Общие принципы почвенно-экологического мониторинга
Московский Государственный
Университет Пищевой
Реферат по предмету «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа»
На тему:
«Общие принципы почвенно-экологического мониторинга»
Выполнила студентка
Технологического фак-та
II курса 1 7 группы
Копытина Татьяна
Москва 2012
Содержание
Введение
- Почвенно-экологический мониторинг и его место в системе экологического мониторинга
- Экологический и почвенно-экологический мониторинг: цели и задачи
- Особенность почвы как объекта мониторинга
- Аккумуляция и рассеяние веществ в ландшафте
- Методология почвенно-экологического мониторинга
- Выбор контрольных участков
- Показатели экологического состояния почв, подлежащие контролю при мониторинге
- Импактный (локальный), региональный, глобальный и фоновый почвенно-экологический мониторинг
- Современное состояние экологического мониторинга в России
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Начиная с работ Т. Мальтуса, некоторые ученые возвращаются к проблеме перенаселения Земли (Глазовский Н. Ф., 2004), как ведущей, детерминирующей другие глобальные проблемы человечества. Перенаселение какой-либо природной территории, либо все планеты Земля начинает проявляться с того момента, когда возникает недостаток в ресурсах, для поддержания функционирования значительно выросшего социума.
В процессе жизнедеятельности социум вырабатывает энтропию, которая имеет различные материальные формы. Это и бытовые отходы, и отработавшие свой срок технологические установки, продукты сгорания углеводородного топлива, отходы различных механизмов и производств, разрушенные при добыче сырья нативные экосистемы и многое другое. Для утилизации энтропии также необходимы ресурсы, например, свободное пространство, либо высокоэнергетические соединения, способные разрушить поллютанты и нейтрализовать негативные изменения экосистем. Перенаселённость Земли лишает человека таких ресурсов пространства и энергии, в итоге отходы функционирования социума остаются активными и находятся зачастую вблизи местообитаний человека. Огромное число поллютантов непосредственно диффундируют в человеческие местообитания и нативные экосистемы (например, при аэрозольном переносе).
Как правило,
разумная деятельность человека вызывающая
техногенез направлена на достижение
позитивных целей (например, лесомелиорации
на болоте). Но любое действие порождает,
согласно второму началу термодинамики,
диссипацию энергии. Образующаяся таким
образом неупорядоченная
Важной задачей человечества, в условиях нехватки ресурсов (в том числе и пригодных местообитаний в ряде регионов планеты) является контроль распространения энтропии, выявление участков с её преимущественным накоплением, что может повлечь ухудшение состояния человеческого общества, отдельных индивидов. Локализация таких участков поможет и помогает принимать меры по защите природы и населения от опасных продуктов жизнедеятельности человеческих и техногенных систем.
Согласно гипотезе «Гея» Джеймса Лавлока планета Земля представляет собой живой сверхорганизм. Такую позицию доказать не удаётся, так же как и опровергнуть (Арманд А. Д., 2001). Но даже если биосфера или планета не являются сверхорганизмом, то несомненным является то, что биосфера – сложная, многогранная система с очень высокой чувствительностью связей между подсистемами. Это требует от человечества слежения за её состоянием, изменениями, происходящими в подсистемах, для своевременного ответа, на возникшие опасности, либо возможности.
В настоящее время по всему миру налажена система экологического мониторинга, преследующая цель сбора информации об изменениях в биосфере и отдельных её компонентах. По Трофимовой В. Л. (2002) экологический мониторинг – это система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающая информацию о состоянии окружающей среды с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза в будущем параметров окружающей среды, имеющих значение для человека.
Наиболее быструю
реакцию проявляют при
Самым консервативным
компонентов экосистемы
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв:
- водная и ветровая эрозия;
- засоление, подщелачивание, подкисление;
- заболачивание;
- физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование;
- разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых;
- химическое загрязнение почв (Розанов Б. Г., 1989).
