультуривание почв и его показатели 126 7.7.3. Определение содержания гумуса в почве 129 7.8. Биологическая активность почвы и почвоутомление 130 7.8.1. Оценка биологической активности почвы 130 7.8.2. Почвоутомление, фитотоксичность и фитосанитарное состояния почвы 131 8. Геоботаническая индикация почв (фитоиндикация) 135 9. Картирование результатов оценки экологического состояния почвы 141 10. Практические методы оценки показателей экологического состояния почвы 148 10.1. Краткая характеристика методов анализа химического состава почв 148 10.2. Полевые методы оценки показателей состояния почвы. . . 150 10.3. Обзор доступных методов оценки показателей состояния почвы 153 10.4. Полевое оборудование для оценки показателей химического состава почв 157 10.4.1. Обзор оборудования для полевых анализов 157 10.4.2. Полевые комплектные лаборатории «НКВ» 160
10.4.3. Ранцевая лаборатория исследования почвы «РПЛ-почва» 166 10.4.4. Тест-комплекты для анализа природных вод и почвенных вытяжек 170 10.4.5. Измерительные комплекты для анализа почвенных вытяжек 172 10.4.6. Тест-системы для быстрого обнаружения загрязненности в воде и почве 173 10.4.7. Комплектная мини-экспресслаборатория «Анализ удобрений» 175 Заключение 176 Список литературы 177 Словарь терминов 183 Приложения 196 1. Загрязнение почв Ленинградской области 196 2. Схема первичного экологического контроля за состоянием несанкционированных свалок 199 3. Пример описаний некоторых почвенных разрезов 203 4. Некоторые растения-индикаторы почвенных условий Северо-Запада России 205 Предметный указатель 208
Предисловие ко второму изданию Второе издание книги представляет значительно переработанный и дополненный материал. Дополнения охватывают актуальную информацию, касающуюся, преимущественно, представленной в нормативных документах терминологии в области исследования почвы, а также правил отбора проб, методов анализа почв и оборудования для полевых исследований. Значительно расширен материал о показателях химического загрязнения почвы и химических показателей состояния почвы (глава 6), методах их оценки и роли при формировании экологической ситуации (раздел 7.6). Экологическая составляющая знаний о состоянии почвы дополняется приведенной информацией о показателях, методах анализа и оборудовании для химического анализа почв, что чрезвычайно актуально при санитарно-химическом и гигиеническом исследовании почвы, имеющем большое значение в оценке безопасности, благополучия, экологического риска. Существенно дополнена также глава 10, посвященная оборудованию для исследования почв в полевых условиях. Это обусловлено как возрастающим интересом к вопросам оценки состояния почвы у населения и специалистов, так и новыми возможностями в полевых исследованиях почвы с применением доступного оборудования, производимого и поставляемого объединением «Крисмас». Внесенные дополнения не затрагивают основную концепцию издания, которое можно рассматривать как информационно-справочное пособие-руководство для получения разнообразной информации о показателях состояния почвы с целью обоснованного выбора и рационального применения доступных методов практической оценки ее состояния. Вместе с тем, круг описываемых методов настолько широк, что выходит далеко за рамки формата настоящей книги. Для получения подробной информации о некоторых частных методиках анализа читателю следует ориентироваться на ссылочную библиографическую информацию, адресующую к источникам, содержащим необходимые сведения. Александр Григорьевич Муравьев
Введение Вопросам оценки состояния почвы уделяется много внимания научными работниками и практиками, хозяйственниками и бизнесменами. Связь с землей, «укорененность» издавна считалась признаком основательности, фундаментальности. Проблемы рационального использования почв, земель во многих отношениях являются ключевыми и в современной жизни – будь то вопросы строительства, добычи полезных ископаемых, организации зон отдыха или других видов человеческой деятельности. Возрастающие масштабы такой деятельности обусловливают необходимость учета и прогнозирования изменений в окружающей среде, оценки возможностей устойчивого развития, и почва в значительной мере определяет ресурсный потенциал биосферы для потребления будущими поколениями людей. Сегодня последствия ухудшения состояния почв уже выражаются в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы, биоразнообразия, здоровья людей и др. Но даже и при отсутствии такой антропогенной деятельности состояние почвы нуждается в оценке, т.к. человечеству небезразлично, каковы условия воспроизводства природных живых и неживых систем, каковы границы их устойчивости к факторам внутренних и внешних нагрузок. Какова же та система отсчета, при которой оценка состояния почвы является наиболее универсальной? Какие подходы к рассмотрению почвы в наибольшей степени отражают и потребности человечества с его разносторонней деятельностью, и потребности самоорганизующихся природных систем, которые «сами знают, как лучше»? Задаваясь такими вопросами и отвечая на них, мы естественно приходим к необходимости экологического подхода в оценке состояния почвы. Такой подход свободен от ведомственных и однобоких взглядов как ученых- профессионалов в сравнительно узких областях зоологии, ботаники, агроценологии, геоморфологии и т.п., так и отдельных природопользователей (вспомним мелиорацию обширных заболоченных территорий и распашку целинных земель, идеи создания крупных агропромышленных комплексов, сплошной лесоповал и другую подобную человеческую деятельность с печальными последствиями). Вместе с тем, такой подход сложен, т.к. требует сбора и осмысления массы разносторонней информации, и задача состоит в том, чтобы обеспечить ее уровень достаточности, по достижению которого возникает новое качество рассмотрения.
Одной из целей, которой служит настоящая книга, является создание условий для практической экологической работы учащихся школ и студентов. Необходимо не только описать экологические свойства почвы, но и показать методы их практической оценки, которые позволили бы в образовательных учреждениях планировать разноуровневые практические работы по изучению почвы, выполнять эколого-образовательные проекты с разработкой прогнозов экологических ситуаций и мер по охране окружающей среды. Подобная работа, проводимая систематически и включающая сбор и обработку информации с элементами прогноза, составляет сущность школьного экологического мониторинга. Именно поэтому авторы сочли возможным и целесообразным отнести настоящую книгу к серии «Экологический мониторинг в образовательных учреждениях». Авторы допускают, что им удалось решить поставленные задачи лишь в некотором приближении, столь широк круг показателей состояния почвы, которые могли бы быть отнесены к экологическим. Авторы рассчитывают, что читатель, по прочтении книги, окажется в состоянии выделить какие-либо новые показатели, отмечая их экологическое значение; что читатель откроет для себя новые сведения о почве, и новое знание создаст побудительные мотивы для экологически оправданной деятельности. И хотя настоящая книга не является универсальным руководством, авторы убеждены в ее полезности для широкой аудитории. Авторы искренне надеются, что появление данной книги окажется значимым импульсом к развитию практической экологической работы школьников и студентов, сыграет положительную роль в деле экологического образования и просвещения. Хочется выразить признательность многим людям за помощь в работе над книгой, что позволило авторам собрать необходимый материал, апробировать сигнальные версии книги в летних экологических экспедициях школьников, при проведении практических занятий в системе повышения квалификации учителей. Среди них – заведующий кафедрой экологического образования Санкт-Петербургского государственного университета педагогического мастерства, д.п.н., проф. Алексеев С.В.; учителя высшей категории школ Санкт-Петербурга: № 273 – руководитель экологической экспедиции школьников «Вепсский лес» Дроздова Е.В., школы № 476 – Стогова Л.Л., № 516 – Федо- рос Е.И. и др. Особая благодарность педагогу дополнительного образования детского экологического центра Кировского района Польщиковой Н.В., детально рассмотревшей книгу с точки зрения опыта практической агроэкологической и почвоведческой работы школьников. 8
Следует отметить большую пользу от совместной работы со специалистами научно-производственного объединения «Крисмас», что позволило разработать и организовать серийное производство полевых комплектных лабораторий для практической оценки показателей состояния почвы. Сведения о таком оборудовании, которое используется как специалистами – почвоведами, агрохимиками, агротехниками, так и в образовательных учреждениях – школах, экологических центрах, вузах, также приведены в этой книге.
1. Развитие экологических представлений о почве Экологические представления о почве тесно связаны со всем комплексом разнообразных знаний о почвах, их составе, свойствах, особенностях, генезисе и др. Они в высшей степени интегративны и предполагают практическое применение имеющихся знаний и технологий для целей рационального землепользования, воспроизводства плодородия, сохранения биоразнообразия и др. Экологические представления о почве сформировались на рубеже XIX–XX веков, и большую роль в этом сыграло развитие почвоведения – науки о происхождении и развитии почв, закономерностях их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия. Основателем почвоведения как самостоятельной естественно- исторической науки является выдающийся русский ученый, профессор Петербургского университета Василий Васильевич Докучаев (1846–1903). Именно он впервые сформулировал научное определение почвы, разработал генетическую классификацию почв, новые методы изучения и картографирования почв в поле. В.В. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения плодородия почв, особенно в черноземных областях России. До работ В.В. Докучаева1 почвы изучались вне связи с законами их развития и образования. В.В. Докучаев установил, что почва – самостоятельное природное тело, подобное минералам, растениям и животным, находящееся в беспрерывном изменении во времени и пространстве. Он показал, что формирование почв есть сложный процесс тесного взаимодействия пяти природных факторов почвообразования: климата, рельефа местности, растительного и животного мира, почвообразующих пород и возраста страны (времени). Исключительное значение для формирования науки о почвах имела монография В.В. Докучаева (1883 г.) «Русский чернозем», в которой обобщены итоги его исследований в черноземных областях нашей страны. Именно в этой книге заложены основы почвоведения, развитые затем в дальнейших работах В.В. Докучаева и его последователей. В.В. Докучаев придавал науке о почве исключительно большое значение. В одной из работ, посвященной успехам естествознания в ХIХ в., он писал, что «всматриваясь внимательно 1 «Русский чернозем», 1883; «Наши степи прежде и теперь», 1892 и др. 10
в эти величайшие приобретения человеческого знания, нельзя не заметить одного весьма существенного недочета – изучались, главным образом, отдельные тела – минералы, горные породы, растения и животные – и явления, отдельные стихии, огонь (вулканизм), вода, земля, воздух, в чем, наука достигла, можно сказать, удивительных результатов, но не их отношения, не та генетическая вековечная и весьма закономерная связь, которая существует между живой и мертвой природой, между растительным, животным и минеральным царствами». Далее В.В. Докучаев пишет, что «ядром учения о соотношениях между живой и мертвой природой, между человеком и остальным как органическим, так и минеральным миром должно быть поставлено и признано современное почвоведение, понимаемое в нашем, русском смысле этого слова» [17]. Согласно учению В.В. Докучаева, растительность, поселяющаяся на выходящих на дневную поверхность слоях горных пород, вызывает в них ряд существенных изменений, в результате которых эти слои, приобретая новые и утрачивая часть старых свойств, превращаются в почву. Влияние растительности усиливают многочисленные животные, живущие на почве и в почве. Таким образом, почва – продукт взаимодействия биологического мира и горной породы, живого и мертвого. Почва представляет собой особое тело природы, она отличается от живых ор- Рис. 1. Василий Васильевич ганизмов и лишенных жизни горных Докучаев (1846–1903) пород. Основные положения теории В.В. Докучаева о факторах почвообразования и почвообразующих процессах см. в п. 4.1. В.В. Докучаевым разработаны не только основные положения новой науки о почве, но и оригинальные методы почвенно- географических исследований. На классическом примере разработки мер борьбы с засухой показано, как надо использовать достижения почвоведения для решения практических задач большой государственной важности. В 1891 году всю черноземную полосу охватила сильная засуха, неурожай, голод. В замечательной книге «Наши степи прежде и теперь» В.В. Докучаев дает анализ причин, вызывающих периодическое повторение засухи, и предлагает план мероприятий, способных предотвратить их повторение. В даль- 11
нейшем под руководством В.В. Докучаева были проведены очень важные опытные работы по улучшению водного режима степей. Современные методы борьбы с засухой и неурожаями в степной и лесостепной полосах разработаны на основе положений, выдвинутых В.В. Докучаевым. В.В. Докучаевым создана обширная школа учеников. Ближайшим из них был Н.М. Сибирцев, много сделавший в области познания происхождения почв и законов их распространения, автор первого учебника почвоведения, выпущенного в 1900 году. Особенно большое значение имеет установленный совместными трудами В.В Докучаева и Н.М. Сибирцева закон распространения почв, который показывает правильное чередование растительности и почв в направлении от экватора к полюсам, от подножья горных вершин к их вершинам. Создание творчески работающей школы обеспечило дальнейшее развитие науки о почве. Учение В.В. Докучаева о почве оказало большое влияние на развитие экологии, географии, геохимии, земледелия, лесоводства. Высоко оценивая значение научных работ В.В. Докучаева, Е. Одум [41] назвал его первым русским экологом. Большое значение для дальнейшего развития почвоведения в нашей стране имели также труды П.А. Костычева, К.Д. Глинки, В.И. Вернадского, В.Р. Вильямса, К.К. Гедройца, Л.И. Прасолова, Б.Б. Полынова, И.В. Тюрина, И.П. Герасимова, В.А. Ковды, Г.В. Добровольского и др. Различное сочетание природных процессов возникновения и развития почв, обусловленное этим многообразие почвенного покрова земной поверхности было объединено в общую систему почвообразования, стройное учение о законах происхождения и распространения почв. Это учение, названное генетическим почвоведением, завоевало мировую известность и общее признание. Изучение почв необходимо не только для получения знаний об их естественных свойствах. Особое значение оно имеет для сельскохозяйственных целей, развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо также для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т.д. Почва является незаменимым природным ресурсом. Это ее значение неоднократно подчеркивал В.В. Докучаев: «Чернозем для России дороже всякой нефти, каменного угля, дороже золотых и железных руд; в нем – вековечное, неистощимое русское богатство». Оценка экологического состояния почвы возможна лишь тогда, когда правильно поняты механизм, сущность и история 12
взаимоотношений почвы, организмов и условий их обитания. Это особенно актуально для рационального использования, охраны и воспроизводства почвенных ресурсов. Человек получает максимально устойчивую биологическую продукцию от аг- роэкосистем только тогда, когда он правильно воздействует на звенья этой сложной системы. Отчуждая продукцию для себя, человек должен восполнять или возвращать в почву взятые компоненты, сохранять и улучшать почвы, ее режимы – водный, воздушный, тепловой, пищевой; обновлять и чередовать виды и сорта растений, активизировать микробиологическое население почвы и т.д. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей хозяйства. Она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой. В следующей главе мы попытаемся рассмотреть почву с различных естественнонаучных позиций и понять, какие ее свойства и взаимоотношения с окружающей средой должны лежать в основе именно экологической оценки ее состояния. 1
2. Общие сведения о почве. Почва как компонент природно-антропогенного комплекса Почвой называется поверхностный слой суши, возникший в результате изменения горных (материнских) пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Практически почва – это относительно тонкий (до нескольких десятков сантиметров или, в редких случаях, до 1 метра и более) слой между атмосферой и подстилающими породами. Именно этот слой является сосредоточием жизни, средой обитания множества живых организмов, началом большинства пищевых цепей. Почва является связующим звеном между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами и играет важную роль в процессах обмена веществ и энергией между компонентами биосферы. Она представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Поверхностные горизонты горных пород (литосферы), подвергаясь воздействию многих поколений организмов, испытывая длительное и глубокое влияние атмосферы и гидросферы, преобразуются в почвенный покров, обладающий способностью производить фито- биомассу. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни всех живущих на суше организмов, в том числе и для человека, поэтому плодородие является глобальной экологической функцией почв. Плодородие почвы определяет ее использование человеком как основного средства сельскохозяйственного производства. И естественные почвы, и преобразованные человеком почвы агроэкосистем производят важнейшую органическую продукцию, необходимую для всего живого на планете и для человека. Основной единицей классификации почв, применяемой в России, является отнесение почв к типу. Тип почв развивается в однотипно-сопряженных биологических, климатических и гидрологических условиях и характеризуется ярким проявлением основного процесса почвообразования. Примеры типов почв – подзолистые, черноземы, сероземы и т.д. Таким образом, основные черты почвенного типа определяются единооб- разностью: 1
а) поступления органических веществ, процессов их разложения и превращения в гумус; б) характера миграции и аккумуляции веществ; в) строения почвенного профиля и генетических почвенных горизонтов; г) мероприятий по повышению и поддержанию плодородия почв. Выделяют также подтипы почв, или группы почв в пределах типа, качественно отличающиеся по проявлению основного и налагающихся процессов почвообразования. Обычно подтипы выделяются как переходные образования между близкими (географически и генетически) типами почв. Примерами подтипов являются дерново-подзолистые почвы, оподзоленные черноземы, светло-каштановые почвы и т.д. Почва живет, почва дышит. В почве постоянно и одновременно протекают процессы ферментативного каталитического окисления, восстановления, гидролиза. В результате происходит обогащение почвы неорганическими и органическими веществами, круговорот веществ – сущность развития почвы и ее важнейшего свойства – плодородия. Почва, в отличие от воды и воздуха, не обладает подвижностью, и ее необходимо воспринимать как структурно-функциональный биокосный компонент биосферы. Почва – биоминеральная (биокосная) динамическая система, находящаяся в материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой, частично вовлеченная в биологический цикл круговорота веществ. В биосфере почвенный покров образует особую биогеохимическую оболочку – педосферу2, «благородную ржавчину», по выражению В.И. Вернадского, выполняющую многочисленные экологические функции. Таким образом, почвенная оболочка образовалась в результате взаимодействия названных выше геофизических оболочек планеты – литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. «Благородная» потому, что она обладает плодородием, а «ржавчина» потому, что почвенный покров является продуктом переработки первозданных горных пород. Экосистемные представления о почве основываются на выделении сообществ почвенных организмов (а также организмов, для которых почва образует среду обитания) и их взаимодействии друг с другом и с окружающей средой. Почвы и населяющие ее организмы входят в состав первичных структурных единиц биосферы – экосистем (биогеоценозов), которые выполняют функцию биосинтеза органического вещества – основное 2 От латинского pedis - основание и греческого sphaire - шар. 1
условие существования растений, животных, и человеческого общества. При этом под экосистемой понимаются совместно функционирующие на данной территории организмы (биотическое сообщество), взаимодействующие с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями [42]. Геосистемные представления о почве основываются на ее основополагающей роли в структуре природно-территориаль- ных комплексов, составляющих (совместно с природно-акваль- ными комплексами) географическую оболочку нашей планеты. При этом под геосистемой понимается совокупность элементов земной коры, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Геосистема – безразмерная единица географической структуры и в этом смысле близка термину «экосистема», но, в отличие от последней, не имеющая акцента на биоту. Так, наименьший природ- но-территориальный комплекс – фация – имеет однородный литологический состав пород, одинаковый характер рельефа, увлажнения, один микроклимат, одну почвенную морфологическую структуру и один биоценоз. Говоря об оценке экологического состояния почвы, удобнее рассматривать ее как компонент природно-антропогенного комплекса, который включает, кроме того, воздушную среду, водные объекты, биоту и техногенную среду. Последняя является источником антропогенной нагрузки на природные компоненты комплекса и также имеет подобную структуру (воздушную среду, водные объекты, биоту). Схема природно-антропогенного комплекса с участием почвы приведена на рис. 2. Входя в природно-антропогенный комплекс, почва имеет контакт со всеми другими его компонентами; более того, сам комплекс любого масштаба «привязан» ко вполне определенной территории (акватории). Испытывая антропогенную нагрузку, почва изменяется сама (хотя и обладает огромной буферной емкостью) и воздействует, прямо и косвенно, на все компоненты природно-антропогенного комплекса. Почва, как и другие компоненты этого комплекса, испытывает не только антропогенную нагрузку, но и воздействие экологических факторов – в первую очередь, климатических. К их числу относятся воздействия температуры и влажности воздуха, ветра, осадков и их химического состава, солнечной радиации и облачности и др. Экологические факторы влияют на протекание процессов почвообразования, развития и жизнедеятельности почвенных организмов, обмена энергией и массой и др. 1
Рис. 2. Схема природно-антропогенного комплекса. Таким образом, почва, занимая ключевое положение в биосфере, может рассматриваться с разных естественнонаучных позиций. Вместе с тем, рассмотрение почвы в аспекте оценки ее экологического состояния требует учета и оценки следующих факторов: • антропогенной нагрузки на почву и все ее компоненты3; • нарушений почвы в контексте взаимосвязей и взаимовлияний почвы на другие компоненты природно-антропогенного комплекса, обусловленных антропогенной нагрузкой и природными явлениями; • репродуктивного потенциала почвы по отношению к текущему и последующему воспроизводству питательных веществ, морфологических структур, биоразнообразия, биотических связей и др.; • разного рода экологических проблем связанных с ухудшением состояния почвы. Для оценки экологического состояния почвы большое значение имеет ее изучение как целого и компонентов – почвенных воздуха и раствора, химического состава, чужеродных и естественных включений, почвенной биоты и других экологических свойств. Потеря из поля зрения каких-либо экологических свойств почвы создает опасность однобокой оценки с преобладанием агрохимических, фенологических, агроэкологических, натуралистических и др. подходов. Экологическая роль почвы как одного из важнейших звеньев биосферы, где наиболее интенсивно идут все процессы обмена веществ между живой и неживой природой, определяет необходимость организации почвенного экологического мониторинга как неотъемлемой части экологического мониторинга 3 Ухудшение экологического состояния почвы в большинстве случаев связывают именно с антропогенной нагрузкой, хотя изменение состояния почвы может быть обусловлено также воздействием природных факторов. 1
окружающей среды. В основе научной и практической методологии такого мониторинга находится выделение показателей экологического состояния почв и их количественная и качественная оценка. 18
. Задачи и содержание оценки экологического состояния почвы Почвы, будучи компонентами очень тонко сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Однако при использовании в разнообразной хозяйственной деятельности почвы часто теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются. Естественно, разрушение почв и почвенного покрова имеет место там, где деятельность человека может быть определена как нерациональная, экологически необоснованная, несоответствующая природному биосферному потенциалу конкретной территории. Отметим, что многие природные процессы также приводят к различным нарушениям почвы. В районах интенсивного земледелия и в областях высокой концентрации промышленного производства антропогенная нагрузка на почвы стала не только соизмерима с интенсивностью почвообразовательного процесса, но и значительно его превышает. Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений. Известно, что в природных условиях формирование нормально развитого почвенного профиля требует сотен лет, а для восстановления (рекультивации) почвы необходимо от нескольких лет до двух- трех десятилетий. Вслед за этим для восстановления плодородия почв необходимо длительное время проводить их окультуривание и улучшение. Не вызывает сомнений, что как с экологической, так и с хозяйственно-экономической точки зрения значительно более целесообразным является предупреждение неблагоприятных изменений почв, чем выполнение дорогостоящих работ по их восстановлению. Возможны и необратимые изменения свойств почвы, например, при интенсивном загрязнении ее наиболее токсичными тяжелыми металлами или при радиоактивном загрязнении. Восстановление плодородия таких почв требует полной замены загрязненного слоя. Интенсивное хозяйственное освоение новых территорий и нередко сопутствующее этому загрязнение и разрушение почв приводит к изменению состава и численности популяций живых организмов, вследствие частичного или полного разрушения среды их обитания и разрыва исторически сложившихся связей в экосистемах. Несмотря на то, что в почве происходит частичная трансформация многих природных соединений и хозяйственных отходов, небеспредельны ее свойства как буфер- 1
ной системы, биологического и химического фильтра биосферы. Превышение допустимых значений загрязняющих веществ вызывает цепь деградационных изменений в почвах, которые могут завершиться «смертью» почвы и нарушениями экологического равновесия в природе. Следовательно, проблемы оценки состояния животного и растительного мира, а также среды обитания человека в целом, непосредственно связаны с вопросами оценки экологического состояния почв. Оценка экологического состояния почвы, в отличие от подобной оценки состояния воздушной и водной сред, представляет задачу более трудную по следующим причинам. Во-первых, почва – сложный объект исследования, т.к., по В.И. Вернадскому [7], представляет собой «...биокосное тело, которое живет по законам и живой природы, и минерального царства». Во-вторых, почва – многофазная открытая система, химические взаимодействия в которой происходят с участием твердых фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов. Постоянное влияние оказывают физические почвенные процессы (перенос влаги, испарение и т.д.). В-третьих, опасные, загрязняющие почвы химические элементы-токсиканты (ртуть, кадмий, мышьяк, селен и др.) 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. Причем, диапазон встречающихся значений природных содержаний химических веществ в почвах настолько широк, что нередко бывает очень сложно установить степень превышения в них исходного (фонового) уровня содержания химических веществ. Наконец, поступление в почву различных химических веществ антропогенного происхождения происходит практически постоянно. Оценку экологического состояния почв можно рассматривать как часть почвенно-экологического мониторинга. Оценка приобретает характер мониторинга при наличии системы наблюдений во времени, обобщения результатов и прогноза состояния почв в будущем. Таким образом, для проведения почвенного экологического мониторинга должен соблюдаться принцип «триады»: наличие данных об экологическом состоянии почвы в прошлом и настоящем, а также прогнозных данных о состоянии в будущем. Можно сформулировать следующие общие задачи оценки экологического состояния почвы: • характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ (источника антропогенной нагрузки); 20
• определение значений контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной антропогенной нагрузке; • установление зон распространения почв с ухудшившимися контролируемыми свойствами; • выявление характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей и способов миграции, аккумуляции и трансформации загрязняющих веществ в почве; • оценка устойчивости почв к загрязнению и возможности их самоочищения; • разработка рекомендаций по снижению или ликвидации последствий загрязнений (нарушений) почв; • оценка масштабов антропогенных нарушений почв и экономического ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству. Почвенный экологический мониторинг может быть направлен на решение специальных задач (например, главная задача фонового почвенно-химического мониторинга – получение данных о распространении химических элементов на «нетронутых» почвах, т.е. расположенных в зонах, не подверженных загрязнению4), и может выполняться на разном уровне (локальном, региональном, глобальном). Объединяет их общая цель: своевременное обнаружение неблагоприятных изменений свойств почв при различных видах их использования. Комплексное почвенное экологическое обследование при мониторинге предполагает использование совокупности методов и приемов исследования свойств почвы, направленных на изучение (наблюдение, контроль) почвы как единого целого. Такой подход требует и обоснованного выбора методов оценки. Следовательно, составление программы оценки экологического состояния почвы требует решения следующих вопросов: 1) какие свойства почв мы изучаем? (морфологические, физические, химические, биотические, санитарно-микробио- логические и др.); 2) какие показатели воздействия на почвы загрязняющих химических веществ (нарушений почв) мы изучаем? (прямые и косвенные показатели загрязнения, показатели устойчивости почв к нарушениям и др.); 3) какие экологические связи почвы с другими компонентами природно-антропогенного комплекса мы изучаем? (воздушной средой, водными объектами, биотой и др.). Наиболее важен в программе мониторинга вопрос о перечне 4 Ухудшение экологического состояния почвы в большинстве случаев связывают именно с антропогенной нагрузкой, хотя изменение состояния почвы может быть обусловлено также воздействием природных факторов. 21
показателей экологического состояния почв, определение которых необходимо и достаточно для корректного описания их состояния (обнаружения неблагоприятных изменений). Эффективным мониторинг может быть при согласованном выборе относительно неширокого круга наиболее информативных почвенных показателей, которые чувствительны к изменению экологической обстановки, хорошо технологически и методически обеспечены, контроль за которыми был бы доступен учителям, студентам и учащимся, а методики оценки унифицированы, просты и надежны. Особенно это актуально при работах, выполняемых в образовательных учреждениях, где часто не только отсутствует специальное оборудование, но и ощутим дефицит учебно-методической литературы, нет достаточной подготовленности преподавателей. Перечень контролируемых показателей состояния почв может быть различным в зависимости от уровня проводимых работ. Однако принципы выбора показателей экологического состояния почв остаются одни и те же. Они основываются на исследованиях закономерностей поведения загрязняющих веществ в почве и других компонентах окружающей среды, включая обмен массой и энергией, биотические взаимодействия, пищевые цепи и др. В первую очередь, объектом изучения должны быть те показатели, которые являются приоритетными для данной местности, а также те, по которым в данной местности наблюдается (или предполагается) неблагополучие. Так, показателем загрязнения почвы служит уровень накопления в почве того или иного токсичного вещества по отношению к его предельно допустимому количеству (ПДК). Очень важно следить за содержанием и составом гумуса, так как это один из универсальных показателей состояния почв, отражающий напряженность биологического круговорота и баланса элементов в условиях земледелия. Необходимо иметь сведения о кислотности почвы с оценкой вклада в нее подвижного алюминия, что позволяет оценивать, например, влияние кислотных осадков, обнаруживать вспышки щелочности, солонцеобразования, последствия применения минеральных удобрений и др. Важнейшей характеристикой является также минерализация почвенного раствора, т.е. состав и концентрация растворимых солей в почвенном растворе, по которым можно судить об опасности вторичного засоления почвы. Помимо указанных, при оценке состояния почвы могут быть использованы и другие показатели. Будучи системой более устойчивой, чем вода и воздух, почва способна сопротивляться загрязнению. Но когда внешнее воздействие преодолевает это сопротивление, почва несоизмеримо дольше, чем вода и воздух, остается в загрязненном 22
состоянии и тем самым представляет собой источник отрицательного влияния на здоровье людей и на биосферу в целом. Общий перечень задач, стоящих перед комплексным поч- венно-экологическим мониторингом, обусловлен задачами экологической оценки почв и достаточно широк. Задачи почвенно- экологического мониторинга в известном отношении конкретизируют задачи экологической оценки почв. В частности, в задачи почвенно-экологического мониторинга входят [14, 16, 42]: 1) контроль за изменением содержания гумуса, кислотности, солевого режима почв (естественных, орошаемых, удобряемых); 2) контроль за локальным загрязнением почв тяжелыми металлами (в зоне влияния промышленных предприятий и транспортных магистралей), а также другими загрязнителями и бытовыми отходами; 3) сезонный контроль за влажностью почв, содержанием воздуха, механическими свойствами, содержанием основных элементов питания почв и другими свойствами, создающими условия для реализации ее плодородия; 5) контроль за антропогенными нарушениями почв (эрозией, дегумификацией и др.). Это наиболее общий и, вероятно, неполный перечень задач, который может быть уточнен применительно к конкретным регионам и районам с учетом их особенностей, а также с учетом возможностей образовательных учреждений. Информация, получаемая на основе мониторинга по оценке показателей экологического состояния почв, может быть использована для составления баз данных о состоянии почв, для разработки практических мер по сохранению и повышению плодородия почв, обеспечению высокой продуктивности сельскохозяйственных культур, практических мероприятий по охране и восстановлению почв. Следует отметить, что информацию о состоянии почв, полученную школьниками и студентами, так же как и другими слоями населения – «неспециалистами», можно рассматривать в качестве независимой экологической информации и представлять общественности, средствам массовой информации и др. 2
. Почвы и почворазрушающие процессы .1. Почвообразующие процессы Учение о почвообразующих факторах и процессах впервые сформулировано В.В. Докучаевым. Ученый рассматривал почву как результат совокупной деятельности пяти факто- ров-почвообразователей: 1) материнской породы, 2) растительности и животных организмов, 3) климата, 4) возраста страны и 5) рельефа местности. Свойства образующихся почв, по В.В. Докучаеву, зависят от характера поверхностных слоев горных пород, растительности и животных, которые на них поселяются и их изменяют. Поверхностные слои горных пород служат той средой, в которой развиваются, черпают влагу и элементы жизни корневые системы растений, микроорганизмы и некоторые животные. Поэтому строение и состав поверхностных слоев, служащих материнской породой для образующейся почвы, определяют характер поселяющейся растительности и животного мира, а следовательно, и направление почвообразовательного процесса. Изменения в составе почво- образующей или материнской породы происходят в результате непосредственного воздействия на нее живых организмов и под влиянием продуктов разложения отмерших организмов. Характер материнских пород оказывает определенное влияние на процесс разложения органических остатков и взаимодействие продуктов разложения с материнской породой. Взаимодействие биологического мира и поверхностных слоев горных пород, т.е. процесс почвообразования, находится в зависимости от климатических условий. Количество солнечной энергии и атмосферных осадков, получаемых земной поверхностью, и характер их распределения по временам года определяют состав растительности и животного мира, поселяющихся на поверхностных слоях горных пород, а следовательно, свойства образующихся почв. Большое значение, по В.В. Докучаеву, имеют рельеф местности и связанная с ним глубина залегания грунтовых вод. Климатические условия и глубина залегания грунтовых вод влияют не только на состав растительности и животного мира, но также на процесс разложения органических остатков и состав продуктов разложения. Особенно велико значение температурных условий и влажности, наличие чередования в годовом цикле холодных и жарких, сухих и влажных периодов, их продолжительность и интенсивность, процесс пе- 2
редвижения тепла, влаги и воздуха в почвенном профиле. Развитие рельефа, его формы, характер поверхностных слоев горных пород, время поселения растительности, и следовательно, продолжительность почвообразования, зависят от возраста страны. Влияние перечисленных факторов почвообразования на земной поверхности проявляется в различных сочетаниях, что приводит к соответствующему разнообразию почв, закономерному чередованию их от экватора к полюсу, от подножия горных цепей к вершинам. Поэтому, В.В. Докучаев выдвинул положение, что почвы имеют зональное распространение. На рис. 3 приведена диаграмма, содержащая пять важнейших факторов: материнскую породу, рельеф, климат, живые организмы и время. Четыре из приведенных на рис. 3 факторов (кроме рельефа) были включены Докучаевым в 1898 г. в его уравнение факторов: S = f (cl, o, p, t), где: S – почва; cl – климат территории; о – живые организмы (растения и животные); р – «геологический субстрат»; t – относительный возраст почвы (молодой, зрелый, дряхлый). Рис. 3. Диаграмма – «роза» факторов почвообразования [7] Для выяснения происхождения – генезиса почв необходи- 2
мо учитывать взаимосвязи рельефа со всеми факторами почвообразования в каждом конкретном случае (рис. 4). Рис. 4. Схема взаимосвязей почв в рельефе [7] Основные процессы почвообразования в их современном представлении приведены в табл. 1. Таблица 1 Основные процессы почвообразования6 1а 1б 2а 2б Процессы Элювирование Иллюви- рование Выщелачивание (Обеднение) Обогащение Преобладание одной из категорий явлений 3 3 2 1 Краткое определение Вынос материала из части почвенного профиля Привнос материала в какую-то часть почвенного профиля Общий термин, означающий вымывание элювируемого или растворимого материала из деятельной толщи почвы Общий термин для поступления материала в деятельную толщу почвы 5 По материалам работы [7]. 6 Под четырьмя категориями явлений понимается: 1) поступление в почву; 2) вынос из почвы; 3) перемещения в пределах почвы; 4) трансформация материала в почве. 2
Продолжение табл. 1 3а 3б 4а 4б 5а 5б 6а 6б 7а 7б 8а 8б 9а 9б Процессы Эрозия, поверхностная Кумуляция Декальци- фикация Кальци- фикация Засоление Рассоление Осолонцевание Осолодение Лессиваж Педотурбация Подзолообразование Латеритизация (феррали- тизация, ферритизация, аллитизация) Разложение Синтез Преобладание одной из категорий явлений 2 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3, 4 3, 4 4 4 Краткое определение Снос (вынос) материала с поверхностного слоя почвы Эоловое или водное накопление минеральных частиц из поверхности деятельной толщи почвы Реакция растворения и выноса CaCO3 из одного или нескольких почвенных горизонтов Процессы аккумуляции CaCO3 в почвенных горизонтах Аккумуляция легкорастворимых солей – сульфатов и хлоридов Ca, Mg, Na, и K в почве Вымывание легкорастворимых солей из солевых горизонтов почвы Аккумуляция иона натрия в поглощающем комплексе почв Вынос иона натрия в виде легкорастворимых солей из горизонтов почвы Механическая миграция мелких минеральных частиц из горизонта (А) в горизонт иллювиальный (В) Биологическое, физическое (циклы – промерзание – оттаивание; увлажнение – иссушение) перемешивание почвенного материала Химическая миграция алюминия и железа и (или) органического вещества, приводящая к концентрации кремнезема в элювиальном слое почвы Химическая миграция кремнезема за пределы деятельной толщи почвы и концентрация полуторных окислов в ней (гетит, гиббсит и т.д.) с формированием плотного железистого горизонта Распад минеральных и органических веществ Образование новых минералов, а также гумусовых веществ 2
Продолжение табл. 1 10 11а 11б 11в 12а 12б Процессы Образование подстилки Гумификация Торфо- накопление Минерализация Брунификация Рубефикация Ожелезение Оглеение Преобладание одной из категорий явлений 1 4 4 4 3, 4 3, 4 Краткое определение Аккумуляция на поверхности минеральной почвы органических остатков (не- или слабо разложившихся) Трансформация органических остатков в гумус Иногда рассматривается как геологический, а не как почвообразовательный процесс; аккумуляция мощных (>30 см) толщ органических остатков в форме торфа Высвобождение твердых окисленных соединений в результате разложения органического вещества Высвобождение железа из первичных минералов и всевозрастающее его диспергирование; прогрессивное окисление или гидратация, придающие почвенной массе соответственно буроватые, красновато-буроватые и красные тона Восстановление железа в анаэробных условиях с застоем воды в почве; развитие голубоватых – к зеленовато-серым тонов окраски основной массы почвы, иногда с бурыми, желтовато- бурыми и черными пятнами, железистыми и марганцевыми конкрециями .2. Нарушения почвы Антропогенное воздействие на почвы носит прямой и косвенный характер и, как правило, приводит к нарушениям почвы, т.е. к изменению состава и свойств почвы как динамической системы, выражающемуся в нарушении равновесных экологических процессов. Практически всегда нарушения почвы являются сложными, имеющими черты как прямого, так и косвенного воздействий. Нарушения почвы могут быть вызваны и природными процессами – пожарами, сезонными климатическими явлениями, вулканическими процессами, стихийными бедствиями и др. Почвы можно рассматривать как ненарушенные, т.е. су- 28
ществующие в естественных природных условиях, и нарушенные, т.е. преобразованные и измененные человеком (главным образом, составляющие сельскохозяйственные угодья, почвы городов, агропромышленных и др. районов). Почвы Санкт-Петербурга и других городов представляют собой искусственные образования, созданные путем постоянной подсыпки смесью естественного материала (глина, песок, торф и т.д.) и антропогенных веществ (переработанные строительные, бытовые, промышленные отходы). Естественные (ненарушенные) почвы сохранились лишь на окраинах городов и в пределах старых лесопарковых участков. 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. Только под города и прочие населенные пункты изъято из естественного биосферного процесса около 5% почвенного покрова, и эта величина неуклонно растет. Подсчитано, что в результате этого процесса ежегодно в мире теряется до 6–7 млн. га почв. 3. Эрозия почв – разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром. Водная эрозия происходит под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод. Ветровая эрозия (дефляция) – представляет собой выдувание мелкозема из верхних почвенных горизонтов, особенно в засушливые периоды, при сильных ветрах. Отсутствие растительности приводит к усилению негативных последствий дефляции. 4. Механические нарушения – уплотнение, переувлажнение (подтопление), иссушение, образование плотных корок, пи- рогенные нарушения (являются результатом пожаров). Механические нарушения обусловливают ухудшение физических (водно-тепловых, воздушных) и химических свойств, замусоривание почв. 5. Загрязнение почв – накопление и распространение в них веществ, не связанных с почвообразованием, относящихся к естественным компонентам (соли, закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения и др.), так и загрязнителей – токсикантов (тяжелые металлы, хлорорганические пестициды, радионуклиды и др.). В результате загрязнения почв снижается плодородие почвы, а сама почва может стать губительной средой для существующих 2
в ней (и находящихся в контакте с ней) организмов. Загрязнение почв сопровождается распространением загрязнений в другие среды и объекты окружающей среды – живой и косной природы. По характеру воздействия на объекты окружающей среды выделяют следующие группы нарушений почвы, приведенные в табл. 2. Таблица 2 Основные группы нарушений почвы Группы нарушений почвы 1. Сельскохозяйственные: – распашка полей; – размещение пашни у водоемов; – выпас скота; – применение химикатов и пестицидов; – мелиоративные работы 2. Лесохозяй- ственные нарушения 3. Промышленные нарушения 4. Строительные нарушения 5. Транспортные нарушения В чем выражается Эрозия почвы; Химическое загрязнение и зарастание водоемов, снос питательных веществ в водоемы; Уплотнение почвы и вытаптывание растительности; Химическое загрязнение почвы, гибель почвенных организмов; Разнообразные нарушения в функционировании экосистем Воздействие на почву техники при лесомелиоративных, лесозаготовительных работах. Активная эрозия и падение плодородия на обезлесенных участках Воздействие на почву выбросов газообразных, жидких и твердых веществ, складированных отходов, а также вследствие открытой и закрытой добычи полезных ископаемых Воздействие на почву строительной техники и построенных сооружений, дорог: магистрально-строи- тельные – вдоль линий электропередач, газопроводов, дорог и т.д.; гидростроительные – на прилегающих к водохранилищам территориях, где существенно изменяется гидрологический режим почв в связи с подтоплением и заболачиванием Воздействие на почвы наземного транспорта: загрязнение их веществами, содержащимися в выхлопных газах (оксиды азота, сажа, углеводороды, тяжелые металлы) и механические воздействия (уплотнение, разрушение полей) при движении вне дорог 0
Продолжение табл. 2 Группы нарушений почвы 6. Рекреационные нарушения В чем выражается Связаны с несоблюдением «экологических правил» поведения человека в природной среде. Наблюдаются на территориях, интенсивно посещаемых туристами, грибниками, отдыхающими и т.п. Выражаются в воздействии на почву – вытаптывании, пожарах, загрязнении «отходами рекреации», мусором, нефтепродуктами и др. .. Почворазрушающие процессы М.Н. Заславский [18] ввел понятие о почворазрушающих процессах, под которыми понимаются «процессы и явления, снижающие плодородие почв, ухудшающие условия сельскохозяйственного использования земель, увеличивающие эрозионную опасность и ее интенсивность, разрушающие почвенный покров». Автор выделил около шестидесяти различных почворазрушающих процессов и провел их классификацию с позиции возможного воздействия антропогенного фактора на их возникновение и интенсивность проявления. Всего выделено 4 группы процессов, которые приведены в сокращенном виде в табл. 3. Приведенные в таблице сведения могут явиться основой для значительного расширения и углубления представлений о нарушениях почвы, для более глубокого понимания происходящих в почве процессов. Следует отметить различия между нарушениями почвы и почворазрушающими процессами, т.к. нарушение (нарушенность) можно определить как состояние почвы, которое является следствием почворазрушающего процесса. Таблица 3 Почворазрушающие процессы Наименование процесса Основное влияние процессов на почвенный покров Процессы, проявление которых не может быть предотвращено человеком Медленное тектоническое опускание территории Медленное тектоническое поднятие территории Уменьшает площадь суши за счет покрытия водой морей и озер, приводит к заболачиванию земель, а в аридной пустынной зоне – к засолению почв Приводит к понижению базиса эрозии, которое может повлиять на увеличение интенсивности роста оврагов 1
Продолжение табл. 3 Наименование процесса Землетрясения Извержение вулканов Морозобойные трещины Затопление земель приливами во время прохождения тайфунов, цунами Обвалы (неантропогенные) Камнепады Заболачивание в связи с изменением гидротермических условий Засоление почв (не связанное с орошением) Основное влияние процессов на почвенный покров В определенных геологических и гидрологических условиях вызывают обвалы, оползни, осыпи, карстовые провалы и другие экзогенные процессы, ведущие к разрушению почвенного покрова; образующиеся на поверхности трещины могут служить очагами зарождения оврагов Приводит к погребению плодородных почв под обломками пород, лавой, вулканическими бомбами и пеплом. Морозобойные трещины, не закрывшиеся к периоду выпадения ливней, особенно находящиеся в днищах ложбин и балок, где концентрируется поверхностный сток, превращаются в промоины и овраги Сносится плодородный слой почвы; почвы погребаются под морскими отложениями и аллювием, развивается катастрофическая эрозия по берегам океанов, морей, дельтовой части рек Разрушают большие земельные площади на склонах и погребают плодородные почвы в балках и долинах Приводят к погребению плодородных почв подножий склонов, балок и долин Ведет к уменьшению площади сельскохозяйственных земель и образованию торфяных почв Снижает плодородие почв, выводит из сельскохозяйственного использования большие земельные площади Процессы, интенсивность проявления которых в большей или меньшей мере определяется антропогенным фактором Снежные лавины Оползни Вызывают повреждение и уничтожение растительного покрова, и этим снижают его почвозащитную способность. Разрушают почвенный покров, создают на склонах корытообразные отрицательные формы рельефа, которые облегчают концентрацию склонового стока и развитие линейных форм эрозии Выводят из использования большие площади сельскохозяйственных угодий, увеличивают эрозионную опасность земель. Оползни облегчают возникновение оврагов, а овраги, в свою очередь, способствуют активизации оползней 2
Продолжение табл. 3 Наименование процесса Осыпи Сели Речная боковая эрозия Эрозия почв Дефляция Перевеивание сыпучих песков Просадки (усадка сухих пористых пород при их насыщении водой) Основное влияние процессов на почвенный покров Засыпая подножия склонов, балки и долины, погребают плодородные почвы Селевые потоки сносят ценные почвы с долин горных рек и вызывают погребение почв в местах аккумуляции селевых потоков Уничтожает почвы. Боковая речная эрозия облегчает дальнейшее разрушение берегов оврагами и оползнями. Речная эрозия способствует увеличению мутности воды в реках, росту русловых наносов Ведет к смыву почвы и разрушению земель оврагами, активизирует проявление многих других почво- разрушающих процессов. Аккумуляция продуктов эрозии ведет к погребению почв на пониженных элементах рельефа, к отложению наносов в оросительной и дренажной сети, к поступлению наносов в пруды, реки, водохранилища и к другим неблагоприятным последствиям Вызывает выдувание верхнего слоя почвы, огрубение его механического состава. Дефлированные почвы легче подвергаются эрозии. Продукты дефляции, перемещаемые в приземных слоях воздуха, откладываются у различных механических препятствий на подветренных склонах и в других местах, где ослабляется сила ветра. Под слоем наносов происходит погребение почв и гибель посевов. Продукты дефляции отлагаются в реках, водохранилищах. При пыльных бурях почва переносится на тысячи километров Ведет к погребению почв под песчаными наносами, заносу песком мелиоративных сооружений Образование просадок бывает связано с увлажнением лесов подпочвенными водами, а в орошаемых районах – при поливах. Просадки создают на поверхности почвы отрицательные формы рельефа. Это ухудшает условия сельскохозяйственного использования земель и увеличивает опасность проявления эрозии. Просадки вызывают деформацию мелиоративных сооружений
Продолжение табл. 3 Наименование процесса Переувлажнение и заболачивание почв Пирогенная деградация почв Основное влияние процессов на почвенный покров Эти явления часто связаны с подъемом уровня грунтовых вод в связи с ростом донных насосов в прудах, озерах, реках, водохранилищах. Они ведут к снижению плодородия почв, к уменьшению площади сельскохозяйственных земель. В определенных условиях вызывают просадки, оползни В результате лесных пожаров на пересушенных торфяниках почвы прогорают с образованием «зольников», которые легко подвергаются водной эрозии, дефляции Процессы, вызываемые антропогенными факторами Депрессионные воронки, образующиеся при оседании поверхности земной коры в результате откачки подземных вод Вторичное засоление почв Пересушка торфяных почв Создание на поверхности дополнительных уклонов ухудшает условия сельскохозяйственного использования земель В основном возникает на орошаемых землях. Нередко является одним из следствий эрозии и аккумуляции продуктов водной эрозии и дефляции. Приводит к снижению плодородия почв и сокращению площади орошаемых земель. Вызывает необходимость проведения больших мелиоративных работ по рассолению Одно из негативных последствий осушения торфяных почв. Ускоренная минерализация органического вещества часто ведет к интенсивному проявлению почворазрушающих процессов и, следовательно, к снижению плодородия почв Антропогенные процессы Загрязнение почв токсическими веществами Затопление плодородных почв при наполнении водохранилищ Загрязнение почв твердыми , жидкими и газообразными токсическими веществами (свинцом, ртутью, кадмием и другими тяжелыми металлами) приводит к опасной их концентрации в сельскохозяйственной продукции, к отравлению вод при склоновом стоке и смыве почвы Выводит из использования большие площади сельскохозяйственных земель. Подъем уровня грунтовых вод приводит к «подтоплению» прилегающих земель, что может вызвать их заболачивание или засоление
Продолжение табл. 3 Наименование процесса Деградация почвенного покрова при геологоразведочных работах и эксплуатации месторождений полезных ископаемых Деградация почвенного покрова при различных строительных работах и эксплуатации сооружений Деградация лесных почв при лесозаготовках Деградация почв в процессе проведения мелиоративных работ Дорожно-колейная деградация почвенного покрова в тундровой зоне Дегумификация пахотных почв Переуплотнение почв колесами тяжелых машин Смещение пахотного слоя почв со склонов почвообрабатывающими машинами Основное влияние процессов на почвенный покров Удаление почвы, погребение почвы под отвалами, проявление различных почворазрушающих процессов при открытых и закрытых разработках – просадок, оползней, обвалов Удаление почвенного покрова при строительстве железных и автомобильных дорог, трубопроводов, судоходных каналов и других сооружений. Погребение почв под отвалами и при возведении насыпей Уничтожение вместе с лесом подлеска, травянистого покрова, подстилки резко увеличивает эрозионную опасность земель Удаление в процессе корчевки пней, уборки камней, прокладки канав гумусового слоя почвы, погребение плодородных почв подпочвой при строительстве дренажных магистральных канав и при выполнении других земляных работ ведет к снижению потенциального плодородия почв Этот вид деградации тундровых почв связан с образованием вслед за проходами гусениц вездеходов, тракторов и других наземных транспортных средств, глубоких колей – своеобразных «шрамов» на поверхности тундровых почв, которые при заполнении водой от таяния льда, снега, или от выпадения ливневых осадков быстро перерастают в промоины и овраги Наблюдается как последствие многолетнего использования почв без внесения необходимых доз органических и минеральных удобрений, неправильной обработки, отсутствия севооборотов. Снижение содержания в почве гумуса ведет к падению потенциального плодородия Разрушается структура, снижается водопроницаемость почв, ухудшаются условия жизни растений Снижается плодородие и развивается эрозия почв
Продолжение табл. 3 Наименование процесса Основное влияние процессов на почвенный покров Деградация почв при не- Приводит к гибели полезной микрофлоры и мезофа- правильном применении уны, снижает плодородие почв, способствует загряз- удобрений и пестицидов нению вод при склоновом стоке осадков Отчуждение с полей поч- Приводит к уменьшению содержания в почве гуму- вы при уборке картофе- са, к снижению плодородия ля и корнеплодов Деградация пастбищных земель при интенсивной нерегулируемой пастьбе скота Ведет к разрушению дернины, уплотнению и распылению верхнего слоя почвы, образованию скотобойных троп и выбоин. Резко снижается продуктивность земель, увеличивается опасность проявления дефляции Из табл. 3 видно, что отнесение некоторых процессов в ту или иную группу условно, так как иногда очень сложно оценить роль природных и антропогенных факторов в их проявлении. Табл. 3 может послужить основой для составления подобных региональных материалов с учетом влияния на почворазруша- ющие процессы разнообразных природных и антропогенных факторов и вызываемых ими последствий. В разных районах страны влияние различных почворазру- шающих процессов на снижение плодородия почв, разрушение земель и ухудшение всей окружающей среды различно. В одних районах главный бич земледелия – вторичное засоление почв, в других – переувлажнение и заболачивание, в третьих – занос почв перевеиваемыми песками, в четвертых – разрушение земель оползнями, в пятых – проявление различных криогенных процессов и т.д. Поэтому в разных районах страны должны применяться разные меры охраны почв от неблагоприятного воздействия тех или иных почворазрушающих процессов. Не умаляя важности защиты почв от различных почвораз- рушающих процессов, выделим те из них, которые наносят наибольший экологический ущерб.
. Эрозия почв Почва, как сложнейший организм, постоянно развивается и изменяется. В ней непрерывно происходят процессы созидания и разрушения. Подсчитано, что для создания слоя почвы 2–3 см требуется при благоприятных условиях от 200 до 1000 лет. Талые воды, дождь и ветер могут за 20–30 лет уничтожить то, что природой создавалось тысячелетиями. Эрозия почв – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы водой (водная эрозия) или ветром (дефляция). В ряде мест от эрозии утрачивается больше плодородных земель, чем вновь осваивается. Эрозия привела к полной или частичной, но хозяйственно-значимой потере плодородия более половины всей пашни мира, а ежегодно из-за эрозии выбывает из сельскохозяйственного использования 50–70 тыс. км2 земель. По характеру проявления эрозионных процессов различают нормальную, или геологическую, и ускоренную, или антропогенную, эрозию. Нормальная эрозия протекает повсеместно под лесной и травянистой растительностью. Она проявляется очень слабо, и происходящая при этом потеря почвы полностью восстанавливается в течение года благодаря почвообразовательным процессам. Ускоренная эрозия развивается там, где естественная растительность уничтожена и территория используется без учета её природных особенностей, в результате чего процесс ускоряется во много раз. Наибольшее распространение получили следующие виды эрозии почвы: водно-плоскостная (смыв); линейная, или вертикальная (размыв); ветровая (дефляция); ирригационная; промышленная (техногенная); абразия (обрушение берегов водоёмов); пастбищная (разрушение почвы скотом); механическая (разрушение почвы сельскохозяйственной техникой). Плоскостная эрозия – это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при стекании по ним дождевых осадков сплошным потоком или ручейками. Линейная эрозия вызывается талыми и дождевыми водами, стекающими значительной массой, сконцентрированной в узких пределах участка склона. В результате происходит размыв почвы в глубину, образование глубоких промоин, рытвин, которые постепенно перерастают в овраги. В зависимости от почвенно-климатических условий рост и формирование оврага идут со скоростью от 1–3 до 8–25 м в год (рис. 5).
Рис. 5. Участок поверхности, подверженный плоскостной и линейной эрозии В зависимости от степени потери при эрозии верхних горизонтов почвы разделяют на слабо-, средне- и сильносмытые (эродированные). Чем почвы сильнее эродированы, тем больше они отличаются от своих «нормальных» аналогов по основным параметрам – химическому, гранулометрическому составу, физико-химическим свойствам, водному, воздушному и тепловому режимам, биогенности. При ветровой эрозии, или дефляции, происходит выветривание почвы, снос её мелких сухих частиц ветром. Сухие почвы поддаются действию ветра легче, чем влажные, поэтому ветровая эрозия чаще всего наблюдается в засушливых районах. В таких условиях рыхлые, легкие, а также карбонатные почвы легко развеиваются даже при слабых ветрах. Повседневная дефляция проявляется в виде поземок и смерчей (столбов пыли). При поземке мелкие частицы почвы поднимаются ветром, а более крупные перекатываются по поверхности. На пути движения они повреждают всходы сельскохозяйственных культур. При сильных ветрах возникают пыльные бури. Они на своем пути частично или полностью уничтожают посевы на больших пространствах, безвозвратно сносят верхний, самый плодородный слой почвы. Кроме того, пыльные бури загрязняют воду, воздух и отрицательно влияют на здоровье человека, домашних и диких животных. Зимнее выдувание почвы («черные зимы») наблюдается при сильных ветрах, когда вместе со снегом с полей уносятся верхние, плодородные слои почвы, а иногда и растения озимых культур. Ирригационная эрозия часто наблюдается в районах орошаемого земледелия. Она проявляется даже при небольших уклонах при значительной величине поливной струи. При этом 8
вымывается гумус и доступные для растений элементы питания, в целом снижается плодородие почвы. Промышленная эрозия возникает в результате разработок полезных ископаемых, особенно открытым способом, строительства жилых и производственных зданий, прокладки дорожных магистралей, газо- и нефтепроводов. При эрозии, называемой абразией (обрушение берегов рек и других водоемов), сокращается площадь пашни и пастбищ, заиляются водоемы. В связи с перегрузкой пастбищ скотом значительные площади подвергаются пастбищной (тропочной) эрозии. В хозяйствах следует строго регулировать выпас скота с учетом поголовья, вида животных и стравленности пастбищ. Механическая эрозия может возникнуть при широком использовании сверхтяжелых тракторов и другой техники без учета возможного предела ежегодного самовосстановления почвы применительно к каждой природной зоне. При этом разрушается структура почвы, ухудшаются ее водно-физические свойства и биологическая активность. При эрозии в почвах происходят следующие изменения, приведенные в табл. 4. Таблица 4 Изменения, происходящие в почвах при эрозии Изменяющаяся характеристика 1. Химический состав 2. Физические свойства 3. Состав и численность почвенных организмов 4. Стадии развития растений и урожайность В чем выражается Снижение содержания фосфора, калия, кальция, микроэлементов; Увеличение содержания карбонатов и щелочности Уменьшение содержания мелких фракций и, как следствие, снижение и ухудшение водного режима почв; Увеличение объемной массы и плотности Уменьшение численности мезофауны и микрофлоры; Снижение биологической активности почвы Отставание в фазах развития и в росте; Снижение урожайности и качества культур Эрозия – враг плодородия. Подсчитано, что каждую минуту на земном шаре выходит из сельскохозяйственного оборота 44 га земель. От эрозии человечество каждый день безвозвратно теряет более 3 тыс. га, а всего уже потеряло свыше 50 млн. га плодородных земель. От смыва, размыва и выдувания почв урожаи всех сельскохозяйственных культур в среднем снижа-
ются на 20–40%. Урон, наносимый эрозией, этим не исчерпывается. Образование на поверхности почвы промоин, ложбин и оврагов затрудняет обработку земель и снижает производительность почвообрабатывающей и уборочной техники. Эрозия почвы, а следовательно, разрушение мест обитания растений и животных в биогеоценозах приводит к нарушению сложившегося биологического равновесия в природных комплексах. В результате смыва и размыва почв заиляются водоемы, мелеют реки, засоряется оросительная сеть. Потери несут также рыбное хозяйство, транспорт, энергохозяйство. Ущерб сельскому хозяйству от засухи, болезней и т.д. значительно меньше, чем от эрозии почвы. 0
. Загрязнение почв .1. Основные понятия и термины химического загрязнения почвы Химическим загрязнением почвы считается изменение химического состава почвы в результате антропогенной деятельности, способное вызвать ухудшение ее качества. Соответственно, загрязненность почвы химическим веществом – величина, характеризующая степень изменения химического состава почвы. Загрязняющее почву химическое вещество, которое подлежит наблюдению в первую очередь, называется приоритетным. Изменение химического состава обусловлено не только появлением новых химических веществ, которых нет в незагрязненной природной почве, но и увеличением содержания веществ, характерных для состава этой незагрязненной природной почвы. Источники химического загрязнения почвы подразделяются специалистами на промышленные (обусловленные деятельностью промышленных и энергетических предприятий), транспортные (обусловленные эксплуатацией транспортных средств), сельскохозяйственные (обусловленные сельскохозяйственным производством) и хозяйственно-бытовые (обусловленные хозяйственно-бытовой деятельностью человека). Различают несколько видов химического загрязнения почвы – глобальное, региональное и локальное. Химическое загрязнение почвы считается глобальным, если оно возникает вследствие дальнего переноса загрязняющего вещества в атмосфере на расстоянии, превышающем тысячу километров от любых источников загрязнения. Региональное химическое загрязнение почвы возникает вследствие переноса в атмосфере загрязняющего вещества на расстояния более 40 км от техногенных и более 10 км от сельскохозяйственных источников загрязнения. Локальное химическое загрязнение почвы возникает на ограниченных территориях, вблизи одного или совокупности нескольких точечных источников загрязнения почвы – свалок, ферм, складов химических веществ и др. Наконец, при обобщенном рассмотрении выделяют общие загрязнения почвы, распространенные на большие территории и вызванные выбросами от разнообразных источников, в том числе от применения химических средств защиты растений, органических 7 Материал приведен на основе ГОСТ 17.4.1.03-84 «Охрана природы. Термины и определения химического загрязнения». 1
и неорганических удобрений, орошения сточными водами. Проверка соответствия химического загрязнения почвы установленным нормам и требованиям с определением фактических уровней загрязнения, проводимая разово или нерегулярно, считается контролем химического загрязнения почвы. Если же контроль проводится регулярно, имеет место система регулярных наблюдений с оценкой фактических и прогнозируемых уровней загрязнения, последствий от загрязнения и проводится выявление источников загрязненности почвы, то такие мероприятия считаются мониторингом химического загрязнения почвы. Основными количественными показателями химического загрязнения почвы являются поверхностная плотность загрязнения (масса загрязняющего почву химического вещества в слое заданной глубины, отнесенная к единице поверхности почвы), и массовая доля загрязняющего почву химического вещества (отношение массы загрязняющего почву химического вещества к общей массе воздушно-сухой и (или) абсолютно сухой пробы почвы)8. Допустимое содержание загрязняющего почву химического вещества характеризуют двумя величинами: • предельно допустимое количество (ПДК) (не концентрация!) – максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека; • ориентировочно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ОДК) – предельно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества в почве, определенное расчетными методами. Характеризуя взаимодействие почвы и загрязняющих химических веществ, рассматривают несколько процессов. Самоочищение почвы – уменьшение количества загрязняющего почву химического вещества в результате протекающих в почве процессов миграции, превращения, разложения. Считается, что при самоочищении происходит уменьшение массовой доли загрязняющего почву химического вещества на 96% от первоначального значения или до его фонового содержания. Загрязняющие почву химические вещества способны к миграции, т.е. горизонтальному и (или) вертикальному перемещению в почве и (или) из нее в другие объекты природной среды (растения, атмосферу, природные воды и др.) и обратно. 8 По ГОСТ 17.4.1.03-84, термин «концентрация» применительно к оценке уровня химического загрязнения почвы не используется. 2
Разновидностью миграции является транслокация, или переход загрязняющего почву химического вещества в растения. Находящиеся в почве загрязняющие химические вещества под воздействием различных факторов могут претерпевать превращение, т.е. изменение состава, состояния или структуры его молекул. Превращение характерно для большинства загрязняющих почву химических веществ. Превращение химического вещества в почве с образованием веществ, не относимых к загрязнителям, называется разложением. Разложение может иметь как химическую, так и биологическую природу (под воздействием микроорганизмов). Рассматривают также детокси- кацию загрязняющего почву химического вещества, или его превращение в нетоксичные продукты разложения. По отношению к загрязняющим веществам почва обладает защитной способностью, т.е. способностью к существенному снижению токсичности вещества, вплоть до его превращения в нетоксичные для организма вещества (детоксикация). По степени опасности химические вещества подразделяются на три класса согласно табл. 5 (ГОСТ 17.4.1.02-83). Таблица 5 Классификация химических веществ для контроля загрязнений при санитарно-химическом исследовании почв Класс опасности 1 2 3 Степень опасности* Высокоопасные Умеренно опасные Малоопасные Вещества As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F, бензпирен, нек. пестициды B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr, нек. пестициды Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон, нек. пестициды * По влиянию на пищевую ценность с/х продукции вследствие транслокации. Подробные сведения о градации химических веществ по степени возможного отрицательного воздействия на почву, растения, животных и человека изложены в ГОСТ 17.4.1.02-83.
.2. Фоновое содержание элементов и загрязнение почв При оценке экологического состояния почв очень важным представляется оценка содержания в почве как естественных элементов и соединений, так и соединений-ксенобиотиков. Оценка загрязненности почв 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 количеством (ПДК). При этом под фоновым чаще всего понимают содержание химических элементов и веществ в почвах, достаточно удаленных от источников загрязнения, т.е. удаленных настолько, что трудно предположить изменения, обусловленные антропогенным влиянием. ГОСТ 17.4.1.03-84 определяет фоновое содержание химического вещества в почве как содержание того же вещества в почве, соответствующее ее природному химическому составу. При разработке ПДК химических веществ для почв возникает много трудностей. Эти работы исторически были начаты позже, чем разработка ПДК для других сред. Не случайно в настоящее время установлены ПДК всего лишь немногим более сотни веществ9, 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 происходит по путям: почва-растение-человек, почва-растение-животное-человек, почва-вода-человек, почва-атмосферный воздух-человек. Вместе с тем, вопрос оценки загрязненности почв на основе сопоставления с фоновым содержанием весьма непрост по нескольким причинам. Во-первых, опасные химические элементы, загрязняющие почвы – токсиканты (Hg, Cd, Pb, As, Se и др.) и микроэлементы (Mo, Mn, Cu, Со, Sr, Ba, Zn, Ni и др.), поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи оценки загрязненности требуют учета доли влияния лишь антропогенной составляющей. Во-вторых, указанные элементы являются природными компонентами почв, содержание которых обусловлено составом почвообразующих пород и характером почвообразова- 9 В справочной литературе содержатся сведения о ПДК более чем 5000 веществ в воздухе и более чем 1200 веществ в воде.
тельных процессов, причем их содержание в пахотном слое в большей степени обусловлено характером пород, чем чисто почвенными факторами (типом почв). На уровень содержания микроэлементов оказывает влияние также механический состав почв. Особенно это важно для Северо-Запада РФ, где, благодаря активной деятельности ледников, четвертичные отложения в значительной степени представляют собой механическую смесь материала, поступившего из разных местностей без существенной химической переработки. Среднее содержание микроэлементов по Северо-Западу РФ (региональный фон) приведен в табл. 6. Таблица 6 Региональный фон содержания микроэлементов в почвах Северо-Запада Российской Федерации Элемент Mo Cu Zn Ni Co B Pb Mn Sr Ba Среднее содержание элемента в почве , мг/кг 1,5 41 76 17 10 33 18 675 156 243 Почвенный покров Северо-Западного региона РФ заметно богаче цинком, кобальтом, медью, бором и беднее молибденом по сравнению с почвами других регионов Русской равнины. В-третьих, в связи с непрерывно продолжающимся поступлением химических элементов в почвы в силу антропогенных процессов, вопрос их фонового содержания можно рассматривать лишь условно, понимая под этим суммарный фон, имеющий природную и антропогенную составляющую. Именно поэтому при оценке уровня содержания элементов в почве и загрязненности почв вообще пользуются понятием контрастности, понимая под этим отношение фактического содержания элемента к фоновому. Мерой загрязненности почвы каким-либо элементом является коэффициент контрастности10 (КС): КС = С факт С фон , где Сфакт и Сфон – фактическое (измеренное) и фоновое содержание элемента, соответственно, мг/кг. 10 При гигиенической оценке почв населенных пунктов данный показатель принято называть коэффициентом концентрации (см. п. 7. 6. 5).
Для оценки загрязнения почв несколькими химическими веществами рассчитывают также суммарный показатель загрязнения (Z ), который равен сумме коэффициентов контрастности (концентрации) химических элементов и выражается следующей формулой: n ZC = ∑KCi -(n-1), i=1 где n – число химических веществ, по которым оценивается загрязнение. Таким образом, оценка загрязненности почв возможна лишь при комплексном понимании возможных (или, по крайней мере, основных) видов загрязнений почвы, путей поступления загрязняющих веществ и способов миграции химических элементов в почвах. Различают прямое и косвенное загрязнение почв. К прямым загрязнениям относят загрязнения: • отходами промышленных производств, свалками, очистными шламами, а также отдельными, особо опасными, образцами бытовых или промышленных отходов – например, отработанными аккумуляторами, батарейками и др.; • пестицидами и химикатами в результате широкого, недостаточно контролируемого и экологически необоснованного их применения в сельском хозяйстве; • различными токсичными продуктами в результате аварий на транспорте. К косвенным относят загрязнения, обусловленные переносом загрязнений из других сред в почву, в частности: • с атмосферными выпадениями и осадками в почву попадают тяжелые металлы, кислотные (щелочные) агенты и др., содержавшиеся в воздухе в растворенном или взвешенном состоянии; • с талыми, поверхностными и грунтовыми водами в почву попадают и разносятся загрязнения, содержавшиеся на поверхности территорий техногенных зон, селитебной застройки, автодорог (главным образом, водорастворимые загрязнения). В приложении 1 приведены данные о загрязнении почв Ленинградской области, характеризующие масштабы загрязнений, а также специфику рассмотрения данного вопроса применительно к большой территории Российской Федерации.
.. Загрязнение почв тяжелыми металлами В состав находящихся в почве минералов входят все стабильные и долгоживущие элементы периодической системы (кроме инертных газов). Можно привести примеры минералов, содержащих тяжелые металлы и другие токсичные элементы: кобальтин CoAsS; сфалерит (Zn0,7 Fe015 Mn010 Cd003 In002)S и др. К природным соединениям относятся также ванадаты, молиб- даты, бериллосиликаты, вольфраматы и др. Тяжелые металлы в силу их естественного содержания в почве вносят основной вклад в фоновый состав микроэлементов (см. табл. 6). Основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно сгорает 5 млрд. т горючих ископаемых (за всю историю человечества, по оценкам специалистов, сожжено 130 млрд. т угля и 40 млрд. т нефти). В золе угля и нефти содержатся практически все металлы в суммарной концентрации до 500 г на тонну топлива. Вместе с золой на поверхность земли (в почву) поступили миллионы тонн тяжелых металлов. Значительная их часть аккумулирована в верхних горизонтах почвы. В этом сущность аэрально-техноген- ного характера поступления тяжелых элементов в почву. Заметную роль в формировании почвенного антропогенного фона играют и другие пути попадания тяжелых металлов в почву. Например, ежегодно от выхлопных газов автомобильных двигателей, работающих на этилированном бензине, выбрасывается на поверхность почв более 250 тыс. т свинца в год. Выбросы в атмосферу только от ремонтных предприятий железных дорог в виде пыли, оседающей на почву (в основном это оксиды металлов), составляет 380 тыс. т в год (по бывшему СССР). Тормозные колодки поездов, истираясь, также вносят в почвы вблизи железных дорог еще 200 тыс. т металлов в год. Таким образом происходит неуклонное увеличение масштабов загрязнения почвы тяжелыми металлами. При этом наиболее опасно накопление в почве металлов с выраженным характером токсикантов – ртути, свинца, кадмия. Загрязнения почвенного покрова пылевыми и дымовыми выбросами могут содержать не только различные металлы в свободном и связанном видах, но и соединения фтора, хлора, фосфора, окислы азота и др. Радиус зоны загрязнения может составлять 12–30 км вокруг источника (например, промышленного предприятия) и более. Среднее содержание тяжелых металлов в этой зоне обычно в 10 и более раз выше фоновых значений. Пагубное воздействие содержащихся в промышленных газовых выбросах тяжелых металлов может значительно усиливаться за счет влияния других вредных компонентов выбросов.
Весьма опасными в этом отношении являются дымовые выбросы алюминиевых, керамических и некоторых других предприятий, содержащие значительные количества фторидов водорода и кремния, а также некоторых других соединений фтора. Особенно большие концентрации в атмосфере промышленных выбросов могут приводить к полному уничтожению растительного покрова – к образованию антропогенных пустошей. В большинстве случаев наблюдается значительное изменение растительного покрова, изменение его видового состава, появление травянистой растительности, более стойкой к токсикантам. Самоочищение почвы от тяжелых металлов происходит крайне медленно. Зоны загрязнения почвы тяжелыми металлами, как правило, соответствуют расположению основных промышленных районов и крупных предприятий, свалок. Обычно загрязнение тяжелыми металлами отмечается ассоциациями (принцип сонахождения), структура которых характерна для данной местности. В Санкт-Петербурге наиболее распространенными элементами в ассоциациях являются Sn, Pb, W, Cr, Bi (а в среднем по Pоссии – Pb, Cd, Hg, Ni). Поведение тяжелых металлов в почве зависит от ее окислительно-восстановительных условий и кислотности. Миграционная способность Cu, Ni, Co, Zn в восстановительной среде снижается на 1–2 порядка по сравнению с окислительной. В кислой среде большинство металлов более подвижны. Наиболее неблагополучные условия в этой связи складываются в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, имеющих неблагоприятные физические и химические свойства из-за повышенной кислотности и содержания в почвенном растворе (почвенно- поглощающем комплексе) ионов алюминия (Al3+). Указанные условия способствуют переходу металлов в биологические ткани, повышенной миграции тяжелых элементов, ухудшению жизнедеятельности нитрифицирующих и азотфиксирующих бактерий, часто вызывают снижение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. В песчаных, хорошо промываемых почвах, тяжелые металлы мигрируют в грунтовые воды и быстро разносятся ими. Почвы же, богатые глинами и гумусом, обладают способностью накапливать тяжелые элементы. При этом глинистые компоненты адсорбируют их, а гуминовые кислоты образуют с этими элементами растворимые комплексные соединения, легко усваиваемые растениями. Способность тяжелых металлов взаимодействовать с гуминовыми кислотами, образуя гуматы или комплексные соединения, является характерной особенностью современной геохимической обстановки. Последние являются более прочными соединениями. По прочности хелатной связи в 8
комплексных соединениях тяжелые металлы распределяются следующим образом: Zn>Cu>Mn>Mo. Установлено, что потоку тяжелых элементов-загрязнителей почвы противостоит буферность почв, создающая большую инерционность в отрицательных изменениях в составе и свойствах почвы. По степени дисперсности тяжелые металлы в почвах находятся в трех формах: истинно растворимой, коллоидной и в форме взвеси, т.е. имеют генетически различную химическую природу. В связи с аэрально-техногенным характером происхождения основной части микроэлементов (т.е. обусловленным привнесением в почву через воздушные пылевые загрязнения – см. выше), их содержание в верхних горизонтах почвы в растворенной форме может превышать концентрацию в природных почвенных водах в 10–100 раз. Средние величины распределения для меди и цинка по трем указанным формам их нахождения (точнее – сонахождения) приведены в табл. 7. Таблица 7 Средние величины распределения (%) некоторых тяжелых металлов по формам сонахождения Металлы Cu Zn Формы нахождения элемента (%) Истинно растворимая 39 92 Коллоидная 10 2 Взвесь 41 6 Ртуть, свинец, кадмий и некоторые другие тяжелые металлы хорошо сорбируются в верхних слоях (толщиной несколько сантиметров) перегнойно-аккумулятивного (гумусового) горизонта различных типов почв суглинистого состава. Миграция их по профилю и вынос за пределы почвенного профиля незначительны. Однако в почвах легкого состава, кислых и обедненных гумусом, процессы миграции этих элементов усиливаются. Цинк и медь менее токсичны, но более подвижны, чем свинец и кадмий. Миграционную способность элементов уменьшает повышенное содержание органического вещества и утяжеление гранулометрического состава почв. Существует зависимость между содержанием подвижных форм тяжелых металлов в почвах и их концентрациями в тканях растений. Вместе с тем, химический состав растений обладает упорядоченностью и стабильностью, сопротивляясь изменениям. Функцию защиты выполняют, прежде всего, клеточные мембраны, а также некоторые механизмы, регулирующие элементный состав растительной ткани. Поэтому некоторые авторы (Ильин В.Б., Степанова М.Д.) оценку загрязненности почв предлагают
проводить по следующим показателям, которые рассчитываются относительно контрольных и исследуемых почв и растений [22]: 1) накоплению элементов в почве (т.е. по уровню их абсолютного содержания); 2) количеству подвижной формы элемента, которая рассматривается как активная форма загрязнения; 3) общему и внутритканевому загрязнению растений, т.е. превышению содержания элемента в тканях растения по сравнению с растением, произросшем на «чистой» местности. Тяжелые металлы оказывают выраженное токсическое действие на микробный состав почв. В частности, наибольшее токсическое влияние на микроорганизмы оказывают кадмий, затем следуют цинк и свинец. Наибольшими защитными свойствами в этом отношении обладает чернозем, меньшими – торфяники, самыми слабыми – дерново-подзолистые почвы. Так, в контрольном эксперименте было показано, что при внесении в почву кадмия в концентрации 100 мг/кг суммарное содержание микроорганизмов снизилось в неокультуренной дерново-подзолистой почве в 5,5 раза, в такой же окультуренной – в 1,5 раза11. В почвах разных типов уровень токсичности тяжелых металлов может отличаться в десятки и более раз. К примеру, установлено, что кадмий на целинных почвах оказывает угнетающее действие при его содержании начиная с 5 мг/кг, а на окультуренных – с 50 мг/кг. Таким образом, загрязнение почв тяжелыми металлами является важной составной частью широкомасштабного комплексного промышленного и сельскохозяйственного загрязнения окружающей среды. .. Загрязнение почв нефтепродуктами К нефтепродуктам, являющимся товарной продукцией нефтеперерабатывающих заводов, относятся сырая нефть и продукты ее переработки. К последним относятся нефтяное, дизельное и карбюраторное топливо (мазут, керосины, бензины), растворители (осветительные керосины, уайт-спирит, и др.), нефтяные битумы, асфальтены и др. Загрязнение почв нефтепродуктами происходит, главным образом, в результате потерь при транспортировании и авари- 11 Токсическое действие на микрофлору, почвенных животных и растительность оказывает также фтор, попадающий в почву, в основном также аэраль- но-техногенным путем, в виде фторидов - солей фтористоводородной (плавиковой) кислоты. Адсорбция фтора происходит в почвах с хорошо развитым поглощающим комплексом. Растворимые соединения фтора легко перемещаются по почвенному профилю и могут попадать в грунтовые воды. 0
ях (при добыче, хранении, переработке и др.). Например, потери нефтепродуктов только при транспортировании (без учета аварий) составляют около 9 млн. т в год. Нефтепродукты сильно отличаются по своим свойствам – по летучести, вязкости, растворимости в воде, способности впитываться в пористые материалы (почву). При попадании в почву, нефтепродукты распределяются иначе, чем, например, в водной среде. Если при попадании в воду нефтепродукты стремятся к образованию тонкой пленки, обеднению летучими фракциями и далее к образованию эмульсий, то в почве они проникают вглубь от поверхности, а обеднение легколетучими фракциями углеводородов происходит в значительно меньшей степени. Нефтепродукты впитываются почвой (особенно хорошо – сухой почвой) за счет капиллярных сил, и могут удерживаться в таком состоянии длительное время, полностью лишая почву плодородия, превращая ее в насыщенную нефтепродуктом губку. При достаточно больших объемах пролитых нефтепродуктов образуется своеобразное поверхностное месторождение, из которого нефтепродукты проникают в грунтовые и поверхностные воды. При этом территория надолго выводится из хозяйственного использования, а на местности создается сильная пожароопасность. Следует отметить также свойство природной среды самоочищаться от нефтепродуктов за счет их биохимического окисления бактериями, содержащимися в почве, почвенном растворе и природной воде. Самоочищение происходит, в основном, за счет переработки нефтепродуктов, содержащихся в растворенном виде в воде или почвенном растворе. Процесс биохимического окисления протекает с поглощением кислорода, поэтому самоочищение почвы от нефтепродуктов протекает только в тонком поверхностном слое, достаточно насыщенном кислородом. Скорость такого процесса зависит, главным образом, от температуры и концентрации кислорода в растворе. Если в летнее время очистка воды водоемов (и почвенных растворов) от растворенных нефтепродуктов протекает довольно интенсивно, то весной и осенью она резко замедляется, а зимой (в особенности под снегом и льдом) практически не происходит. Таким образом, в отличие от водоемов, почва в значительно меньшей степени способна к самоочищению. Поэтому в случаях обширных загрязнений почвы нефтепродуктами часто единственным способом восстановления ресурсного потенциала территории является механическое удаление – замена загрязненной почвы на привезенную незагрязненную12. 12 В настоящее время существуют технологии, позволяющие извлекать из почвы нефтепродукты для их дальнейшего хозяйственного использования. 1
.. Закисление почв и кислотность Кислотность почвы – важнейший экологический фактор, определяющий условия жизнедеятельности почвенных организмов и высших растений, а также подвижность загрязнителей в почве (в первую очередь, металлов). Изменение кислотности почвы в результате поступления в почву загрязняющих химических веществ в сторону уменьшения рН называется подкислени- ем почвы, а в сторону увеличения рН – подщелачиванием почвы (ГОСТ 17.4.1.03-84), при этом подразумевается прежде всего техногенное происхождение загрязняющих веществ. Вместе с тем, изменение кислотности почвы может иметь как техногенный, так и естественный характер, поэтому процесс приобретения почвой повышенной кислотности часто называют также закислением. Выделяют следующие основные причины закисления почв. 1. Выделение (выдыхание) микроорганизмами и корнями растений углекислого газа, при растворении которого в воде образуется угольная кислота. 2. Образование некоторых форм гумуса, имеющих повышенную кислотность. Это может происходить при переработке трудно разлагаемого органического вещества – например, хвойной подстилки. 3. Всасывание растениями с почвенной влагой катионов щелочных и щелочноземельных металлов (калия, натрия, кальция, магния), приводящее к обогащению почвенного раствора кислотными компонентами. 4. Внесение кислотообразующих удобрений. К таким удобрениям относятся, прежде всего, аммиачные удобрения на основе мочевины, преобразование которой в нитратную форму, усвояемую растениями, сопровождается образованием азотной кислоты. 5. Кислотные осадки, при которых в почву с дождевой водой попадают серная, азотная и сернистая кислоты (рН кислотного дождя может достигать 2–3 единиц). Обычный (некислотный) дождь содержит также угольную кислоту за счет растворения углекислого газа и всегда имеет некоторую кислотность (рН около 5,5–6). Кислотность дождей может значительно возрастать в случае промышленных выбросов в атмосферу, содержащих щелочные компоненты. Например, при работе тепловых электростанций, использующих горючие сланцы, в воздух выбрасываются огромные массы газов, хоть и прошедших очистку, но содержащих мелкодисперсный аэрозоль щелочного оксида кальция. В подобных ситуациях можно говорить уже о щелочных (или кислотно-щелочных) дождях, причем рН таких дождей будет обусловлен объемом и составом газовых выбросов, интенсивностью дождя и др. 2
При закислении почвы угнетается рост и развитие многих сельскохозяйственных культур, подавляется жизнедеятельность микроорганизмов. Закисление почвы приводит к увеличению подвижности многих элементов, в первую очередь, тяжелых металлов. Особая роль в этом процессе принадлежит алюминию, содержание которого в почве и в почвообразующих породах, в формах, не обладающих подвижностью, высоко. Различают обменную и гидролитическую кислотность почвы. Обменная кислотность обусловлена присутствием способных к обмену ионов Н+ и Al3+ в почвенно-поглощающем комплексе (ППК), которые высвобождаются путем обменных реакций при взаимодействии ППК с раствором нейтральной соли13 (обычно используют раствор хлорида калия с концентрацией 1 г-моль/л). Ионы Н+ образуются по схеме: [ППК]нC a + nKCl →[ППК] К K + (n - 3)KCl + HCl + CaCl2 В присутствии алюминия в почвенно-поглощающем комплексе протекает обменная реакция, сопровождающаяся высвобождением катионов алюминия, что приводит к еще большему закислению среды: [ППК] Al + nKCl → [ППК] К K + AlCl3 + (n - 3)KCl Катион алюминия претерпевает кислотный гидролиз с образованием катионов водорода: AlCl3 + 3H2O →Al (OH)3 + 3HCl Количество выделяющихся ионов водорода и алюминия может быть определено методом титрования раствором щелочи с известной концентрацией, причем существующие методы позволяют определять величину потребления щелочи, обусловленную отдельно ионами водорода и отдельно – ионами алюминия. Таким образом, обменная кислотность почвы измеряется количеством раствора щелочи, израсходованного на титрование высвободившегося количества ионов водорода и алюминия. Мерой обменной кислотности почвы обычно счита- 13 Вытеснение кислотных соединений из ППК может происходить только при условии обмена катионов Н+ и Al3+ на имеющиеся в растворе в большом избытке. При взаимодействии почвы с водой в раствор также могут переходить содержащиеся в почве кислотные соединения, однако в этом случае речь может идти лишь о соединениях в свободном виде, не связанном в ППК.
ют рН солевой почвенной вытяжки, приготовленной в стандартных условиях (1,0 г-моль/л хлорида калия – KCl). В зависимости от величины рН солевой вытяжки различают следующие степени кислотности почвы (в табл. 8). Таблица 8 Степени кислотности почв рН солевой вытяжки (±0,5 ед. рН) 4 и менее 5 6 7 8–9 Оценка кислотности почвы Встречаемость Редко встречается в природных условиях. Сильнокислая Может свидетельствовать о кислотном загрязнении почвы Кислая Слабокислая Нейтральная Щелочная Сложившиеся подзолистые, болотные почвы Формирующиеся подзолистые и болотные почвы, некоторые черноземы Черноземы Солонцеватые почвы. Может свидетельствовать о щелочном загрязнении почвы Помимо обменной кислотности, почве свойственна также гидролитическая кислотность, которая обусловлена вытеснением в почвенный раствор дополнительного количества водородных ионов при взаимодействии с растворами гидролитически щелочных солей или щелочей. Например, при взаимодействии почвенно-поглощающего комплекса с раствором ацетата натрия образуется уксусная кислота: [ППК]CHaHH + nCH3COONa →[ППК]NN aaNaNaNa + (CH3COO)2 Ca + 3CH3COOH + (n - 5)CH3COONa Гидролитическая кислотность (при отсутствии обменной) не вредна для почвы, но ее нужно учитывать при решении хозяйственных вопросов – например, определении необходимости известкования или иной обработки почвы. При высокой кислотности почвы для оптимального ее использования в сельскохозяйственном производстве необходимо проводить известкование. Известкование является приемом химической мелиорации почв и проводится в тех случаях, когда почва имеет избыточную кислотность по сравнению с оптимальной для выращиваемых культур. При пониженной кислотности, т.е. при защелачивании почвы, применяют другой метод химической мелиорации – гипсование. При экстремально высокой кислотности, вызванной кис-
лотным загрязнением, почва не может быть восстановлена естественным образом или путем известкования. В таких случаях почву механически удаляют и заменяют качественной почвой, привезенной из других мест. Следует отметить, что наряду с закислением может происходить и техногенное подщелачивание почв. Оно происходит при поступлении щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов с выбросами металлургических заводов; аммиака – с выбросами комбинатов по производству удобрений; щелочного аэрозоля – оксида кальция – с выбросами работающих на горючих сланцах теплоэлектростанций и др. Масштабы этих процессов значительно меньше, чем процессов закисления, и негативные последствия не столь значительны. Однако и в этом случае может аномально возрастать содержание в почве тех или иных компонентов, приводящее к нарушению необходимых пропорций в элементах питания. Повышенная щелочность почв неблагоприятна для многих сельскохозяйственных растений. Кроме того, в условиях щелочных почв резко возрастает подвижность органического вещества, что приводит к обеднению почв гумусом. .. Засоление почв Засоленность почвы обусловлена повышенным содержанием в ней легкорастворимых минеральных солей, что, как правило, создает неблагоприятные условия для развития и роста растений. Сильнозасоленные почвы обычно непригодны для выращивания сельскохозяйственных культур. У растений, произрастающих на засоленных почвах, задерживаются набухание семян, цветение, рост и снижается урожайность. При больших концентрациях солей наступает гибель растений. Засоленные почвы (солонцы, солончаки) распространены, в основном, в степной и пустынно-степной областях, в зонах каштановых, сероземных и черноземных почв. Основной признак засоленных (солонцеватых) почв – присутствие в почвенном растворе (точнее – в почвенно-поглощающем комплексе) значительного количества катионов натрия. Соответствующими анионами являются, в основном, хлорид, сульфат, гидрокарбонат и карбонат, причем наиболее отрицательно влияют на качество почвы гидрокарбонаты и особенно карбонаты как наиболее щелочные компоненты. В зависимости от вклада различных анионов в солесодержание почвенного раствора различают хлорид- ное, хлоридно-сульфатное, содовое и смешанное засоление. Засоление почв может происходить в силу естественных и антропогенных процессов. Естественное засоление почв мо-
жет происходить при переносе растворенных в грунтовых водах солей, из водоносных слоев к поверхности. При испарении воды соль остается на поверхности почвы и, при определенных условиях, возникает зона засоления. Условиями, при которых возможно естественное засоление почв, также являются: наличие понижения или низины на местности, достаточная проницаемость грунтов, длительный и устойчивый характер процесса. При переувлажнении засоленных почв возможны также их солонцевание и заболачивание. Антропогенное засоление почв происходит, главным образом, при орошении посевов водой с повышенной концентрацией солей – более 1 г/л (соленость воды большинства рек не превышает 0,2–0,3 г/л). При выявлении сильного засоления почв сельскохозяйственных угодий необходимо проводить специальные гидромелиоративные мероприятия – орошение, дренаж, промывки. Параметры и типы засоленности почв приведены в табл. 9. Таблица 9 Степени и типы засоленности почв в зависимости от концентрации солей Степень засоленности почв Тип засоленности в зависимости от типа и массовой доли солей в сухой почве, % Хлориды Сульфаты Гидрокарбонаты Для хлоридно-сульфатного засоления Незасоленные Слабозасоленные Среднезасоленные Сильнозасоленные Солончаки меньше 0,01 0,01–0,05 0,05–0,10 0,1–0,2 больше 0,2 – – – – – – – – – – Для сульфатного и хлоридно-сульфатного засоления Незасоленные Слабозасоленные Среднезасоленные Сильнозасоленные Солончаки меньше 0,01 0,01 0,05 0,10 больше 0,1 меньше 0,10 0,1–0,4 0,4–0,6 0,6–0,8 больше 0,8 – – – – – Для содового и смешанного засоления Незасоленные Слабозасоленные Среднезасоленные 0,01 0,01 0,1 0,02 0,05–0,1 0,2 меньше 0,06 0,1–0,2 0,2–0,3
Продолжение табл. 9 Степень засоленности почв Сильнозасоленные Солончаки Тип засоленности в зависимости от типа и массовой доли солей в сухой почве, % Хлориды 0,2 0,2 Сульфаты 0,2 0,2 Гидрокарбонаты 0,3–0,4 больше 0,4 Засоление почвы в значительной степени обусловливает ряд глобальных и региональных экологических проблем, имеющих непосредственное отношение к проблемам опустынивания и сопровождающихся деградацией почвенно-растительно- го покрова, активизацией эрозионных процессов. .. Загрязнения почвы, обусловленные применением минеральных удобрений и пестицидов Применение минеральных удобрений (агрохимикатов, туков) в сельском хозяйстве обусловлено естественным изы- манием из почвы биогенных элементов – соединений азота, фосфора, калия и др., участвующих в формировании биомассы при выращивании сельскохозяйственных культур и необходимостью восполнять их убыль. Особенно остро стоит проблема восполнения потерь азота. Таким образом, применение минеральных удобрений является фактором интенсификации сельскохозяйственного производства. Вместе с тем, это масштабный и трудно контролируемый процесс, приводящий к значительному превышению вносимых количеств биогенов над требуемым для восполнения их естественной убыли. В результате возникает опасность ухудшения качества продуктов питания и загрязнения сопряженных с почвой атмосферы и природных вод избытком агрохимикатов. Избыточный азот накапливается, в основном, в форме нитратов. Поскольку в этой форме азот почвой не сорбируется, он легко вымывается из почвы (дождевыми, талыми водами), переходит в грунтовые воды и близлежащие водоемы. Помимо отрицательного воздействия на рост растений, наличие избыточного азота и его вымывание приводит к тому, что также сильно вымывается калий; в меньшей степени – фосфор (фосфаты). Сведения о наиболее распространенных минеральных удобрениях приведены в табл. 10. Из таблицы видно, что минеральные удобрения представлены соединениями, растворимыми в разной степени, а предпочтительным является использование труднорастворимых соединений.