Почва – индикатор многолетних
природных процессов, и её состояние
– это результат длительного
воздействия разнообразных
Тяжелые металлы начали изучать одними из первых. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами автомобилей. Описаны случаи, когда большие количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, если выше водозабора в реки сбрасывались сточные воды промышленных предприятий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500 - 600 т. Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и подземных вод. В этом заключается одно из трудноразрешимых противоречий: легко загрязняющиеся почвы предохраняют окружающую среду, но почвы, устойчивые к загрязнению, не обладают защитными свойствами в отношении живых организмов и природных вод.
В северном полушарии, на территориях высокой промышленной освоенности большую проблему представляют кислотные дожди. Их выпадение - результат выброса в атмосферу продуктов сжигания топлива, а также выбросов металлургических и химических заводов. Действие кислых дождей на почвы неоднозначное. В северных, таежных зонах они увеличивают вредную кислотность почв, способствуют повышению содержания в почвах растворимых соединений токсичных элементов - свинца, алюминия.
Крупнотоннажные отходы различных производств, отвалы гидролизного лигнина, золы тепловых электростанций, отвалы при добыче угля оказывают локальное влияние. Такие отвалы занимают немалые площади, выводя из пользования земельные угодья, а многие из них представляют вполне конкретную опасность для окружающей среды. Отвалы многих горных пород содержат пирит, который самопроизвольно на воздухе окисляется до H2SO4.
Нефтяное загрязнение почв относится к числу наиболее опасных, поскольку оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти очень сильно затруднена. Последствия для почв, вызванные нефтезагрязнением, можно без преувеличения назвать чрезвычайными. Нефть обволакивает почвенные частицы, почва не смачивается водой, гибнет микрофлора, растения не получают должного питания. Наконец, частицы почвы слипаются, а сама нефть постепенно переходит в иное состояние, ее фракции становятся более окисленными, затвердевают, и при высоких уровнях загрязнения почва напоминает асфальтоподобную массу (Орлов Д. С., 1996). Загрязнение почв приводит к формированию очагов социально-экологической напряженности (рис. 1). Они формируются вокруг наиболее загрязненных промышленных центров. В структурном отношении в указанных очагах выделяется эпицентр, а далее вокруг него две зоны, одна из которых, в зависимости от ветрового режима, характера выбросов и их рассеивания, примыкает к эпицентру и переходит во вторую, которая может распространяться на десятки километров от эпицентра и санитарно-защитной зоны (Гичев Ю. П., 2002).
Рисунок – Структура очага социально-экологического напряжения (Гичев Ю. П., 2002)
Кроме химического загрязнения почв, очень проблематичны на всей планете процессы радиоактивного загрязнения почв, их эрозии, дефляции, дегумификации, изменением под действием орошения и многие другие последствия чрезмерного роста человеческого вида. Поэтому всё более нарастает актуальность своевременного и результативного мониторинга за состоянием окружающей среды, почвенного покрова. Следствием чего должны является достоверные прогнозы, включающиеся в социальные проекты и программы хозяйственной деятельности человека.
1. ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ
МОНИТОРИНГ И ЕГО МЕСТО В
СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
- Экологический и почвенно-экологический мониторинг: цели и задачи
Термин
«мониторинг» впервые появился в
рекомендациях специальной
Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию о:
- состоянии окружающей среды;
- причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т. e. об источниках и факторах воздействия);
- допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
- существующих резервах биосферы.
Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.
В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:
- наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
- оценку фактического состояния среды;
- прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.
Сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации (Чупахин В. М., 1989).
Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). Отраженная на рис.2 классификация охватывает весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения. Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.
Рисунок - Классификация экологического мониторинга (Родзевич Н. Н., 2003)
Следуя за академиком Израэлем Ю. А. и соавторами (1987) почвенно-экологический мониторинг должен входить в группу геофизического и выделяться по контролируемой природной среде – почве и почвенному покрову.