Таблица 10 Характеристики минеральных удобрений Торговое название удобрения Азофоска Аммоний хлористый Аммония сульфат Аммофос, диаммофос Аммофоска Гипс Доломитовая мука Известняк Калий хлористый Калия сульфат Карбамид (мочевина) Мука известковая Мука фосфоритная Нитроаммофоска Основное действующее вещество (химическая формула) NH4NO3, KNO3, NH4H2PO4, NH4Cl, KCl, Ca(NO3)2 NH4Cl (NH4)2SO4 NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, NH4Cl, KNO3, KCl CaSO„x2H2O 4 CaOx MgOx 2CO2 CaCO3 KCl K2SO4 CO(NH2)2 CaCO3, MgCO3 CaF(PO/l)0xCaCO3 54 4'd NH4NO3, NH4H2PO4 Растворимость в воде* ХР ХР ХР ХР ХР ТР НР НР ХР ХР ХР НР НР ТР Внешний вид** Г К, Г К, Г Г Г П П П К, Г П К, Г П П Г Цвет Розовый Белый Белый (бесцветный) Желтоватый или голубой (оттенок определяется содержанием микроэлемента) Розоватый Белый, сероватый Сероватый Белый (до серого) Белый Белый Белый Сероватый Серо-коричневый Белый 8
Продолжение табл. 10 Торговое название удобрения Нитроаммофоска Нитрофоска Преципитат Селитра аммиачная Селитра известковая Селитра калийная Селитра натриевая Суперфосфат (простой, двойной) Экофоска Основное действующее вещество (химическая формула) NH4NO3, KNO3, NH4H2PO4, NH4Cl, KCl, Ca(NO3)2 NH4NO3, CaHPO4, (NH4)2HPO4, KNO3, NH4Cl CaHPO„x2H2O 4 NH4NO3 Ca(NO3)2x2H2O Z KNO3 NaNO3 CaHPO„x2H2O 4 Ca(H2PO4)2x2H2O Z KH2PO4, K2HPO4 Растворимость в воде* ХР ТР НР ХР ХР ХР ХР ТР ТР Внешний вид** Г Г П Г К К К Г Г Цвет Розовый Белый Бело-серый Белый Белый Белый Белый Белый, голубоватый, розовый, черный Серый * ХР – хорошо растворимо, ТР – трудно растворимо, НР – нерастворимо. ** Г – гранулы, К – кристаллы, П– порошок. Вместе с тем, негативные последствия для окружающей среды и для людей возможны и при использовании, казалось бы, «экологически чистых» органических удобрений (навоза, торфа, компоста). В связи с возрастанием масштабов применения органических удобрений, при их попадании с полей в водоемы в последних создаются условия, благоприятные для размножения патогенных бактерий, грибков. Например, размножение в водоеме почвенной амебы может приводить к заболеваниям людей менингоэнцефалитом при купании. Помимо минеральных удобрений, к средствам интенсивной химизации сельскохозяйственного производства относятся пестициды (ядохимикаты, предназначенные для борьбы с сорняками, грибковыми болезнями, разнообразными вредителями и т.д.).
В настоящее время человеком используется свыше 400 наименований пестицидов, но ПДК определены лишь для 30 из них. Наиболее устойчивыми к разложению в условиях почвы (и в условиях других природных сред) являются хлорорга- нические пестициды (например, ДДТ). Они же обладают и наиболее выраженными кумулятивными свойствами, т.е. способны накапливаться в тканях растений и животных, передаваться по пищевым цепям. При обработке посевов пестицидами основная их часть остается на поверхности почвы и растений. Пестициды адсорбируются органическим веществом и минеральными коллоидами почв. Получены данные, что гумусом адсорбируется до 80% пестицидов. Избытки пестицидов мигрируют, попадая в грунтовые воды. Также ведет себя со временем и вся масса «неусвоенных» пестицидов, поскольку их адсорбция в почве обратима. Например, через несколько лет внесенные в почву пестициды могут быть обнаружены в воде колодцев на глубине до 50 м. Накапливаясь в почве и распространяясь с грунтовыми водами, пестициды могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания людей и животных. Накопление остатков пестицидов в почве зависит и от природы токсиканта. Наиболее стойкими являются пестициды из групп хлорорганических соединений и диенов. Они сохраняются в почве в течение нескольких лет (табл. 11). К тому же чем выше внесенная доза, тем длительнее сохраняется токсикант. Фосфорорганические соединения и производные карбаминовой кислоты теряют свою токсичность менее чем за 3 месяца и при распаде не образуют токсичных метаболитов, что делает эти соединения предпочтительнее в применении. При внесении пестицидов авиационными методами они распыляются и могут переноситься воздушными массами на большие расстояния. Многие пестициды и их метаболиты14 обнаруживаются там, где их никогда не применяли (например, в Антарктиде). Систематическое применение в больших количествах стойких и обладающих кумулятивными свойствами пестицидов приводит к тому, что основным источником загрязнения окружающей среды становится сток талых, дождевых и грунтовых вод. 14 Метаболиты - промежуточные продукты превращений химических веществ при их нахождении в окружающей среде. 0
Таблица 11 Длительность токсического действия различных пестицидов Наименование пестицидов Инсектициды Токсафен Гептахлор Альдрин ДДТ ГХЦГ Хлордан Гербициды 2–4–5–Т Диурон Симазин Атразин Гордон Монурон Длительность действия 6 лет 9 лет 9 лет 10 лет 11 лет 12 лет 6 мес. 16 мес. 17 мес. 17 мес. 19 мес. 36 мес. Особенно угнетающе пестициды воздействуют на почвенные бактерии, которые оказываются под их непосредственным влиянием. Бактериальную флору настолько сильно подавляет 99% пестицидов, что она способна восстановиться лишь по истечении 1–2 месяцев. Это соответствует продолжительности жизни до 1000–10000 поколений бактерий и имеет далеко идущие последствия для всего сообщества почвенных организмов. Полная детоксикация почвы от пестицидов происходит лишь при их распаде на нетоксичные компоненты. Разложению токсикантов способствуют реакции окисления, восстановления и гидролиза. Наиболее активно разложение пестицидов производят почвенные микроорганизмы. При участии ферментов микроорганизмов в почве и почвенном растворе активно протекают процессы гидролиза, окисления-восстановления и др. Характерно, что микроорганизмы используют для своей жизнедеятельности углерод, азот, фосфор и калий, которые входили в состав молекул пестицидов. Применение минеральных удобрений и пестицидов рассматривается некоторыми учеными как намеренное загрязнение почвы, приводящее к различным экологическим проблемам. Охрана почв от избытка удобрений и пестицидов имеет ряд общих организационных мер. К ним относятся: разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений; применение комплексных форм химикатов; использование рациональной технологии внесения; создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и уменьшение доз их внесения в почву; соблюдения правил хранения и транспортировки и т.д. 1
.8. Замусоривание почв и проблемы свалок1 Почвы являются не только аккумулятором загрязнений химических, но и загрязнений механических. К таковым относится загрязнение различными видами мусора. Под мусором понимаются бытовые отходы (отходы потребления), а также строительные и промышленные отходы, размещенные в не установленных для того местах – на территориях жилых зон, парков, автомагистралей, садоводств, в водоемах и др. Бытовые отходы – одна из важнейших экологических проблем любого крупного города. Например, согласно опубликованным данным, на 1 жителя Санкт-Петербурга образуется 1 м3 или 180 кг бытовых отходов в год. Данные статистики по крупным городам свидетельствуют, что объемы отходов ежегодно увеличиваются на 2%. Подобно тому, как с точки зрения химика грязь – это химические вещества, находящиеся в неподходящем месте, так и мусор с точки зрения материаловеда – это предметы и материалы, размещенные в неположенном месте. Однако далеко не все виды мусора химически инертны и приводят только к механическому загрязнению окружающей среды (специалисты считают, что безопасных отходов вообще не бывает). Многие виды мусора в естественных условиях могут разлагаться, возгораться и образовывать химические вещества, загрязняющие воздух и воды. Кроме того, некоторые отходы потребления и промышленные отходы сами по себе содержат высокотоксичные соединения. Такими являются, например, автомобильные аккумуляторы, никелево-кад- миевые батарейки, отработанные люминесцентные лампы, емкости с не израсходованными до конца лакокрасочными и горюче-смазочными материалами, инсектицидами и различными химическими продуктами и др. Иногда мусор образует скопления, которые могут иметь магистральный и площадной характер. Такие скопления мусора называются свалками. В первом случае речь идет о расположении свалок вдоль дорог, во втором – на некоторой территории. На свалке могут соседствовать битые бутылки и пищевые отходы, пластмасса и древесина. Поскольку отходы потребления являются неотъемлемой деталью урбанизации, а промышленные отходы неизбежно образуются в промышленном производстве, то для мусора и свалок городскими властями выделены специальные территории, которые предназначены именно для размещения там различных отходов. 15 Материалы настоящей главы подготовлены с использованием материалов по ежегодным акциям «Неделя окружающей среды в Санкт-Петербурге» Управления по защите окружающей среды Санкт-Петербурга. 2
Причем, для размещения бытовых отходов организованы свалки бытовых отходов и комбинаты по их переработке, а для размещения промышленных отходов (в том числе токсичных и особо токсичных) – полигоны по их захоронению и переработке16. Для того, чтобы свести к минимуму загрязнение окружающей среды от скоплений мусора, места для его размещения и захоронения выбираются особо тщательно, с учетом рельефа местности, характера подстилающих пород и грунтов, расположения водоносных горизонтов, направления преобладающих ветров, отсутствия близко расположенных мест проживания и скопления людей и др. Все свалки, появляющиеся в местах, специально для этого не предназначенных, называются несанкционированными. Люди и должностные лица, виновные в их появлении, должны нести административную (а иногда и уголовную) ответственность. Самовольные свалки отходов – угроза всему живому. Следует упомянуть и о такой разновидности отходов, как осадки, образующиеся при работе коммунальных очистных сооружений. Отходы данного вида вывозятся на специальные иловые площадки, занимающие к настоящему времени только в Ленинградской области площадь 160 га, выводя плодородные земли из естественных природных условий, делая их непригодными для хозяйственного использования. Можно выделить следующие виды ущербов в связи с замусориванием территорий и образованием скоплений мусора и свалок. 1. Ущербы экономические, связанные с невозвратностью в сферу производства и потребления материалов и ценного вторичного сырья. 2. Ущербы экологические, связанные с разнообразными нарушениями в окружающей среде в связи со свалками: перекрытие или уничтожение почвы и нарушение ее свойств; загрязнение почвы, почвенных и поверхностных вод, а также воздуха; массовые биотические нарушения на всех уровнях организации живой природы в районе расположения свалок, причем наибольший ущерб наносится более простым формам (почвенной флоре и фауне, насекомым и др.). 3. Эстетические ущербы, обусловленные неудовлетво- 16 В Санкт-Петербурге 25% вывозимых коммунальными службами бытовых отходов перерабатывается на мусороперерабатывающих заводах в компост, остальное захоранивается на полигонах Северный, Южный и Северная Са- марка. Токсичные и особо токсичные отходы вывозятся на специальный полигон Красный Бор. Контроль за экологической ситуацией на полигонах и в районах их расположения осуществляют Ленкомприрода и санитарные службы города.
рительным, с точки зрения эстетических потребностей человека, внешним видом территорий зон отдыха, природных зон, мест проживания и др. В этом отношении иногда эстетический ущерб может возникнуть даже от наличия нескольких единиц химически инертного мусора. 4. Социальные ущербы могут быть связаны с заболеваемостью населения районов, прилегающих к наиболее опасным свалкам. Следует учитывать также необходимость отвлечения на периодическую уборку от мусора и свалок части трудоспособного населения. Борьба с последствиями замусоривания почвы и окружающей среды вообще, с несанкционированными свалками носит комплексный характер. С одной стороны, необходимо внедрять культуру потребления, что позволит снизить общее количество отходов. С другой стороны, огромный эффект могло бы принести вторичное использование ценного вторичного сырья – такого, как картон и бумага, алюминиевые банки и черный металлолом, пластмасса и др., в огромных количествах выбрасываемого ныне в виде бытовых отходов. Очень важным делом, способным значительно облегчить промышленную утилизацию отходов, является раздельный сбор мусора. Наконец, необходимо повышать общую культуру и экологическую грамотность населения, внедрять ресурсосберегающие технологии и др. Политика городских властей считается экологически ориентированной, если она нацелена в перспективе на отказ от свалок и переработку мусора по современным технологиям. Схема первичного экологического обследования территории района и форма протокола описания несанкционированной свалки приведена в приложении 2.
. Показатели экологического состояния почв и их исследование .1. Исследование почв в полевых и лабораторных условиях Почву исследуют как в полевых, так и в лабораторных условиях. Полевое исследование почвы позволяет определить ее строение, свойства и дать название по внешним, так называемым морфологическим признакам; провести отбор почвенных образцов для их изучения в базовом полевом лагере или в лабораторных условиях. Очень удобно и наглядно изучать почвы в специально выкопанных почвенных разрезах или на геологических обнажениях. Наиболее полно и точно исследуют почву в лаборатории, проводя различные анализы, требующие специального оборудования (более подробно о методах анализа почв см. в главе 7. Однако некоторые простые анализы, а также те из них, которые могут быть выполнены с помощью полевых комплектных лабораторий, тест-комплектов и портативных приборов, выполняют в полевых условиях (подробнее см. в главе 10). Таким образом, основной целью исследования почвы в полевых условиях является ее описание, выполнение анализов с применением полевых методов и оборудования, и, при намерениях продолжить изучение в лабораторных условиях – отбор почвенных образцов для дальнейшего лабораторного исследования. .2. Общий обзор свойств почвы Почва обладает рядом специфических качеств и свойств, большая часть которых отсутствует или выражена очень слабо в горных породах. Во-первых, всякая почва представляет собой совокупность горизонтов, различающихся физическими свойствами, окраской и общим обликом. Количество, сочетание, степень выраженности и свойства этих горизонтов – устойчивый и характерный признак определенных типов и разновидностей почвы. Совокупность почвенных горизонтов объединяется в понятие почвенный профиль; каждая почва имеет свой, характерный для нее профиль, т.е. последовательность и характер горизонтов. Зная тип строения и сочетания горизонтов почвенного профиля, можно по внешним морфологическим признакам установить тип почвы и ее важнейшие свойства. Во-вторых, почва обладает специфическими физически-
ми свойствами, рыхлостью сложения и агрегатным состоянием, или структурой. В отличие от монолитных горных пород почвы обладают водопроницаемостью и, что особенно важно, водо- удерживающей способностью, а также воздухопроницаемостью и аэрируемостью. Наличие специфических физических свойств в почве создает в ней, в отличие от горных пород, благоприятные условия для развития корневых систем растений и для заселения ее высшими и низшими организмами. Так, именно в порах и полостях на поверхности твердых частиц почвы обитает множество микроскопических организмов – бактерий, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих, которым необходимы для жизнедеятельности, как воздух, так и влага. Объем полостей может составлять от 70% в рыхлых и до 20% в плотных почвах. Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а его состав обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Соотношение воздуха и влаги в почвенных порах постоянно меняется в зависимости от погодных условий, однако температурные колебания, которые бывают очень резкими у поверхности почвы, быстро сглаживаются с глубиной. В-третьих, почва отличается рядом химических свойств. Важнейшим из них является накопление в верхней части почвенного профиля гумуса (перегноя) – продукта векового существования и отмирания растений, почвенных животных, микроорганизмов. Гумус окрашивает верхние горизонты почвенного профиля в темный цвет, содержит органические вещества, элементы и соединения, необходимые для питания растений (азот, фосфор, сера, калий). Гумус является материальной и энергетической основой для жизнедеятельности почвенных организмов. Верхние почвенные горизонты характеризуются также накоплением ряда важнейших элементов питания растений – биогенов (фосфор, азот, кальций, медь, калий, цинк и др.). В составе почвенной массы обычно присутствует значительное количество высокодисперсных аморфных и кристаллических веществ (почвенные коллоиды и минералы). Почвенная влага, циркулирующая в почвенных горизонтах и называемая почвенным раствором, содержит различные газы, растворимые соли, питательные или токсические вещества. Почвенный раствор, как и почва, может обладать нейтральной, кислой и щелочной реакцией. Весьма специфичен почвенный воздух, который обычно содержит повышенные количества углекислоты, углеводородов, водяных паров. По объему жидкая и газообразная фазы в почве составляют до 40–60%, что на порядок превышает аналогичные показатели для плотных пород. В-четвертых, почва – особенная среда жизни. В отличие от горных пород, которые абиотичны, почва теснейшим обра-
зом связана с деятельностью различных организмов. Поскольку почва – это трехфазная среда, содержащая помимо твердых частиц, также влагу и воздух, то почву населяют как мелкие водные, так и воздухо-дышащие организмы. Верхняя часть почвенного профиля пронизана массой корневых систем, которые, непрерывно отрастая, отмирая и разлагаясь, являются факторами разрыхления и структурообразования почвы и основой для жизни животных и микроорганизмов. Гумусовые горизонты почвы, особенно вблизи корней, содержат огромное количество микроорганизмов, исчисляющееся миллионами на каждый комочек почвы. Это – и клетки различных микроорганизмов, и мелкие, различимые только в микроскоп или даже невооруженным взглядом животные, и др. Можно без преувеличения сказать, что почва создается совместной жизнедеятельностью множества организмов. Густо населяющие почву многочисленные членистоногие, черви, клещи, роющие позвоночные млекопитающие и др. перемещают и перемешивают ее массу, являются после отмирания источниками органического вещества и материалом для жизнедеятельности микроорганизмов. Бактерии, грибы и простейшие, также населяющие почву, продуцируют в конечном итоге гумусовые вещества, специфические ферменты, природные антибиотики, а в некоторых случаях – токсины. Особенно важна для жизни почвы деятельность дождевых червей. Их нормальная численность в лесах и на лугах может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен особей на квадратный метр. Дождевые черви разрыхляют и перемешивают слои почвы, улучшают условия для прорастания корней растений. Выделения их кишечников представляют собой прочные органоминеральные комочки, большое количество которых в почве резко улучшает ее структуру и повышает плодородие. При высокой численности дождевые черви за год могут образовывать до 120 тонн таких комочков на гектар [66]. Живая фаза почвы представлена также корневыми системами древесной и травянистой растительности. В полевых условиях обычно отмечают характер распределения корней по горизонтам, их массу и глубину проникновения. При наличии бобовых растений отмечают также степень развития и обилия клубеньков, развитие микоризы. Ежегодно или постепенно сбрасывая листву, растительность образует на поверхности почвы слой мертвого органического вещества (так называемый растительный опад), который служит средой обитания огромному количеству организмов и является основным источником почвенного плодородия. Таким образом, почва – наиболее насыщенная жизнью среда.
Наконец, почва содержит также новообразования – прямые «свидетели» тех почвообразовательных процессов, через которые прошла или проходит почва, а также включения, не имеющие прямого отношения к процессам почвообразования и лишь механически включенные в состав почвенной массы (камни, обломки раковин, угли, кости, черепки, обломки строительных материалов, утвари и т.д.17). Почва – динамическая и изменяющаяся со временем система. Некоторые ее свойства могут изменяться относительно быстро (в течение минут и часов), в то время как многие другие практически не изменяются на протяжении сотен лет (табл. 12). Таблица 12 Свойства почвы, изменяющиеся со временем Свойства, изменяющиеся за минуты и часы Температура Содержание влаги Состав и количество воздуха в почвенных полостях и порах Свойства, изменяющиеся за месяцы и годы рН (кислотность) Цвет (окраска) Структура и сложение Содержание органического вещества (гумуса) Плотность Плодородие Состав и обилие микроорганизмов Свойства, изменяющиеся за сотни и тысячи лет Виды минералов Размеры частиц (гранулометрический состав) Строение почвенных горизонтов Все отмеченные физические, химические и биологические особенности, отличающие почву от горной породы, и являются важнейшими показателями их экологического состояния. Эти особенности объясняют условия водного, минерального и воздушного питания растений, их роста и продуцирования массы органического вещества. .. Почвенные разрезы ..1. Почвенный профиль и почвенные горизонты Благодаря совместному влиянию пяти основных почвообра- зующих факторов (характер материнского материала, климат, деятельность почвенных организмов, ландшафтное расположение почвы, длительность почвообразующих процессов – см. 17 Иногда включения подобного рода представляют большую археологическую ценность. 8
рис. 3) почвы в разных местах могут очень отличаться друг от друга. Подобно тому, как неповторим каждый человек, каждый участок почвы в ландшафте имеет собственные уникальные характеристики. «Лицо» почвы, или внешний вид срезанной в глубину почвы (его можно уподобить лицу человека), называется почвенным профилем. Изучая почвенный профиль, можно получить информацию о геологической и климатической истории ландшафта на протяжении сотен и тысяч лет, археологической истории использования почвы жившими в данной местности людьми. Наконец, полевое изучение почвенного профиля, свойств почвы дает представление о путях рационального использования почвенного покрова исследуемой территории. Каждый почвенный профиль образован слоями, называемыми почвенными горизонтами. Почвенные горизонты могут иметь толщину от нескольких миллиметров до десятков сантиметров и более. По этим, а также другим свойствам каждый почвенный горизонт отличается от расположенного сверху или снизу. Для идентификации почвенных горизонтов ученые обозначают их специальными буквами. В настоящее время в нашей стране принята система обозначения генетических почвенных горизонтов, в основе которой лежит символика, предложенная В.В. Докучаевым с дополнениями, сделанными в последующее время. Почвы подразделяют на несколько горизонтов, которые, в свою очередь, подразделяют на подгоризонты. Каждый горизонт (подгоризонт) имеет свое название и буквенное обозначение – индекс. Согласно этой индексации, основными почвенными горизонтами являются: А0 – лесная подстилка или степной войлок; А – гумусовый горизонт с подразделением на подгоризонты: АД – дерновый горизонт; А1 – гумусовый аккумулятивный горизонт (в целинных почвах); Апах – пахотный горизонт; Ат – торфянистый горизонт; А2 – элювиальный горизонт (подзолистый или осолоделый); В – иллювиальный горизонт с подразделением на горизонты В1, В2; С – материнская порода; G – глеевый горизонт.
Иногда цифровое обозначение горизонта ставят ниже буквенного – А2; В2 и т.д. Рассмотрим почвенные горизонты подробнее. Лесная подстилка (А0) – самая верхняя часть профиля, представляющая собой скопление растительных остатков, находящихся в разной степени разложения – начиная от отмерших, но еще сохраняющих растительную структуру (листья, хвоя, ветви, плоды и т.д.) и кончая полуразложившимися – так называемый «грубый гумус». Этот горизонт обычно характерен для лесных и заболоченных почв. Торфянистую его форму обозначают Ат. Дернина (АД) – самая верхняя часть профиля почв лугов и степей, образуемая опавшими стеблями и листьями (так называемый «степной войлок»), а также живыми и мертвыми узлами кущения травянистых растений. Гумусово-аккумулятивный горизонт (А1) формируется в верхней части почвенного профиля. В нем накапливается (аккумулируется) наибольшее количество органического вещества (гумуса) и питательных веществ. Его окраска в большинстве случаев более темная по сравнению с другими горизонтами. Элювиальный горизонт (А2). Из этого горизонта в процессе почвообразования ряд веществ выносится в нижележащие горизонты. Поэтому он обычно осветленный (светло-серый, белесый), более рыхлый, часто бесструктурный. В зависимости от типа почвы называется подзолистым – в подзолистых почвах или осолоделым – в солонцах и солодях. Пахотный горизонт (Апах). Образуется на всех почвах пашни при их окультуривании вглубь от поверхности за счет верхних горизонтов целинной почвы. В зависимости от типа почвы и мощности пахотного слоя в последний входит весь гумусовый горизонт (А1) или его часть, а также А0 и АД. Если мощность пахотного слоя превышает мощность горизонта А1, то в него войдут и нижерасположенные горизонты, например в подзолистых почвах – А2. Иллювиальный горизонт (В). В этом горизонте откладываются вещества, которые выносятся из вышерасположенных почвенных горизонтов. В связи с этим он характеризуется большей плотностью сложения, более тяжелым механическим составом, бурым цветом, обычно крупной структурой и т.д. По степени выраженности этих свойств могут выделяться подго- ризонты В1 и В2. Глеевый горизонт (G). Характерен для почв с постоянным или длительным периодическим переувлажнением, вызывающим восстановительные процессы в минеральной массе почвы 0
и придающим данному горизонту характерные черты: сероватую, голубоватую или грязно-зеленую окраску; наличие ржавых, охристых, черных, лиловых пятен; вязкость и т.п. Если признаки глеевого процесса проявляются и в других горизонтах, то к буквенному обозначению добавляют букву g, например, А2g, Bg. Материнская порода (С). Представляет собой не затронутую почвообразовательными процессами породу. Следует отметить, что горизонты могут четко выделяться на почвенном профиле, но могут и слабо проявляться, а в каких-то случаях могут и отсутствовать. Это зависит, главным образом, от характера почвообразовательного процесса, возраста почв и материнских пород, а также степени антропогенного влияния на почву. Тем не менее, каждому типу почв свойственно особое сочетание горизонтов. Для обозначения процесса, который сопутствует основному, вводится дополнительный буквенный индекс, например, для обозначения горизонта скопления карбонатов вводится индекс К, признаки оглеения выражаются через индекс g, накопления солей – через индекс S и т.д. Почвенные горизонты различаются по цвету, структуре18, плотности, гранулометрическому составу, новообразованиям и включениям, т.е. по признакам, которые могут быть определены непосредственно при изучении разреза. Они также могут различаться по химическому и минералогическому составу, физическим и физико-химическим свойствам, количеству и составу микроорганизмов, биохимической активности и по некоторым другим свойствам, которые можно изучить только в хорошо оснащенной лаборатории. Изображение почвенного профиля для окультуренной подзолистой почвы на бескарбонатном валунном суглинке приведено на рис. 6. 18 Структурой почвы называют характер отдельностей, на которые рассыпается почва при ее потряхивании или разминании. В описании структуры указывают форму, размеры, прочность. 1 Рис. 6. Окультуренная подзолистая почва на бескарбонатном валунном суглинке
..2. Изучение почвенных разрезов и обнажений Для описания почв, изучения их морфологических признаков, установления границ между различными почвами, отбора образцов для анализов закладывают специальные ямы, которые называются почвенными разрезами. Разрез должен дать возможность увидеть строение всего почвенного профиля – от поверхности до почвообразующей породы (рис. 7). Рис. 7. Почвенный разрез Глубина почвенного разреза определяется мощностью почвенного профиля, т.е. глубиной залегания нижних горизонтов почвы. Обычно считают, что почвообразующую породу достигли, когда в разрезе вскрывается однородная толща, не подразделяющаяся на различные по строению и составу горизонты. Форма почвенного разреза прямоугольная, ширина его обычно составляет 70–80 см, длина – 1,5–2,0 м в зависимости от глубины. Размеры почвенного разреза должны быть такими, чтобы исследователь мог удобно расположиться в разрезе и работать там. Одну из стенок, так называемую «переднюю стенку», делают вертикальной. На ней ведут основное исследование почвенного профиля. На противоположной стенке делают ступеньки. Длинные стенки, называемые боковыми, используют для дополнительного исследования почвы. Разрез ориентируют таким образом, чтобы передняя стенка 2
была хорошо освещена, т.е. она должна быть обращена к солнцу. При копании разреза почву надо складывать у боковых стенок, чтобы поверхность передней стенки была чистой, а по ступенькам было легко входить в разрез или выходить из него. Почву из верхней половины разреза желательно складывать по одну сторону разреза, а из нижней – по другую, чтобы при закапывании разреза более плодородный материал верхних горизонтов оказался сверху и не был смешан с материалом нижних горизонтов. Копая разрез, желательно также «выкладывать почву», т.е. из каждого вынимаемого слоя укладывать образчики почвы так, чтобы можно было рассматривать ее строение и вне разреза. Следует обратить внимание и на то, как копается почва: на какой глубине труднее, на какой – легче, где она влажная, липнет к лопате, а где очень рассыпчатая – сваливается с лопаты – все это дает представление о многих свойствах почвы, в первую очередь, физических. Изучение почвенного разреза начинают с «препарирования» его передней стенки: ножом отламывают кусочки почвы, чтобы была видна поверхность ее естественного излома, позволяющая более точно определить цвет почвы, структуру, наличие включений (например, корней растений) и новообразований (сформировавшихся в почве конкреций, выделений солей и т.д.). Затем почвенный профиль разделяют на горизонты. Это наиболее важный и ответственный этап в изучении почвы. Результатом изучения почвенного разреза является описание почвенных горизонтов и отбор проб почвы (грунтов). Обратите внимание при выполнении почвенного разреза: • убедитесь в том, что копать безопасно – в земле отсутствуют кабели, канализационные и ирригационные сооружения, опасные предметы и др. • копайте в таком месте, чтобы нанести минимальный вред корневым системам растений (особенно деревьев). • копайте не ближе 3 метров от зданий, дорог, игровых и строительных площадок, а также других мест, где подобными действиями можно нанести ущерб или нарушить состояние примыкающих к хозяйственным объектам территорий. • ориентируйте почвенный разрез таким образом, чтобы профиль был хорошо освещен. Тогда можно не только изучать его визуально, но и фотографировать. • после изучения почвенного профиля (горизонта) или отбора почвенного образца вырытый грунт поместите обратно в яму.
Описание почвенных горизонтов начинают с указания точного «адреса» – указания места, где заложен разрез. Затем описывают условия почвообразования – рельеф, растительность (или культурное состояние), почвообразующую породу. Далее описывают свойства (параметры, характеристики) почвы отдельно для каждого горизонта: структуру, плотность, сложение, влажность, включения и новообразования, характер перехода в следующий горизонт. Индексом обозначают название горизонта, указывают его верхнюю и нижнюю границы. Пример описаний некоторых почвенных разрезов приведен в приложении 3. Профили распространенных почв – подзолистой, серой лесной, чернозема и краснозема – приведены на рис. 8. Рис. 8. Профили распространенных почв (по Качинскому, 1975). Естественные обнажения, часто встречающиеся на стенках свежих промоин оврагов, по берегам рек и в других местах, не могут заменить собой почвенные разрезы, т.к. они обычно приурочены к специфическим условиям рельефа и характеризуют весьма ограниченные участки площади. Однако обнажения представляют собой очень ценный объект для почвенно-геологических наблюдений, т.к. позволяют видеть почвенный слой и глубокие горизонты пород (рис. 9).
Рис. 9. Обнажение почвы. Большинство свежих искусственных выемок (открытых выработок для добычи различных ископаемых, строительных траншей, карьеров, котлованов и т.д.) с успехом может быть использовано в качестве почвенных разрезов, если места их расположения являются типичными и важными для изучения почв данной территории. .. Отбор проб почвы и их подготовка ..1. Общие требования к отбору проб почвы Отбор проб почвы начинается с выбора места для исследования почвы. Но как выбрать место для исследования почвы? Почву можно изучать в любом месте, и в то же время место для изучения почвы надо тщательно выбирать. Его надо выбирать потому, что каждый, кто намеревается изучать почву, должен ответить на вопрос: почву какой территории, какого участка предстоит исследовать? ГОСТ 17.4.1.02-83 устанавливает ряд понятий и терминов, которые необходимо иметь в виду при отборе проб почвы. Проба почвы – это определенное количество почвы, взятое
в соответствии с нормативно-технической документацией для исследования. Различают точечную и объединенную пробу почвы. Точечная проба отбирается в одной точке местности на заданную глубину (в заданном интервале глубин) из одного места горизонта или одного слоя почвенного профиля. Точечная проба должна содержать почву, типичную для данного горизонта или слоя. Объединенная проба состоит из заданного (не менее двух) количества точечных проб. Место отбора объединенной пробы почвы (т.е. площадь, с которой отбирается объединенная проба) характеризуется названием и адресом хозяйства, номером поля по землеустроительному плану, на территории которого производится отбор объединенной пробы, с указанием вида земельного угодья, глубины взятия пробы, возделываемой культуры, расстояния от источника загрязнения и (или) населенного пункта и, в случае необходимости, привязки к близлежащим ориентирам. Часть исследуемой территории, характеризующаяся сходными условиями, называется пробной площадкой. Таким образом, при отборе проб почвы следует помнить, что почвы меняются при смене рельефа, растительности, почвооб- разующих пород, увлажнения и других экологических факторов. Изменяются также экологические условия жизнедеятельности почвенных организмов, которым почва образует среду обитания. Значит, прежде чем выбирать место для изучения почвы, надо установить, почву какого участка вы намереваетесь изучить – склона, водораздела или днища долины, пашни или леса. Место для изучения должно находиться в центральной, а не в краевой части территории с характерными условиями. Оно не должно чем-либо выделяться на участке – здесь не должно быть ни каких-либо мелких повышений или понижений рельефа, ни дороги (или даже тропинки), ничего, что могло бы придать почве особые черты, сделав ее нетипичной для тех условий, которые были избраны. ..2. Отбор объединенной пробы методом конверта Г> Q Наиболее распространенным методом отбора объединенной пробы почвы являет- ся метод конверта. Данный метод приме- \~ няется для исследования почвы гумусового /"\ горизонта. При этом из точек контролируе- мого участка отбирают пять точечных проб почвы. Точки должны быть расположены Сг О так, чтобы, мысленно соединенные прямы- р A Q л» ми линиями, давали рисунок запечатанного
конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5– 10 м). Обычно при изучении почвы отмирают пробы гумусового горизонта (А) 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. Почвенные пробы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешки и прилагают к каждому из них этикетку (сопроводительный талон), в которой, в общем случае, указывают: • место взятия образца (адрес, номер пробной площадки); • номер образца (почвенного разреза) и дату (час) отбора, горизонт или слой, глубину взятия пробы; • характер метеорологических условий в день отбора пробы; • особенности, обнаруженные во время отбора пробы (освещение солнцем, применение удобрений, наличие близлежащих свалок и мусора, сточных канав и др.). Следует иметь в виду, что при транспортировке и хранении пробы почвы в мешке, проницаемом для паров воды, может измениться влажность пробы. С другой стороны, при длительном нахождении пробы в «недышащем» мешке, например, полиэтиленовом, в пробе могут протекать биологические процессы, в результате которых изменяется состав микрофлоры и микрофауны, а также может измениться химический состав. ... Особенности отбора проб почвы для химического анализа При отборе проб почвы специально для целей ее последующего химического анализа следует соблюдать некоторые правила (ГОСТ 17.4.3.01-83). Так, для определения содержания в почве химических веществ отбирают не менее одной объединенной пробы массой 1 кг, причем размер пробной площадки должен составлять от 1 до 5 га при однородном почвенном покрове и от 0,5 до 1 га – при неоднородном почвенном покрове. Отобранные для химического анализа пробы необходимо пронумеровать и зарегистрировать в журнале, указав следующие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое назначение территории, вид загрязнения, дату отбора. Пробы должны иметь этикетку с указанием места и даты отбора пробы, номера почвенного разреза, почвенной разности, горизонта и глубины взятия пробы, фамилии исследователя. Упаковка, транспортирование и хранение проб осуществляют в зависимости от цели и метода анализа. Пробы, отобранные для химического анализа, следует упаковывать, транспортировать и хранить в емкостях из химичес-
ки нейтрального материала. Пробы, предназначенные для анализа на содержание летучих химических веществ, следует помещать в стеклянные банки с притертыми пробками. ... Отбор проб при изучении почвенных разрезов Как уже отмечалось, почвенные горизонты, как правило, различаются не только по морфологическим характеристикам, но и по химическому и минералогическому составу, многим физическим, физико-химическим и др. свойствам, которые можно изучить только в хорошо оснащенной лаборатории. Поэтому после описания разреза, в случае надобности, приступают к взятию проб по генетическим горизонтам. Первая проба – образец «чистой» материнской породы – отбирается со дна ямы сразу же после завершения копки разреза. Затем, после того, как завершено описание разреза и имеется четкое представление о разделении профиля на генетические горизонты, в пределах каждого из них намечают места и глубины взятия проб (рис. 10). Таким образом, при изучении почвенного разреза пробы отбирают, по возможности, из всех почвенных горизонтов (а не только из гумусового). Проба помещается в матерчатый или полиэтиленовый мешочек и туда же вкладывается этикетка, на которой указывают: пункт (область, район, хозяйство), номер разреза, горизонт и глубина взятия пробы, дата и фамилия исследователя. Мешочки упаковывают по номерам разрезов. При отсутствии мешочков пробы помещают в оберточную бумагу (лучше крафтовую). Отбор проб почвы для более детального изучения в лабораторных условиях – важная и ответс- „ 54 70 твенная часть полевых исследований. Существует ряд правил, которые необходимо соблюдать при проведении отбора образцов. Специалистами разработаны общие требования и правила отбора Рис. 10. Последовательность и спо- проб почвы, приведенные в госу- соб отбора образцов из генетических горизонтов почвы. 8
дарственных стандартах19. Некоторые особенности отбора и подготовки проб почвы для последующего химического анализа приведены в п. 7.4.6 и в частных методиках анализа. Чтобы избежать досадных случаев, связанных с недостаточностью почвенного материала, отбором проб в неподходящих местах, неправильной обработкой проб и их непригодностью к дальнейшему анализу и т.п., организатору полевых работ необходимо ответить на несколько вопросов: • являются ли изучаемые участки однородными и насколько полно они представляют изучаемую, в целом неоднородную, территорию? • по каким показателям предполагается анализировать пробы почвы, и сколько их для этого необходимо? • в каких конкретно местах и с какой глубины предполагается взятие проб? • имеется ли у исследователя почвенный материал в достаточном количестве, чтобы, при необходимости, повторить анализ (например, если эксперимент окажется неудачным)? • будет ли проводиться обработка проб на месте их отбора либо в базовом лагере, и что для этого необходимо (оборудование, время, «человеческие возможности» и т.д.)? • есть ли у исследователя достаточное количество упаковочного материала для транспортировки образцов в лабораторию? Обратите внимание! Недоучет возможных сложностей, связанных с последующей обработкой и анализом проб в лабораторных условиях, может поставить под угрозу достижение целей оценки показателей состояния изучаемой почвы, т.к. воссоздать полевые условия по возвращении из экспедиции или полевого выхода, как правило, невозможно. ... Подготовка проб почвы к анализу Подготовка проб почвы к анализу включает несколько этапов: 1) смешивание точечных проб, отбор и измельчение проб почвы; 2) подсушивание объединенной пробы до воздушно-сухого и абсолютно сухого состояния; 3) просеивание и упаковка пробы. Для начала пробы переносят из упаковочных мешков в эмалированную кювету (поддон) слоем высотой около 2 см, смешивают, отбирают и отбрасывают камни, корни и части растений, почвенных насекомых и червей, инородные включения. Масса 9 См., например, ГОСТ 17.4.3.01 и ГОСТ 17.4.4.02.
одной объединенной пробы должна составлять около 1 кг. При необходимости почву измельчают в агатовой либо яшмовой ступке до отдельностей размером не более 1–2 мм. Примечание. Следует иметь в виду, что при изучении некоторых показателей почвы – например, влажности, почвенной биоты, сложения, содержания воздуха и др. пробы почвы следует доставлять в лабораторию или базовый лагерь в неизмененном виде и как можно скорее. Далее пробу доводят до воздушно-сухого состояния, выдерживая ее при температуре и влажности помещения в эмалированной кювете. Если температура и влажность в помещении в пределах комнатных условий, а сама почва не переувлажнена, для этого достаточно оставить пробу подсыхать на ночь. Почвенную пробу можно считать воздушно-сухой, если она сухая наощупь и легко рассыпается при прикосновении. Следующим этапом подготовки является приготовление абсолютно сухой пробы почвы. Для этого в лабораторных условиях проба почвы высушивается до постоянной массы при температуре 105°С в сушильном шкафу. Обычно для этой цели достаточно высушивания в течение 3 часов. В случае приближенной оценки, например, при работе в полевых условиях, и невозможности провести взвешивание образцов, допускается, с точностью до нескольких процентов, считать сухой почву, находящуюся в воздушно-сухом состоянии, т.е. сухую наощупь и легко рассыпающуюся. Следует отметить, что высушивание пробы почвы до абсолютно сухого состояния делает пробу пригодной для подавляющего большинства химических анализов. Вместе с тем, при определении разных видов влажности (гигроскопической влажности, химически связанной влаги) требуется высушивание почвы при более высоких температурах и даже прокаливание. Далее высушенный и охлажденный до комнатной температуры почвенный образец просеивают через сито с размером ячеек 1–2 мм. Проба почвы, просеянная через сито, используется в дальнейшем для химического и элементного (но не биологического!) анализа. Хранят подготовленные таким образом почвенные образцы в полотняных мешочках в сухом месте. Срок хранения таких образцов неограничен. Представительность проб. Наличие в пробе почвы частиц разнообразной природы, имеющих различный химический состав, пространственная неоднородность состава обусловливают высокие требования к корректности отбора вещества для анализа из объединенной пробы почвы. Химический анализ теряет смысл, если состав навески не соответствует составу всего образца. Естественно, что состав отбираемого из пробы вещества должен соответствовать среднему составу образца 80
почв в целом; другими словами, пробы и навески должны быть представительными (репрезентативными). Таким образом, неправильное взятие пробы может обесценить любой, даже выполненный самым тщательным образом, анализ. Для обеспечения представительности объединенная проба должна содержать большее количество точечных проб, взятых произвольно или по методу квадрата из разных его участков. Однако даже в тех случаях, когда пробы берутся правильно, они никогда не имеют точно такого же состава, как объединенный образец почвы в целом. Ошибки, обусловленные погрешностями в отборе проб, называют ошибками представительности. Они могут быть оценены статистическими методами. При прочих равных условиях, почва должна быть измельчена тем тоньше и перемешана тем тщательнее, чем меньше берется навеска почвы для анализа. Это одна из причин, которая объясняет, почему для разных видов анализа приняты разные способы подготовки почвы. Например, определение органического углерода проводят в навесках, величины которых соответствуют десятым и даже сотым долям грамма, т.к. это связано с условиями проведения анализа. Поэтому пробу почвы для определения углерода растирают таким образом, чтобы диаметр частиц не превышал 0,25 мм. Кислотность определяют в большой навеске, равной 40 г почвы, поэтому диаметр частиц в пробе почвы, подготовленной для определения кислотности, может достигать 1–2 мм. Практически оказывается непросто обеспечить представительность пробы, учитывая, что масса объединенной пробы обычно составляет около 1 кг. В этой связи можно рекомендовать следующую методику взятия вещества для анализа из объединенной пробы. Проба должна быть подготовлена, т.е. просеяна через сито с отверстиями 1–2 мм и высушена до воздушно-сухого или абсолютно сухого состояния. Пробу почвы в количестве 1 кг равномерно распределяют на бумаге слоем толщиной около 5 мм. Затем почву делят на квадраты со стороной 3–4 см, проводя шпателем вертикальные и горизонтальные линии. Из каждого квадрата на всю глубину слоя берут небольшое количество почвы и помещают ее в пакетик из кальки. Вес пробы почвы должен быть не меньше 10– 15 г. Если вес окажется меньшим, то всю почву объединяют на бумаге, вновь перемешивают, делят на квадраты и отбирают почву в соответственно увеличенном количестве, помещая ее в пакетик. 81
... Особенности подготовки проб почвы для химического анализа Все методы аналитической химии, используемые при анализе почв, основаны на исследовании растворов. Поэтому химический анализ почв начинают с переведения в раствор составных частей почвы или с их разложения. Подготовка проб почвы для химического анализа определяется методикой анализа, который предстоит выполнять. Такая подготовка может включать ряд операций, в ходе которых анализируемые химические вещества переводятся тем или иным способом в форму, подлежащую анализу. Как правило, подготовка проб почвы для химического анализа данного вида приведена в самой методике анализа. Основными способами подготовки пробы почвы для химического анализа являются следующие. 1. Приготовление водной вытяжки. Применяется при определении содержания в почве растворимых солей – хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, солей кальция и магния – главным образом при оценке засоленности почвы. Является наиболее простой процедурой, легко осуществимой практически в любых условиях. 2. Приготовление солевой вытяжки. Применяется при определении величины рН, являющейся показателем обменной кислотности почвы (иногда величину рН вытяжки называют кислотностью почвы, что не вполне корректно). Обычно используется водный раствор KCl. Солевая вытяжка используется также при анализе ряда компонентов почвы, переходящих в раствор из почвенно-поглощающего комплекса в ходе обменных реакций (используются различные буферные растворы, например, раствор гидролитически активного ацетата натрия). 3. Приготовление кислотной вытяжки. Применяется при определении содержания в почве нерастворимых в воде и солевом растворе компонентов – главным образом, тяжелых металлов, которые могут находиться в почве в разных формах и переходят в растворимые формы только в сильнокислой среде. Для приготовления кислотных почвенных вытяжек применяются различные разбавленные растворы минеральных кислот: азотной (с концентрацией обычно 1,5 г-моль/л экв.), серной (0,5 г-моль/л экв., при определении легкогидролизуемого азота), соляной (0,2 г-моль/л экв., при определении доступного фосфора). Вид кислоты и ее концентрация выбирается в зависимости от определяемого показателя. 4. Химическое разложение почвы кислотами, сплавлением и спеканием. Используется при валовом анализе почв, т.е. 82
определении в ходе анализа общего содержания ряда однородных элементов, например, микроэлементов. Процесс химического разложения почвы состоит в разрушении минералов, входящих в состав почвы, и последующем растворении, как продуктов разложения минералов, так и других компонентов почв. Химическое разложение почв, для которого характерны жесткие условия обработки – применение концентрированных кислот, высоких температур (700–1000°С и более) – требует специальной профессиональной подготовки и выполнимо только в условиях специализированных лабораторий. В следующей главе приводится унифицированная методика подготовки почвы к химическому анализу посредством приготовления различных водных вытяжек (способы 1–3), которая может быть реализована в полевых условиях. Ниже, для заинтересованного читателя, мы приводим некоторые дополнительные сведения по химическому разложению почвы. Для кислотного разложения почв могут быть использованы различные минеральные кислоты H2SO4, HClO4, HF, HCl, HNO3, Серная кислота (HSO) применяется для разложения редко из-за трудной 24 растворимости некоторых сульфатов – щелочноземельных элементов, свинца. Обычно для разложения серную кислоту используют в сочетании с другими кислотами, Хорошим растворителем является хлорная кислота (HClO4), однако при концентрировании она может взрываться в присутствии даже следов органического вещества. Это делает неудобным и даже опасным ее использование. Разложение некоторых минералов и частичное разложение почв часто проводят соляной кислотой. Применение НСl удобно, так как большинство ее солей легко растворимо, сама кислота летуча и ее избыток, в случае необходимости, можно легко удалить. Однако образующиеся при разложении НСl методом выпаривания растворов хлориды ряда металлов являются нелетучими соединениями. В практике анализа почв, в частности, при определении некоторых микроэлементов, применяют разложение почв смесью концентрированных кислот НСl, HNO, HSO. Использование смеси кислот позволяет добиться большей полноты 3 24 и скорости разложения анализируемого материала. Чаще, при определении общего содержания микроэлементов, а также во всех тех случаях, когда нет необходимости в очень точном определении кремния, разложение почв проводят фтористоводородной, или плавиковой кислотой (HF). Действие ее на силикаты своеобразно: при взаимодействии с кремнием образуется летучее соединение четырехфтористого кремния SiF. В результате разложения почвы фтористово- 6 дородной кислотой кремний полностью удаляется в форме SiF, а металлы пере- 4 водятся в форму сульфатов, так как обработку почв HF проводят в присутствии HSO. Серная кислота предотвращает потери летучих фторидов, позволяет раз- 24 рушить прочные фторидные комплексы ряда элементов, препятствует гидролизу фторида кремния. Серная кислота переводит труднорастворимый фторид 8
кальция в относительно лучше растворимый сульфат. Однако некоторые минералы (топаз, силиманит, некоторые, турмалины) фтористоводородной кислотой не разлагаются. Перед разложением фтористоводородной кислотой почву прокаливают, чтобы разрушить органическое вещество. В условиях разложения почв фтористоводородной кислотой гумус не окисляется и, если почву предварительно не прокалить, органическое вещество будет мешать количественному определению элементов. При разложении сплавлением происходит обогащение почвы щелочными металлами, и силикаты почвы переходят в разлагаемое водой или кислотами состояние. Реакцию почвы с соединениями щелочных металлов проводят при высокой температуре в расплавленном состоянии, что, в свою очередь, способствует эффективному разложению минералов. Для сплавления могут быть использованы различные по составу плавни. Выбор плавня определяется составом почв, набором элементов, которые требуется определить, и методом анализа. Может быть проведено щелочное сплав- ление (с карбонатами калия и натрия, NaOH, КОН и др.), кислотное сплавление (с гидросульфатом или пиросульфатом калия или натрия и др.), окислительное сплавление (с перекисью натрия, с карбонатами калия, натрия и перекисью натрия и др.) и восстановительное сплавление. В анализе почв наиболее широко используют щелочное сплавление со смесью карбонатов калия и натрия. Смесь безводных карбонатов натрия и калия плавится при температуре около 700°С, т. е. при более низкой температуре, чем температура плавления каждого из компонентов (температура плавления Na,CO3– 80°С, К,СО3– 896°С). Сплавление почв карбонатами калия и натрия 2 2 3 проводят при температуре 1000°С в платиновых тиглях, используя 6-кратное количество плавня по отношению к массе почвы. Примером реакции, протекающей в процессе сплавления, может служить взаимодействие с плавнем ортоклаза, первичного минерала, входящего в состав почв: KAlSi3O8 + 3Na2CO3 КАlO2 + 3Na2Si03 + ЗСО2. 3 Карбонатные плавни способствуют также окислению некоторых элементов, например: серы, марганца, хрома, и тем самым облегчают разложение почв. В качестве примера приведем реакцию плавня с Мп (II) и Мп (IV): MnSiO + 2NaCO + О — NaMn+ 3NaSi0+2CO 323 2 204232 2MnO2 + 2Na2CO3 + O2 2Na2Mn04+ 2CO2 8
... Унифицированная методика приготовления почвенных вытяжек Приготовление почвенных вытяжек проводят обычно в лабораторных условиях непосредственно перед анализом почвенных образцов. Однако при необходимости их несложно приготовить и в полевых условиях (например, когда анализ проводят с помощью портативных комплектных лабораторий или тест-комплектов). Водная вытяжка используется, как отмечалось в предыдущем разделе, для определения содержания в почве растворимых солей – хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, солей кальция и магния – главным образом, при оценке засоленности почвы. Для приготовления водной вытяжки обычно применяют дистиллированную воду либо кипяченую питьевую воду с малым солесодержанием («мягкую»). Солевая вытяжка используется для определения величины рН, являющейся показателем обменной кислотности почвы. Солевую вытяжку приготавливают с применением раствора хлорида калия концентрацией 1 г-моль экв/л. Такой раствор можно приготовить, растворив 38 г (0,5 г-моль) сухой соли хлорида калия (KCl) в 0,5 л дистиллированной воды, используя мерную колбу или другую подходящую мерную посуду. В отдельных случаях, при более глубоком исследовании почвы, приготавливают раствор гидролитически активных щелочных солей – например, раствор ацетата натрия с концентрацией 1,0 г-моль экв/л (применяют для определения гидролитической кислотности почвы). Кислотная вытяжка используется для определения содержания в почве нерастворимых в воде и солевом растворе компонентов – главным образом тяжелых металлов, которые могут находиться в почве в разных формах и переходят в растворимые формы только в сильнокислой среде. Для этой цели обычно применяют раствор некрепкой азотной кислоты концентрацией 1,5 г-моль/л. Такой раствор можно приготовить, растворив 68 мл (0,5 г-моль) концентрированной азотной кислоты (HNO3) в 0,5 л дистиллированной воды, используя мерную колбу или другую подходящую мерную посуду. Раствор следует приготавливать в термостойкой посуде, добавляя осторожно, малыми порциями кислоту в воду (а не наоборот). При этом выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить путем охлаждения раствора во избежание его вскипания и разбрызгивания (техника безопасности!). 8
Для приготовления кислотных почвенных вытяжек используют также серную кислоту концентрацией 0,5 г-моль экв/л (например, при определении легкогидролизуемого азота), а также соляную кислоту концентрацией 0,2 г-моль/л (определение доступного фосфора) и др. Вид кислоты и ее концентрация выбирается в зависимости от определяемого показателя. Количество приготавливаемой почвенной вытяжки зависит от вида и количества выполняемых анализов. Для определения основных параметров вытяжек с использованием портативных комплектов-лабораторий (рН, содержания растворимых солей – сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, нитратов, солей жесткости) необходимы количества вытяжек от 5 до 30 мл, т.е. около 100 мл на цикл химических анализов (без учета возможности повторения анализа). В процессе приготовления почвенных вытяжек необходимо знать вес сухой почвы, т.е. производить взвешивание. Вместе в тем, в некоторых случаях можно пользоваться объемным методом дозировки почвы. Этот метод позволяет, зная объем, занимаемый сухой и слегка уплотненной почвой, а также удельный вес такой почвы, приближенно определить ее вес в сухом состоянии. Так, для почвы, находящейся в высушенном (воздушно-сухом) и слегка уплотненном (утрамбованном) состоянии, ориентировочная величина плотности составляет: • почвы типа «песок» – 1,4 г/см3; • почвы типа «торф» – 0,4 г/см3; • почвы типа «чернозем» – 1,1 г/см3. Таким образом, с некоторой погрешностью можно принять, что помещенная в склянку с меткой «2,5 мл» высушенная и уплотненная почва весит около 3,5 г (песок); 1,0 г (торф) и 2,8 г (чернозем). Ниже приведены операции для получения 50–150 мл вытяжки с использованием оборудования из состава полевой комплектной лаборатории «НКВ» или однотипных ранцевых лабораторий, производимых научно-производственным объединением «Крисмас». 8
cj Приготовление водной почвенной вытяжки 1. В стакан на 200 мл поместите 20–50 г высушенной и охлажденной до комнатной температуры почвы. Взвесьте стакан с почвой и без неё, определив массу почвы (m, г). 2. Добавьте к почве дистиллированную воду в количестве 5×m мл (5 мл воды на 1 г почвы). 3. Перемешайте содержимое стакана в течение 3–5 мин. с помощью лопатки. £3 4. Отфильтруйте содержимое стакана через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в нижнем стакане, как показано на рисунке. Обратите внимание на ее внешний вид (цвет, мутность). Вытяжка должна быть однородной и не содержать частиц почвы. Примечание. Первые несколько миллилитров фильтрата необходимо отбросить, т.к. в нем собраны загрязнения с фильтра. Приготовление солевой и кислотной почвенной вытяжки выполняют аналогично приготовлению водной вытяжки с некоторой разницей. В случае солевой вытяжки к почве добавляют предварительно приготовленный раствор хлорида калия в концентрации 1 г-моль/л в количестве 50–75 мл (2,5 мл раствора на 1 г почвы), а в случае кислотной вытяжки – раствор азотной кислоты в концентрации 1,5 г-моль/л в таком же соотношении. 8
.. Морфологические свойства почв ..1. Цвет (окраска) Очень важным и наиболее доступным для описания морфологическим признаком почв является цвет (окраска) того или иного горизонта (или образца почвы из горизонта). Окраска является характерным диагностическим признаком, позволяющим косвенно судить и о других свойствах почвы. Подтверждением этому служат названия типов почв, заимствованные от того характерного цвета, который несет на себе верхний гумусовый горизонт. По цвету верхнего почвенного горизонта или одного из горизонтов получили типовое название многие почвы мира – подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые, красноземы и т.д. Различие в цвете позволяет произвести первичное разделение профиля почвы на соответствующие горизонты. Определение цвета в поле всегда носит субъективный характер, так как зависит от способности исследователя воспринимать цветовые оттенки и разбираться в их тональности. Цвет почвенной массы в горизонте почти никогда не бывает «чистым», он всегда сопровождается рядом сопутствующих тонов, придающих горизонту тот или иной оттенок. В истории развития полевых почвенных исследований было несколько попыток установить стандартную шкалу цветовых оттенков, которая позволяла бы объективно определить цвет почвенной массы. Основополагающей в этом отношении явилась схема, предложенная в 1927 г. С.А. Захаровым [19]. Согласно концепции С.А. Захарова, все разнообразие окрасок в почве создается черным, белым и красным цветом. Их смешение в той или иной пропорции дает многообразную цветовую гамму оттенков и промежуточных тонов – бурого, серого, каштанового и др. (рис. 11). Окраска отражает не только минералогический и химический состав почвенной массы, но и часто направление почвообразовательного процесса. Например, у почв подзолистого типа происходит формирование белесого оподзоленного горизонта А„ и темноокрашенного иллювиального горизонта В. Черная окраска почвы обусловлена содержанием гумуса и его качественным составом, т.к. не всякий гумус придает почвенным горизонтам темную окраску. Варьирование темной окраски может наблюдаться в диапазоне от интенсивно-черной (влажный высокогумусированный горизонт А: чернозема типичного) до серых тонов различной интенсивности. Белая окраска почвы обусловлена в основном минерало- 88
гическим составом почвы и содержанием в ее массе кварца, карбонатов кальция, каолинита, глинозема, а также аморфной кремнекислоты, светлоокрашенных полевых шпатов и «выцветов» легкорастворимых солей. Чистые белые цвета в окраске генетических горизонтов практически не встречаются. Более светлая окраска присуща подзолистому горизонту А2, но, как правило, она изменяется от белесой до белесовато-светло-серой или белесовато-палевой. Чистый цвет дают белоснежные корочки солей на поверхности солончаков и налеты солей в профиле солончаков. Рис. 11. Окраска почвы Красная окраска почвы возникает при очень высоком содержании в ее составе полуторных оксидов железа. Эта окраска может быть унаследована от материнской породы или же явиться следствием почвообразовательного процесса. Цвет (окраску) определяют в естественном состоянии почвы или горизонта, не допуская возможных изменений, обусловленных высушиванием. В практике зарубежных почвенных исследований для определения окраски почвы широко используется атлас цветов Мансела20 (Munsell, Soil Color charts, 1954), определяющий цвет как показатель, состоящий из трех измеряемых величин: тона (hue), интенсивности (value) и оттенка (chroma). Тоном считается преобладающий цвет спектра, определяемый длиной волны. Интенсивность – мера светлой или темной окраски, связанная 20 К сожалению, шкалу цветов Мансела можно встретить лишь у специаль- стов. 8
с общим количеством отражаемого света. Оттенок характеризует чистоту или выраженность цвета спектра. На основе этих трех критериев разработан стандарт цветовых таблиц – шкала Мансела. Согласно шкале Мансела, для каждого тона отводится отдельная страница атласа. По вертикали расположены разные единицы интенсивности (value), а по горизонтали – единицы оттенка (chroma). На обратной стороне страницы даются названия цветов и их символы. В качестве основных взяты пять тонов: красный (R), желтый (Y), зеленый (G), синий (B) и фиолетовый (P). В качестве дополнительных – также пять: желто-красный (YR), зелено-желтый (GY), сине-зеленый (BG), фиолетово-синий (PB) и красно-фиолетовый (RP). Каждый основной и дополнительный тон имеет по 10 градаций. Степень ос- ветленности изменяется от светлой (8) до темной (2). Граничными являются показатели белый (10) и черный (1). Оттенок, или чистота тона, также изменяется от 1 до 8. Пользуясь шкалой Мансела, можно очень точно определить окраску почвы (желательно влажной). В символах это будет выглядеть следующим образом – 10 YR 6/3, что расшифровывается как 10 YR (10 – желто-красный) тон, интенсивность 6 с оттенком 3. Название цвета – палево-бурый. ..2. Влажность и водные свойства почвы В почве может содержаться вода в капельно-жидком, твердом (в виде льда), а также в парообразном состояниях. Некоторое количество воды всегда адсорбировано почвенным материалом в силу физико-химических взаимодействий, а также находится в химически связанной (кристаллизационной) форме. Относительное содержание воды в том или ином ее состоянии обусловлено многими факторами, среди которых – время года и температура, глубина почвенного горизонта, защищенность (закрытость) почвы от воздействий климатических факторов (например, наличие снежного покрова), строение почвы, присутствие в почве водоносных горизонтов и др. Поэтому применительно к почве говорят о наличии и количестве в ней влаги, имея в виду содержание воды во всех агрегатных состояниях. Количество влаги в почве очень изменчиво во времени и зависит от поступления воды в почву и ее расходования. Поступление влаги в почву происходит с атмосферными осадками, паводковыми, грунтовыми поливными водами, а расходование – при испарении, транспирации, стоке и др. Соотношение этих процессов определяется климатическими явлениями, временем года, положением почвы в рельефе местности, наличием 0
и характером растительного покрова, хозяйственной деятельностью человека. Помимо перечисленных факторов, внешних по отношению к почве, ее влажность зависит и от свойств самой почвы – водных свойств, к которым относятся влагоемкость и водопроницаемость (о них см. ниже в настоящей главе), а также от состояния поверхности почвы. Типы водного режима почвы. В зависимости от поступления влаги в почву, ее передвижения, изменения физического состояния и расходования рассматривают различные типы водных режимов почвы. По разным классификациям, рассматриваются от 4 до 14 типов водных режимов. Рассмотрим признаки основных типов водного режима почвы [81]. Мерзлотный тип свойствен почвам, формирующимся в условиях многолетней мерзлоты. Мерзлотный слой почвогрунта, являясь водоупором, обусловливает наличие надмерзлотной верховодки. Поэтому влажность оттаявшей почвы в течение большей части вегетационного периода поддерживается на уровне от наименьшей до полной влагоемкости. Водонасыщающий (водозастойный) водный режим характерен для болотных почв атмосферного увлажнения и некоторых болотных почв грунтового увлажнения. Влажность почвы сохраняется в течение всего года в пределах полной влагоемкости, лишь изредка в засушливые периоды опускаясь до наименьшей влагоемкости. Периодически водонасыщающий (водозастойный) водный режим характерен для болотных почв грунтового увлажнения. В соответствии с сезонными колебаниями уровня грунтовых вод, влажность почвы варьирует от полной до наименьшей влагоемкости. Промывной водный режим присущ почвам лесных зон, где годовая сумма осадков превышает испаряемость. В годовом цикле влагооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно весной и осенью подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Периодически промывной водный режим соответствует условиям, когда годовые величины осадков и испаряемости близки (оподзоленные и выщелоченные черноземы северной лесостепи). Для данного типа водного режима характерно чередование ограниченного промачивания почвенно-грунтовой толщи (непромывные условия) в обычные и засушливые годы и сквозное промачивание – во влажные (один раз в 10–1 лет). Промывной сезонно-сухой водный режим характеризуется наличием двух контрастных сезонов: дождливого с влажностью почвы от полной до наименьшей влагоемкости и засушливого с влажностью почвы от влажности разрыва капилляров до влажности завядания. Такой водный режим характерен для тропических влажных саванн. Непромывной водный режим господствует в условиях степей, полупустынь и пустынь, где средняя годовая норма осадков меньше среднегодовой испаряемости. Почвенная толща промачивается чаще всего в пределах 0,–2,0 м. В 1
верхней части почвенного профиля влажность колеблется в зависимости от выпадающих осадков в пределах от полной влагоемкости до влажности завядания, а в нижней она находится между влажностью разрыва капилляров и влажностью завядания в течение всего года. Выпотной водный режим проявляется в степной и особенно в полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. В таких условиях происходит интенсивное поднятие влаги по капиллярам от грунтовых вод в верхние горизонты почвы и ее испарение. При наличии в воде солей эти горизонты засоляются. Десуктивно-выпотной водный режим отличается от предыдущего тем, что капиллярная кайма грунтовых вод не выходит на поверхность и испаряется не физически, а отсасывается корнями растений. Присутствующие в грунтовой воде соли выпотевают на некоторой глубине в почвенном профиле. Данный режим свойствен луговым почвам, а также полугидроморфным. Паводковый водный режим характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми или иными водами. В таких условиях периодическое паводковое затопление сменяется другим типом водного режима: промывным (в прирусловье), десуктивно-выпотным (в центральной пойме), водозастойным (в притеррасье) и др. Амфибиальный водный режим формируется при постоянном или длительном затоплении почв водой (мелководья озер, речные плавни и т.д.). Почва постоянно находится в переувлажненном состоянии, хотя поверхностные воды могут на некоторое время и стекать. Ирригационный водный режим создается при искусственном орошении. Включает большое разнообразие категорий водного режима в зависимости от типа и интенсивности орошения, глубины и сезонных колебаний грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа. Осушительный водный режим складывается на искусственно осушаемых болотных и заболоченных почвах, причем его конкретный вид также определяется характером дренажа и степенью регулирования. Описанные категории очень обобщенно характеризуют водный режим почв, не показывая всего разнообразия складывающихся ситуаций, что побуждает исследователей к дальнейшему изучению этой проблемы. В целом, по мнению ряда авторов (Д.Ф. Ефремов, Л.О. Карпачевский, А.П. Сапожников, А.Д. Воронин [8]),тип водного режима определяется сочетанием нисходящего и восходящего потоков влаги. Если преобладает восходящий поток, почву (или ее слой, в котором преобладает этот поток) относят к выпотному, если нисходящий – к промывному режиму. Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений. Поэтому влажность почвы определяет продуктивность культурных и природных фитоценозов, регулирует состав последних, а также состав связанных с ними зоо- и микробиоценозов. Почвенная влага оказывает огромное влияние на перемещение веществ в ее профиле. Особенности водного режима 2
почв обусловливают, в одних случаях, элювиальные процессы (за счет выноса растворенных или взвешенных веществ с нисходящим гравитационным током влаги), а в других – процессы накопления солей и засоления (за счет восходящих потоков влаги, содержащей растворенные вещества, в силу транспира- ции и капиллярных явлений). С колебаниями влажности связаны процессы превращения веществ в почве (их растворение и кристаллизация, окисление и восстановление), а также набухание и усадка почвенной массы. Степень увлажнения оказывает большое влияние и на морфологические свойства почвы: усиление или ослабление интенсивности окраски, плотность, сложение и связность почвенной массы, степень выраженности структуры и др. Таким образом, изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике – необходимая часть экологических и других (агропочвенных, почвенно-генетических) исследований. Это изучение включает, во-первых, собственно наблюдения за динамикой влажности, которые складываются из суммы единичных измерений влажности за некоторый отрезок времени, и, во-вторых, обработку и интерпретацию полученного материала. Однако данные о влажности, полученные даже по множеству почвенных образцов, свидетельствуют лишь о пространственных и временных изменениях количества воды в почве. Насколько велики и значимы эти изменения, а также как они сказываются на поведении воды в почве и ее доступности почвенным организмам, можно судить лишь после соответствующей обработки и интерпретации полученных материалов21. Наибольшее значение для оценки экологических условий в почве, связанных с увлажнением, имеют как собственно влажность, так и некоторые характеристики, которые могут быть определены (рассчитаны) исходя из результатов определения водных свойств почвы. К ним относятся, в первую очередь, весовая влажность, а также запас влаги в почве и ее дефицит (см. ниже). Влажность почвы характеризуется отношением массы содержащейся в почвенном образце влаги к массе подготовленного (измельченного, не содержащего посторонних включений) и высушенного образца и выражается обычно в процентах. Для измерения влажности используют как прямые, так и косвенные методы. Основным, наиболее распространенным и надежным, прямым методом определения влажности почвы в лабораторных условиях является термостатно-весовой метод, 21 Для оценки подвижности влаги и ее доступности почвенным организмам принимают во внимание также энергетическое состояние почвенной влаги с расчетом потенциала влаги и его составляющих, однако подобные оценки являются предметом специальных почвоведческих исследований [44].
широко описанный в литературе. Термостатно-весовой метод определения влажности заключается в измерении веса влаги, содержащейся в образце. При этом подготовленный почвенный образец высушивают в термостате при температуре 105 °С в течение 3–4 часов, а определенный взвешиванием вес влаги относят к единице массы почвы. Таким образом определяют так называемую «весовую» влажность, или собственно влажность: a-б w = ×100, б-в где w – влажность, %; а – вес бюкса или кюветы с влажной почвой, г; б – то же, но с сухой почвой; в – вес пустого бюкса или кюветы, г. В виде весовой влажности представляют, как правило, все результаты оценки влажности почвы, после чего выполняют все необходимые пересчеты. В некоторых случаях влажность определяют в пересчете на вес влажной почвы (например, для органогенных горизонтов – торфа, лесной подстилки и т.п.), а также в процентах от объема («объемная влажность») – в тех случаях, когда требуется сравнить по влажности почвы, значительно различающиеся по плотности, либо для вычисления запасов влаги. Влажность можно выразить и в процентах от содержания влаги, отвечающего тому или иному виду влагоемкости, что позволяет сравнивать по влажности почвы с различными водно-физическими свойствами. Например, влажность может быть выражена в процентах от полной влагоемкости, от влажности завядания и др. Такая форма выражения влажности называется относительной. Из косвенных методов определения влажности почвы наиболее интересен электрометрический метод, основанный на зависимости некоторых характеристик почвы, в частности, электропроводности, от влажности. Электропроводность можно быстро и удобно измерять портативными или лабораторными приборами – электровлагомерами либо кондуктометрами. Вместе с тем, электропроводность почвы в значительной степени зависит от концентрации солей в почвенном растворе и типа почв. Поэтому точность определения влажности почвы по электропроводности относительно невелика. Однако, учитывая портативность, удобство и оперативность работы с подобными приборами, целесообразно использовать их в тех случаях, где
нужно получить информацию о том, является ли почва смоченной или сухой, мерзлой или талой (мерзлая почва электричество не проводит), найти глубину границы между слоями почвы, контрастными по влажности. Следует отметить, что измерению влажности почвы электрометрическим методом должна предшествовать градуировка прибора по термостатно-весовому методу, т.е. нахождение зависимости между влажностью почвы и ее омическим сопротивлением, с построением соответствующих графиков. Это длительная и трудоемкая работа, однако, при наличии подобной градуировочной зависимости, полученной заблаговременно (например, в предыдущем сезоне), можно оперативно производить измерение влажности почвы. Определение влажности при этом сводится к погружению в почву электрода на требуемую глубину, измерению электрического сопротивления почвы и считывания значения влажности по градуировочному графику. При работе в полевых условиях удобно использовать косвенный органолептический метод определения степени увлажненности почвы. В результате такого определения, основанного на оценке, можно с достаточной достоверностью судить о той или иной степени увлажнения почвы. В зависимости от ощущений тестирующего почву человека различают следующие степени увлажнения почвы. Мокрая – при копке разреза на стенках его начинает просачиваться вода. Глинистая почва сильно прилипает к лопате, мажется, при сжатии в руке вода бежит сквозь пальцы. Сырая – почва липнет к руке, но вода не отжимается, при сжатии почва превращается в тестообразную массу, структура теряет четкость очертаний, мажется. Влажная – почва влажная наощупь, на фильтровальной бумаге остается влажный след, формуется. Свежая – чуть холодит руку, не пылит, легко разделяется на структурные отдельности или порошкообразную массу, не мажется. Сухая – руки не холодит, бесструктурная почва пылит, структурная очень прочная, «жесткая», комки шероховатые, не формуется, не мажется. Помимо влажности, большое значение для характеристики почвы имеют ее водные свойства, к которым относятся влаго- емкость и водопроницаемость. Влагоемкость характеризует количество воды, которое почва способно удержать в себе. Однако предельное количество воды, которое может удержать в себе конкретный почвенный образец, зависит от того, каким образом эта вода поступает в почву. Если источником влаги является только водяной пар,
находящийся в окружающем почвенные частицы воздухе, это количество будет небольшим. При поливе водой сверху почва удержит значительно больше влаги, а при затоплении почвы в ее естественном залегании (или при погружении образца почвы в воду) практически все поры заполняются водой. Поэтому выделяют различные виды влагоемкости почвы. К ним, в частности, относятся следующие. Гигроскопическая влажность почвы – количество воды, которое сохраняется в так называемой воздушно-сухой почве, т.е. почве, длительное время выдержанной в условиях комнатной температуры и влажности воздуха. Для определения гигроскопической влажности образец почвы массой 1–5 г, находящийся в воздушно-сухом состоянии, помещают в аналитический бюкс и взвешивают на аналитических весах. Далее бюкс выдерживают в термостате при 105°С до постоянного веса (в течение 2–3 часов), охлаждают до комнатной температуре и взвешивают снова, определяя убыль массы образца при сушке в процентах от массы высушенной – так называемой «абсолютно-сухой» почвы. Определение гигроскопической влажности предшествует любому точному анализу почвы, т.к. концентрации химических веществ и элементов в почве рассчитывают на единицу массы абсолютно-сухой почвы. Абсолютно-сухой считается почва, доведенная до воздушно-сухого состояния и высушенная при температуре 105°С. В процессе сушки при указанной температуре из почвы удаляется не только капель- но-жидкая влага (если она не была удалена ранее), но и влага, адсорбированная на частицах почвы в силу физико-химического взаимодействия. Следует отметить, что численный вклад гигроскопической влажности в массу абсолютно-сухого образца почвы относительно невелик (обычно не превышает 2–5%), и в приближенных расчетах им можно пренебречь. Максимальная гигроскопичность – это наибольшее количество парообразной влаги, которое почва может поглотить из воздуха, практически насыщенного водяным паром. Максимальная гигроскопичность характеризует количество прочно связанной влаги, полностью недоступной растениям, и его определение проводится при специальных исследованиях почвы. Определение несложно, но длительно (может занимать до 1 месяца). Влажность завядания – показатель, характеризующий нижнюю границу продуктивной для растения влаги22. Наступление влажности завядания обнаруживается по появлению первых признаков увядания у растений с хорошо развитыми корневыми 22 Продуктивная влага – влага, которая используется почвенными организмами для вегетации и других целей жизнеобеспечения.