В основе почвенно-экологического мониторинга должны лежать следующие основные принципы:
1) разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова;
2) постоянный контроль за важнейшими показателями почвенного плодородия;
3) ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств;
4) разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных процессов с целью прогноза ожидаемых урожаев и оперативного регулирования развития сельскохозяйственных культур, изменением свойств почв при длительных антропогенных нагрузках;
5) ведение мониторинга
за состоянием почв территорий
ненарушенных антропогенными
Специальные задачи почвенно-экологического
мониторинга выполняемые на разном
уровне (локальном, региональном, глобальном),
различаются. Объединяет их общая цель:
своевременное обнаружение
Локальный и региональный мониторинг должен решать следующие задачи:
- характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ;
- определение уровней контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной действию источника загрязнения;
- установление зон распространения почв с ухудшением контролируемых свойств;
- определение характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей миграции, аккумуляции и направления трансформации загрязняющих веществ в почве;
- оценка сопротивляемости почв загрязнению и возможности их самоочищения;
- рекомендация мероприятий по снижению или ликвидации последствий загрязнения почв;
- оценка экономического ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству загрязнением почв.
При глобальном мониторинге должно проводиться следующее:
- характеристика потока контролируемых химических элементов на почвы фоновых территорий;
- определение уровней контролируемых показателей состояния почв;
- выявление зон миграции, аккумуляции, направления трансформации контролируемых химических элементов в почве;
- определение скорости накопления контролируемых химических элементов в почвах фоновых территорий.
Экологическому менеджменту,
как системе принятия решений
связанных с реализацией
1.2 Особенность почвы как объекта мониторинга
Специфика почв как объекта мониторинга определяется их местом и функциями в биосфере. Почвенный покров служит конечным приемником большинства техногенных химических веществ, вовлекаемых в биосферу. Обладая высокой емкостью поглощения, почва является главным аккумулятором, сорбентом и разрушителем токсикантов. Представляя собой геохимический барьер на пути миграции загрязняющих веществ, почвенный покров предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы как буферной системы не безграничны. Аккумуляция токсикантов и продуктов их превращения в почве приводит к изменению её химического, физического и биологического состояния, деградации и, в конечном итоге, разрушению. Эти негативные изменения могут сопровождаться токсичным воздействием почв на другие компоненты экосистемы – биоту (в первую очередь, видовое разнообразие, продуктивность и устойчивость фитоценозов), поверхностные и грунтовые воды, припочвенные слои атмосферы (Гришина Л. А., 1991 и др.).
Организация почвенного мониторинга представляет собой задачу более трудную, чем мониторинга водных и воздушных сред по следующим причинам:
1) почва – сложный объект исследования, так как представляет биокосное тело, которое живет по законам и живой природы, и минерального царства;
2) почва – многофазная гетерогенная полидисперсная термодинамическая открытая система, химические взаимодействия в ней происходят с участием твердых фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов. Постоянное влияние оказывают физические почвенные процессы (перенос влаги и испарение);
3) опасные загрязняющие почвы химические элементы Hg, Cd, Pb, As, F, Se являются природными составляющими горных пород и почв. В почвы они поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи мониторинга требуют оценки доли влияния лишь антропогенной составляющей;
4) поступают в почву различные химические вещества антропогенного происхождения практически постоянно;
5) природное пространственное и временное варьирование содержаний химических веществ в почвах велико, что нередко определяет трудность установления степени превышения исходного уровня содержания химических веществ в почвах (Мотузова Г. В., 1994).
Многие
методические вопросы почвенного мониторинга
не решены. Окончательно не определено
понятие «фон», «фоновое содержание».
Часто современное состояние
биосферы оценивают, сравнивая его
с прошлым состоянием с помощью
косвенных методов: путем ретроспективной
экстраполяции современных
2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОЧВЕННО-
2.1 Выбор контрольных участков
Для обнаружения изменения свойств почв объектами наблюдения должны быть специально выбранные территории во всех главнейших почвенно-климатических зонах страны, с учетом существующего и ожидаемого уровня загрязнения атмосферы. В первую очередь необходимо создание системы мониторинга почв в районах наиболее интенсивной антропогенной нагрузки.
Мониторинг
почв следует проводить на фиксированных
контрольных участках, репрезентативно
характеризующих почвенный
Для текущего контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий необходима сплошная аэро- или космическая съемка при выборочном контроле на наземных пунктах наблюдения. Контрольными являются поля с традиционной системой земледелия без наложения химических или гидротехнических мелиораций (Гришина Л. А. и др., 1991).