системами, причем эти признаки не исчезают и при длительном выдерживании растений в атмосфере, насыщенной водяным паром. Иссушение почвы до влажности завядания не приводит к гибели растения, но вызывает прекращение прироста и уменьшение сухой массы растения. Иными словами, в этих условиях почвенная влага еще не является полностью недоступной, но оказывается непродуктивной. Влажность завядания определяют как прямыми вегетационными методами, так и косвенно, по гидросорбционным характеристикам почв. Данный показатель также используется, главным образом, при специальных исследованиях, хотя его определение может дать интересную информацию для оценки засухоустойчивости растений. Максимальная молекулярная влагоемкость – это максимальное количество влаги, которое может удерживаться в почве силами межмолекулярного притяжения. Все рассмотренные выше виды влагоемкости характеризуют связанную влагу, малоподвижную и непродуктивную для растений. Величины соответствующих показателей зависят, главным образом, от удельной поверхности почвы и практически не зависят от ее сложения. Однако, при дальнейшем добавлении влаги в почву, возникает свободная (продуктивная для растений) влага, которая может удерживаться в почве сорб- ционными и капиллярными взаимодействиями. Именно эта влага имеет важнейшее значение для роста и развития почвенной биоты, а также создает среду для почвенного раствора. Эта свободная влага участвует в переносе веществ по профилю почвы, обусловливает сезонную миграцию веществ в нисходящих и восходящих направлениях, способствует интенсивному восходящему току растворенных веществ (засолению), обусловливает интенсивный вынос веществ за пределы почвенного профиля (элювиальный процесс). Эта влага активно влияет и на восстановительные процессы, способствуя оглеению почв. Подобное, сильно увлажненное, состояние почвы удобно описывать через полную полевую влагоемкость (хотя существуют и другие показатели подобных состояний). Полная полевая влагоемкость почвы – максимальное количество воды, которое почва может удерживать в своих капиллярах. Этот показатель определяют с помощью стеклянных трубок (обычно используют трубки внутренним диаметром 5–10 мм и длиной 20–30 см). Трубки наполняют обезвоженной (абсолютно сухой) почвой и взвешивают на аналитических весах, после чего ставят вертикально на сильно увлажненную фильтровальную бумагу для насыщения почвы влагой. Через 1–2 дня проводят взвешивание трубок, определяя прирост их массы. Результат определения полной полевой влагоемкости
выражают отношением прироста массы трубки к массе обезвоженной пробы. Водопроницаемость. Однако влагоемкость почвы не характеризует в полной мере условия увлажненности почвы. Во многих случаях необходимо учитывать также такое водное свойство почвы, как водопроницаемость. Под водопроницаемостью понимают способность почвы пропускать через себя воду. Количественно она выражается мощностью слоя воды (в миллиметрах), поступающей в почву через ее поверхность в единицу времени. При поступлении воды на поверхность почвы, ненасыщенной влагой, последовательно протекают различные процессы: • впитывание, т.е. поглощение воды почвой под действием сорбционных и капиллярных сил; • просачивание, при котором сорбционные силы постепенно ослабевают по мере увлажнения почвы и преобладающими становятся капиллярные; • фильтрация, т.е. передвижение воды сквозь насыщенную водой почву под напором слоя воды, находящейся на поверхности почвы. Водопроницаемость почвы зависит от общего количества пор в почве. Особое значение имеет наличие крупных пор, трещин и ходов животных. Устойчивые высокие значения водопроницаемости присущи также почвам, имеющим хорошо выраженную и стабильную структуру. В случае же непрочной структуры высокая начальная водопроницаемость быстро снижается по мере того, как агрегаты распадаются при увлажнении, и происходит набухание почвы. Величину водопроницаемости необходимо представлять (а в некоторых случаях и определять экспериментально) потому, что она определяет возможные размеры поверхностного стока, потери воды из каналов и водохранилищ, влияет на формирование запаса продуктивной влаги в почве. Динамика впитывания воды в почву определяет нормы полива при орошении и интенсивность дождевания. Водопроницаемость почв измеряется обычно после их часового выдерживания при напоре воды 5 см. Колебания водопроницаемости различных почв наблюдаются в пределах от 20–30 до 1000 мм/час и более, при оптимальных значениях водопроницаемости в первый час опыта 100–500 мм/час. Для измерения водопроницаемости чаще применяют различные варианты метода рам, с помощью которых изолируется площадка почвы (от 8–10 см2 до 1 м2) на которой поддерживается постоянный напор. Используется также метод дождевания с безнапорным увлажнением поверхности. В обоих случа- 8
ях количество воды, поступающей в почву в единицу времени, учитывается по расходу воды из сосуда, откуда ее подают на почву. Наряду с потенциальной способностью почвы к удержанию влаги (влагоемкостью), на практике часто определяют запас влаги в почве – абсолютное количество воды, фактически содержащееся в в определенном слое почвы. Запас влаги может выражаться в тоннах (кубометрах) на 1 га или в миллиметрах водного столба. В зависимости от запасов влаги в почве различают также следующие типы увлажнения почвы. Обильный тип увлажнения характеризуется полной (максимальной) капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы: от 400–200 мм (весной) до 23–110 мм (летом). Местообитания – мокрые или сырые (встречаются условия плохой и удовлетворительной аэрации), в растительном покрове господствуют гигрофиты. Характерны для высокотравянистых низинных болот, а также сфагновых верховых болот. Устойчивый тип увлажнения характеризуется средней капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 230–140 мм до 11–70 мм. Местообитания – влажные или свежие, в растительном покрове господствуют мезофиты. Имеются затруднения в водоснабжении, но напряженность засух невелика. Характерна для таежной зоны – почв лесов-черничников, кисличников, крупнозлаковых настоящих лугов. Переменный тип увлажнения характеризуется наименьшей влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 1 0–110 мм до 60–10 мм. Местообитания – сухие и крайне сухие, в растительном покрове господствуют ксерофиты и психрофиты; мезофиты, если представлены, то сильно угнетены. Для данного типа увлажнения можно, в свою очередь, выделить несколько подтипов, охватывающие от таежных лесов-брусничников, пустошных (психрофильных) лугов, лишайниковых лесов, до скалистых мест с преобладанием накипных лишайников, где растения вегетируют, пока идет дождь, и некоторое время позже. Наличие в профиле глеевых горизонтов или отдельных признаков оглеения (сизовато-ржавых тонов) свидетельствует о переувлажненности почвы. Поэтому при сельскохозяйственном использовании таких почв необходимо проведение специальной осушительной обработки (мелиорации). При подготовке и проведении оросительной мелиорации особое значение имеет обоснование норм и сроков полива, а также разработка мероприятий против вторичного засоления орошаемых почв. Избыточное увлажнение, несовершенство оросительных систем приводит к тому, что значительно повышается уровень грунтовых вод. Когда начинается расходование грунтовых вод на испарение, в корнеобитаемом горизонте повышается минерализация, происходит процесс
транспирации, приводящий к засолению и ухудшению водно-физических свойств почвы. Мелиоративная обстановка на орошаемых землях считается хорошей, если грунтовые воды залегают стабильно ниже оптимальной глубины (т.е. той, при которой не отмечается их расходование на испарение). Пример шкалы оценки мелиоративного состояния орошаемых земель приведен в табл. 13. Таблица 13 Шкала оценки мелиоративного состояния орошаемых земель по глубине и минерализация грунтовых вод* Минерализация грунтовых вод, г/л < 3 3–5 5–7 7–10 Хорошая 2,6 3 3,2 3,5 Глубина залегания грунтовых вод, м Категория мелиоративного состояния Хорошая с угрозой ухудшения 2,6–1,7 3,0–2,0 3,2–2,5 3,5–3,0 Удовлет- воритель- ная 1,7–1,5 2,0–1,7 2,5–2,0 3,0–2,5 Неудовле- творительная 1,5–1,1 1,7–1,3 2,0–1,5 2,5–2,0 Крайне не- удовлетворительная 1,1 1,3 1,5 2 *Приведены по данным для земель Нижнего Поволжья и Прикаспийской низменности. ... Механический состав и структура Механический, или гранулометрический, состав является одним из важнейших показателей при характеристике почв. В зависимости от механического состава складывается определенный водный, воздушный и тепловой режимы почв, играющие огромную роль в жизни и развитии растений, почвенной фауны. От механического состава зависит потенциальная способность почв к структурообразованию. По механическому составу почва является весьма неоднородной гетерогенной массой, слагаемой бесчисленным множеством частиц различной крупности, начиная от частиц коллоидного размера (< 0,2 мкм) и кончая включениями обломков горных пород (> 1 мм), относимых к скелету почв. В основе разделения почв по механическому составу лежит классификация механических элементов. В настоящее время в нашей стране широко принята классификация, предложенная Н.А. Качинским [26] (табл. 14). 100
Таблица 14 Классификация механических элементов почв Диаметр структурных элементов почвы, мм Название структурных элементов Макроагрегаты: > 3 3–1 1–0,5 0,5–0,25 камни гравий песок – – крупный средний Микроагрегаты: 0,25–0,05 0,05–0,01 0,01–0,005 0,005–0,001 0,001–0,0005 0,0005–0,0001 < 0,0001 > 0,01 < 0,01 песок пыль ил физический песок физическая глина мелкий крупная средняя мелкая грубый тонкий коллоиды – – Выделяют следующие основные разновидности почвы по механическому составу: глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные. В основе подобного выделения положены пластичность почвы, ее способность к слипанию. Глинистые почвы в сухом состоянии при растирании массы на ладони дают тонкий, однородный порошок (пудру), хорошо втирающийся в кожу, комки и зерна раздавливаются с трудом. Во влажном состоянии при раскатывании образуется длинный тонкий (1–1,5 мм) шнур, легко сворачиваемый в кольцо без изломов. При копке разреза на скосах от лопаты и среза ножом остаются глянцевые, зеркальные полосы, отмечается высокая пластичность и способность почвы к формованию во влажном состоянии. Суглинистые почвы в сухом состоянии при растирании на ладони втираются в кожу довольно хорошо. По мере облегчения механического состава до легкого суглинка, почвенная масса становится все более «жесткой», чувствуется присутствие крупнопылеватых и песчаных частиц, а при втирании в ладонь масса почвы легко стряхивается. Тяжелый суглинок при раскатывании во влажном состоянии пластичен, дает длинный, тонкий шнур, свертываемый в сплошное кольцо с неглубокими трещинами или изломами по внешней окружности кольца. Средний суглинок дает более толстый шнур, который при сгибании разламывается, а кольцо распадается на отдельные кусочки. Легкий суглинок не скатывается в тонкий шнур, при большом увлажнении может дать «колбаску» толщиной 3–4 101
мм, распадающуюся на отдельные сегменты – образуются короткие негибкие цилиндрики-дольки, кольцо не образуется. Поверхности среза от ножа или лопаты матовые. Супесчаные почвы не раскатываются в шнур, а только лепятся в непрочные шарики или формуются при сдавливании между пальцами в «чечевицу». Такие почвы в сухом состоянии бесструктурны, сыпучи. Песчаные почвы не связны, сыпучи, при большом увлажнении из них можно слепить шар. Имея известный навык, отнесение почвы к разновидностям может быть выполнено в полевых условиях каждым. Для этого используется тест, выполняемый «методом шнура», или называемый пробой на скатывание. Небольшое количество сырой почвы берется на ладонь и разминается до тестообразного состояния. Если почва недостаточно сырая, то она смачивается водой до консистенции теста так, чтобы вода из почвы не отжималась, но почва была достаточно пластичной. Хорошо размятую почву раскатывают на ладони ребром другой руки в шнур толщиной около 3 мм и сворачивают в кольцо диметром около 3 см (можно сворачивать почвенный жгут, например, вокруг одного или нескольких пальцев). При этом, в зависимости от механического состава почвы, получаются различные результаты (рис. 12). По каменистости различают валунные, галечниковые и щебенчатые почвы. Степень каменистости устанавливают в зависимости от количества в почве частиц размером более 3 мм (табл. 15). От механического состава во многом зависит структура почвы. Структурой почвы называют характер отдельностей, на которые она рассыпается при потряхивании или сминании. В описании структуры указывают форму, размеры и прочность составляющих почву структурных элементов. Виды почвенной структуры приведены на рис. 13. Рис. 12. Определение механического состава почвы методом шнура: 1 – шнур не образуется – песок; 2 – образуются зачатки шнура – супесь; 3 – шнур дробится при раскатывании – легкий суглинок; 4 – образуется сплошной шнур и кольцо, распадающееся при свертывании – средний суглинок; 5 – образуется сплошной шнур и кольцо с трещинами – тяжелый суглинок; 6 – образуется сплошной шнур и кольцо без трещин – глина. 102
Таблица15 Степени каменистости почв (по Н.А. Качинскому) Содержание частиц размером более 3 мм, % 0,5 – 5 5 – 10 > 10 Степень каменистости слабокаменистая среднекаменистая сильнокаменистая Рис. 13. Виды почвенной структуры (по С.А. Захарову[19]) I тип: I – крупнокомковатая; 2 – среднекомковатая; 3 – мелкокомковатая; 4 – пылеватая; 5 – крупноореховатая; 6 – ореховатая; 7 – мелкоореховатая; 8 – крупнозернистая; 9 – зернистая; 10 – порошистая. II тип: II – столбчатая; 12 – столбовидная; 13 – крупнопризматическая; 14 – призматическая; 15 – мелкопризматическая; 16 – тонкопризмаическая. III тип: 17 – сланцевая; 18 – пластинчатая; 19 – листоватая; 20 – грубочешуйчатая; 21 – мелкочешуйчатая. Для земледелия наиболее благоприятна зернистая и мелкокомковатая структура с диаметром агрегатов 0,25–10 мм, пористая, водоустойчивая и механически прочная. Наиболее активная часть почвы – илистая фракция (< 0,001 мм), обогащенная гумусом, элементами зольного и азотного питания растений, играющая основную роль в формировании поглотительной способности и структурооб- разовании. Эта фракция резко отличается от более крупных преобладанием глинистых минералов (монтмориллонита, каолинита, хлорита, гидрослюд, вермикулита и др.) над первичными, из которых встречается, в основном, кварц. Оптимальное сочетание глинистых минералов, достаточно высокое содержание гумуса, соединений железа, кальция, благоприятный состав обменных оснований создают предпосылки для формирования водопрочной структуры. 10
Мелкопылеватая фракция (0,005–0,001 мм) близка илистой по содержанию гумуса, состоит из вторичных и первичных минералов, способна к коагуляции и структуро- образованию, но в гораздо меньшей степени, чем илистая фракция. Избыток неагрегированной мелкой пыли способствует уплотнению почв, увеличению набухаемости и усадки, ухудшению водопроницаемости, трещиноватости. Фракция средней пыли (0,01–0,005 мм) не способна к коагуляции и структурообразоганию, но вследствие повышенного содержания слюд, придающих ей пластичность, связность, удерживает влагу, обладает слабой водопроницаемостью. Фракция крупной пыли (0,05–0,01 мм) по минералогическому составу приближается к песчаной, обладает невысокой влагоемкостью, слабо набухает. Почвы, обогащенные фракциями крупной и средней пыли, легко распыляются, склонны к уплотнению. Песчаная фракция (1–0,05 мм), представленная в основном кварцем и полевыми шпатами, обладает высокой водопроницаемостью, крайне низкой поглотительной способностью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10%, для лесных – не менее 3–5%. Классификация почв по гранулометрическому составу основывается исключительно на относительном содержании в почве механических фракций. Такая единая для всех типов почв классификационная шкала почв по гранулометрическому составу давно предложена различными авторами, в частности, СИ. Долговым, с учетом разделения и номенклатуры Н.А. Качинского (табл. 16). В этой шкале за основу взяты девять основных разновидностей почв по гранулометрическому составу от рыхлопесчаных до тяжелоглинистых с дополнительным выделением разновидностей более низкого ранга по одной преобладающей фракции: песчаной (1,0–0,05 мм), крупнопылеватой (0,05–0,01 мм), пыле- ватой (0,01–0,001 мм) и иловатой (мельче 0,001 мм). Гранулометрический состав определяет многие стороны хозяйственного использования почв. От него зависят водопроницаемость, водоудерживающая и водоподъемная способность почв. Низкая влагоемкость песчаных и супесчаных почв – главная причина страдания растений от недостатка влаги в засушливых условиях, что гораздо слабее проявляется на тяжелосуглинистых и глинистых почвах благодаря их способности удерживать влагу. Последние, однако, хуже проявляют себя в гумидных условиях в связи с переувлажнением развитием оглеения. 10
Таблица 16 Единая классификационная шкала почв по гранулометрическому составу Содержание частиц размером <0,01 мм, % 0–5 5–10 10–20 20–30 30–40 40–50 50–65 65–80 80–100 Основное наименование разновидностей Рыхлопесчаная Связнопесчаная Супесчаная Легкосуглинистая Средне- суглинистая Тяжелосуглинистая Легкоглинистая Среднеглинистая Тяжелоглинистая Дополнительное наименование по преобладающей фракции Песчаные и крупно- пылеватые Песчаные, крупно- пылеватые, пыле- ватые и иловатые Пылеватые и иловатые Число разновидностей 2 2 2 4 4 4 4 4 2 Эти категории почв существенно различаются и по условиям теплового режима. Легкие почвы быстрее прогреваются и раньше готовы к проведению полевых работ. Тяжелые почвы из-за большой влагонасыщенности, а следовательно, теплоемкости, медленнее прогреваются весной, позднее наступает их физическая спелость. Поэтому легкие почвы считаются теплыми, тяжелые – холодными. Гранулометрический состав в значительной мере предопределяет гумусовое состояние почв. В легких почвах с низкой поглотительной способностью, обедненных питательными веществами, с высокой аэрацией производится меньше органического вещества и активнее протекают процессы его минерализации. Обогащенные коллоидами тяжелые почвы обладают более высокой производительной способностью и сильнее закрепляют образующиеся гумусовые вещества. Поэтому тяжелые почвы всегда более гумусированы по сравнению с легкими. Например, типичные черноземы тяжелосуглинистые содержат 7–8% гумуса, легкосуглинистые – 4–5%, а супесчаные – 2,5–3%. 10
... Сложение Сложение отражает две стороны физического состояния почвенной массы: характер расположения (сцепления) отдельных механических частиц и агрегатов и характер пористости, которая при этом образуется. Различные горизонты почвы характеризуются разным сложением. Верхним горизонтам свойственно более рыхлое сложение. Характер сложения во многом зависит от механического состава и структуры почвы, а также от деятельности корней растений и населяющих почву червей, насекомых и других землеро- ев. Сложение почвы оказывает значительное влияние на ее воздухо- и водопроницаемость, а также на глубину проникновения корней растений. Плотные горизонты препятствуют проникновению корневой системы. Со сложением связана также величина сопротивления, которое оказывает почва обрабатывающим орудиям. Отдельные частицы и агрегаты могут прилегать друг к другу по-разному, обусловливая тем самым различную степень плотности почвы. Различаются следующие виды сложения почвы. Очень плотное (слитное) сложение – почва почти не поддается копке лопатой, требуется применение лома, кирки, механического бура. В сухом состоянии почва монолитна, крупноглыбиста. Нож не входит в почву (стенку разреза). Механическая прочность часто обусловлена цементацией минеральными коллоидами или же высоким содержанием особых, так называемых монтмориллонитовых, глин. Во влажном состоянии масса очень вязкая, упругая. Плотное сложение – почва копается лопатой с большим трудом. В сухом состоянии монолитна, выбивается крупными глыбами. Нож с трудом входит в почву; физически возникает ощущение большой твердости. Во влажном состоянии масса вязкая. При песчаном механическом составе высокая плотность обусловлена цементацией гид- роксидами железа. Слабоуплотненное сложение – почва поддается копке лопатой без особых усилий, лопата легко входит на глубину «полштыка», при выбросе на поверхность масса почвы легко распадается на структурные отдельности. Нож входит в почву легко. Во влажном состоянии слабосвязна. Рыхлое сложение – почва распушена, лопата погружается при нажиме на полный «штык». В пределах почвенного профиля степень плотности отдельных горизонтов может сильно изменяться. 10
... Новообразования Почвенные новообразования – морфологически оформленные выделения и скопления вещества в почвенном материале, отличающиеся от включающего материала составом и сложением и являющиеся следствием почвообразовательного процесса. Новообразования являются прямыми «свидетелями» тех почвообразовательных процессов, через которые прошла или проходит современная почва. Почвенные новообразования, в зависимости от их происхождения, разделяют на химические и биологические. Наиболее характерными являются новообразования химической природы, отличающиеся друг от друга и по форме образований, и по их химическому составу (табл. 17). Новообразования биологического происхождения разделяют на образования животного происхождения – капро- литы червей, клубочки и узелки их экскрементов, а также структурные комочки, выбрасываемые муравьями. К этому типу новообразований относятся также кротовины, норы и подземные ходы других крупных землеройных животных, представляющие полости, засыпанные почвенной массой, а также червороины и червоточины мелких землероев, аналогичные кротовинам. К новообразованиям растительного происхождения относятся узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей и «корневины» крупных корней деревьев и др. 10
108
.. Химические показатели состояния почвы Химические показатели состояния почвы (их можно также называть показателями химического состава) можно условно разделить на две большие группы: 1) показатели, характеризующие содержание в почве химических веществ, свойственных ее природному, естественному составу; 2) показатели, характеризующие содержание в почве загрязняющих химических веществ. Полнота представления материала относительно химических показателей состояния почвы и их огромная значимость требует отдельного и подробного их рассмотрения. Показатели первой группы имеют важнейшее значение при гигиенической (санитарно-химической) оценке почв, а показатели второй группы – при оценке экологического состояния почв. Подобное разделение носит условный характер потому, что экологическая оценка почв (особенно почв населенных мест и агропромышленных зон) включает непременно гигиенические аспекты ее состояния. Кроме того, санитарно-химическая оценка имеет свою специфику, нормативную базу и методы исследований и требует поэтому самостоятельного рассмотрения. Наконец, химические вещества, свойственные природному естественному свойству почвы, могут содержаться в количествах, ухудшающих экологическую ситуацию вплоть до катастрофических последствий. Приступая к рассмотрению вопросов аналитического определения химических показателей состояния почвы, следует иметь в виду наличие ряда нормативных документов. Так, отбор проб почвы, их хранение, транспортировка и подготовка к анализу осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа». Определение химических веществ в почве проводится методами, разработанными при обосновании их ПДК в почве и утвержденными Министерством здравоохранения СССР, которые опубликованы в приложениях к «Предельно допустимым концентрациям химических веществ в почве (ПДК)» (1979, 1980, 1982, 1985, 1987 гг.). 10
..1. Способы выражения результатов химического анализа почв В соответствии с ГОСТ 17.4.1.03-84, содержание загрязняющего почву химического вещества выражается массовой долей загрязняющего почву химического вещества, которое определяется как «отношение массы загрязняющего почву химического вещества к общей массе воздушно-сухой и (или) абсолютно сухой пробы почвы» [101]. При этом термин «концентрация», применимый для характеристики количественного содержания химических веществ в воде, воздухе и других средах, к почве не применяется. В почвоведении, при описании результатов количественного определения содержания разнообразных элементов в почвах (т.е. не только загрязняющих почву химических веществ), применяется несколько способов. В каждом показывают количество определяемого компонента, приходящееся на единицу массы или объема абсолютно сухой почвы. Почва должна быть сухой, чтобы остаточное количество влаги не привело к занижению значения содержания целевого компонента. Содержание того или иного компонента в почве характеризуют: 1) количеством граммов компонента в 100 г почвы, что численно соответствует массовому процентному содержанию; 2) количеством миллиграммов вещества в 100 г почвы, количеством миллиграммов вещества в 1 кг почвы, количеством миллиграмм-молей эквивалентов определяемого компонента в 100 г почвы. В иностранной литературе результаты анализа часто характеризуют количеством частей на миллион (ppm, «parts per million»). Этот способ выражения результатов анализа равноценен принятому в нашей стране и наиболее распространенному выражению – мг/кг (1 мг составляет миллионную часть 1 кг). Указанные способы выражения результатов анализа традиционно применяются в почвоведении; они рациональны и логически обоснованы. К выражению результатов анализа в процентах, мг/100 г почвы, мг/1 кг почвы прибегают в тех случаях, когда определяют общее содержание элемента в почве (проценты – для макроэлементов, мг/кг почвы – для микроэлементов) или характеризуют запас какой-либо формы соединения того или иного элемента (мг/100 г почвы – для макроэлементов, мг/кг почвы – для микроэлементов). В тех случаях, когда характеризуют содержание ионов – катионов или анионов – результаты анализа выражают в мг-моль экв./100 г почвы. Такой способ выражения результатов анализа позволяет, например, оценить долю, которую со- 110
ставляет тот или иной катион от суммы обменных катионов, позволяет оценить роль отдельных катионов и анионов в составе легкорастворимых солей в почвах и расчетным путем установить их состав. Например, при анализе водных вытяжек из почв было установлено, что содержание хлорид-ионов в почве равно 0,141%, а содержание натрия равно 0,092%. Если результаты анализа выразить в мг-моль экв/100 г почвы, то станет очевидным, что, несмотря на разное процентное содержание, количества С1– и Na+ в составе легкорастворимых солей почвы эквивалентны: для Cl– 0,141×1000/35,5 = 4,00 мг-моль экв./100 г почвы, для Na+ 0,0920×1000/22,99 = 4,00 мг-моль экв./100 г почвы. В специальных исследованиях могут быть использованы и другие способы выражения результатов анализа. Например, при характеристике степени подвижности элементов в почвах, результаты анализа вытяжек из почв выражают в мг/л вытяжки. В тех случаях, когда определяют активность ионов в почвах или в вытяжках из почв, результаты анализа выражают через отрицательный логарифм активности ионов, например, через рН или pNa. Часто почвоведам бывает необходимо оценить запасы того или иного элемента или соединения в слое почвы (пахотном, метровом и др.). В этом случае учитывают объемный вес почвы и результаты анализа выражают в т/га или кг/га. Следует иметь в виду, что при химическом анализе почвенной вытяжки стандартными методами результат определения массовой концентрации выражается обычно в миллиграммах анализируемого компонента в 1 л вытяжки (мг/л). Для перехода к выражению содержания данного компонента в почве в массовой доле следует полученное значение концентрации компонента в вытяжке: 1) умножить на коэффициент, учитывающий отношение массы раствора к массе образца почвы при изготовлении вытяжки, переведя тем самым значение в массовую долю в единицах мг/кг сухой почвы; 2) при необходимости далее перевести результат в массовые проценты, умножить полученное значение в мг/кг на коэффициент 10–4, получив результат в % или в г/100 г почвы. Пример. Результат определения концентрации сульфат- аниона в водной вытяжке, полученной в массовом соотношении 5:1 (вода-сухая почва) составил СВ=25 мг/л. Соответствующее значение содержания сульфат-аниона в сухой почве (СП) составляет: СП=25×5 = 125 мг/кг, или 25×5×10–4 = 0,0125%. 111
..2. Показатели естественного состояния почвы и их значение при экологической оценке почв Оценка состояния почв по показателям естественного состояния проводится при экологической оценке, при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроле состояния солевого режима почв, при оценке качества плодородного слоя, при различных изыскательских и исследовательских работах. Данные показатели применимы при исследовании почв как естественного, так и нарушенного сложения. В табл. 18 эти показатели приведены на основе сложившейся терминологии с указанием методов оценки и нормативных документов. Таблица 18 Химические показатели естественного состояния почвы и параметры для их оценки Наименование показателя По каким параметрам проводится оценка Метод* Анализируемая вытяжка Индивидуальные показатели Аммоний обменный Кальций и магний Кальций обменный и магний обменный (подвижный) Карбонаты и бикарбонаты Нитраты, азот нитратов Соединения калия Соединения фосфора Сульфаты Хлориды NH4+ Ca2+, Mg2+ Ca2+, Mg2+ СО22–, НСО3– индивидуально и суммарно NO3– Калий в разных формах, в пересч. на K2O РО43– (в пересч. на P2O5) SO42– Cl– ФМ ГОСТ 26489 ТМ, ААс ГОСТ 26428 ААс, ТМ, ФМ ГОСТ 26487 ТМ ГОСТ 26424 ФМ ГОСТ 26488 Пл-ФМ ГОСТ 26204 ФМ ГОСТ 26204 ТДМ, вес. ГОСТ 26426 ТМ, ПМ ГОСТ 26425 Солевая Водная Солевая Водная Солевая Уксусно- кислотая Уксусно- кислотая Водная Водная Групповые (суммарные) показатели Азот общий Азот из всех форм, после озоления в прис. конц. серной кислоты ТМ, ФМ ГОСТ 26107 – 112
Продолжение табл. 18 Наименование показателя Емкость катионно- го обмена Кислотность гидролитическая Кислотность обменная Органическое вещество рН солевой вытяжки Удельная электропроводимость Солесодержание общее Засоленность По каким параметрам проводится оценка Ba2+ или Mg2+, экв. емкости катионного обмена рН Н+ и Al3+ обменный Органическое вещество, суммарно рН Электропроводящие соли Концентрации растворимых солей – карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, кальция и магния, калия и натрия Относительное и абсолютное содержание солей – карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов Метод* КСМ, ФМ, ААс ГОСТ 17.4.4.01 ПМ ГОСТ 26212 ТМ ГОСТ 26484 ФМ, ГМ ГОСТ 26213 ПМ ГОСТ 26483, ГОСТ 26423 КДМ, ГОСТ 26423 См. соотв. показатель См. соотв. показатель Анализируемая вытяжка Солевая Солевая (ацетат натрия) Солевая – Солевая Водная Водная Водная * Сокращения в таблице: ААс – атомно-абсорбционный, ГМ – гравиметрический, КДМ – кондуктометрический, КСМ – комплексонометрический, Пл-ФМ – пламенно-фотометрический, ПМ – потенциометрический, ТДМ – турбиди- метрический, ТМ – титриметрический, ФМ – фотометрический. Ниже, в главе 10, приведены наиболее распространенные методы практической оценки данных показателей, а также соответствующее оборудование для оценки показателей в полевых условиях. 11
... Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами2 Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является предельно допустимое количество (ПДК) химических веществ в почве. ПДК представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве, так как используемые при их научном обосновании критерии отражают все возможные пути опосредованного воздействия загрязнителя на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. При этом каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания веществ по каждому показателю вредности. Наименьшее из обоснованных уровней содержание является лимитирующим и принимается за ПДК вещества, так как отражает наиболее уязвимый путь воздействия данного токсиканта. Для оценки опасности загрязнения почв выбор химических веществ – показателей загрязнения – проводится с учетом: 1) специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химических элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона; 2) приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве (см. ниже табл. 19) и их классом опасности (табл. 5); 3) характера землепользования. При отсутствии возможности учета всего комплекса химических веществ, загрязняющих почву, оценку осуществляют по наиболее токсичным веществам, т.е. относящимся к более высокому классу опасности. В целом, при оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать следующие факторы. 1. Опасность загрязнения тем больше, чем в большей степени фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве (С) превышают ПДК. То есть, опасность загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опасности (КО) превышает 1: КО=С/ПДК>1. 2. Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемых веществ. 3. Оценка опасности загрязнения любым токсикантом должна 23 Составлено на основе издания «Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами» [86]. 11
проводиться с учетом буферности почвы24, влияющей на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды и доступность растениям. Чем меньшими буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет ее загрязнение химическими веществами. Следовательно, при одной и той же величине КО опасность загрязнения будет больше для почв с кислым значением рН, меньшим содержанием гумуса и более легким механическим составом. Например, если КО вещества оказались равными в дерново-подзолистой супесчаной почве, в дерново-подзолистой суглинистой почве и черноземе, то в порядке возрастания опасности загрязнения почвы могут быть расположены в следующий ряд: суглинистая супесчаная дерново- чернозем < дерново-подзолистая < подзолистая почва почва Оценка опасности почв, загрязненных химическими веществами, проводится отдельно для почв данной территории в зависимости от характера землепользования на ней и основывается на рассмотрении вопроса в двух основных аспектах: 1) каково хозяйственное использование данной территории (населенный пункт, сельскохозяйственные угодья, рекреационная зона и т.д.); 2) каковы наиболее значимые для данной территории пути воздействия загрязнения почвы на человека. Соответственно могут быть предложены различные схемы оценки опасности загрязнения почв рассматриваемых территорий. ... Нормативные показатели загрязнения почвы химическими веществами Как отмечалось ранее, для почвы установлены ПДК для относительно небольшого числа химических веществ. В табл. 19 приведены сведения о содержании загрязняющих химических веществ в почве по показателям их вредности, в числе которых выделяют транслокационный, миграционный (водно-миграционный, воздушно-миграционный) и общесанитарный показатели. Из указанных показателей лимитирую- 24 Под «буферностью почвы» понимается совокупность свойств почвы, определяющих ее барьерную функцию, обусловливающую уровни вторичного загрязнения химическими веществами контактирующих с почвой сред: растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными компонентами почвы, создающими буферность, являются тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие ее механический состав, органическое вещество (гумус), а также реакция среды - рН. 11
щим признается тот, по которому принято минимальное содержание химического вещества. Именно по лимитирующему показателю вредности принимается, как правило, значение ПДК. Таблица 19 ПДК химических веществ в почве и допустимые уровни их содержания по показателям вредности [126] Показатель (химическое вещество) ПДК мг/кг с учетом фона (кларк) Показатель вредности Транс- локационный Миграционный Водный Воздушный Общесанитарный Подвижная форма Кобальт Медь Никель Цинк Водорастворимая Фтор 5,0 3,0 4,0 23,0 форма 10,0 25,0 3,5 6,7 23,0 Более 1000 72,0 14,0 200 – – – – 5,0 3,0 4,0 37,0 10,0 10,0 – 25,0 Валовое содержание Бенз(а)пирен Бензол Ванадий Комплексные гранулированные удобрения (КГУ) Комплексные жидкие удобрения (КЖУ) Ксилолы Марганец Марга- нец+ванадий Мышьяк Нитраты Ртуть Свинец Свинец+ртуть Серная кислота (по S) 0,02 0,3 150,0 120 (по нитратам) 80,0 (по фосфатам) 0,3 1500 1000+100 2,0 130,0 2,1 30,0 20,0+1, 0 160 0,2 3,0 170,0 800 Более 800 0,3 3500 1500+150 2,0 180 2,1 35,0 20,0+1,0 160 0,5 10,0 350,0 120 80 100 1500 2000+200 15,0 130 33,3 260,0 30,0+2,0 180 – 0,3 – 800 Более 800 0,4 – – – – 2,5 – – 380 0,02 50,0 150,0 800 800 1,0 1500 1000+100 10,0 225 5,0 30,0 30,0+2,0 160 11
Продолжение табл. 19 Показатель (химическое вещество) Сероводород (по S) Стирол Сурьма Толуол Изопропилбензол Хлорид калия (по К2О) ПДК мг/кг с учетом фона (кларк) 0,4 0,1 4,5 0,3 0,5 560,0 Показатель вредности Транс- локационный 160 0,3 4,5 0,3 3,0 1000 Миграционный Водный 140 100 4,5 100 100 560 Воздушный 0,4 0,1 – 0,3 0,5 1000 Общесанитарный 160 1,0 50,0 50,0 50,0 5000 Пример. В табл. 19 для стирола минимальное значение среди показателей имеет воздушно-миграционный показатель вредности. Он принят в качестве лимитирующего, и значение ПДК для стирола установлено 0,1 мг/кг. В табл. 20 приведены ПДК для некоторых важнейших химических веществ, а также рекомендуемые методы анализа и нижняя граница определяемой при анализе массовой доли при санитарно-химическом исследовании почв25. Таблица 20 Некоторые важнейшие показатели, нормативы и методы контроля загрязняющих почву химических веществ при санитарно-химическом исследовании почв Показатель (химическое вещество) ПДК мг/кг с учетом фона (кларк) Лимитирующий показатель вредности Метод анализа * Нижняя граница определяемой массовой доли, мг/кг Подвижная форма Кобальт Медь Никель Цинк 5,0 3,0 4,0 23,0 Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Транслокационный ФМ ААс ФМ ААс ААс 0,08 2,0 2,5 3,4 4 Водорастворимая форма Фтор 10,0 Водно-миграционный, водный ФМ ИС 3,0 2,0 25 Данные приведены в соответствии с ГН 2.1.7.2041-06, ГОСТ 17.4.1.02-83 и «Руководством по санитарно-химическому исследованию почвы: нормативные материалы» - М.: ГК СЭН РФ, 1993 г. 11
Продолжение табл. 20 Показатель (химическое вещество) ПДК мг/кг с учетом фона (кларк) Лимитирующий показатель вредности Метод анализа * Нижняя граница определяемой массовой доли, мг/кг Валовое содержание Бенз(а)пирен Бензол Ванадий Комплексные гранулированные удобрения (КГУ) Комплексные жидкие удобрения (КЖУ) Ксилолы Марганец Мышьяк Нитраты Ртуть Свинец Серная кислота (по S) Сероводород (по S) Стирол Сурьма Хлорид калия (по K2O) 0,02 0,3 150 120,0 80,0 0,3 1500 2,0 130 2,1 30,0 160 0,4 0,1 4,5 560,0 Общесанитарный Воздушно-миграционный Общесанитарный Водно-миграционный Водно-миграционный Транслокационный Общесанитарный Транслокационный Водно-миграционный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Воздушно-миграционный Миграционный, воздушный, общесанитарный Водно-миграционный Водно-миграционный МС ГХ ФМ ФМ, ПМ, ТМ, ТДМ и др. ФМ, ПМ, ТМ, ТДМ и др. ГХ ФМ БХ ИС ФМ БААс ААс СФМ ПГ ААс ГМ ТМ ГХ СпГ Пл-ФМ 0,02 0,01 6,0 – – 0,05 166,0 0,001 2,0 25,0 0,015 0,006 1×10–5% в пробе 10,0 12,0 1,0 0,34 0,05 0,0001% 25 млн–1 * Сокращения в таблице: ААс – атомно-абсорбционный, БААс – беспламенный атомно-абсорбционный, БХ – бумажно-хроматографический, ГМ – гравиметрический, ГХ – газохроматографический, ИС – ионселективный, МС – масс-спектрометрический; ПГ – полярографический, Пл-ФМ – пламенно-фотометрический, ПМ – потенциометрический, СпГ – спектрографический, СФМ – спектрофотометрический, ТДМ – турбидиметрический, ТМ – титриметрический, ФМ – фотометрический. 118
Сопоставление приведенных в табл. 20 данных позволяет получить представление о возможностях применения химических аналитических методик для определения показателей химического загрязнения почвы. Так, при анализе почвы на содержание кобальта граница определяемой массовой доли составляет 0,08 мг/кг, что в 62,5 раза меньше ПДК (5,0 мг/кг). В то же время, при анализе на сероводород соответствующая нижняя граница составляет 0,34 мг/кг, что чуть меньше (в 1,17 раза) соответствующего ПДК (0,4 мг/кг). Из данного сопоставления можно сделать вывод, что предусмотренный для санитарно-химического анализа почвы метод анализа на содержание кобальта гораздо более эффективен, чем метод анализа на содержание сероводорода. ... Гигиеническая оценка загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений Основой оценки опасности загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений, является транслокационный показатель вредности, являющийся важнейшим показателем при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что: 1) с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70% вредных химических веществ; 2) уровень транслокации определяет уровень накопления токсикантов в продуктах питания, влияет на их качество. Существенная разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности (табл. 19) и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют также дать рекомендации по практическому использованию почв загрязненных территорий. Опасность загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений, определяется в соответствии с табл. 19 и 21. В табл. 21 приведены основные принципы оценки почв и рекомендации по их использованию и снижению неблагоприятного воздействия загрязнений. Данные табл. 19 являются логическим дополнением табл. 21 и представляют необходимые сведения для ранжирования почв по уровню загрязнения в соответствии с принципами, изложенными в табл. 21. 11
Таблица 21 Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами Категория загрязненности почв I. Допустимая II. Умеренно опасная III. Высоко опасная Характеристика загрязненности Содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не выше ПДК Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем общесанитарном, миграционном водном и миграционном воздушном показателях вредности, но ниже допустимого уровня по транслокационному показателю Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности Возможное использование территории Использование под любые культуры Использование под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений Использование под технические культуры. Использование под с/х культуры ограничено с учетом расте- ний-концентра- торов Предлагаемые мероприятия Снижение уровня воздействия источников загрязнения почвы. Осуществление мероприятий по снижению доступности токсикантов для растений (известкование, внесение органических удобрений и т.п.) Мероприятия, аналогичные категории I. При наличии веществ с лимитирующим миграционным водным или миграционным воздушным показателями проводится контроль за содержанием этих веществ в зоне дыхания с/х рабочих и в воде местных водоисточников 1. Кроме мероприятий, указанных для категории I, обязательный контроль за содержанием токсикантов в растениях – продуктах питания и кормах. 2. При необходимости выращивания растений – продуктов питания – рекомендуется их перемешивание с продуктами, выращенными на чистой почве. 3. Ограничение использования зеленой массы на корм скоту с учетом растений-концентраторов 120
Продолжение табл. 21 Категория загрязненности почв IV. Чрезвычайно опасная Характеристика загрязненности Содержание химических веществ превышает ПДК в почве по всем показателям вредности Возможное использование территории Использование под технические культуры или исключение из сельскохозяйственного использования. Лесозащитные полосы Предлагаемые мероприятия Мероприятия по снижению уровня загрязнения и связыванию токсикантов в почве. Контроль за содержанием токсикантов в зоне дыхания с/х рабочих и в воде местных водоисточников Пример. Почвы территорий загрязнены никелем, содержание подвижных форм которого составляет в первой 20 мг/кг (почва 1) и во второй – 5 мг/кг (почва 2). На основании табл. 19 и 21, почва (1) должна быть отнесена к категории «чрезвычайно опасного» загрязнения, так как уровень содержания никеля превышает допустимые уровни содержания этого элемента по лимитирующему показателю вредности (общесанитарному). Такая почва может быть использована только под технические культуры или полностью исключена из сельскохозяйственного использования. Почва (2) может быть отнесена к категории «умеренно опасной», так как содержание никеля (5 мг/кг) превышает его ПДК (4 мг/кг), но не превышает допустимый уровень по транслокационному показателю вредности (6,7 мг/кг). В этом случае почва может быть использована под любые сельскохозяйственные культуры при одновременном осуществлении мероприятий по снижению доступности токсиканта – никеля – для растений. ... Гигиеническая оценка почв населенных пунктов Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется: 1) эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы; 2) ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и при ее непосредственном контакте с человеком; 3) значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха. Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важна для случаев геофагии у детей при их играх на загрязненных почвах. Такая оценка разработана по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему вещест- 121
ву – свинцу, содержание которого в почве, как правило, сопровождается увеличением содержания других элементов. При содержании свинца в почве игровых площадок на уровне 500 мг/кг и систематического нахождения его в почве можно ожидать изменений психоневрологического статуса у детей [126]. По данным изучения распределения в почве некоторых металлов, наиболее распространенных индикаторов загрязнения городов, может быть дана ориентировочная оценка опасности загрязнения атмосферного воздуха. Так, при содержании свинца в почве, начиная с 250 мг/кг, в районе действующих источников загрязнения наблюдается превышение его ПДК в атмосферном воздухе (0,3 мкг/м3); при содержании меди в почве, начиная с 1500 мг/кг, наблюдается превышение ПДК меди в атмосферном воздухе (2,0 мкг/м3). Оценка уровня химического загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются коэффициент концентрации химического вещества26, а также суммарный показатель загрязнения ZC (см. раздел 6.2). Анализ распределения геохимических показателей, получаемых в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна с наибольшим риском для здоровья населения (Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами, 1982). Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю ZС, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими, наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в табл. 22. Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв. 26 Данная величину называют также коэффициентом контрастности. 122
Таблица 22 Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (Zc) Категория загрязнения почв Допустимая Умеренно опасная Опасная Чрезвычайно опасная Величина (ZС) Менее 16 16–32 32–128 Более 128 Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений Увеличение общей заболеваемости Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечнососудистой системы Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных) .. Плодородие почв ..1. Плодородие и богатство почв С давних пор в сельском хозяйстве человек оценивал почву главным образом с точки зрения способности производить урожай растений. Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее плодородием. Плодородие почвы – это способность ежегодно (циклически) обеспечивать урожай (годичную продукцию) растений. Оно обусловлено специфическим комплексом свойств почвы как природного тела и особенностями воздействия на нее экологических факторов. При этом под плодородием понимается не только обеспечение растений элементами питания и водой, но и весь комплекс почвенных свойств и процессов, оказывающих влияние на жизнь растений: кислотность почвы, состав почвенного раствора и концентрации в нем растворенных веществ, окислительно-восстановительный потенциал, плотность сложения почвы, ее структурное состояние, воздушный и тепловой режимы и т.д. Для каждой почвы характерно присущее ей природное, 12
или естественное, плодородие. Естественное плодородие одних почв может быть высоким, других – низким, однако и в том и в другом случае оно определяется характером почвообразовательного процесса и факторами почвообразования. С момента вовлечения почвы в хозяйственную деятельность она становится средством производства. При этом существенно трансформируется плодородие: наряду с естественным почва приобретает искусственное плодородие. Естественное и искусственное плодородие почвы неразрывно связаны между собой, и их различают, как правило, только по происхождению. Единство естественного и искусственного плодородия обусловливает потенциальное плодородие почвы. Количественной характеристикой плодородия является биомасса выросших на ней организмов, в первую очередь растений, в единицу времени, отнесенная к единице площади (для искусственного плодородия – урожайность сельскохозяйственных культур). Однако урожай лишь в ограниченной степени и при определенных условиях может стать мерой потенциального плодородия, так как определяется видом, сортом и развитием возделываемой культуры, погодными условиями, состоянием биоты (сорняков, вредителей, болезней растений), агротехническими мероприятиями (временем и качеством обработки почвы, сроками сева и др.). Поэтому поддержание или повышение потенциального плодородия почвы не всегда ведет к росту эффективного плодородия. Таким образом, плодородие почв обычно определяется по отношению к биомассе растений. В лесных биогеоценозах учитывается биомасса всех древесных пород или годичный их прирост, а в агроэкосистемах – урожайность культурных растений. Убыль естественного плодородия почвы, обусловленная изъятием из почвы питательных веществ, не всегда может быть восполнена естественным путем. При организации сельскохозяйственного производства почва особенно нуждается в поддержании на необходимом уровне потенциального плодородия, и проводимый человеком процесс восполнения плодородия почвы называется воспроизводством плодородия почвы. При вовлечении почв в сельскохозяйственный процесс нарушаются сложившиеся природные связи – часть биологической продукции изымается, а с ней изымается ряд веществ, нарушаются почвенные режимы и т.д. Это требует постоянного восполнения почвенных ресурсов, поддержания плодородия почв и его воспроизводства. Плодородие почвы при землепользовании возрастает только в том случае, если правильно обращаться с ней – соблюдать агротехнические и почвоохранные мероприятия. 12
Применительно к определенному виду и сорту растений почвенное плодородие имеет не абсолютное, а лишь относительное значение. Одна и та же почва может быть очень плодородной в отношении одних видов растений и мало плодородной для других. Поэтому сопоставлять разные почвы по плодородию и оценивать его динамику во времени можно лишь по отношению к одним и тем же растениям или фитоценозам. В природных условиях в результате почвообразовательного процесса естественное плодородие почв непрерывно возрастает от практического отсутствия на стадии почвообразу- ющей породы до некоторого оптимума (максимума) на стадии полноразвитой почвы, находящейся в равновесии с окружающей средой. При переходе природных экосистем из одного равновесного состояния в другое может отмечаться дальнейшее нарастание почвенного плодородия или же его снижение, например, при развитии процессов засоления, оглеения почв. При оценке почвенного плодородия по биологической продуктивности это выражается в изменении количества биомассы, продуцируемой в единицу времени на единице площади. В природном процессе почвообразования постоянно имеет место воспроизводство почвенного плодородия в годичном цикле развития растительности и под влиянием растительности. На освоенных человеком территориях отделить естественное плодородие от искусственного не представляется возможным. Лишь сравнением с целинными аналогами можно определить величину того и другого. Вместе с тем, существует практический метод оценки уровня естественного плодородия, за который принимают продуктивность (урожайность) растений, которая наблюдается в первые годы после распашки лесных и пастбищных угодий или степных участков. Кроме того, при проведении почвенного мониторинга на основании полевых и лабораторных исследований можно получить представление и дать оценку уровня того или иного вида почвенного плодородия в зависимости от различных почвенно- грунтовых факторов. Основными факторами, вызывающими снижение плодородия почв, являются переувлажнение, засоление, закисление (защелачивание), уплотнение. В частности, конкретные условия влагообеспеченности эко- топов определяются типом водного режима почв, который, помимо зонально-климатических факторов, зависит от положения участков в рельефе, их дренированности, режима поверхностных и грунтовых вод сопредельных территорий, структуры почво-грунтовой толщи. Плодородие почвы снижают легкорастворимые соли – хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты и карбонаты, а также силь- 12
нокислая и сильнощелочная реакции среды. Слабое засоление приводит к снижению урожая на 10–20%, среднее – на 20–50%, сильное – до нуля. Известно, что для большинства культурных растений более благоприятна реакция почв от слабокислой до слабощелочной. Если реакция оказывается слишком кислой, то почву известкуют – добавляют молотую известь (СаСО3), а если сильнощелочная, то почву гипсуют – добавляют молотый гипс (СаSО4). Пониженным плодородием характеризуются также почвы, имеющие в пределах верхних 50 см профиля сильно уплотненные горизонты. Аналогично может быть оценено плодородие тяжелых глинистых почв, если они не имеют прочной зернистой или мелкокомковатой структуры. Малоплодородными для возделывания сельскохозяйственных и декоративных культур являются как очень легкие (песчаные и супесчаные), так и сильнокаменистые почвы. Большинство остальных почв относятся к средне- и высокоплодородным. Они отличаются «богатством» – высоким содержанием гумуса, питательных веществ (фосфора, калия), хорошей мелкокомковато-зернистой структурой верхних горизонтов и достаточным содержанием влаги в течение всего вегетационного периода. Вместе с тем, иногда термин «плодородие почв» отождествляют с термином «богатство почв», хотя это не вполне корректно. Если плодородие характеризует фактически реализованные возможности почв, которые можно выразить, например, количеством зеленой массы растений определенной территории, то богатство почв характеризует потенциальную способность почв к продукции, т.е. потенциал почвы может быть и не реализован. Подобные ситуации могут иметь место, например, в зонах переувлажнения, где богатые гумусом почвы в силу неоптимальных экологических параметров не в состоянии дать высокий показатель продукции. Богатство почв определяют по стандартной шкале: особо бедные (олигот- рофные), бедные, небогатые (мезотрофные), довольно богатые, богатые. Показателем естественного плодородия почвы может также служить состав растительных ассоциаций и распределение отдельных растений (см. главу 8). ..2. Окультуривание почв и его показатели В процессе освоения и сельскохозяйственного использования почвы происходит окультуривание почвенного покрова. При этом почва, наряду с естественным, приобретает искусственное плодородие. Степень окультуренности определяется из- 12
менениями морфологического строения почвы – увеличением мощности гумусового (пахотного) горизонта и его качественного состава – содержания гумуса, кислотности, подвижных питательных веществ и др. Поскольку степень окультуренности связана с основными факторами, составляющими плодородие, то она может рассматриваться как мера искусственного плодородия почвы. Параметры окультуренности основных почв пашни Северо-Запада России для дерново-подзолистых почв приведены в табл. 23. Таблица 23 Параметры окультуренности (искусственного плодородия) дерново-подзолистой пахотной почвы (по данным В.К. Пестрякова, 1977) Показатель Мощность пахотного горизонта (Апах), см Содержание гумуса, % рН соляной вытяжки Содержание Р2О5, мг/100 г почвы Содержание К2О, мг/100 г почвы Механический состав почвы Супесчаная и песчаная Легко- и cреднесугли- нистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко- и cреднесугли- нистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко- и cреднесугли- нистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко- и cреднесугли- нистая Тяжелосуглинистая и глинистая Супесчаная и песчаная Легко- и cреднесугли- нистая Тяжелосуглинистая и глинистая Окультуренность средняя хорошая высокая 26 24 22 2,2 2,8 3,2 5,8 5,6 5,6 18 16 12 10 14 18 30 26 24 3,0 3,6 4,8 6,8 6,8 6,6 25 20 18 14 20 26 32 30 28 4,0 4,5 5,5 6,8 6,8 6,8 50 50 40 28 40 40 При распашке и сельскохозяйственном использовании естественных (целинных) почв, как правило, идет процесс дегу- мификации, т.е. уменьшения содержания и запасов органичес- 12
кого вещества. Этот процесс сначала приводит к уменьшению содержания и запасов гумуса на 30–40% и затем стабилизируется на более низком уровне через 30–50 лет. Наиболее значительное уменьшение содержания и запасов гумуса происходит в первые 5–10 лет. При дальнейшем использовании почвы темпы дегумификации снижаются. Однако процесс дегумифика- ции не стабилизируется в случае развития эрозии. Повышая плодородие почвы путем внесения органо-мине- ральных удобрений, следует тщательно следить за сроками и дозами их внесения. В противном случае наблюдаются негативные экологические последствия для почвы. Источником избыточного количества аммиачного азота в почве обычно служат отходы животноводства и городские сточные воды. Современные предприятия индустриального животноводства, птицефабрики и города создают очаги аномально высокого содержания азота и фосфора в виде органических и минеральных соединений. Эти соединения, попадая в почвы и природные воды, локально перенасыщают их, при этом содержание нитратного азота может достигать до 400 мг/кг почвы, а аммонийного азота – до 2200 мг/кг почвы. Аномально высокие концентрации соединений азота создаются и вокруг многих промышленных предприятий, особенно тех, деятельность которых связана с использованием или производством азотных удобрений или неорганических соединений азота. Рассматривая возможные пути обеспеченности почвы таким элементом питания, как азот, следует иметь в виду биологические источники азота в почве, и в частности, посадки бобовых культур. Несмотря на низкую водорастворимость большинства соединений фосфора и фосфорных удобрений, главное геохимическое направление их миграции (глобального круговорота) направлено в сторону озер, устьев рек, морей и шельфов океанов. Так, ежегодно с континентов в океан поступает около 3–4 млн. т. фосфатов. В связи с низкой растворимостью почвенных соединений фосфора, обычно имеет место локальное зафосфа- чивание почв. Однако основная проблема – в исчерпаемости ресурсов фосфора, что приводит к нарушению оптимального соотношения основных элементов питания – N:P:K. Содержание в почве третьего важнейшего элемента питания – калия – также может быть несбалансировано, тем более что соединения калия обычно хорошо растворимы в воде. Убыль калия в почве, вызванная его переходом в биомассу растений либо вымыванием из пахотных почв, восполняется обычно добавлением калийных удобрений. Наиболее часто для этой цели используют хлорид калия, однако его применение приводит к накоплению в почве хлора. Значительные добавки хлоридов в 128
почву приводят к изменению минерального состава почвенного раствора, что неблагоприятно для растений и всего почвенного сообщества. ... Определение содержания гумуса в почве Подготовка почвы к анализу. Образец почвы весом от 0,5 до 1 кг распределяют тонким слоем на бумаге и подсушивают в сухом помещении в течение 2–3 суток. После сушки крупные комочки раздавливают руками и выбирают корни и различные включения. Затем почву опять разравнивают тонким слоем на листе бумаги и из разных мест чайной ложкой набирают 100 г. Мелкие комочки почвы растирают пестиком в ступке и снова отбирают органические примеси пинцетом, просматривая почву под лупой. Затем почву растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Из просеянной почвы берут пробу 10–15 г, разравнивая тонким слоем на листе кальки или пергаментной бумаги, и опять отбирают корешки эбонитовой или электризованной стеклянной палочкой. Для этого сухую палочку надо потереть шерстяной тряпочкой и быстро провести палочкой над почвой. Корешки и мелкие кусочки органических остатков прилипнут к палочке. Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как могут прилипнуть и тонкие частицы. После отбора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Оставшиеся на сите песчаные частицы растирают в ступке и смешивают со всей растертой почвой. При подготовке почвы для определения кислотности достаточно просеивания через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Подготовленную почву хранят в бумажном пакете или пробирке с закрытой пробкой [84]. Анализ методом прокаливания. Пробу подготавливают вышеописанным методом. На чистую железную сковородку или тигель отвешивается 10 г воздушно-сухой почвы (m). Затем образец почвы прокаливается в русской печи на нагретом поду 2 часа. После остывания остаток почвы взвешивается (m2). Масса гумуса рассчитывается как m3 = m – m2. Массовая доля гумуса в почве в % рассчитывается по формуле: С = m3/ m1 X 100%. 12
.8. Биологическая активность почвы и почвоутомление .8.1. Оценка биологической активности почвы Показатели биологической активности почвы необходимы для характеристики ее как биологической системы и оценки степени ее изменения под влиянием антропогенного воздействия, в особенности поврежденияи токсикантами и техногенными перегрузками. Вследствие биохимических превращений в почве происходят важнейшие процессы детоксикации ксенобиотиков, ее самоочищения. Решающую роль в этих процессах играют ассоциации почвенных микроорганизмов, функционирующих как единое целое благодаря взаимосвязанным метаболическим реакциям. Стерилизующий эффект различных загрязнений приводит к выпадению чувствительных видов, распаду микробных ценозов, снижению биохимической активности почвы и деградации экосистем. Именно продолжительность сохранения биологической активности загрязняющего почву химического вещества, называемая персистентностью, используется для характеристики степени его устойчивости к процессу разложения. Известно много показателей, характеризующих различные аспекты биологического состояния почв. При изучении биологических реакций число регистрируемых откликов может быть практически бесконечным, поэтому выбор приемлемых показателей представляет собой весьма непростую задачу, которая при всей ее актуальности должного решения еще не получила. Можно говорить о нем лишь в первом приближении. Для контроля за биологическим состоянием почвы важно отобрать наиболее интегральные показатели, поддающиеся инструментальному измерению и относящиеся к процессам с гомеостатическими механизмами. Под гомеостазом системы понимается механизм регуляции, обеспечивающий изменение во времени свойств в направлении устойчивости основных характеристик системы. Проявлением гомеостаза является определенный диапазон значений рН, окислительно-восстановительный потенциал, содержание и состав органического вещества, характерных для каждого типа почвы. Решающее значение в поддержании гомеостатического состояния почвы имеют элементарные почвенно-биологические процессы: разложение растительного опада, образование гумусовых веществ, разложение гумуса, деструкция минералов почвообразующей породы, минералообразование, глееобразование и др. 10
Сущность основных почвенно-биологических процессов в почве заключается в превращении органических веществ. Для оценки их интенсивности многие исследователи используют ферментативную активность почвы. Методика оценки биологической активности почвы [25, 44], включает наряду с оценкой дыхания почвы по выделению углекислоты показатели ферментативной активности почвы в цикле углерода (дегидрогена- за, целлюлаза), азота (уреаза, нитрат-нитритредуктаза), фосфора (фосфатаза) и общую каталитическую активность почвы. Наряду с оценкой химического состояния почв, методика оценки биологической активности почвы может служить составной частью комплексной системы показателей мониторинга состояния почв в условиях антропогенных загрязнений. В качестве интегрального показателя биологической активности почвы рассматривается также суммарная активность биомассы почвенных микроорганизмов, определяемая спирометрическим методом, основанным на измерении скорости дыхания популяции почвенных микроорганизмов после обработки почвы глюкозой. .8.2. Почвоутомление, фитотоксичность и фитосанитарное состояния почвы Современные представления о почвоутомлении рассматривают данное явление как многофакторное. В качестве наиболее существенных причин почвоутомления называют следующие [81]: • односторонний вынос питательных веществ, недостаток микроэлементов, нарушение солевого баланса почвы, в частности, «перекармливание» почвы удобрениями; • нарушение структуры и физико-химических свойств почвы, особенно при длительном возделывании пропашных культур; • развитие фитопатогенной микрофлоры; • одностороннее развитие некоторых групп почвенной микрофлоры в ущерб другим; • усиленное размножение вредителей; • чрезмерное размножение злостных сорняков; • сдвиг рН в область значений, неблагоприятных для развития почвенной микробиоты и растений; • накопление фитотоксических веществ в почве. Почвоутомление рассматривается как результат нарушения экологического равновесия в системе «почва – растение», являющегося следствием одностороннего воздействия на почвенную среду культурных растений. В качестве определяющего фактора выступает перегруппировка почвенных микро- 11
организмов в направлении повышения удельного веса агрономически менее ценной и вредной микрофлоры, в частности, увеличения доли микроскопических грибов, актиномицетов и фитотоксичных форм в общем количестве микроорганизмов. Такова реакция микронаселения почвы на однокачественность ежегодно поступающих в нее растительных остатков. Фитотоксическими свойствами на определенных стадиях разложения обладают остатки практически всех культур, но в разной степени. Например, остатки бобовых обладают ими недолго, а соломистые остатки зерновых колосовых сохраняют эти свойства длительное время. Почвоутомление проявляется не только при бессменной культуре, но и при чередовании сходных по биологии культур или высоком насыщении севооборотов культурами одной группы, хотя в первом случае наблюдается повышенное содержание токсичных форм микроорганизмов в почве. Фитотоксичные формы имеются у всех основных групп почвенных микроорганизмов, но наибольшее их количество обнаружено среди микроскопических грибов. Распространены фитотоксичные микроорганизмы во всех почвах. Источниками поступления в почву фитотоксических веществ, помимо фито- токсинов, микроорганизмов и продуктов разложения послеуборочных остатков сельскохозяйственных культур, являются также прижизненные выделения надземных органов растений и корневые выделения. Так, при бессменном возделывании нескольких сельскохозяйственных культур (клевера, льна) связано сильное утомление этих культур продуктами метаболизма их же корневых систем. Химическая природа фитотоксических веществ (колинов), обусловливающих токсичность почв, весьма разнообразна. Это производные фенолов, хинонов и нафтизина, полипептиды и другие соединения. Активность водорастворимых колинов, выраженная в условных кумариновых единицах (УКЕ), часто используется как показатель токсичности почвы [30]. Следует, однако, иметь в виду, что содержание колинов в водной вытяжке из почвы не дает полного представления об уровне ее токсичности, так как значительная часть физиологически активных веществ находится в почве в поглощенном состоянии и может поступать в растение в процессе обменных реакций. Поэтому в качестве показателя токсичности целесообразнее использовать действие самой почвы на тест-организмы. Наиболее приемлем для этих целей метод почвенных пластин с применением прямого биотестирования. Чтобы идентифицировать токсичность почв различного 12
происхождения, определяют общую токсичность почвы методом почвенных пластин, а также микробный токсикоз почв методом почвенных пластин с инициированным микробным сообществом, которое получают после обогащения образца почвы крахмалом или глюкозой. Разница в результатах, полученных этими методами, свидетельствует о наличии микробного токсикоза почвы помимо токсикоза, вызванного техногенным загрязнением. В качестве теста для установления токсичности почвы используют реакцию проростков высокочувствительных растений (кресс-салат, редис, горох и др.). Рассматривая почвоутомление с экологических позиций, можно определить его как результат экологического кризиса, наступающего как следствие дисгармонии в отношении растений и почвенной среды в агроценозах. В кли- максовых растительных сообществах нет почвоутомления, поэтому они могут существовать неограниченно долго, при условии определенного постоянства экологических условий. Лишь при изменении этих условий отдельные факторы почвоутомления могут иметь место как причина смены растительных формаций. Почвоутомление – это тот экологический механизм, с помощью которого система «почва – растение» пытается освободиться от одностороннего воздействия на почвенную среду со стороны искусственного растительного сообщества, создавая условия для его естественной смены. Именно в результате этой общей причины в монокультуре получают более развитие сорные растения, являющиеся одной из стадий возможной сукцессии. Почвоутомление сопровождается также развитием болезней и вредителей растений. Фитосанитарное состояние агроценозов определяется многими факторами, в том числе вредными организмами, развитие которых не связано с почвенными условиями. Однако у большинства из них часть онтогенеза проходит в почве, от состояния которой зависят их распространение и вредоносность. При почвоутомлении происходит значительно более интенсивное накопление инфекционного начала. Этому способствует снижение биологической активности почвы, поскольку дольше сохраняется фитомасса пораженных растений. Кроме того, депрессивные изменения в составе микрофлоры почвы обусловливают меньшую встречаемость возбудителя болезни со своими антагонистами из числа сапрофитных микроорганизмов. В условиях почвоутомления быстрее распространяется первичная инфекция. Растения заражаются на ранних стадиях развития, отчего вредоносность болезни возрастает. В начале вегетации болезнь развивается сильнее в тех агроценозах, которые не сменяются в течение ряда лет. К концу вегетации число пораженных растений увеличивается и в севооборотном варианте, однако вредоносность болезни, безусловно, снижается [96]. При бессменной культуре имеется больше возможностей для реализации инфекционного запаса, поскольку не происходит смены восприимчивых культур менее восприимчивыми. Инфекционная нагрузка, приходящаяся на одно растение, к тому же ослабленное воздействиями фитотоксинов, оказывается чрезвычайно велика. Этим объясняется высокая поражаемость при бессменном 1
возделывании зерновых корневыми гнилями, картофеля – фитофторой, льна – фузариумом, хлопчатника – вилтом, подсолнечника – ложной мучнистой росой, сахарной свеклы – мучнистой росой, церкоспориозом и т.д. При бессменном возделывании и чередовании сходных по биологии культур улучшаются условия питания вредных насекомых. Это главная причина большого их распространения при монокультуре. Дело в том, что насекомые-вредители откладывают яйца только на стерне зерновых злаков, и личинки могут выжить только в том случае, если на следующий год сеют ту же культуру. Корневая свекловичная тля приносила мало вреда до тех пор, пока не возросла концентрация сахарной свеклы в полевых севооборотах Центрально-Черноземной зоны. Замечено, что в утомленной почве под некоторыми культурами накапливается большое количество проволочников. 1
8. Геоботаническая индикация почв (фитоиндикация) Важную роль в оценке состояния почв играют методы биологической индикации, основанные на изучении растительных сообществ. В ходе эволюции различные виды растений приспособились к определенным условиям обитания. Поэтому растения могут служить чуткими индикаторами, рассказывающими исследователю о различных почвенных условиях данной местности. Известный геоботаник Л.Г. Раменский отмечал [48], что «Единственным прямым и достоверным оценщиком экологических условий является сама растительность». Растительные сообщества реагируют на широкий спектр экологических факторов. В первую очередь это эдафические факторы (увлажнение, трофность, засоление, кислотность, уровень грунтовых вод), а также климатические (температурный режим, тип климата) и геологические факторы (подстилающие породы, полезные ископаемые). С помощью фито- индикации могут быть обнаружены и нанесены на карту зоны загрязнения почв, участки с превышением допустимых норм рекреационной и пастбищной нагрузки. Преимущества методов фитоиндикации состоят в относительно быстром и дешевом получении интересующей нас информации, а также в том, что растительное сообщество дает комплексную оценку условий обитания, учитывая их изменения в течение нескольких лет. Однако есть соображения, ограничивающие и усложняющие применения этих методов. Прежде всего это огромное количество факторов, одновременно влияющих на растения. Из- за этого трудно выделить влияние на растительное сообщество одной или нескольких характеристик почвы, интересующих исследователя. Наиболее широко распространенные методы геоботанической индикации: шкалы Х. Элленберга, Э. Ландольта, Л.Г. Ра- менского и другие позволяют оценить местообитание по таким признакам, как увлажнение, богатство почв и степень их засоления, содержание в почве соединений азота, фосфора и калия, кислотность, гумусность и др. При этом учитывается, что каждый вид растений предпочитает вполне определенные значения каждого из этих показателей. Например, по отношению к увлажнению почв можно выделить растения-ксерофиты, предпочитающие сухие местообитания; растения-гигрофиты, которые, напротив, не выносят засухи и населяют влажные, сырые участки; и занимающие промежуточное положение растения-мезофиты. Конечно, та- 1
кая классификация, выделяющая всего три градации фактора, является очень грубой. На практике используются шкалы с 9, 16 и даже 120 ступенями. Проанализировав, из каких видов состоит растительное сообщество, и зная, какие условия предпочитает каждый вид (а эти данные есть в литературе), мы можем довольно точно оценить почвенные условия данного участка. На практике можно использовать и индивидуальные особенности какого-либо отдельного вида растений. Они могут быть самыми разными. Например, печеночница обильно растет только на хорошо аэрируемых, каменистых почвах, мать-и-мачеха, наоборот, предпочитает почвы глинистые и илистые, а иван-чай прекрасно себя чувствует на почвах с высоким содержанием кремния. Копытень и хохлатка предпочитают почвы с щелочной реакцией, а на седмичник наоборот, благотворно действует повышенная кислотность почвы. И все же гораздо надежнее делать выводы о состоянии и характеристиках почвы на основании анализа всего растительного сообщества или хотя бы основных его видов. Так, по типу древесной растительности и основным видам растений нижнего яруса можно достаточно точно определить характеристики почвы в лесах Северо-Западного региона России. Все типы ельников растут на хорошо увлажненных, богатых почвах. Постепенно опадающая хвоя закисляет почву, и в ельниках-долгомошниках и ельниках-мертвопокровниках (с отсутствием растений нижнего яруса) реакция почвы всегда кислая. На кислых, обильно увлажненных почвах произрастают и некоторые типы сосняков: сосняки-черничники, сосняки- долгомошники. Формирование сосняков с почвенным покровом из лишайников («сосняки-беломошники») происходит на бедных, недостаточно увлажненных почвах. Поскольку применение методик геоботанической индикации в полном объеме для неспециалистов затруднительно, в конце этой главы мы приводим данные для некоторых широко распространенных видов растений, которые помогут оценить кислотность, степень увлажнения и богатство почв исследуемых территорий. Важным показателем благополучия почвы и произрастающего на ней растительного сообщества является общее проективное покрытие растений. Особенно сильно влияет на этот показатель вытаптывание, производимое людьми или домашними животными. Для каждого растительного сообщества и каждого типа почвы в норме характерны свои показатели проективного покрытия. Поэтому для оценки влияния вытаптывания необходимо выбрать несколько контрольных участков, на которых растительность и почвенные условия сходны с исследуемым 1
участком, но которые не подвергаются воздействию человека или выпасу скота. Если общее проективное покрытие растений на исследуемом участке будет существенно ниже, чем на контрольных, будут наблюдаться угнетенные и поврежденные растения и участки голого грунта – мы можем утверждать, что вытаптывание серьезно нарушило структуру почвы, и это привело к деградации растительного сообщества. Если на исследуемой территории визуально выделяются несколько разных растительных сообществ, необходимо разделить ее на участки, имеющие относительно однородный растительный покров. На каждом из таких участков закладывается несколько (не менее трех) пробных площадок. Для этого используют специальную квадратную рамку площадью 1 кв.метр. Для наших исследований можно использовать произвольную рамку меньшей площади. На площади, которая занята наиболее распространенным на исследуемой территории растительным сообществом, нужно расположить достаточное количество пробных площадок и в дальнейшем придавать полученной с их помощью информации большое значение. Ведь именно наиболее распространенное растительное сообщество в наибольшей степени соответствует существующим на исследуемой территории условиям среды. Внутри каждой рамки на глаз определяют общее проективное покрытие растительности, т.е. долю площади, занятую растениями (в процентах). Затем подсчитывают общее количество растений внутри рамки и определяют доминирующие виды – те, которые имеют наибольшую численность и занимают наибольшую площадь. Они имеют наибольшее значение для определения характеристик почвы участка. В табл. 24 приведены почвенные условия, предпочитаемые некоторыми видами растений Северо-Запада Европейской части России, и названия видов некоторых широко распространенных растений. Пользуясь табл. 24 и применяя рамку, находят предпочитаемые условия увлажненности, степени богатства и кислотности почвы для определенных видов-доминантов,. Практически никогда эти показатели не совпадают полностью у всех доминирующих видов, однако обычно на одном участке доминантными бывают растения, сходные по своим экологическим потребностям. Поэтому для характеристики почв участка нужно выбрать те значения показателей, которые характерны для большинства доминирующих видов. Надо отметить, что реакция растений на конкретные виды антропогенного загрязнения почв изучена еще недостаточно. Поэтому таблиц, отражающих устойчивость разных видов растений к загрязнениям, не существует. Но в любом случае 1
устойчивое загрязнение почв вызывает падение видового разнообразия растительных сообществ по сравнению с незагрязненными участками. Наиболее распространенные виды растений, которые могут быть использованы в качестве индикаторов почвенных условий Северо-Запада России, приведены в приложении 3. Таблица 24 Почвенные условия, предпочитаемые некоторыми распространенными видами растений Северо-Запада Европейской части России Растение Бодяк полевой (Cirsium arvense) Вероника дубравная (Veronica chamaedrys) Ветреница дубравная (Anemone nemorosa) Воронец колосистый (Actea spicata) Герань лесная (Geranium sylvaticum) Герань луговая (Geranium pratense) Гравилат речной (Geum rivale) Земляника лесная (Fragaria vesca) Звездчатка ланцетовидная (Stellaria holostea) Звездчатка средняя, мокрица (Stellaria media) Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum) Иван-чай, кипрей (Epilobium angustifolium) Калган, лапчатка прямостоячая (Potentilla erecta) Клевер ползучий (Trifolium repens) Клевер полевой (Trifolium pratense) Кислица (Oxalis acetosella) Клюква (Oxycoccus palustris) Колокольчик персиколистный (Campanula persicifolia) Копытень европейский (Asarum europaeum) Кочедыжник женский (Athyrium filix-femina) Крапива двудомная (Urtica dioica) Влажность + + ++ ++ + + +++ + + + + + ++ + + ++ +++ + ++ +++ +++ Богатство +++ ++ + ++ ++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ + + +++ +++ ++ + ++ + ++ ++ Кислотность Щ К К К К Щ 18
Продолжение табл. 24 Растение Купальница европейская (Trollius europaeus) Купырь лесной (Anthriscus sylvestris) Ландыш майский (Convallaria majalis) Лисохвост луговой (Alopecurus pratensis) Лютик золотистый (Ranunculus auricomus) Лютик ползучий (Ranunculus repens) Майник двулистный (Maianthemum bifolium) Марьянник дубравный (Melampyrum nemorosum) (Иван- да-Марья) Мать-и-мачеха (Tussilago farfara) Медуница лекарственная (Pulmonaria officinalis) Мята полевая (Mentha arvensis) Мятлик полевой (Poapratensis) Незабудка болотная (Myosotis palustris) Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) Печеночница благородная (Hepatica nobilis) Плаун булавовидный (Lycopodium clavatum) Плаун годичный (Lycopodium annotinum) Подбел многолистный (Andromeda polifolia) Седмичник европейский (Trientalis europea) Спорыш (Poligonium aviculare) Тимофеевка луговая (Phleum pratense) Тмин обыкновенный (Carum carvi) Толокнянка (Arctostaphylos uva- ursi) Влажность + + + ++ ++ +++ ++ + + ++ +++ + +++ + ++ + ++ +++ ++ + + + + Богатство ++ ++ ++ +++ ++ +++ + ++ + ++ +++ +++ +++ +++ + + + + + +++ +++ ++ + Кислотность Щ К Щ К К К К 1
Продолжение табл. 24 Растение Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium) Фиалка трехцветная (Viola tricolor) Хвощ болотный (Equisetum palustre) Хвощ полевой (Equisetum arvense) Хвощ луговой (Equisetum pratense) Хвощ лесной (Equisetum sylvaticum) Чертополох (Carduus acanthoides) Чина весенняя (Lathyrus vernus) Чистяк (Ficaria verna) Щитовник мужской (Dryopteris filix-mas) Яснотка пурпурная (Lamium purpureum) Влажность + + ++ + + ++ + ++ + + ++ Богатство +++ ++ ++ ++ ++ + + ++ +++ ++ ++ Кислотность К К Щ Щ Примечания к таблице: Уровни увлажненности почвы: + – слабый или умеренный, ++ – повышенный, +++ – высокий. Степени богатства почвы: + – бедные почвы; ++ – умеренно плодородные почвы; +++ – богатые почвы. Кислотность: Щ – предпочитает щелочные почвы, К – предпочитает кислые почвы. Кроме приведенных выше растений, почвы с щелочной реакцией предпочитают: вейник прибрежный, манник, гусиный лук, любка двулистная, дымянка лекарственная, люцерна, донник лекарственный, клевер гибридный и др. На кислых почвах хорошо себя чувствуют пушица влагалищная, черника и брусника, щавель малый, торица, вереск, линнея северная. 10
. Картирование результатов оценки экологического состояния почвы Результаты оценки экологического состояния почвы целесообразно нанести на геоэкологическую карту. Экологическая информация27 на таких картах дает максимально наглядное представление об экологической ситуации местности. При этом параметры почвы с их значениями приурочены к местности, обозначены источники антропогенной нагрузки с соответствующими результатами исследований. Карта может содержать не только результаты исследований по изучению состояния почвы, но и (это предпочтительно) результаты оценки состояния других компонентов природно-антропоген- ного комплекса – например, расположенных на изучаемой территории водных объектов, наземных экосистем, объектов- источников загрязнения воздуха, виброакустических и электромагнитных полей и др. Несмотря на разнообразие информации, наносимой на геоэкологическую карту, данные, полученные при изучении экологического состояния почвы, имеют особенности. Поэтому часто составляют почвенную карту, которая представляет графическое изображение размещения контуров почв на местности в пропорциональном (масштабном) уменьшении. Она дает наглядное представление о пространственном расположении различных участков почв в природных условиях. В зависимости от целей использования почвенные карты составляют различных масштабов – от обзорных и мелкомасштабных (1:10000000 – 1:500000), которые используют для учебных целей и планирования, до крупномасштабных (1:50000 – 1:10000) и детальных карт и планов (1:10000– 1:200), на которых почвенный покров обозначают достаточно подробно. Поэтому содержание почвенных карт тем полнее, чем крупнее их масштаб. Очень важно уметь читать их, для чего нужны знания и опыт. Чтение почвенных карт нужно начинать с чтения легенды – условных знаков, которые необходимо хорошо усвоить. Затем следует охватить карту в целом, чтобы составить общее представление о размещении почв, установить топографические закономерности т.д. Особое внимание следует уделять оформлению почвенных карт. Для составления почвенной карты необходима картографическая основа. Ею могут быть либо топографическая карта (с изображением рельефа), либо аэрофотоснимок равного или 27 Экологической мы считаем любую информацию, которая может быть использована при оценке экологической ситуации. 11
более подробного масштаба, чем почвенная карта, которую намереваются составить. Получают сведения о распространении тех или иных почв на определенной территории, изучив почвенные разрезы, места для которых выбирают так, как было описано в п. 7.3. Точки, где находятся разрезы, наносят на карту, затем проводят границы, разделяющие территории, занятые разными почвами. При проведении почвенных границ принимают во внимание границы, разделяющие различные элементы рельефа, растительность, почвообразующие породы, т.е. границы изменения условий почвообразования, приводящие к сменам почв. Одни почвенные контуры весьма постепенно переходят в другие, если не разделяются резко выраженными рубежами, такими, как переломы рельефа (бровки, террасы, склоны, ложбины и т.д.), контрастной сменой растительности, увлажнения почв и проч. Проведенные границы проверяют и уточняют при помощи дополнительных неглубоких (50–70 см) разрезов – «прикопок». Все почвы, выделенные на карте, включают в условные обозначения (или легенду). Каждой из выделенных в легенде почв должен соответствовать свой цвет и буквенный индекс. Территорию, на которой распространена данная почва, закрашивают в соответствующий цвет и на ней ставят индекс этой почвы. Составленные таким образом карты называют генетическими, или основными почвенными. Пример почвенной карты с легендой приведен на рис. 14. Составляют также специальные экологические почвенные карты и картограммы, на которых могут быть отражены результаты оценки показателей экологического состояния почвы: кислотности (рН), засоленности, степени каменистости, эрозии, содержания подвижных питательных веществ (Р2О5 и К2О) и др. Особый интерес могут представлять картографические результаты исследований, полученные в результате наблюдений в течение ряда лет на определенной территории, т.е. результаты почвенного мониторинга. Результаты мониторинга могут быть также отражены на основной почвенной карте при помощи штриховок, значков и других специальных картографических приемов. Однако и в том, и в другом случае необходимо иметь в виду, что составление различных видов почвенных карт – трудоемкая работа, требующая наличия солидной информационной базы о составе и строении почв и почвенного покрова, а также соответствующего опыта. На рис. 15 приведена (в черно-белом варианте) почвенная карта местности, расположенной в пойме р. Ижора (Ленинградская область), составленная учащимися школы № 476 Санкт- Петербурга (руководитель Стогова Л.Л.). 12
1
ЦЛЦ ЩЦ ШШ ||.|:|;|-jj ЩИ 1 Х/////\ ЩЩ |ЙуХ| 1
ЩЩ i 1 |1И||||М| НИИ [>>>-:! |;'jS;!i| и г ш 1
Рис. 15. Почвенная карта 1
1
10. Практические методы оценки показателей экологического состояния почвы 10.1. Краткая характеристика методов анализа химического состава почв Предыдущий материал показывает, какую большую роль при оценке состояния почвы играют показатели, характеризующие химический состав почвы. Так или иначе, химический состав связан с большинством рассмотренных показателей различной природы. По этой причине, не придавая основополагающее значение показателям химическому составу, в табл. 26 мы кратко осветим соответствующие методы. Таблица 26 Методы контроля показателей химического состава почвы Метод Принцип метода Физическое состояние пробы Определяемый показатель Химические методы Гравиметрический (весовой) Титриметри- ческие (объемные): кислотно- основное титрование окислитель- но-восста- новительное титрование осадитель- ное титрование Точное измерение массы определяемого компонента, выделенного осаждением или отгонкой Точное измерение объема раствора реагента известной концентрации, затрачиваемого на реакцию Взаимодействие кислот и оснований, реакция нейтрализации Окислительно-восстановительные реакции Осаждение иона в форме малорастворимого соединения Раствор или твердое вещество (выделение отгонкой) Раствор Раствор Раствор Si, R2O8 (Fe2O3+ Аl2О + Cr2O3+TiO2+V2O5+P2O5), Р, Ca, Mg, SO42 , CaCO3 по CO2, C по CO2, N Кислотность, щелочность, обменный алюминий, сумма обменных оснований, N Окисляемость, Fe, С Cl–, SO42– 18
Продолжение табл. 26 Метод Принцип метода Комплексо- Связывание иона в манометрическое лодиссоциированный титрование (устойчивый) комплекс Физическое состояние пробы Раствор Определяемый показатель Fe, Al, Ca, Mg, SO42– Инструментальные методы Спектральные (оптические) методы Спектро- фотометрия, фотоэлектро- колориметрия Атомно-абсор- бционная спек- трофотомерия Эмиссионная фотометрия пламени Эмиссионный спектральный анализ Зависимость между степенью поглощения света ионами или молекулами и концентрацией Зависимость между степенью поглощения света атомами и концентрацией Зависимость между интенсивностью излучения света атомами или молекулами и концентрацией Зависимость между интенсивностью излучения света атомами или молекулами и концентрацией Раствор Раствор, твердое вещество при беспламенной атоми- зации Раствор Твердое вещество В, С, N, F, Mg, Al, Si, P, Сl–, Са, Ti, V, Сг, Mn, Fe, Со, Сu, Zn, As, Se, Mo, J, Hg, Pb Li, Be, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Сu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Cd, Ba, Hg, Pb Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg B, F, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Сu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Sn, Ba, Pb Электрохимические методы Потенцио- метрия Кондукто- метрия Кулонометрия Зависимость потенциала электрода от активности ионов, к которым электрод обратим Зависимость электропроводности от содержания солей Зависимость между количеством участвующих в электрохимической реакции веществ и количеством прошедшего через цепь электричества Раствор, суспензия, паста, почва в естественном состоянии Раствор, суспензия, паста Раствор H+, F–, Na+, S2–, K+, Ca2+, Cu2+, Br–, J–, NH4+, NO3– Солесодержание, SO42– Сl–, As 1
Продолжение табл. 26 Метод Полярография Амперометри- ческое титрование Принцип метода Зависимость между величиной предельного диффузионного тока и концентрацией вещества в растворе Титриметрический метод с индикацией точки эквивалентности по изменению величины предельного диффузионного тока Физическое состояние пробы Раствор Раствор Определяемый показатель Н+, В, NO3–, NO2–, Na, Mg, Al, P, S2–, SO42–, Cl–, К, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Mo, Cd, J, Pb Mg, Ca, V, Cr, Mn Ядерные методы Актива- ционный анализ Зависимость между количеством радиоактивных изотопов, образовавшихся в процессе взаимодействия с элементарными ядерными частицами, и массой определяемого элемента Твердое вещество Na, Cl, K, Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, As, Se, Br, Rb, Sb, J, Pb Приведенные в табл. 26 данные показывают, сколь разнообразны методы химического анализа почвы. Многие из них настолько сложны, что могут быть реализованы лишь в специализированных лабораториях с применением сложного и дорогостоящего оборудования. Поэтому ниже мы рассмотрим особую группу методов, называемых полевыми, и некоторые их особенности. 10.2. Полевые методы оценки показателей состояния почвы Из большого числа методов анализа почвенных вытяжек выделяют относительно небольшую группу методов, называемых «полевыми» (приведены в ГОСТ 1030). Эти методы применимы в самых разнообразных условиях – как специалистами, например, в ходе полевых экологических работ, при лабораторных исследованиях и др., так и неспециалистами – например, в условиях образовательных учреждений. Они могут использоваться также широким кругом заинтересованных лиц, не имеющих связей с лабораториями, аналитическими и экологическими центрами. 10
Под полевым методом подразумевается такой метод, который может применяться непосредственно на базе полевого подразделения, при отсутствии водопровода, централизованных источников электроэнергии, стационарных и специально оборудованных лабораторных помещений (ГОСТ 24902). Полевые методы обладают некоторыми характерными особенностями. Во-первых, полевые методы являются относительно несложными. Под сложностью метода понимается сложность используемого оборудования, сложность и трудоемкость его обслуживания, включая повышенные требования к квалификации персонала, выполняющего анализ. Применение недорогого портативного лабораторного оборудования, например, фотоколориметра, при проведении анализа в полевых условиях весьма желательно и значительно расширяет возможности полевых методов28. Во-вторых, к преимуществам полевых методов относится их экспрессность. Не секрет, что в ряде случаев использование тех или иных методов определяет не только сложность, но и длительность анализа, которая, включая операции подготовки, может достигать от нескольких часов до нескольких суток. Полевые методы, как правило, позволяют сократить продолжительность подготовки и анализа до нескольких десятков минут, а часто - и до нескольких минут. В-третьих, к полевым методам анализа предъявляются особые, менее жесткие (и это закреплено в нормативных документах – см., например, ГОСТ 24902), требования по точности анализов. В основу их положен расчет сходимости результатов двух параллельных определений. Полевые методы анализа можно рассматривать как несколько упрощенные варианты более сложных лабораторных методов. Это упрощение может быть обусловлено разными средствами, в частности: • применением визуально-колориметрического определения на завершающем этапе определения вместо фотометрического (приборного); • изменением состава аналитических растворов в направлении упрощенной и ускоренной их дозировки (например, вместо разбавленных растворов реагентов используются растворы с повышенной концентрацией, вместо жидких реагентов используются сухие сыпучие и др.); • применением портативных средств дозировки растворов и проб, например, вместо пипеток или мерных цилиндров используются шприцы или мерные склянки. В результате подобного упрощения может несколько сни- 28 Портативные полевые фотоколориметры разных типов поставляются объединением «Крисмас». 11
зиться точность анализа, однако приобретаются указанные выше преимущества. Полевые методы анализа, так же как и их более сложные лабораторные аналоги, в необходимых случаях предусматривают различные добавки в аналитические растворы, позволяющие обеспечить избирательность анализа и использовать их для контроля качества питьевой воды, природных (поверхностных и подземных), а в ряде случаев – и нормативно-очищенных сточных вод. Следует отметить, что некоторые параметры состояния почвы, имеющие важное экологическое и санитарно-химичес- кое значение, не могут быть выполнены экспрессно в полевых условиях, т.к. в ходе анализа используются такие операции, как прокаливание, точное взвешивание, кипячение и др. Кроме того, для выполнения таких операций необходимы источники тепла и специальные условия. Тем не менее, полевые методы и комплектное оборудование на их основе (см. п. 10.4) могут применяться для определения параметров почв и в условиях базового экспедиционного лагеря, при наличии проб, отобранных и подготовленных в полевых условиях. Полевые методы позволяют определять концентрации компонентов как в почвенных вытяжках, так и в воде. Таким образом, определяются важнейшие агрохимические и экологические параметры почвы – содержание минеральных солей (в водной вытяжке) и рН (в солевой вытяжке), показатели ионного обмена и др. Это удобно при проведении комплексных эколого-аналити- ческих работ, охватывающих в качестве объектов исследования не только почву, но и водоемы. Анализы почвенных образцов полевыми методами проводятся с применением комплектных полевых лабораторий, мини-экспресслабораторий, тест-комплектов и тест-систем, сведения о которых приведены в разделе 10.4. Полевые методы и соответствующее оборудование не следует противопоставлять лабораторным методам. Именно применение полевых методов на начальном этапе исследования почв позволяет рационализировать аналитический процесс, получить ценную первичную информацию и свести к минимуму затраты на получение массива аналитической информации (а в ряде случаев – и ограничиться полученной информацией). Вместе с тем, полевые методы – это не только методы анализа почвенных вытяжек и воды. Большая часть описательных методов оценки морфологических, биотических и др. показателей почвы традиционно выполняются в полевых условиях. Поэтому в следующем разделе, при обзоре доступных методов оценки показателей состояния почвы, мы рассмотрим всю совокупность доступных методов, т.е. выполнимых в полевых или лабораторных условиях при относительно несложном оснащении. 12
10.. Обзор доступных методов оценки показателей состояния почвы Перечень показателей экологического состояния почвы для практической оценки доступными методами приведен в табл. 27. В ней же приведены ссылки на источник, в котором описана методика оценки соответствующего показателя в более или менее подробном изложении. Приведенные методы могут быть применены непосредственно в полевых условиях, вне специализированных лабораторий, не требуют оснащения сложными лабораторными приборами и наличия высококвалифицированных специалистов. Методы применимы в подвижных подразделениях природоохранных, агрохимических, геологических и иных служб, проводящих оценку состояния почвы, а также населением, общественными организациями и в образовательных учреждениях. Следует отметить, что доступность метода не свидетельствует о его чрезмерном упрощении и не снижает его научную корректность, а свидетельствует об отборе данного метода с выделением в группу актуальных, унифицированных и обеспеченных доступным оснащением. Таблица 27 Показатели состояния почвы и доступные методы их оценки № 1. 2. 3. 4. 5. Мор 6. Показатели состояния почвы Температура Содержание воздуха Суммарная биологическая активность почв Нефтепродукты Загрязняющие почву химические вещества Методы исследования Термометром По объему воды, вытесняющей воздух По протеазной активности почвенноживущих микроорганизмов 4.1. Экстракционно-коло- риметрический 4.2. Экстракционно-хро- матографический (тонкослойная хроматография) Тест-системами (сигнальный метод) Уровень сложности* Все уровни Все уровни П П П Все уровни Метод, оснащение** [49] [124] [25] [32] [32] [33] фологические свойства Механический (гранулометрический) состав Визуально, с измерением отдельностей Все уровни Раздел 7.5, [49] 1