2.2 Показатели экологического состояния почв, подлежащие контролю при мониторинге
Наиболее
важным вопросом является выбор показателей
мониторинга почв, периодичности
наблюдений и методов измерения.
Перечень показателей должен быть оптимальным,
обеспечивающим реальность исполнения
и не вызывающем потери информации.
Система показателей должна включать
обязательные для всех видов почв
и специфичные для почв одного
или нескольких типов параметры,
а также показатели, обусловленные
природой загрязняющих веществ (Гришина
Л. А. и др, 1991). Выбираемые для мониторинга
показатели должны быть по возможности
просты, а методы доступны, в том
числе для сравнительно небольших
лабораторий, не располагающих дорогостоящим
оборудованием. Кроме того, необходимо
отметить, если при контроле воздуха
или вод основное внимание обращается
на вредные и токсичные примеси,
то при почвенном мониторинге
приходится контролировать многие параметры,
характеризующие систему в
Обязателен
контроль показателей подвижности
загрязняющих веществ, т. к. именно они
характеризуют способность
Во многих
случаях заменить трудоемкое определение
валового содержания и подвижных
форм соединений тяжелых металлов,
на определение легко
По результатам многолетней практики Гришина Л. А. и соавторы (1991) предлагают разделить показатели почвенно-экологического мониторинга на показатели ранней, кратко- и долгосрочной диагностики.
1. Показатели ранней диагностики негативных изменений свойств почв, позволяют обнаружить и остановить неблагоприятные процессы на начальных стадиях их развития. Это, прежде всего, показатели биологической активности почв – численность и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных животных, их биомасса, ферментативная активность почв, интенсивность выделения углекислого газа почвой, активность азотфиксации и денитрификации, нитрификационная способность почв. Их использование при мониторинге промышленного загрязнения почв позволяет обнаружить тенденции и скорость происходящих в почве изменений, судить о степени опасности поллютантов. Однако неблагоприятные эффекты не являются строго специфичными, одинаковая реакция может вызываться разными факторами. Интегральный характер этих показателей, их высокое природное варьирование и сезонная динамика, неоднозначность реакций и большая приспособленность живых организмов к воздействию токсикантов делают необходимым одновременные прямые определения других свойств почв для указания причин неблагополучия.
В качестве
этих диагностических свойств
2. Показатели
средней устойчивости, характеризующие
краткосрочные изменения
3. Показатели
долгосрочной диагностики
Вслед за Садовниковой Л. К. (2006) рассмотрим конкретные важнейшие показатели почвенного мониторинга.
Кислотно-основные свойства. Важнейший и, как правило, достаточный для характеристики почв показатель – это значение рН в водных и солевых вытяжках. Значение рН свидетельствует только о степени кислотности или щелочности почв, но из-за довольно высокой буферности почв оно не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возможны случаи, когда содержание кислотных компонентов в почве нарастает, но рН практически не изменяется. Тогда кроме рН целесообразно определять так называемую потенциальную кислотность, которую находят путем титрования щелочью вытяжки из почвы, что в известной мере позволяет судить об уровне потенциальной кислотности почвы.
Емкость катионного обмена (ЕКО). Является важной почвенной характеристикой. Она складывается из поглотительной способности гумусовых веществ, минеральных частиц почвы, а также входящих в ее состав микроорганизмов. Величина ЕКО почвы коррелирует с содержанием в ней гумуса, гранулометрическим и минералогическим составом, величиной рН. Таким образом, емкость катионного обмена – интегральная почвенная характеристика, по которой можно оценивать степень устойчивости почв, в том числе, и к антропогенному воздействию (Биогеохимические…, 1993).

- Общие принципы права. Типовые контракты и проформы
- Общие принципы профилактики астмы
- Общие принципы работы электронного микроскопа
- Общие принципы рационального природопользования
- Общие принципы регионального кредитования
- Общие принципы сервировки стола
- Общие принципы сервировки стола
- Общие принципы организации и проведения фокус-группы
- Общие принципы организации местного самоуправления
- Общие принципы организации местного самоуправления в РФ»
- Общие принципы организации проектирования
- Общие принципы подготовки к экзаменам
- Общие принципы построения сетей. Требования, предъявляемые к современным сетям
- Общие принципы построения СУБД