Продолжение табл. 27 № 7. 8. Показатели состояния почвы Цвет (окраска) Сложение (плотность) Методы исследования 7.1. Визуально 7.2. По колористическим шкалам 8.1. По втыканию лезвия (ножа, лопаты) 8.2. Определение относительной плотности 8.3. Определение удельного веса Уровень сложности* Н, С С, П Н, С С, П С., П Метод, оснащение** Раздел 7.5 Раздел 7.5 Раздел 7.5 Раздел 7.5, [49] [49] Органическое вещество 9. 10. Содержание гумуса Органическое вещество, суммарно 9.1. По седиментации взвешенной в воде почвы 9.2. Гравиметрический (по массе после прокаливания) 9.3. По жидкофазному окислению органического вещества хромовой смесью Фотоколориметрический, гравиметрический Н, С С, П П П [13] [47], [49], [83] [47] [111] Водные свойства 11. 12. 13. Пок 14. 15. Содержание влаги (влажность) Увлажненность Влагоемкость Гравиметрический, после сушки (на воздухе, в термостате) Методы фитоиндикации (качественно) По измерению поглощенного объема влаги С, П С, П С, П Раздел 7,5, [1], [2], [49] Глава 8 [47], [49] азатели кислотности Кислотность почвы рН солевой вытяжки Методы фитоиндикации (качественно) 15.1. По индикаторной бумажке 15. 2. Визуально-колориметрический 15. 3. С помощью рН-мет- ра (потенциометрический) С, П Н С, П П Глава 8 [2], [33] [2], [33], [47], [64] [1], [2], [47], [83], [112], [117] 1
Продолжение табл. 27 № 16. 17. Показатели состояния почвы Методы исследования Кислотность об- Визуально-колориметри- менная (Н+ и Al3+ ческий (рН) и титримет- обменный) рический (Al) Кислотность гид- Потенциометрический (по ролитическая значению рН суспензий) Уровень сложности* П П Метод, оснащение** [47], [83], [118] [110] Содержание водорастворимых солей (хлорид, сульфат, карбонат, гидрокарбонат, кальций-магний, натрий-калий) 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. Пок Содержание солей в водной вытяжке Удельная электропроводимость Солесодержание общее Карбонаты и бикарбонаты (индивидуально и суммарно) Кальций и магний Сульфаты Хлориды Соединения калия, водорастворимые Засоленность азатели обмена 18.1. По образованию следа от капли (качественно, сравнительный метод) 18.2. Титриметрический Кондуктометрический Концентрации растворимых солей – карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, кальция и магния, калия и натрия Титриметрический Титриметрический Турбидиметрический, гравиметрический Титриметрический, по- тенциометрический Расчетный, по разнице концентраций в водной вытяжке главных анионов и солей жесткости Относительное и абсолютное содержание солей – карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов Н С, П С, П С, П П П С, П С, П П С, П [2], [33] [2], [31],[47], [61], [62], [63], [65] [112] См. соотв. показатель [113] [116] [115] [114] [2], [33] См. соотв. показатель 1
Продолжение табл. 27 № 27. 28. 29. Показатели состояния почвы Аммоний обменный Емкость катион- ного обмена (Ba2+ или Mg2+, экв. емкости катион- ного обмена) Кальций обменный и магний обменный (подвижный) Методы исследования Фотоколориметрический Комплексонометрический, фотоколориметрический Титриметрический, фотоколориметрический Уровень сложности* П П П Метод, оснащение** [121] [103] [119] Элементы питания 30. 31. 32. 33. Азот общий (азот из всех форм, после озоления в прис. конц. серной кислоты) Нитраты, азот нитратов Соединения фосфора Соединения калия, водорастворимые Титриметрический, фотоколориметрический Фотоколориметрический Фотоколориметрический Расчетный, по разнице концентраций в водной вытяжке главных анионов и солей жесткости П С, П П П [108] [120] [109] [2], [33] Примечание к таблице: * Рекомендуемый уровень сложности проведен для оценки возможности практической оценки данного показателя в общеобразовательных учреждениях. ** См. указанный раздел настоящего издания либо источник в соответствии со «Списком литературы» В «Списке литературы» приведены обозначения и названия нормативных документов (методик), по которым проводится контроль химических и физико-химических показателей состояния почвы. 1
10.. Полевое оборудование для оценки показателей химического состава почв 10..1. Обзор оборудования для полевых анализов Как отмечалось выше, анализы почвенных образцов при оценке показателей химического состава почв могут выполняться полевыми методами. В нашей стране и за рубежом производится соответствующее для таких анализов оборудование – комплектные полевые лаборатории, мини-экспресс- лаборатории, тест-комплекты и тест-системы. Оборудование для полевых анализов позволяет выполнять химические измерения, как правило, стандартными методами, с использованием типовых или модифицированных (упрощенных) методик, а также тест-методов. Тест-системы – наиболее простые средства сигнального или полуколичественного химического анализа, представляющие собой товарную форму продукции с комплексом потребительских свойств, сочетающих в себе максимальную экспрес- сность анализа, простоту применения, наглядность результата, доходчивость и лаконичность инструкции. Тест-системы применяются как самостоятельно, так и в составе более сложных портативных и лабораторных методов и средств (тест-комплектов, комплектных полевых лабораторий). Наибольшее применение для исследования почвы из производимых объединением «Крисмас» получили химические тест-системы «Нитрат- тест», «рН-тест», «Активный хлор», «Железо общее», «Медь», «Хром». Тест-комплекты представляют собой специально подобранные комплекты химических расходных материалов, принадлежностей и документации. Предназначены для выполнения количественного или полуколичественного химического экспресс-анализа почвенной вытяжки (воды) в полевых, а также в лабораторных и производственных условиях. Каждый тест-комплект позволяет выполнять анализ по какому-либо одному показателю, что следует из наименования комплекта («Сульфаты», «Хлориды», «Железо общее» и т.п.). В состав Т.-К. входит все необходимое для анализа: растворы реагентов и индикаторов, буферные растворы, капсулированные химикаты; мерные склянки для отбора и дозировки проб, пипетки- капельницы, мерные пипетки, пробирки, склянки для хранения экстрактов; специальные принадлежности для анализа; иллюстрированное руководство или паспорт с описанием методики анализа; контейнер-укладка. Тест-комплекты отличают- 1
ся от комплектных полевых лабораторий компактностью, удобством и простотой в использовании. Могут включаться в ранцевые укладки в качестве модулей. Выпускаемые объединением «Крисмас» тест-комплекты не уступают импортным аналогам, содержат легко восполняемые расходные материалы, просты в применении, доступны по цене, обеспечивают минимальную стоимость анализа. Полевые комплектные лаборатории – специальные портативные комплекты для выполнения количественного или полуколичественного химического экспресс-анализа почвенной вытяжки (воды) на содержание нескольких компонентов в полевых, лабораторных или производственных условиях. Представляют собой компактно уложенную подборку готовых расходных материалов на 100 анализов, принадлежностей, оборудования и документации. В состав полевой лаборатории входит все необходимое для анализа: растворы реагентов и индикаторов, буферные растворы, капсулированные химикаты; мерные склянки для отбора и дозировки проб, пипетки-капельницы, мерные пипетки, пробирки, склянки для хранения экстрактов; специальные принадлежности для анализов; иллюстрированное руководство или паспорт с описанием методики анализа, а также укладка – контейнер или ранец. В отличие от тест- комплектов, комплектные лаборатории позволяют выполнять анализы, как правило, по многим показателям. Так, полевая комплектная лаборатория «НВК» рассчитана на выполнение анализа воды и почвенных вытяжек по 16 важнейшим показателям. Полевая лаборатория в той же мере портативна, что и тест-комплект, однако дополнительно содержит некоторые полезные принадлежности и посуду (например, штативы, пипетки, держатели, мерные колбы и т.п.). Кроме того, лаборатории включают подробные иллюстрированные руководства по применению. Могут включать также тест-системы для предварительной сигнальной или полуколичественной оценки значения измеряемого параметра. Разновидностью комплектных полевых лабораторий являются мини-экспресслаборатории, представляющие собой функционально-целостный комплект индикаторных средств, вспомогательного оборудования, принадлежностей и материалов, размещенных вместе с документацией в жестком переносном контейнере-укладке. Мини-экспресслаборатории сочетают в себе многофункциональность полевой лаборатории с максимальной портативностью, минимальным весом и быстротой выполнения анализов, что достигается оптимальным сочетанием в укладке тест-систем и реактивов из простейших тест-комплектов (например, мини-экспресслаборатория «Пчелка-У/почва»). 18
Наконец, ранцевые модификации комплектных лабораторий позволяют перенести всю подборку необходимых для анализа средств непосредственно к полевому объекту. В отличие от контейнера, возимого либо ограниченно носимого, ранец разработан специально для переноски аналитических модулей (тест-комплектов, посуды, принадлежностей, проб и т.п.) в заплечном варианте. Измерительные комплекты – портативные комплекты для измерений концентраций химического вещества (или нескольких веществ) согласно действующим руководящим документам (РД, ПНД Ф, МВИ, МУ и т.п.). В состав измерительных комплектов входят предусмотренные методикой специальные оборудование и принадлежности, а также расходные материалы на 100 анализов и документация, регламентирующая выполнение химического анализа. Однако, являясь обеспечением сложных лабораторных методов, измерительные комплекты часто предусматривают использование типового лабораторного оборудования, имеющегося в большинстве лабораторий (фотоколориметры, хроматографы, аналитические весы, хроматографы и др.), поэтому они применяются обычно в лабораторных условиях в комплексе с типовым лабораторным оборудованием и приборами (см. табл. 20). Комплекты расходуемых реактивов и растворов также являются продукцией, которая оказывается полезной при полевых анализах почв, т.к. позволяет значительно снизить трудоемкость работ, связанных с подготовкой к выполнению анализов (подбор и закупка реактивов, приготовление растворов и т.п.). Следует отметить, что в ряде случаев при анализах применяются очищенные или специальные реактивы и растворы, приготовление которых может оказаться затруднительным даже в лаборатории среднего звена. К данному виду комплектов мы относим также комплекты пополнения для полевых лабораторий и тест-комплектов, которые уже были приобретены потребителем. Закупка комплектов пополнения позволяет снизить стоимость последующих аналитических работ более чем на 60%. Ниже приводятся описания некоторого, наиболее распространенного, оборудования для исследования почв в полевых условиях. 1
10..2. Полевые комплектные лаборатории «НКВ» Назначение и области применения. Полевые комплектные лаборатории «НКВ» позволяют выполнять контроль качества природных вод хозяйственно-питьевого назначения, общая минерализация которых не превышает 3 г/л, а также анализ загрязненных природных вод, сточных вод и почвенных вытяжек. Рис. 16. Полевые комплектные лаборатории «НКВ» Предназначены для определения показателей качества воды и состава водных вытяжек в полевых и лабораторных условиях. Применяются для профессиональной деятельности при гидрохимическом анализе, в ходе учебно-исследовательских работ и практикумов экологической направленности, в профильных курсах химии, экологии, технологии, в дополнительном и профессиональном образовании. Методы и определяемые параметры Полевые лаборатории «НКВ» позволяют выполнять количественное и полуколичественное определение концентраций анализируемых компонентов. При количественном анализе (титровании, приборном колориметрировании) результат анализа вычисляется по среднему арифметическому результатов двух определений, имеющих удовлетворительную сходимость (20–30%). При колориметрировании с помощью визуально-колориметрической пленочной шкалы определение носит полуколичественный характер. Методы гидрохимического анализа, реализованные в «НКВ», являются унифицированными и соответствуют ГОСТ 24902, ГОСТ 18309, ряду методик ПНДФ 14.1. и стандартов ИСО. 10
«НКВ» также позволяет определять стандартизованными методами температуру и органолептические показатели анализируемых образцов. Состав комплектных лабораторий «НКВ» • Готовые к применению аналитические реактивы и растворы: индикаторы, реагенты, буферные смеси, соли, капсулированные химикаты (на 100 анализов, дефицитные реактивы – на 1000 анализов, для приготовления растворов потребителем). • Средства дозировки реагентов и растворов: колбы мерные, мерные склянки, пипетки мерные и капельные, цилиндр мерный, шприц медицинский. • Материалы: бумага индикаторная и фильтровальная. • Посуда: воронки фильтровальная и делительная, колбы конические, палочка стеклянная, пробирки колориметрические и мутномерные, стаканчик для выпаривания. • Приборы: мутномер полевой, термометр. • Принадлежности: линейка, ножницы, стойка-штатив, трубка гибкая, шпатель. • Средства защиты: защитные перчатки и очки. • Контрольные шкалы образцов окраски для визуального колориметрирования, водозащищенные. • Контейнеры либо ранцевые укладки для хранения и переноски • Документация: иллюстрированное «Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами», паспорт, сертификат. • Полевой фотоколориметр «Экотест- 2020» со светодиодами (400 нм, 525 нм, 660 нм, 850 нм), кондуктометр DIST2 (0–10 г/л) (в состав базовой комплектности не входят). Количество анализов может быть увеличено посредством поставки дополнительных расходных материалов (комплектов пополнения). Ранцевая укладка поставляется в 2-х вариантах: «большом» ранце («НКВ-Р») и «малом» ранце («НКВ-Рм»). Ранцевые модификации многофункциональны и могут использоваться как в полевых, так и в стационарных условиях. Конструктивно ранцевая укладка изготовлена с учетом особенностей экспедиционной работы. Состав ранцевых модификаций лаборатории «НКВ» приведен в табл. 28. 11 Рис. 17. Полевой фотоколориметр «Экотест-2020»
Таблица 28 Состав ранцевых модификаций лаборатории «НКВ» Наименование комплектующего модуля Тест-комплект «Аммоний» Тест-комплект «Железо» Тест-комплект «Карбонат» Тест-комплект «Нитраты» Тест-система «Нитрат-тест» Тест-комплект «ОЖ-1» Тест-комплект «Ортофосфаты» Тест-комплект «Растворенный кислород-БПК» Тест-комплект «рН» Тест-комплект «Сульфаты» Тест-комплект «Хлориды» Тест-комплект «Мутность» Тест-комплект «Цветность» Модификация НКВ-Р + + + + + + + + + + + + + НКВ-Рм + + + – – + – – – + + + + Комплект тест-систем для экспресс-анализа воды Показатели загрязненности природных и почвенных вод (сигнальный контроль тест-системами): активный хлор; железо (2); железо общее; кислотно-основные загрязнения (рН); медь; никель; нитраты; нитриты; хром + + Принадлежности для гидробиологических исследований (биотический индекс Вудивисса) Гидробиологический набор: сачок специальный для отлова гидробионтов (ячейка 300 мкм); сито для отбора гидробионтов (ячейка 0,3– 1,5 мм); баночки на 100 мл (5 шт.); спирт этиловый во флаконе (250 мл); стакан пластм. на 50 мл (3 шт.); пипетки пластм. на 3 мл (5 шт.); чашки Петри, d=6 см (10 шт.); набор пинцетов (3 шт.); кюветы белые (2 шт.); лупы «х2–4» (3 шт.); флаконы пеницилл. с пробками на 20 мл (10 шт.) + « Принадлежности Стакан п/п на 100 мл – 3 шт.; воронка (d=5 см) – 3 шт.; фильтры «белая лента» (d=9 см) – 1 уп.; штатив на 10 проб. – 2 шт.; термометр (0 +50 С); ножницы –1 шт., поднос – 1 шт., очки защитные – 1 шт., перчатки защитные – 5 пар, сито – 1 шт. + + 12
1
1
1
10... Ранцевая лаборатория исследования почвы «РПЛ-почва» Ранцевая полевая лаборатория исследования почвы («РПЛ-почва») предназначена для определения параметров и химического состава почвенных вытяжек, а также сигнального контроля загрязненности почв водорастворимыми загрязнителями непосредственно в полевых условиях. Измерения выполняются количественными и полуколичественными гидрохимическими методами, принятыми при оценке химических показателей почвы (табл. 30). При сигнальном экспресс-контроле с применением тест-систем используются индикационные визуально-колориметрические методы. Таблица 30 Стандартизованные методы анализа почв, на основе которых сформирована «РПЛ-почва» ГОСТ 26204-91 ГОСТ 26423-85 ГОСТ 26424-85 ГОСТ 26425-85 ГОСТ 26426-85 ГОСТ 26428-85 ГОСТ 26483-85 ГОСТ 26484-85 ГОСТ 26487-85 ГОСТ 26488-85 ГОСТ 26489-85 ГОСТ 17.4.4.01-84 Почвы. Определение подвижности соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотности остатка водной вытяжки Почвы. Метод определения карбоната и бикарбоната в водной вытяжке Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке Почвы. Методы определения кальция и магния в водной вытяжке Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение рН по методу ЦИНАО Почвы. Метод определения обменной кислотности Почвы. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО Почвы. Методы определения емкости катионного обмена Благодаря простоте и удобству «РПЛ-почва» может применяться как специалистами, так и неспециалистами, прошедшими краткий курс обучения. Лаборатория «РПЛ-почва» сформирована по модульному принципу. Каждый модуль позволяет проводить измерения по одному показателю, имея в составе все необходимое для работы, включая готовые к применению растворы для химического анализа. 1
укладки, Технические характеристики: • Габаритные размеры ранцевой мм – не более 400x200x1200. • Масса, кг – не более 17. • Методы анализа: визуальный, органолеп- тический, визуально-колориметрический, титриметрический, турбидиметрический. При экспресс-контроле с применением тест- систем используются индикационные визуально-колориметрические методы. Оцениваемые показатели см. в табл. 31. • Продолжительность экспресс-анализа, мин. – не более 15. • Срок хранения, лет: сухие реакти- ( вы – не менее 3, растворы – не менее 1. • Ресурс по расходным материалам – не менее 100 анализов по каждому по- Рис. 17. Ранцевая полевая казателю. лаборатория «РПЛ-почва» • Не требует электроснабжения и водоснабжения. • Объем ранца – 70 л. • Конструкция ранца: полужесткий каркас, изменяемая внутренняя планировка, откидывающаяся панель-столик, защищенность от дождя и грязи, анатомичная конструкция спины и лямок, поясной ремень, грудная стяжка, чехол (защита от сильного дождя). Состав: • Тест-комплекты (9 наименований) с готовыми к применению реактивами и растворами, компактной посудой и средствами дозировки реагентов, принадлежностями, стойкой-штативом, контрольными шкалами образцов окраски (водозащищенными). • Реактивы для приготовления кислотной и солевой вытяжек. • Комплект тест-систем (8 наименований). • Весы аптечные с разновесами. • Кондуктометр и полевой фотоколориметр (дополнительная оплата, в состав «РПЛ-почва» не входят). • Иллюстрированное руководство. • Ранец-укладка. Подробнее состав см. в табл. 31. Поставляется комплект пополнения расходных материалов (30% от стоимости лаборатории). Примечание. РПЛ-почва может доукомплектовываться портативными приборами - кондуктометром DIST 4 HANNA Inst (см. таблицу) и полевым колориметром «Экотест-2020» (4-6 светофильтров) для измерения оптической плотности проб в полевых условиях. Кондуктометр и полевой фотоколориметр поставляются по отдельной заявке (в базовую комплектацию «РПЛ-почва» не входят). 1
18
1
10... Тест-комплекты для анализа природных вод и почвенных вытяжек Тест-комплекты предназначены для количественного или полуколичественного экспресс-контроля концентраций компонентов в воде и почве по вытяжкам. Используемые при анализах методы соответствуют принятым в практике санитарно-химичес- кого (водно-химического) контроля и обеспечивают достоверность результатов при минимальной продолжительности анализа. Состав тест-комплектов В состав тест-комплектов входят: готовые растворы аналитических реагентов, индикаторов, буферные растворы, капсу- лированные химикаты (на 100 анализов), мерные склянки для отбора и дозировки проб (2,5–100 мл), пипетки-капельницы, мерные пипетки и др. средства дозировки растворов, принадлежности, необходимые для анализов, паспорт с описанием методики контроля и коробка-укладка. Технический показатели Определяемые показатели и характеристики тест-комплектов приведены в табл. 32. Таблица 32 Определяемые показатели и характеристики тест-комплектов для анализа природных вод и почвенных вытяжек Сокращения в таблице: ВК - визуально-колориметрический; ТМ - титри- метрический; ТДМ - турбидиметрический Номер заказа 6.143 6.151 6.166 6.148 Наименование Активный хлор Алюминий Емкость кати- онного обмена Аммоний Определяемые компоненты Активный хлор в свободной и связанной формах (Сl2, гипох- лориты, хлорамины и т.п.) Остаточный алюминий (Al3+) Mg2+ NH4+ Диапазон определяемых концентраций 0,3–0,5 мг/л 0,5–2,0 мг/л 0–0,2–0,5– 1,0–2,0 мг/л 1–30 мг экв./100 г почвы 0–0,2–0,7– 2,0–3,0 мг/л Объем пробы, мл 250 50 10 1 г почвы 5 Используемые методы ТМ ВК Комплексо- метрический ВК 10
Продолжение табл. 32 Номер заказа 6.158 6.190 6.147 6.170 6.081 6.161 6.150 6.162 6.153 6.145 6.149 6.180 6.183 6.146 6.240 6.160 6.152 Наименование Гидразин Железо Кальций Карбонаты, щелочность Кислород растворенный БПК (РК-БПК) Кислотность почвы Масло и нефтепродукты Металлы Мутность Нитраты Нитриты Общая жесткость «ОЖ-1» Общая жесткость Окисляемость перманганат- ная Ортофосфаты pH (водородный показатель) ПАВ-А Определяемые компоненты N2H4 Сумма Fe2+ и Fe3+ Ca2+ HCO3–, CO32– Растворенный О2, биохимическое потребление кислорода Качественно Масло и нефтепродукты Сумма металлов (Cu, Zn, Pb) Мутность/ Прозрачность NO3– NO2– Сумма Ca2+ и Mg2+ Сумма Ca2+ и Mg2+ Органические соединения Сумма PO43–, HPO42–, H2PO4–, H3PO4 –Ig [H+] Анионоактивные синтетические поверхностно-активные вещества Диапазон определяемых концентраций 0–0,05–0,3–1,0 мг/л 0–0,1–0,3– 0,7–1,0–1,5 мг/л 2–500 мг/л 30–1200 мг/л и более 0,5–15,0 мг/л Качественно 1–20 мг/л 0–0,1–0,3– 0,5–1,0 мкмоль/л 1–40 см 0–5–15–30–50 мг/л 0–0,02–0,1– 0,5–1,0 мг/л 0,5–20 ммоль/ л 0,05–10 ммоль/л 0,5–10 мг/л (потребленного О2) 0–0,2–1,0– 3,5–7,0 мг/л 4,5–5,0–5,5– 6,0–6,5–7,0–8,0– 8,5–9,0–10,0–11,0 ед. рН 0–0,5–1,0– 2,0–5,0 мг/л Объем пробы, мл 10 10 10 10 100–200 2 200–250 25 300 6 5 2,5–5– 10 10–250 50 5–10– 20 5 10 Используемые методы ВК ВК ТМ ТМ ТМ (метод Винклера) ВК Бумажно- хроматогр. ВК По шрифту ИСО 7027 ВК ВК ТМ, капельное титрование ТМ, объемное титрование ТМ ВК ВК. ВК 11
Продолжение табл. 32 Номер заказа 6.142 6.163 6.164 6.155 6.144 6.157 Наименование Сульфаты Фенолы Формальдегид Фториды Хлориды Цветность Определяемые компоненты SO42– Летучие фенолы (С6Н5ОН и др.) СН2О F– Cl– Цвет Диапазон определяемых концентраций 30–70 мг/л и более 0–0,02–0,1– 0,2–0,5 мг/л 0–0,05–0,2– 0,5–2,0 мг/л 0–0,2–0,7–2,0 мг/л 20–1200 мг/л и более 0–30–100– 300–1000 град. цветн. Объем пробы, мл 20–30 50 10 2,5 10 12 Используемые методы ТДМ ВК ВК ВК ТМ ВК Примечание: Количество анализов может быть увеличено поставкой комплектов пополнения. Диапазон определяемых концентраций может быть расширен посредством разбавления анализируемых проб. 10... Измерительные комплекты для анализа почвенных вытяжек Таблица 33 Измерительные комплекты Номер заказа 5.01 5.02 5.03 5.04 5.05 5.06 Определяемые параметры (компоненты) Емкость катионного обмена Кальций, магний в водной вытяжке Карбонат и бикарбонат в водной вытяжке Обменный аммоний в солевой вытяжке Обменный кальций, обменный (подвижный) магний в солевой вытяжке Общий азот Используемый метод Комплексонометрический, фотометрический (метод ЦИНАО, ГОСТ 17.4.4.01) Комплексонометрический (ГОСТ 26428) Титриметрический, с фенолфталеином и метиловым оранжевым (ГОСТ 26424, ГОСТ 26423) Фотометрический, с гипохлоритом и салицилатом натрия (метод ЦИНАО, ГОСТ 26489) Комплексонометрический, фотометрический (ГОСТ 26487) Титриметрический, фотометрический (метод ЦИНАО, ГОСТ 26107) 12
Продолжение табл. 33 Номер заказа 5.07 5.08 5.09 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 Определяемые параметры (компоненты) рН в солевой и водной вытяжках Нитраты Обменная кислотность Ион сульфата Ион хлорида Подвижные соединения фосфора Гидролитическая кислотность Влажность, максимальная гигроскопическая влажность, влажность устойчивого завя- дания растений Анализ и экспрессное определение минеральных удобрений Контроль кислотности и засоления почв в полевых условиях (Пчелка-У/почва) Используемый метод Потенциометрический, колориметрический (ГОСТ 26483, ГОСТ 26423) Фотометрический, с гидразином, с использованием меди в качестве восстановителя (ГОСТ 26488) Потенциометрический (ГОСТ 26484) Весовой, турбидиметрический (ГОСТ 26426) Титриметрический (ГОСТ 26425) Фотометрический (ГОСТ 26204) Потенциометрический (ГОСТ 26211) Гравиметрический (ГОСТ 28268) Экспрессные химические методы Полевые методы количественного анализа (визуально-колориметрический, титриметрический) 10... Тест-системы для быстрого обнаружения загрязненности в воде и почве Тест-системы позволяют анализировать: • показатели качества питьевой, природной и сточной воды, почвенных вытяжек по компонентам естественного состава и антропогенного загрязнения – алюминий, аммоний, аскорбиновая кислота, БПК5, железо, калий, карбонаты, кальций, кремний, кислород, магний, медь, нитраты, нитриты, общая жесткость, временная и постоянная, жесткость воды, щелочность, рН, сероводород, сульфаты, тяжелые металлы (сумма), фториды, фосфаты, хлор активный, хлориды, цианиды, цинк; • загрязненность воды и местности промышленными токсикантами – гептил, амил, самин, соединения алюминия, кадмия, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, хрома (VI) и др.; Рис. 18. Тест-системы 1
• зараженность почвы и поверхностей – отравляющими веществами, диверсионными ядами, другими высокотоксичными веществами – ФОВ (зарин, зоман, Вэ-газы), иприты, люизит, Си-эс, Си-ар, синильная кислота, фосген, хлорци- ан, хлорпикрин, хлор, гептил, цианиды, соединения мышьяка, ртути, свинца и др. Тест-системы комплектуются инструкцией по применению и водозащитной контрольной цветной шкалой для полуколичественной оценки концентрации анализируемого компонента. Тест-системы производства ЗАО «Крисмас+» для анализа воды и водных растворов имеют гидрофильную тканевую или бумажную основу, содержащую сухую рецептуру (за исключением тест-систем на основе сухих индикационных таблеток). В большинстве тест-систем основа и рецептура защищены прозрачным полимерным покрытием. Время анализа с помощью тест-систем – не более 3–5 мин. Тест-системы работоспособны при температурах воды (пробы) 5–35°С. Характеристики тест-систем производства ЗАО «Крисмас+» приведены в табл. 34. Таблица 34 Тест-системы для анализа воды и почвенных вытяжек производства ЗАО «Крисмас+» № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Наименование тест-системы Активный хлор Активный хлор Т Аммоний Т Железо (2) Железо (3) Железо общее Железо общее Т Жесткость общая Т Медь Медь Т Никель Нитрат-тест Нитрит-тест РК Т Сульфид-тест Определяемый компонент Активный хлор (свободный, связанный) NH + Fe2+ Fe3+ Сумма Fe2+ и Fe3+ Сумма Cа2+ и Mg2+ Cu2+ Cu2+ Ni2+ NO3- NO2- Растворенный O H2S, HS–, S2– Диапазон концентраций, мг/л 0–1,2–10–100 0–1–3–5 0–1–2–4 0–3–30–300 0–50–100–1000 0–50–400–1000 0–1–5–10 0–20 ммоль/л экв. и более 0–5–30–300–1000 0–1,5–2–4 0–10–1000 0–10–50–200– 1000 0–1–3–30– 3000 0–4–8 0–10–30–100–300 Кол-во анализов 100 20 20 100 100 100 20 20 100 20 100 20 100 100 20 100 Тип * Тк-б. Табл. Табл. Тк-б. Тк-б. Тк-б. Табл. Табл. Тк-б. Табл. Тк-б. Тк-б. Тк-б. Табл. Тк-б. 1
Продолжение табл. 34 № п/п 16. 17. 18. 19. 20. Наименование тест-системы Фосфаты Т Хлорид Т Хромат-тест Хром Т рН-тест Определяемый компонент РО43–, НРО42–, Н РО – Cl– Cr (VI) в составе CrO 2–, Cr O 2– рН (водородный показатель) Диапазон концентраций, мг/л 1,0–2,0–4,0 0–20–40–60 0–3–10–100–1000 0–0,2–0,4–0,6 4–5–6–7–8–9–10 ед. рН Кол-во анализов 20 20 100 20 100 Тип * Табл. Табл. Тк-б. Табл. Тк-б. * Тип тест-систем: Тк-б. - на тканевой или бумажной основе; Табл. - на основе тест-таблеток. Поставляются тест-системы для обнаружения ОВ, СДЯВ, токсикантов в воде, почвенных вытяжках, воздухе других производителей по заказу. При контроле поверхностей необходимо вскрыть упаковку, приложить тест-систему активным слоем к капле вещества. Тест-системы применяются в соответствии с прилагаемыми инструкциями. 10... Комплектная мини-экспресслаборатория «Анализ удобрений» Назначение и области применения. Мини-экспресслаборатория «Анализ удобрений» позволяет провести экспрессный качественный анализ и определение видов основных минеральных удобрений (аммиачной, натриевой и калийной селитры, хлорида калия, мочевины, суперфосфата и др.) в полевых и лабораторных условиях. Незаменима при экспресс-анализе россыпей неизвестных удобрений и химических продуктов. Состав. Содержит необходимые химические реактивы и средства их дозировки, мерную и др. стеклянную посуду, сухое горючее для спиртовки, принадлежности, тест-системы для экспрессного определения нитратов, нитритов, фосфатов. Содержимое мини-экспрес- слаборатории уложено в жесткий носимый контейнер. Документация на мини-экспрессла- бораторию включает паспорт с руководством по применению, определитель Рис. 19 Комплектная мини- минеральных удобрений. экспресслаборатория «Анализ удобрений» 1
Заключение Представленный читателю материал свидетельствует о многофункциональности и разнообразии качественных характеристик почвы. Сущность экологической оценки состояния почвы состоит, таким образом, в комплексной оценке биолого-почвенных, геоморфологических, геохимических, геофизических и др. факторов и параметров ее состояния. Только такой взгляд на почву позволяет приблизиться к пониманию роли почвы в биосфере, имея в виду ее способность к воспроизводству биогеохимических циклов, круговороту веществ и обмену энергией. Подобный взгляд позволяет также понять связанные с состоянием почв экологические проблемы, в числе которых: • процессы опустынивания, приуроченные к регионам антропогенной активности и сопровождающиеся деградацией растительного покрова, разрушением и засолением почв, активизацией эрозионных процессов; • деградация почвенного покрова – снижение или потеря плодородия почв, приуроченное к земледельческим районам, вызванное чрезмерно интенсивным использованием пашни с нарушением агротехнических и экологических требований; • утрата значительной части продуктивных земель в результате их отчуждения для застройки и др. целей; • широкомасштабное комплексное промышленное и сельскохозяйственное загрязнение окружающей среды (воздуха, вод, почвы). Оценка экологического состояния позволяет судить и о качестве почвы, которое определяет ее потребительские свойства и возможность использования человеком почв или территорий для каких-либо целей, либо необходимость восстановительных мероприятий. В данном отношении, изложенные сведения и представления хорошо согласуются с задачами реальной практики экологического контроля государственными, ведомственными службами или общественностью. Однако, почва, как компонент биосферы, создана Природой вовсе не для использования ее человеком, причем именно почва необходима человеку для жизнедеятельности, а не наоборот. Поэтому почву необходимо рассматривать как объект природного (а в некотором отношении – и культурного) наследия человечества, и в этом – важнейшая методологическая и мировоззренческая роль экологических представлений о почве. 1
Список литературы 1. Алексеев С.В., Беккер А.М. Изучаем экологию - экспериментально. (Практикум по экологической оценке состояния окружающей среды) / Под ред. Алексашиной И.Ю. - СПб.: Изд. СПб ГУПМ, 1993. 2. Алексеев СВ., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие/ Под ред. Алексеева С.В.- М.: АО МДС, 1996. 3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. -М.: Изд-во МГУ, 1972. 4. Беспамятнов Г.П., Кротов ЮА. ПДК химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1985. 5. Богдановский ГА. Химическая экология: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1994. 6. Боул С, Хоул Ф., Мак-Крекен Р. Генезис и классификация почв. М.: «Прогресс», 1977. 7. Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. - М.: Советская Россия, 1989. 8. Воробьева ЛА. Лекции по химическому анализу почв. -М.: Изд- во МГУ, 1978. 9. Гагарина ГЛ., Матинян Н.Н., Счастная Л.С, Касаткина ГЛ. Почвы и почвенный покров Северо-Запада России. - СПб.: Изд. СПб ГУПМ, 1995. 10. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. - М.: Недра, 1988. 11. Глазовская М.А. Опыт классификации почв мира по устойчивости к техногенным воздействиям // Почвоведение. - 1990. - № 9. 12. Горышина Т.К., Антонова И.С., Самойлов Ю.И. Практикум по экологии растений. - СПб., 1992. 13. Грин Н, Стацт Т., Тейлор Д. Биология: В 3 т., Т. 2. Пер. с англ. / Под ред. Р. Сопера. - М.: Мир, 1996. 14. Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Моргун Л.В. Организация и проведение почвенных исследований для экологического мониторинга. М.: Изд-во МГУ, 1991. 15. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почвы в биосфере и экосистемах. - М.: Наука, 1990. 16. Добровольский Г.В., Орлов Д.С, Гришина Л.А. Принципы и задачи почвенного мониторинга // Почвовед. - 1983. - № 11. 17. Докучаев В.В. Дороже золота русский чернозем. - М.: Изд-во МГУ, 1994. 18. Заславский М.Н. Эрозиоведение. - М.: Высшая школа, 1983. 19. Захаров СА. Курс почвоведения. - М./Л.: Госиздат, 1927. 20. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М.: Колос, 1987. 21. Зонн СВ. Современные проблемы генезиса и географии почв. - М.: Наука, 1983. 1
22. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Относительные показатели загрязнений в системе почва-растение. Почвовед. - 1979. - № 4. С. 61-67. 23. Капелькина П.П., Белый А.И. Экологическое состояние городских территорий Санкт-Петербурга. (сб.). - Экология Балтийского региона. СПб., 1992. 24. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. -М.: Изд-во МГУ, 1993. 25. Касаткина Г.А., Цыпленков В.П. О зависимости качественного состава органического вещества от биологической активности почвы // Вестник Ленингр. ун-та: 1983. - Сер. биол. - Вып. 1. - № 3. - С. 106-109. 26. Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. -М.: Наука, 1975. 27. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия.-М.: Колос, 1996. 28. Классификация и диагностика почв СССР. -М.: Колос, 1977. 29. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. -М.: Наука, 1985. 30. Ковда В.А. Почвенный покров, его использование, улучшение и охрана. -М.: Наука, 1981. 31. Полевая комплектная лаборатория «НКВ», производство ЗАО «Крисмас+». Руководство по применению. 32. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Программы, методики, оснащение: Учебно-методическое пособие. -Авт. коллектив. Под ред. д.пед.н. ЛА. Коробейниковой и к.х.н. А.Г. Муравьева. Изд. 3-е, перераб. и дополн. - СПб.: Крисмас+, 2002. 33. Комплектная мини-экспресс лаборатория «Пчелка- У». Методико-дидактический комплект для экологических исследований), производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.160.000.ПС 34. Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. -М.: Изд-во МГУ, 1984. 35. Муравьев А.Г, Данилова В.В., Смолев Б.В. и др. Руководство по применению мини-экспресслаборатории «Пчелка-У» и ее модификаций при учебных экологических исследованиях. / Под ред. А.Г. Муравьева. Изд. 3-е, перераб. и дополн. - СПб.: Крисмас+, 2006. 36. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния природно- антропогенного комплекса: Учебно-методическое пособие. Изд. 2-е, перераб. и дополн. - СПб.: «Крисмас+», 2000. - 118 с. 37. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., перераб. и дополн. - СПб.: Крисмас+, 2004. 38. Муравьев А.Г. Экологический мониторинг / Программа курса для учащихся 9–11 кл. СПб.: Крисмас+; ИСАР-Москва, 1998. 39. Новиков Ю.В. и др. Методы исследования качества воды водоемов. / Под ред. Шицковой А.П. - М.: Медицина, 1990. 40. Нормативные данные по предельно-допустимым уровням загрязнения вредными веществами объектов окружающей среды. (Справочный материал). -СПб.: Крисмас+, 1997. 18
41. Одум Е. Экология. -М.: Просвещение, 1968. 42. Основы геоэкологии: Учебник/ Под ред. В.Г. Морачевского.- СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1994. 43. Охрана окружающей природной среды: Постатейный комментарий к Закону России.- М.: Республика, 1993. 44. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв. -М.: Изд-во МГУ, 1994. 45. Правила по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 46. Пути регулирования плодородия почв. -М.: Агропромиздат, 1991. 47. Радов А.С. Практикум по агрохимии/ Под ред. проф. А.С Радова. - М.: Колос, 1971. 48. Раменский Л.Г. и др. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: 1956. 49. Растворова ОГ. Физика почв (Практическое руководство) - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. 50. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: В 4 книгах. Кн. 2. Загрязнение воды и воздуха / Пер. с англ. - М.: Мир, 1995. 51. Розанов А.Б., Розанов Б.Г. Экологические последствия антропогенных нарушений почв / Итоги науки и техники. ВИНИТИ, №7, 1990. 52. Санитарно-гигиенические методы исследования пищевых продуктов и воды (справочное пособие) / Под ред. проф. Г.С. Яцулы. - К.: Здоровье, 1991. 53. Сапрыкин Ф.Я. Геохимия почв и охрана природы. Геохимия, повышение плодородия и охрана почв. - Л.: Недра, 1984. - 231 с. 54. Скорик Ю.И., Флоринская Т.М., Баев А.С. Отходы большого города: как их собирают, удаляют и перерабатывают. - СПб.: НЦ РАН, 1998. 55. Снакин В.В. и др. Экологический мониторинг. Методическое пособие для учителей средних учебных учреждений. - М.: РЭФИА, 1995 г. 56. Снакин В.В., Пузоченко ЮГ., Макаров СВ. и др. Толковый словарь по охране природы / Под ред. Снакина В.В. - М.: Экология, 1995. 57. Состояние окружающей среды Северо-Западного и Северного регионов России. / Под ред. А.К. Фролова. - СПб.: Наука, 1995. 58. Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды. - Авт.-сост. Арановская Г.И., Козинцев Ю.Н., Ляликов Ю.С. - М.: Судостроение, 1979. 59. Станиславская Е.В., Скворцов В.В., Муравьев А.Г., Кудрявцева Т.П. и др. Практическое руководство по оценке экологического состояния малых рек: Учебное пособие для сети общественного экологического мониторинга. / Под ред. д.б.н. В.В. Скворцова. - Изд. 2-е, перераб. и дополн. - СПб.: Крисмас+, 2006. 60. Тенсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде - М.: Мир, 1982. 1
61. Тест-комплект «Карбонаты», производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.170.000.ПС. 62. Тест-комплект «Общая жесткость», производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.183.000.ПС. 63. Тест-комплект «Сульфаты», производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.142.000.ПС. 64. Тест-комплект «рН», производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.160.000.ПС. 65. Тест-комплект «Хлориды», производство ЗАО «Крисмас+». Паспорт КРМФ.144.000.ПС. 66. Фокин А.Д. Почва, биосфера и жизнь на Земле. – М.: Наука, 1986. 67. Хайниш Э. и др. Агрохимикаты в окружающей среде. – М.: Колос, 1979. 68. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь-справочник. – М.: Агропромиздат, 1991. 69. Худолей В.В., Мизгирев И.В. Экологически опасные факторы. – СПб.: «Банк Петровский», 1996. 70. Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н. Экологический практикум: Учебное пособие для общеобразовательных учреждений с комплектом карт-инструкций. / Под ред. А.Г. Муравьева. СПб.: «Крисмас+», 2003. 71. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: 1983. 72. Чернова Н.М., Галушкин В.М., Константинов В.М. Основы экологии: Проб. учеб. пособие для 9 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 1995. 73. Экодинамика и экологический мониторинг Санкт- Петербургского региона в контексте глобальных изменений. / Под ред. К.Я. Кондратьева и А.К. Фролова. – СПб.: Наука, 1996. 74. Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге в 1993 г. (аналитический обзор) / Под ред. А.К. Фролова – СПб.: 1996. 75. Экологическая оптимизация агроландшафта. – М.: Наука, 1987. 76. Экологический атлас Санкт-Петербурга: Авт.–сост. Горелик Д.О. и др. –СПб.: ЭС «Мониторинг» / ГНПМП «Биомонитор», 1992. 77. Экологическое состояние водоемов и водотоков бассейна реки Невы. – СПб: Научный центр РАН, 1996. 78. Ellenberg H. Wiesen und Wieden und ihre standortliche Bewer- tung. Landwirtschaftliche Pflenzensoziologie, Bd.,II. Stuttgard,1952. 79. Landolt E. Okologische Zeigerwerte zur Schweizer Flora. Veroff. Geobot. Inst. Rubel, Hf.64,1977. 80. Water analysis handbook. – HACH Company, Loveland, Colorado, USA, 1992. 81. Кирюшкин В.И. Экологические основы земледелия. – М.: Колос, 1996. – 367 с., ил. 82. Почвенные исследования в заповедниках. Проблемы заповедного 180
дела. Вып.7. М.: 1995. 83. Ринькис Г.Я., Рамане Х.К., Куницкая Т.А. Методы анализа почв и растений. – Рига: Зинатне, 1987. 84. Гречин И..П. и др. Практикум по почвоведению.– М.: Колос, 1964. 85. Д.Ф.Ефремов, Л.О.Карпачевский, А.П.Сапожников, А.Д. Воронин. О классификации водного режима почв и лесных местообитаний. – Почвоведение. – 1986. – № 3. Определители растений 86. Травянистые растения СССР. 1–2 том. М.: Мысль, 1970–1971. 87. Растения полей и лесов. Прага, Артия, 1987 88. Раменская М.Л. Определитель высших растений Карелии. Петрозаводск, 1960. 89. Станков С.С., Талиев В.И. Определитель высших растений Европейской части СССР. М.: 1949. 90. Флора Ленинградской области, вып. 1–4. Л.: 1955–1965. 91. Горышина Т.К., Антонова И.С., Самойлов Ю.И. Практикум по экологии растений. С-Пб.: 1992. 92. Раменский Л.Г. и др. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: 1956. 93. Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: 1983. 94. Ellenberg H. Wiesen und Wieden und ihre standortliche Bewertung. Landwirtschaftliche Pflenzensoziologie, Bd.,II. Stuttgard,1952. 95. Landolt E. Okologische Zeigerwerte zur Schweizer Flora. Veroff. Geobot. Inst. Rubel, Hf.64,1977. Список нормативных документов по контролю химических и физико-химических показателей состояния почвы 96. ГОСТ 1030-81. Вода хозяйственно-питьевого назначения. Полевые методы анализа. 97. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. 98. ГОСТ 17.4.2.02-83. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей пригодности нарушенного плодородного слоя почв для землевания. 99. ГОСТ 17.4.2.01-81. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния. 100. ГОСТ 17.4.3.01. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. 101. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения. 102. ГОСТ 17.4.4.01-84. Охрана природы. Почвы. Методы определения емкости катионного обмена. 103. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора 181
и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. 104. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Почвы. Классификация нарушенных земель для рекультивации. 105. ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ. 106. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. 107. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота. 108. ГОСТ 26204-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО. 109. ГОСТ 26212-91. Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО. 110. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. 111. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, pH и плотного остатка водной вытяжки. 112. ГОСТ 26424-85. Почвы. Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке 113. ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке. 114. ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке. 115. ГОСТ 26428-85. Почвы. Методы определения магния и кальция в водной вытяжке. 116. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. 117. ГОСТ 26484-85. Почвы. Метод определения обменной кислотности. 118. ГОСТ 26487-85. Почвы. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО. 119. ГОСТ 26488-85. Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО. 120. ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО. 121. ГОСТ 27593-88. Почвы. Термины и определения. 122. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. 123. ГОСТ 28268-89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений. 124. СанПиН 42-128-4433-87. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве. 182
Словарь терминов Агрохимические свойства почв – совокупность свойств почв, связанных с ее способностью обеспечивать растения питательными веществами. Определяются содержанием, подвижностью и превращением в почве под влиянием внешней среды (в том числе внесения удобрений) основных элементов питания – азота, фосфора, калия, серы и др. Агроэкосистема – любая совокупность биогенных и абиогенных, а также биокосных компонентов участков суши (в основном почв и растительности), находящихся под влиянием сельскохозяйственного использования. Аллювиальные отложения – речные наносы разного механического состава, зачастую слоистые. Биологические свойства почвы – совокупность свойств, связанных с жизнедеятельностью растений, макро- и микроорганизмов, населяющих почву. Свойства почвы определяют количественный и качественный состав организмов и продуктов их жизнедеятельности. Биомасса – см. Растительная масса. Буферность (буферная емкость) почвы – способность почвы сохранять свое состояние при дозированном воздействии к.-л. фактора. Совокупность свойств почвы, определяющая ее барьерную функцию, обуславливающую уровни вторичного загрязнения химическими веществами контактирующих с почвой сред: растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными компонентами почвы, создающими ее буферность, являются тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие ее механический состав, органическое вещество (гумус), а также реакция среды – рН. Включения – инородные по отношению к почвенному телу объекты, находящиеся в почвенной толще. В. могут включать невыветренные обломки горных пород, раковины моллюсков, остатки корней и стволов, археологические находки (кости, остатки материальной культуры человека – обломки посуды и кирпича, угли, монеты) и др. Подобные остатки могут многое рассказать о происхождении материнских пород, об условиях, в которых протекало почвообразование. Водные свойства почв – те их качества, которые связаны с накоплением или передвижением влаги в почве. Водный режим почвы – совокупность явлений, определяющих поступление, передвижение, расход и использование растением почвенной влаги. Является важнейшим фактором почвообразования и почвенного плодородия. 18
Водно-физические свойства почвы – см. Водные свойства почвы и физические свойства почвы. Воздушный режим почвы – совокупность явлений, связанных с поступлением и поведением воздуха в почве в связи с окружающей средой, жизнедеятельностью растений и микроорганизмов. Время самоочищения почвы – интервал времени, в течение которого происходит уменьшение массовой доли загрязняющего почву химического вещества на 96% от первоначального значения или до его фонового содержания. Вскипание почвы – выделение пузырьков углекислоты при действии на почву раствора соляной кислоты. Вскипание П. – общепринятый метод обнаружения карбонатов. Выветривание – совокупность процессов разрушения и превращения горных пород – магматических, осадочных или метаморфических и слагающих их минералов в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов, а также удаления части продуктов этого разрушения. Выветривание физическое, химическое, а также органическое, или биологическое. Выщелачивание – вынос простых солей (карбонатов, гипса, легкорастворимых солей натрия, магния, кальция) из почвенной толщи нисходящими потоками почвенных растворов. Галогенные процессы – процессы, связанные с миграцией и накоплением легкорастворимых солей и сопровождающиеся реакциями обменного поглощения ионов (главным образом, хлоридов). Генетическое почвоведение – наука о почвах, основы которой были заложены В.В. Докучаевым, рассматривавшим почву как продукт взаимодействия горных пород, воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых. При этом почва рассматривается как самостоятельное природное тело, изменяющееся во времени и пространстве в зависимости от природных условий. Гербициды – химические средства для уничтожения сорной и другой растительности. Геохимическая обстановка (ситуация) – пространственное распределение химических элементов в почве, сложившееся в результате их миграции за счет переноса водными потоками (водной миграции), биологического круговорота, влияния техногенеза, формирования естественных и техногенных аномалий и др. Глеевые процессы (оглеение) – биохимические процессы в почве (в условиях переувлажнения), приводящие к образова- 18
нию глея. Обусловлены анаэробным режимом превращения органического вещества и сопряженными с ним восстановительными процессами для соединений Fe, Mn, Cu и др. Глей – глинистые почвы переувлажненных мест. В почвоведении Г. – глинистый горизонт в почвах разных типов, в которых протекают глеевые процессы. Глеевые почвы – почвы с признаками устойчивого оглеения, которые проявляются в средней или верхней части профиля, охватывая большую часть почвенного тела. Глобальное химическое загрязнение почвы – химическое загрязнение почвы, возникающее вследствие дальнего переноса загрязняющего вещества в атмосфере на расстояние, превышающее тысячу километров от любых источников загрязнения. Горизонты генетические почвы – относительно однородные горизонтальные слои почв, возникшие вместе с формированием почвенного тела в результате проявления тех или иных процессов. Они различны по окраске, сложению, структуре, механическому и химическому составу, биологическим, физико- химическим и другим свойствам. Совокупность тех или иных Г.Г. образует генетический профиль почвы. Г.Г. имеют свои названия и обозначаются буквенными индексами. Горизонты глееватые – горизонты, в которых вследствие периодического переувлажнения проявляются относительно слабые, но устойчивые признаки оглеения – сизоватые, охристые и ржавые пятна. Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности земли постоянного водоносного горизонта. Образуются, главным образом, за счет инфильтрации (просачивания) поверхностных вод, атмосферных осадков, а также за счет конденсации водяных паров. Местами запасы Г.В. пополняются восходящими водами из более глубоких горизонтов. Гумус (перегной) – часть органического вещества почвы, совокупность всех специфических и неспецифических органических веществ почвы, имеющих естественное происхождение, за исключением соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков (ГОСТ 27593). Гумусовый горизонт – генетический горизонт максимального и равномерного накопления органических веществ и прежде всего, гумуса. Может иметь окраску от серого, темно-серого и до черного (в зависимости от содержания гумуса) цвета. Гумусированный слой – часть почвенного профиля, в разной степени содержащая органическое вещество (гумус). Обычно окрашен в серые тона. Деградация почвы – процесс, вызывающий ухудшение 18
свойств почвы и ее плодородия. Является следствием природных явлений и антропогенных процессов. Сопровождается процессами выщелачивания, выносом из почвы питательных веществ, засолением, эрозией, уменьшением количества гумуса и т.д. Дернина – поверхностный слой почвы, густо пронизанный, переплетенный и скрепленный сетью живых и мертвых корней травянистых и др. растений. Характеризуется упругостью, связанностью, высокой биологической активностью. Дернинный горизонт – горизонт скопления живых и мертвых разной степени разложения корней травянистых растений, пронизывающих верхний слой почвы. Детоксикация почв – совокупность процессов, происходящих в почве, а также приемов и методов, направленных на ослабление или полное освобождение от токсического действия загрязняющих веществ различной природы в направлении их превращения в нетоксичные для организма вещества. Дренаж – система подземных труб, открытых каналов или скважин, колодцев для отвода воды из почв. В сельском хозяйстве Д. проводят на переувлажненных почвах, чтобы отвести избыточную для растений воду и усилить газообмен между почвой и воздухом. Заболачивание – почвообразовательный процесс, приводящий к избыточному увлажнению почв. Сопровождается глубокими изменениями в биогеоценозах. Загрязнение почвы – изменение состава и состояния почвы в результате хозяйственной деятельности и других антропогенных нагрузок, способных вызвать ухудшение ее качества (ГОСТ 17.4.3.04). Загрязнение почвы химическое – изменение химического состава почвы в результате антропогенной деятельности, способное вызвать ухудшение ее качества. Изменение химического состава обусловлено не только появлением новых химических веществ, которых нет в незагрязненной природной почве, но и увеличение содержания веществ, характерных для состава этой незагрязненной природной среды (ГОСТ 17.4.1.03). Загрязняющие вещества (поллютанты) – химические соединения, повышенное содержание которых в компонентах биосферы вызывает негативную экотоксическую ситуацию. Закисление почвы – процесс увеличения кислотности почвы в силу природных или антропогенных процессов. Засоленность почвы – накопление в почве легкорастворимых солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов. По составу солей различают З. содовую, хлориднуюе, сульфатную и смешанную (хлоридно-сульфатную, сульфатно-хлоридную, сульфатно-хлорид- но-содовую и др.). Определяется в почвенной водной вытяжке. 18
Засоленный горизонт – генетический горизонт почвы, в котором содержатся легкорастворимые соли (см. Засоленность почвы). Засоленные почвы – почвы, содержащие легкорастворимые соли в количествах, отражающихся на свойствах самих почв, росте и развитии растений. В настоящее время принято считать засоленными такие почвы, в водной вытяжке из которых содержится свыше 0,3% солей. Защитная способность почвы – способность почвы, ведущая к существенному снижению токсичности загрязняющего почву вещества. Земельный фонд – все земли на определенной территории, учтенные для землепользования. Известкование почвы – внесение извести или других известковых веществ в почву для нейтрализации избыточной почвенной кислотности, вредной для многих сельскохозяйственных растений. Применяется на кислых, преимущественно дерново-подзолистых, буроземно-подзолистых и серых опод- золенных почвах. Ил – элементарные частички почвы размером меньше 0,001 мм. Иллювиальный горизонт – генетический почвенный горизонт, в котором накапливаются вещества, вымываемые из вышележащих элювиальных горизонтов. В настоящее время термин «иллювиальный» часто используется для горизонтов, обогащенных глинистыми веществами не только за счет иллю- вирования, но и за счет оглеения на месте, под влиянием глее- вых, солонцовых и других процессов. Источник загрязнения – природный или антропогенный объект, вызывающий в биосфере или ее компонентах повышенное содержание загрязняющих веществ. Карбонатный горизонт – горизонт, содержащий карбонаты кальция и магния. Они могут быть рассредоточены в почвенной массе (их присутствие определяют только по реакции на соляную кислоту), а также образовывать в почве отдельные стяжения (см. Карбонаты в почве). Карбонаты в почве – труднорастворимые соли угольной кислоты (углекислый кальций, углекислый магний или оба одновременно, присутствующие в почве в виде минералов кальцита, доломита, люблюнита, арагонита, анкерита). По происхождению могут быть первичными (входить в состав пород, из которых образовались почвы) или вторичными (возникшими или перераспределившимися в результате процесса почвообразования) почвенными новообразованиями. Качество почвы – характеристика состава и свойств почвы, определяющие ее плодородие (ГОСТ 17.4.1.03). 18
Кислотность почв – свойство выделять в почвенный раствор в ходе обменных или гидролитических процессов ионы водорода и другие кислотные частицы. Классификация почв – объединение почв в группы по их важнейшим свойствам, происхождению, плодородию и др. особенностям. Конкреции – разновидность новообразований, представляющих собой плотный комок из многих минеральных слоев. Контрастность – величина, характеризующая содержание в почве определенного соединения (элемента) по отношению к его фоновому содержанию. Контроль химического загрязнения почвы – проверка соответствия химического загрязнения почвы установленным нормам и требованиям (ГОСТ 17.4.1.03). Копролиты – переработанная червями и некоторыми насекомыми почвенная масса и выделенная ими в виде экскрементов в форме комочков, клубочков или узелков. Ксенобиотики – вещества, не образующиеся в природных процессах. Ландшафт – генетически однородная территориальная система, в которой все природные комплексы (рельеф, горные породы, вода, почва, растительный и животный мир) образуют взаимосвязанное и взаимообусловленное единство. Лесс – рыхлая, неслоистая, пылеватая суглинистая карбонатная порода. Отличается высокой пористостью, водопроницаемостью и прочной микроструктурой. В механическом составе преобладает фракция 0,05–0,01 мм. Макро-, мезо-, микрорельеф – термины, применяемые при описании форм рельефа для отличия их по уровням. Горный хребет, возвышенность принимаются за формы макрорельефа; долины, балки, межбалочные водоразделы – за формы мезорельефа; небольшие неровности на склонах долин, бессточные западины на выровненных участках – за формы микрорельефа. Массовая доля загрязняющего почву химического вещества (не рекомендуется: концентрация) – отношение массы загрязняющего почву химического вещества к общей массе воздушно-сухой и (или) абсолютно сухой почвы (ГОСТ 17.4.1.03). Мелиорация почв – мероприятия по улучшению почв (орошение, осушение, облесение), а также агротехнические, гидротехнические и химические приемы и т.д. Мелкозем – элементарные почвенные частицы размером менее 1 мм. Механический (гранулометрический) состав почв – содержание в них минеральных частиц различного диаметра. Выде- 188
ляют несколько групп частиц: самая крупная – камни размером более 3 мм, гравий (1–3 мм), песок (0,05– 1 мм), пыль (0,001–0,05 мм), ил (0,0001–0,001) и, наконец, коллоиды (мельче 0,0001 мм). Миграция загрязняющего почву химического вещества - горизонтальное и (или) вертикальное перемещение загрязняющего почву химического вещества в почве и (или) из нее в другие объекты природной среды (растения, атмосферный воздух, природные воды и др.) и обратно (ГОСТ 17.4.1.03) (см. также геохимическая обстановка). Микроэлементы – химические элементы и соединения, которые содержатся в очень небольших количествах (тысячные доли процента, редко – сотые или десятые), но играют очень важную роль в таких процессах, как дыхание, фотосинтез, образование белков, обмен веществ. К М. относятся марганец, кобальт, медь, цинк, бор, молибден, йод и др. Главный источник М. для растений и животных – почвы, почвообразующие породы. Избыток М. в почвах может выступать как загрязнение. Мониторинг экологический – система наблюдений, оценки и прогноза состояние природной среды. Различают М. локальный, региональный и фоновый. Мониторинг почвенный – система наблюдений, оценки и прогноза состояния почвы для своевременного обнаружения неблагоприятных изменений их свойств, при различных видах использования. Мониторинг химического загрязнения почвы – система регулярных наблюдений, включающая в себя наблюдения за фактическими уровнями, определения прогностических уровней, оценку последствий фактических и прогностических уровней загрязненности, выявление источников загрязненности почвы. Морена – отложения ледника, состоящие из несортированного рыхлого обломочного материала. Характеризуется неоднородным механическим составом и состоит из смеси глинистых частиц, песка, гравия, щебня и валунов различного размера. Различают М. основные и конечные. Первые покрывают ложе бывших ледников, вторые образуются на окраине ледника и представляют собой нагромождения разнозернистых валунных песков в виде гряд, валов и холмов. Нарушения почвы – изменения состава и свойств почвы как динамической системы по отношению к фоновой почве в результате природных либо антропогенных процессов. Практически всегда Н.П. являются сложными, имеющими черты прямого и косвенного воздействия. Новообразования – скопления минералов, образовавшихся в результате почвообразования и выветривания. Обычно Н. 18
ясно видны в стенке разреза – разного рода присыпки, налеты, корочки на поверхности структурных отдельностей. Чаще всего это легкорастворимые соли, гипс, углекислый кальций, иногда (особенно в солонцах) – кремнезем. Различают Н. – конкреции, ортштейны и др. Окультуривание почв – процесс почвообразования, протекающий при активном и целенаправленном участии человека, которые заключается в применении агротехнических, агрохимических, мелиоративных и других мероприятий, направленных на повышение плодородия почвы. Органический горизонт – встречающееся название слоя разлагающихся растительных остатков на поверхности почвы, перемешанных с минеральными частицами. В лесах О.Г. обычно содержит опавшие листья, хвою, ветки и т.д (слой лесной подстилки), на лугах и в степях – опавшие стебли и листья (травянистый или степной войлок). Органическое вещество почвы – совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений (ГОСТ 27593). Органо-минеральные вещества – компоненты твердой фазы почвы. Состоят из органической (гумусовые вещества) и минеральной части (первичные и вторичные минералы). Ориентировочное допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ОДК) – предельно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества в почве, определенное расчетным методом. Осушение почв – процесс устранения избыточной увлажненности почв, сопровождающийся улучшением их неблагоприятных режимов и свойств. Охрана почв – система мер по предотвращению их деградации (разрушения, загрязнения), а также нерационального использования. Персистентность загрязняющего почву химического вещества – продолжительность сохранения биологической активности загрязняющего почву химического вещества, характеризующая степень его устойчивости к процессу разложения (ГОСТ 17.4.1.03). Песок – элементарные почвенные частицы размером от 1 до 0,01 мм. Состоит преимущественно из зерен кварца (двуокиси кремния). Пестициды – ядохимикаты по борьбе с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями (фунгициды), вредителями (зооциды, инсектициды) и др. Питательные вещества – макро- и микроэлементы, необходимые для жизнедеятельности растений. К макроэлементам при- 10
нято относить азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний; к микроэлементам – марганец, медь, бор, цинк, кобальт, молибден и др. Пищевой режим почв (режим питательных веществ) - совокупность количественных и качественных изменений в содержании основных питательных веществ в почве. Плодородие почвы – способность почвы непрерывно удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде и обеспечивать их корневую систему достаточным количеством воздуха и тепла. П. почвы выражается в биологической продукции. Формирование и развитие П. неразрывно связано с почвообразованием, жизнедеятельностью растений. Поверхностная плотность химического загрязнения почвы – масса загрязняющего почву химического вещества в слое заданной глубины, отнесенная к единице поверхности почвы Почвенный профиль – совокупность генетических почвенных горизонтов, открывающаяся взору в почвенном разрезе или в обнажениях. Породы почвообразующие – твердые породы, из поверхностных слоев которых образуются почвы. Почва – самостоятельное природное тело, образовавшееся из поверхностных слоев различных твердых пород при их взаимодействии с организмами в определенной физико-географической среде. Важнейшей особенностью П. является ее плодородие. Почвенная карта – изображение почвенного покрова территории в определенном уменьшении (масштабе). Такая карта дает наглядное представление о качестве и расположении тех или иных почв. В соответствии с П.К. проводятся границы полей, разрабатывается агротехника, определяются нормы удобрений. Почвенный поглощающий комплекс – совокупность высокодисперсных минеральных и органических веществ, придающих почвам и грунтам поглотительную способность, т.е. способность поглощать и удерживать в порах горизонтов, микроагрегатов и на поверхности отдельных высокодисперсных частиц газы, жидкости, молекулы, ионы и частицы других коллоидов, а также диссоциировать с выделением ионов в окружающую среду. Почвенные коллоиды – частицы минералов или органических веществ, размер которых не превышает 0,25 микрона (0,00025 мм). Благодаря своим размерам эти частицы могут долго находиться во взвешенном состоянии (в виде «мути»), проходят через грубые фильтры. Они обладают высокой поглотительной способностью, могут набухать и связывать жидкость. П.К. играют роль цемента при формировании почвенной структуры, от них зависит накопление элементов питания растений. Почвенный покров – самостоятельная земная оболочка, 11
образовавшаяся в результате взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Обладает способностью обеспечивать рост и продуктивность растений. Почвообразование – процесс развития почв, почвенного покрова под влиянием природных и антропогенных факторов. Почвенный разрез – вертикальная стенка ямы, обнажающая почвенный профиль. Ширина ямы обычно составляет 75–100 см, длина – 1,5–2 м. Глубина определяется мощностью почвенного профиля, целевым назначением разреза и составляет 1,5–2 м. Почвенный раствор – жидкая фаза почв, включающая растворенные соли, органо-минеральные и органические соединения, газы и почвенные коллоиды. Показатели загрязнения почв – перечень почвенных свойств, количественные параметры которых позволяют судить о неблагоприятных изменениях почв под влиянием антропогенных или природных факторов. Превращение загрязняющего почву химического вещества (не рекомендуется: трансформация) – изменение состава, состояния или структуры молекулы загрязняющего почву химического вещества под воздействием различных факторов (ГОСТ 17.4.1.03). Предельно-допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ПДК) – максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдаленные последствия, на окружающую среду, здоровье человека, а также не приводящая к накоплению токсичных веществ в сельскохозяйственных культурах (ГОСТ 17.4.1.03). Проба почвы (не рекомендуется: образец почвы) – определенное количество почвы, взятое в соответствии с нормативно- технической документацией для исследования(ГОСТ 17.4.1.03). Проба почвы абсолютно сухая – проба почвы, высушенная до постоянной массы при температуре 105°С (ГОСТ 17.4.1.03). Проба почвы воздушно-сухая – проба почвы, высушенная до постоянной массы при температуре и влажности лабораторного помещения (ГОСТ 17.4.1.03). Проба почвы объединенная (не рекомендуется: Смешанная проба почвы) – проба почвы, состоящая из заданного количества точечных проб. Проба точечная – материал, взятый из одного места горизонта или одного слоя почвенного профиля, типичный для данного горизонта или слоя. Пробная площадка – часть исследуемой территории, характеризующаяся сходными условиями. 12
Рельеф – совокупность форм горизонтального и вертикального расчленения земной поверхности. Растительная масса (биомасса) – общая масса всех веществ, накапливаемых растениями. В Р.М. включаются все органы растений – плоды, листья, стебли, корни и др. Общее накопление массы за год колеблется для целинной почвы в относительно небольших пределах и может характеризовать ее плодородие. Самоочищение почвы – уменьшение количества загрязняющего почву химического вещества в результате протекающих в почве процессов миграции, превращения, разложения (ГОСТ 17.4.1.03). Санитарная охрана почв – система законодательных, организационных и санитарно-технических мероприятий, направленных на предупреждение загрязнения почв бытовыми и промышленными отходами, а также веществами, целенаправленно применяемыми в сельском и лесном хозяйствах (ГОСТ 17.4.2.01). Санитарное состояние почв – совокупность физико-химических и биологических свойств почвы, определяющих ее безопасность в эпидемиологическом и гигиеническом отношениях (ГОСТ 17.4.2.01). Сложение почвы – морфологическое свойство почв, обусловленное их плотностью, пористостью и трещиноватостью. Различают С. плотное, рассыпчатое и др. Структура почвы – способность элементарных частиц почвы (песка, глины, органического вещества) соединяться в относительно устойчивые комочки, «отдельности». Различают С. комково-глыбистую, ореховато-зернистую, призмовидную, плитчатую и др. Наиболее благоприятна для растений водоустойчивая зернистая и ореховатая С. верхних горизонтов. Типы почв – группы почв, различающиеся по степени развития ведущего почвообразовательного процесса (по глубине и степени гумусированности, степени подзолистос- ти, осолодения), а также по степени проявления налагающихся процессов (степени засоленности, солонцеватости, эродированности). Токсиканты – химические соединения-загрязнители, оказывающие отрицательное воздействие на экологические свойства почвы и ее компонентов (см. микроэлементы). К Т. относятся тяжелые металлы – кадмий, свинец, ртуть и др., ксенобиотики и т.п. Транслокация загрязняющего почву химического вещества – переход загрязняющего почву химического вещества в растения (ГОСТ 17.4.1.03). Удобрения – вещества органического и неорганического происхождения, содержащие необходимые и доступные для растений питательные вещества. При внесении в почву улуч- 1
шают условия питания растений, способствуют повышению урожайности. Различают У. органические (навоз, торф, ком- посты, птичий помет, фекалии, бактериальные препараты и др.) и минеральные (тучки) – азотные, фосфорные, калийные и сложные. Физико-химические свойства почв – совокупность свойств, связанных со способностью почвенного поглощающего комплекса диссоциировать в окружающий раствор и поглощать из него ионы. Характеризуются количественным составом обменных катионов, емкостью обмена, реакцией среды. Физические свойства почвы – совокупность свойств, характеризующих физическое состояние почв в связи с внешней средой и деятельностью человека. Характеризуются гранулометрическим (механическим и агрегатным) составом, структурой, удельным и объемным весом, пористостью, воздушными, водными, тепловыми, электрическими и радиационными свойствами. Фитотоксичность почвы – способность почв оказывать угнетающее действие на растения, приводящее к нарушению физиологических процессов, ухудшению качества растительной продукции и снижению ее выхода (ГОСТ 17.4.3.04). Фоновые почвы – почвы, сопоставление с состоянием которых позволяет установить и оценить превышение естественного уровня содержания контролируемых химических элементов. Фоновое содержание химического вещества в почве – содержание химического вещества в почве, соответствующее ее природному химическому составу. Химические свойства почв – совокупность свойств почв, характеризующих содержание и формы существования органических и минеральных веществ в почве. К Х.С. почвы относят содержание солей, элементов питания и др. Цвет генетического горизонта почвы – одно из морфологических свойств почвы. Ц. генетического горизонта очень разный и зависит от содержания в нем тех или иных веществ. Например, серый цвет определяется наличием темно-окрашенных органических и органо-минеральных веществ; бурые, оранжевые, желтые, красные тона обусловливаются содержанием окисных соединений железа и марганца; сизые, зеленые и голубые тона – содержанием закисных соединений железа; белые тона – содержанием кремнезема, гидрата окиси алюминия, углекислых труднорастворимых солей. Червороины – ходы червей, насекомых и других мелких роющих животных, которые заполнены почвенной массой обычно из того же почвенного горизонта. Диаметр Ч. – 1–2 см. Элювиальный горизонт (горизонт вымывания) – слой 1
почвы, обедненный гумусово-глинистыми веществами и состоящий преимущественно из зерен кварца. Элювиальный процесс – вынос растворимых веществ и взвешенных тонких частиц в процессе формирования почвы. Эрозия почв – процесс разрушения верхних, наиболее плодородных слоев почвы водой (водная Э.) или ветром (дефляция). По характеру проявления эрозионных процессов различают Э. нормальную, или геологическую, и ускоренную, или антропогенную Э. 1
Приложения Приложение 1 Загрязнение почв Ленинградской области Химическое загрязнение почв Ленинградской области обусловлено не только нерациональным внесением удобрений и ядохимикатов, но и выпадением загрязняющих веществ техногенного происхождения из атмосферы. Повышенное содержание в почве тяжелых металлов, соединений серы и других загрязняющих веществ особенно характерно для территорий, примыкающих к крупным промышленным узлам. Проведенная комплексная экологическая оценка городских почв Санкт-Петербурга выявила различную степень загрязнения почв городских территорий [23, 73, 74]. Установлено значительное повышение содержания загрязняющих веществ над ПДК, утвержденными Минздравом. Так, содержание стойкого в окружающей среде пестицида ДДТ по сумме метаболитов колеблется в широких пределах и максимальных значений – 128 и 145 ПДК достигает в почвах Московского проспекта (разделительная полоса) и Ру- мянцевского сада. Повышенные концентрации пестицидов характерны прежде всего для садов, парков, скверов, а наиболее высокие концентрации нефтепродуктов, углеводородов и канцерогена 3,4-бензпирена – для транспортных магистралей и дворовых участков. Результаты геохимического обследования почв также показали, что в почвах города содержатся повышенные количества ряда химических элементов относительно их среднего содержания. Отмечено повышение концентрации над ПДК: по свинцу – в среднем в 1,5 раза, максимум – в 3,5 раза; бору – в 2–3 раза; цинку – до 1,3; фтору – до 1,5–2 раз. На отдельных участках повышена концентрация кадмия, ртути, серебра, олова и некоторых других элементов. Наиболее значительные колебания по содержанию химических элементов характерны для дворовых участков. Результаты анализа почв показали, что в реальных условиях города накопление загрязняющих веществ характеризуется значительной сложностью и неоднородностью; так, концентрации загрязняющих веществ в почвах находятся в большой зависимости не только от местоположения, например, объекта озеленения относительно источников загрязнения, но и от таких показателей почв, как содержание органического вещества, гумуса, емкости катионного обмена, 1
кислотности. В городе содержание некоторых тяжелых металлов в почве объекта, удаленного от источника выбросов, может быть значительно больше, чем вблизи источника, если почвы более гумусированы и структурны. Распространение на территории Ленинградской области почв основных типов обусловлено составом почвообразующих пород, характером растительного покрова, рельефа местности и режима увлажнения в регионе, т. е. факторов почвообразования. Их неоднородность вызывает пространственную изменчивость почв, а в связи с этим и изменение сельскохозяйственного производства, его специализации. Типично подзолистые почвы, в основном, распространены в северной части области. В центральной и южной ее частях преобладают разновидности дерново-подзолистых почв. Тосненский и Киришские районы отличаются преобладанием почв глинистых и тяжелосуглинистых разновидностей, а в Тихвинском районе и на Карельском перешейке широко распространены песчаные почвы. В северной части Волосов- ского района обычны дерново-карбонатные почвы, формирующиеся на известняках и других карбонатных породах, а также слабоподзолистые почвы с хорошими гумусовыми горизонтами; заболоченных почв здесь почти нет. В то же время, в южной части Волосовского района господствуют кислые сильноподзолистые почвы, возникшие на бескарбонатных почвообразующих породах, и очень много заболоченных торфянисто-подзолистых почв и верховых болот (рис. 20). Атмосферные и почвенные тепловые ресурсы и сравнительно хорошая обеспеченность влагой позволяют возделывать на землях Ленинградской области многие сельскохозяйственные культуры. Однако для успешного использования почв области в сельскохозяйственном производстве плодородие многих из них необходимо повышать, увеличивая, в первую очередь, мощность гумусового горизонта и обогащая его органическими веществами, обменными основаниями и подвижными формами питательных элементов. На большей части территории области почвы переувлажнены. В Волосовском, Киришском, Тосненс- ком и отчасти Всеволожском районах большое значение в связи с этим приобретают гидротехнические и агромелиоративные мероприятия. В Бокситогорском, Тихвинском и Подпорожском районах важно частичное регулирование почвенного водного режима. При окультуривании почв и повышении их плодородия необходимо образование мощного гумусового горизонта, создание оптимальных условий для накопления гумуса, обменных оснований и подвижных питательных веществ, а также снижение почвенной кислотности. 1
Рис. 20. Почвы Ленинградской области: 1 – подзолистые почвы (песчаные и супесчаные) с участками торфяно-подзолистых и торфяных почв; 2 – дерново-подзолистые почвы (песчаные и супесчаные) с участками торфяно-подзолистых и торфяных почв; 3 – дерново-подзолистые глеевые почвы (суглинистые и глинистые) с участками торфяно-глеевых и торфяных почв; 4 – подзолисто-глеевые почвы (суглинистые и глинистые) с обширными участками торфяных почв; 5 – подзолистые суглинистые почвы с участками подзолисто-глеевых и торфяных почв; 6 – дерново-карбонатные суглинистые и щебенчатые почвы. 18
Приложение 2 Схема первичного экологического контроля за состоянием несанкционированных свалок2 I этап. Подготовительная работа. 1.1. Выбор карты местности, подготовка карты-схемы. 1.2. Выбор и составление маршрута. 1.3. Подготовка группы по технике безопасности. II этап. Состав работ. 2.1. Определение места нахождения свалки и привязка ее к карте или нанесение на схему. 2.2. Определение ориентировочных размеров свалки (длина, ширина, высота, площадь, объем). 2.3. Определение состава свалки (визуально или с применением видеотехники): – бытовой мусор (бумага, бутылки, ветошь, банки, игрушки, упаковки продуктов и т.п.); – промышленные отходы (лом, арматура, батарейки, стружка, опилки, алюминиевые банки, остатки ткани, кожи, пластмассы и т.п.); – строительный мусор и отходы (кирпичи, шифер, рубероид, доски, цемент, стекло, металлоконструкции и т.п.); – химические отходы (удобрения, бытовые порошки, краски, лаки, растворители и тара из-под химических веществ, нефтепродукты и т.п.); – опасные отходы (ртутные лампы, приборы с радиоактивными элементами, агрессивные жидкости, кислоты, аккумуляторы и т.п.). 2.4. Состояние свалки: - новая; - старая неэксплуатируемая; - старая заросшая; - старая эксплуатируемая; – инертная (воздействия на почву, воду и воздух не наблюдается); – неинертная. 2.5. Определение воздействия свалки на компоненты природной среды: – повреждение травяного покрова, кустарников, деревьев; 29 Материал подготовлен при участии сотрудников Ленкомэкологии - Н.С. Иванова, начальника отдела биоразнообразия и заповедного дела, и Е.В.Тутыниной, ведущего специалиста отдела информации и сотрудничества. 1
– стекание жидкости с территории свалки; – запах от свалки; – горение, тление свалки; – испарения от свалки; – захламленность береговой линии, водной акватории. 2.6. Характеристика участка установленной свалки: – элемент экосистемы (лес, луг, кустарник, пастбище, сенокосы, болото, склон, овраг, береговая линия, окраина поселка, обочина дороги и т.п.); – примерный состав почвы (песок, глина, суглинки, торф и др.); – наличие водоемов и водотоков (озеро, пруд, река, ручей, канал и др.). 2.7. Предварительная оценка виновника нарушения (установление источника отхода) – экофакт. Описываются, фотографируются, изымаются в специально приготовленные пакеты характерные элементы свалки: – фирменная тара; – некачественные изделия; – этикетки; – автодетали, автопокрышки. 2.8. Информация от свидетелей (беседа о причинах возникновения свалки). – предполагаемые нарушители; – время возникновения свалки; – контактный телефон или адрес собеседника; – информация регистрируется с помощью диктофона, блокнота, видеозаписи. 2.9. Социологический опрос (опрос местного населения об их отношении к данному объекту). Примерные вопросы: – Как вы относитесь к несанкционированной свалке? (отрицательно, безразлично, спокойно, вызывает возмущение и др.) – Куда вы обращались по поводу ликвидации свалки? (природоохранные органы, прокуратура, местные органы власти и др.) – Какие усилия предприняты вами для улучшения экологической ситуации? (организация субботника, замечания нарушителям, проведение акций, митингов и др.). 2.10. Общественно-информационный канал (возможность представления вашей экологической информации в школьной экогазете, районной прессе и другие информационные возможности). III этап. Обработка и подготовка материалов. 3.1. Оформление паспорта свалки (Экологического объекта). 3.2. Анализ полученных данных и информации. 200
3.3. Выводы (краткое резюме по итоговой информации). 3.4. Предложения по устранению выявленных нарушений. Рекомендации: 1. В случае обнаружения транспортных средств, осуществляющих выгрузку отходов, произвести запись номера машины и время выявления факта. По возможности произвести фотосъемку, видеосъемку, не афишируя деятельность регистрации нарушения. По возможности используйте бинокль. 2. При обнаружении свалки с легковоспламеняющимися материалами, произвести обкопку свалки по периметру. Для исключения распространения огня и перемещения отходов данной свалки при помощи ветра или воды, необходимо присыпать свалку землей или песком. 3. При обнаружении утекания жидкости со свалки по возможности локализуйте поток жидкости с помощью присыпки землей или песком, либо с помощью вырытой канавки, дно и стенки которой предварительно закрыть полиэтиленовой пленкой или в канавку поставить металлическую емкость без дефектов. 4. На выявленных свалках выставить знаки: «Свалка находится под наблюдением», «Свалка мусора запрещена» и др. 5. Рекомендуемый инвентарь и вспомогательные средства для работы: – резиновые и брезентовые перчатки; – лопата, грабли; – компас, карандаш, блокнот; – пакеты для отбора предметов; – рулетка, шагомер; – видеокамера, фотоаппарат. 201
Паспорт экологического объекта (несанкционированная свалка отходов) 1. Учетный номер объекта 2. Координаты объекта по карте 3. Описание месторасположения (административная территория, ближайшие населенные пункты, объекты промышленного и с/х назначения) 4. Размеры свалки: длина____ ширина____ высота____ площадь . . . объем 5. Характеристика участка расположения свалки (лес, болото, овраг, пастбище, кустарник, примерный состав почвы, наличие водоема) 6. Состояние свалки (старая, эксплуатируемая, заросшая, новая, инертная, неинертная) 7. Характерный состав свалки (бытовые отходы, промышленные, строительные, химические, особоопасные) 8. Предполагаемые источники отходов (населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные объекты, воинские части, садоводства, турист, частное лицо) 9. Время проведения обследования 10. Руководитель группы 11. Состав группы 12. Название учреждения (школа, внешкольное учреждение, общ. организация) 13. Контактный телефон руководителя или организации 14. Приложения к паспорту (карта, схема, дневник, фотографии, видеосъемка, аудиозапись, вещественные доказательства) Подпись руководителя группы 202
Приложение 3 Пример описаний некоторых почвенных разрезов Пример описания разреза целинной почвы Характеристика местности: равнина, микрорельеф не выражен, изреженный травостой белой полыни, типчака, прутняка, мятлика луковичного и др. Индекс А1 В1 В2 Вк Ск Глубина, см 0–10 окт. 18 18–36 июн. 65 65–108 Описание горизонтов Коричневато-серый, сухой, местами слабо задернен, средний суглинок, комковатой структуры, плотноват, переход постепенный Несколько темнее предыдущего, сухой, призматичес- ки-порошисто-комковатый, редкие корни растений, средний суглинок, уплотнен, переход постепенный Светло-коричневый, сухой, призмовидно-ореховатый, глубже 28 см вскипает, средний суглинок, уплотнен, переход постепенный Светло-палевый, карбонатный, сильно уплотнен, легкосуглинистый, с обломками морской фауны (ракушки) Светло-палевый карбонатный средний суглинок, неясно призмовидный, менее плотный, чем предыдущий горизонт Результат определения: светлокаштановая почва. Пример описания пахотных почв Характеристика местности – плоская вершина невысокого бугра. Состояние культуры удовлетворительное, ровное по всему полю. Почвообразующая порода – легкий песчанистый валунный бескарбонатный суглинок. Признаков избыточного увлажнения в разрезе до 120 см нет. 20
Индекс Апах А2 В С Глубина, см 0–20 20–26 26–85 с 85 до 125 и глубже Описание горизонтов Серый, однородный по окраске, легкосуглинистый, рыхлый с непрочно-комковатой структурой. Корки и плужной подошвы нет. Валуны на пашне встречаются изредка, мелкие (около 15 см в диаметре) Подзолистый светло-желтый с белесыми языками внизу, бесструктурный, легкосуглинистый, хрящеватый, рыхлый. Ортштейнов нет. Переход в следующий горизонт постепенный Горизонт иллювиальный (вмывной). В верхней части до 50 см (В1) неоднородной желто-бурой окраски с белесыми подзолистыми языками, трещиноватый. Распадается на крупные комки и глыбки. Легкосуглинистый, хрящеватый, с мелкими валунами. В нижней части (В2) более однородной бурой окраски, уплотненный, слаботрещиноватый, на- ощупь – свежий Материнская порода: желтовато-бурый песчанистый валунный суглинок с гнездами хрящеватого песка и крупными валунами. От кислоты не вскипает (бескарбонатный). Слабо уплотненный, свежий Наименование легко суглинистая. почвы: среднеокультуренная подзолистая 20
Приложение 4 Некоторые растения-индикаторы почвенных условий Северо-запада России 1 – медуница лекарственная; 2 – бодяк полевой; 3 – зведчатка ланцетовидная; 4 – ветреница лютиковая (анемона), желтая; 5 – кислица обыкновенная 20
6 – лапчатка прямостоячая (калган); 7 – вероника лекарственная; 8 – яснотка пурпуровая; 9 – фиалка полевая; 10 – лютик ползучий 20 9
14 11 – перелеска благородная (печеночница); 12 – спорыш (горец птичий); 13 – дымянка лекарственная; 14 – колокольчик персиколистный; 15 – седмичник европейский 20
Предметный указатель Абразия 37, 39 Агрохимикаты 57 Агроэкосистема 14, 124 Азот в почве 57, 61, 66, 128, 135 Биомасса 57, 124, 128 Биоразнообразие 10, 17 Богатство почв 126, 135 Буферная емкость (буферность) почв 16, 49 Включения 17, 68, 71, 73, 74, 79 Влажность 93, 94 Влагоемкость 95, 97 Водный режим почвы 12, 13 Водопроницаемость 35, 66, 98 Воздушный режим почвы 13 Вскипание почвы 185 Выветривание 38 Выщелачивание 26 Генезис почв 26 Геоботаническая индикация 135, 136 Геосистема 16 Гербициды 61, 184 Гигиеническая оценка 119, 121 Гипсование 54 Глеевые процессы (оглеение) 28, 124 Гранулометрический состав (см. Механический состав) Грунтовые воды 24–26, 34, 46, 48, 50, 51, 56, 60, 90, 100, 135 Гумификация 28 Гумус (перегной, органическое вещество почвы) 15, 22, 23, 28, 35, 39, 48, 49, 52, 55, 60, 66, 68, 70, 88 Гумусовый горизонт 49, 67, 70, 78, 88 Деградация почвы 20, 35, 36, 176 – пирогенная 34 Дегумификация 23, 35, 127, 128 Дернина 36, 70 Дерновый горизонт 69 Детоксикация почв 61 Дефляция (см. эрозия ветровая) Дренаж 26, 56 Заболачивание 31–36, 56 Загрязнение почвы 19, 20, 23, 29, 34, 45–48, 50, 51, 57, 61, 63, 109, 121, 122, 135, 138 Загрязняющие вещества (поллютанты) 20–22, 41, 42 Закисление почвы 52–55 Закон распространения почв 12 Замусоривание почвы 62, 64 Засоление почвы . . . . 27, 31, 34, 55–57, 93, 97, 125, 135 – вторичное 22, 34, 36, 99 Засоленность почвы 55–57, 142 Засоленные почвы 55 Засоленный (солевой) горизонт . . . . 27 Землепользование 115, 125 – рациональное 10 Зональное распределение 25 Известкование почвы 54 Ил 101 Иллювиальный горизонт . . . .26, 69, 88 Источник загрязнения . . . 20, 44, 47, 60 Калий в почве . . 39, 57, 61, 66, 128, 135 Карбонатные почвы 38 Карта – генетическая 142 – геоэкологическая 141 – почвенная 141 Картограмма 142 Кислотность почв 22, 23, 48, 52, 53, 82, 85, 123, 135, 140, 142 208
Кислотные осадки 52 Полевые комплектные лаборатории 87, 152, 158–160 Конкреции 108 Контрастность 45 Копролиты 107 Ксенобиотики 44 Ландшафт 69 Лесная подстилка 70 Лессиваж 27 Материнская порода 69, 71 Мелиорация почв 54, 99, 100 Мелкозем 29 Метод – конверта 76 – шнура 102 Механический состав 45, 49, 68, 70, 71, 100, 106, 109 Миграция – химических элементов . .46, 48, 49 – веществ 21, 27 Микроэлементы 44, 45, 47, 49 Методы анализа почв 153 – лабораторные 148–150 – полевые 150, 151 Мониторинг – почвенный 20, 142 –почвенно-экологический 17, 20, 21, 23, 126 – экологический 17 Нарушения почвы 17, 19, 21, 28, 29, 31, 71 Новообразования 68, 71, 73, 74, 106, 107 Нормативные показатели загрязнения 15 Окультуривание почв 71, 126 Опустынивание 57, 176 Отдельности 107–109, 153 Охрана почв 10, 23, 36, 61 Педосфера 15 Переувлажнение 34, 35, 56 Персистентность 131 Песок 29, 36, 86, 101, 102 Пестициды 29, 36, 46, 59, 60, 61 Питательные вещества 126 – подвижные 142 Плодородие (почвы) 10, 14, 15, 19, 23, 30–39, 48, 51, 67, 68, 123–126, 128 Поверхностные воды 46, 51, 63 Подтип почв 15 Подщелачивание 55 Показатель загрязнения почв 21, 22, 153 Полевые анализы 157 Породы почвообразующие 10, 29, 44, 53, 72, 74, 125 Портативные комплекты для определения показателей почв 152, 158 Почвенный горизонт 69 – гумусовый 76 – генетический 15, 69, 78 – глеевый 70, 99 – иллювиальный 69 – пахотный 70, 127 – элювиальный 70 Почвенные коллоиды 66 Почвенный воздух 17, 20, 67 Почвенная вытяжка 85 Почвенный поглощающий комплекс (ППК) 48, 53–55 Почвенный покров 12–15, 19, 29, 31–37, 45, 47, 141 Почвенный профиль 15, 19, 25, 26, 29, 49, 50, 62, 67, 69, 70–74, 88, 97, 106 Почвенный разрез 65, 71–75 Почвенный раствор 17, 20, 22, 48, 51–55, 61, 66, 123, 129 20
Почвоведение 10 – генетическое 12 Почвообразование 10, 15, 16, 24–27, 29, 68, 70, 74, 124 Почворазрушающие процессы 31, 35, 36 Почвоутомление 131 Природно-антропогенный комплекс 16, 17, 141 Предельно допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ПДК) 22, 44, 60 Проективное покрытие растений – общее 136 Принципы нормирования химических веществ в почвах . . . . 44 Разрушение почв 19, 29 Ранцевая лаборатория 166 Растительная масса (биомасса) 128 Режимы почвы 13 – водный 13, 38, 100, 123 – воздушный 13, 38, 100 – пищевой 13 – солевой 23 – тепловой 13, 38, 100, 123 Рекультивация почвы 19 Рельеф 10, 16, 24–26, 33, 63, 74, 90 Самоочищение почвы 21, 48, 51 Свойства почв – биологические (биотические) . . 21 – водные 98 – водно-физические 39, 94, 100 – механические 23 – морфологические 65, 72, 78, 88, 93 – физико-химические 38, 71, 78 – физические 20, 29, 39, 48, 65, 66, 71, 78 – химические 20, 29, 48, 66, 109 Сложение почвы . . .68, 74, 93, 106, 123 210 Состояние почв – экологическое 142, 153 Солонцы (солончаки) 55 Структура почвы 16, 39, 66, 68, 73, 74, 93, 102, 106, 123 Тест-комплекты 152, 157, 170 Тест-системы 173 Тип почв 14, 45, 65, 88 Токсиканты . . . .20, 29, 44, 47, 48, 60, 61 Транслокация 43 Увлажнение почв 16, 27, 33, 135 Удобрения 35, 61, 128 – анализ 175 – кислотообразующие 52 – минеральные 22, 29, 35, 57, 61 – органические 35, 59 Уплотнение почв 30, 36, 125 Урожайность 123, 124 Фация 16 Фитоиндикация (биологическая индикация) 135 Фитотоксичность 131 Фитосанитарное состояние 131 Фоновое содержание 20, 44, 45 Фосфор в почве 39, 57, 61, 66, 128, 135 Цвет (окраска) 88 Цвет генетического горизонта почвы 88 Червороины 107 Шкала Мансела 88 Щелочность почвы 22, 39, 55 Экологическая функция почв . . 14, 15 Экологические факторы 135 Экосистема 15, 19, 141 Элювиальный процесс 26, 93, 97 Эрозия почв 23, 27, 29, 30–39, 57, 135, 142 – водная 29, 32, 34, 37 – ветровая (дефляция) . . . 29, 33–38
Научно-производственное объединение ЗАО «Крисмас+» Н^^^^^В^к *>^_ 5^ В ^^ч ■> Ж ьЗШ Проводит обучение, стажировку и консультирование приемам и методам работы с оборудованием, а также лабораторным приборам, производимым и поставляемым НПО ЗАО «Крисмас+». Обучение, стажировка и консультации проводятся очно и заочно, с отрывом и без отрыва от работы. Расходы на проезд до Санкт-Петербурга, питание и проживание несет направля- щая сторона. С обучаемыми работают опытные методисты. Обучение проводится по мере формирования групп и заявок на стажировку. Заявки могут подаваться юридическими и физическими лицами.Проводит обучение, стажировку и консультирование приемам и методам работы с оборудованием, а также лабораторным приборам, производимым и поставляемым НПО ЗАО "Крисмас+", Обучение, стажировка и консультации проводятся очно и заочно, с отрывом и без отрыва от работы. Расходы на проезд до Санкт-Петербурга, питание и проживание несет направля- щая сторона. С обучаемыми работают опытные методисты. Обучение проводится по мере формирования групп и заявок на стажировку. Заявки могут подаваться юридическими и физическими лицами. Главный офис НПО ЗАО «Крисмас+»: 191119, Санкт-Петербург, ул. К. Заспонова д. 6 Тел.(812) 575-5081, 575-5543, 575-5791, 575-8814 Факс (812) 325-3479, круглосуточно E-mail: info@christmas-plus.ru Представительство в Москве: ЗАО НПО «Крисмас Центр» 109316, Москва, Остаповский проезд д. 13, оф. 102 ТелЛфакс (495) 795-2498 E-mail: christmasplus@mtu-net.ru http://www.christmas-plus.ru
Научно-производственное объединение ЗАО «Крисмас+» Мы рады предложить Вам: Комплексный подход к оснащению современных лабораторий ◊ Изготовление и поставка оборудования, приборов, оргтехники и их пусконаладка • Средства контроля воздуха, загрязнений атмосферы и промышленных выбросов (индикаторные трубки и измерительные комплекты на их основе, прокачивающие устройства и пробоотборные зонды, газоанализаторы, поверочные газовые смеси и т.п.) • Средства контроля водных сред и почвы (тест-системы, тест-комплекты, комплект-лаборатории, судовые лаборатории, приборы, вспомогательное оборудование и расходные материалы для электрохимических методов анализа, государственные стандартные образцы, оборудование для пробоотбора и пробоподготовки и т.п.) • Средства контроля санитарно-бактериологических и микробиологических параметров • Средства контроля физических параметров окружающей среды (измерители климатических параметров, освещенности, параметров электромагнитных полей, шума и вибрации, концентрации паров и т.п.) • Средства дозиметрического и радиометрического контроля • Средства общелабораторного оснащения (рН-метры, кондуктометры, иономеры, анализаторы, электроды, оптические приборы, фотометры, спектрометры, хроматографы, оборудование для анализа нефти, термостаты, лабораторные печи и шкафы, стерилизаторы, дистилляторы, лабораторные центрифуги и перемешивающие устройства, приборы для взвешивания, термометры, экстракторы, вибрационные устройства и принадлежности, вспомогательное лабораторное оборудования и т.п.) • Вычислительная техника, периферийные устройства, программное обеспечение и организационная техника ◊ Изготовление и монтаж металлокаркасной лабораторной и кабинетной мебели стандартных и нестандартных габаритов (шкафы вытяжные, шкафы лабораторные, лабораторные столы, столы-мойки, столы для весов и т.п.) ◊ Обеспечение расходными материалами • Лабораторная посуда (посуда из стекла, фарфора, полипропилена, фторопласта, изготовление нестандартной посуды по требованиям заказчика) • Химические реактивы и материалы • Стандарт-титры, Государственные Стандартные Образцы (СТ ГСО) • Лабораторные инструменты и принадлежности ◊ Поставка: • Передвижных мобильных лабораторий (комплектация по требованиям заказчика) • Дистанционных систем обнаружения и мониторирования разлива нефти и нефтепродуктов в акватории морских портов • Промышленных измерительных приборов • Метеорологического оборудования • Средств индивидуальной защиты ◊ Обеспечение нормативно-методическими и справочными документами в области лабораторной практики, охраны окружающей среды и условий труда, а также учебной литературой ◊ Разработка дизайн-проекта лабораторных и кабинетных помещений и проведение соответствующих ремонтных работ ◊ Обучение персонала ◊ Гарантийное и сервисное обслуживание ◊ Консалтинг, сертификация и метрологическое сопровождение Главный офис Запрашивайте более подробную информацию НПО ЗАО «Крисмас+» Представительство в Москве 191119, Санкт-Петербург, ^^ ЗАО НПО «Крисмас Центр» ул. Константина Заслонова, д. 6 ^^ # ® 109316, Москва, Тел. (812) 575-55-43, 575-54-07, Ш П1|/|МЛ/ Остаповский проезд, д. 13,оф.102 575-57-91, 575-50-81 ^££Ц*«£±±££1 тел./факс (495) 795-24-98 Факс: (812) 325-34-79 (круглосуточно) E-mail: christmasplus@mtu-net.ru E-mail: info@christmas-plus.ru http://christmas-plus.ru
Научно-производственное объединение ЗАО «Крисмас+» НПО «Крисмас+» разрабатывает, серийно производит и поставляет широкий ассортимент средств экспресс-контроля химического состава воздуха и промышленных выбросов. Особое место среди этих средств занимают индикаторные трубки (ТИ) - более 300 наименований. ТИ производства НПО «Крисмас+» аттестованы, сертифицированны и внесены в Госреестр за № 18166-99. Для отбора точно фиксированных объемов контролируемого воздуха при работе с ТИ и другими средствами измерения НПО «Крисмас+» разработало и серийно производит специальный ручной насос-пробоотборник (аспиратор) НП-ЗМ. Насос аттестован, сертифицирован и внесен в Госреестр за № 17429-98. Для удобства работы с ТИ и насосом при выполнении экспресс-контроля воздушной среды в труднодоступных местах (цистерны трубопроводы, газоходы, вентиляционные шахты и пр.) НПО «Крисмас+» разработало и производит специальный зонд пробоотборный ЗП-ГХК-ПВ. На основе перечисленных выше средств, а также производимых тест-систем, НПО «Крисмас+» разработало и выпускает мини- экспресслабораторию «Пчелка-Р», предназначенную для комплексного обследования объектов окружающей среды (воздух, вода, почва, продукты питания). «Пчелка-Р» по результатам испытаний на базе ВЦНЛК (МЧС России) была рекомендована к «... широкому внедрению в соответствующие службы МЧС и СНЛК для осуществления экспрессной оценки химических загрязнений...» Главный офис: НПО ЗАО <Крисмас+» 191119, Санкт-Петербург, ул. К. Заслонова, д. 6. тел.(812) 575-5081, 575-55-43, 575-57-91, 575-61-42 факс (812) 325-3479, круглосуточно E-maMnfo@chnstmas-plus.ru (В) СЬмДггю/ http //www.christmas-plus.ru Представительство в Москве: ЗАО НПО «Крисмас Центр» 115280, Москва, Остаповский проезд, д. 13, оф. 102. телЛфакс (495) 795-24-98 E-mail: christmasplus@mtu-net.ru
Для заметок