Антоненко И.В. Мониторинг и охрана городских земель: Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Тема 6

Отбор проб и методы анализа

Особенности выбора мест пробоотбора в населенных пунктах

Изучение экологической обстановки начинается с установления источни-

ков загрязнения окружающей среды; следующим этапом является отбор проб

для анализа степени химического загрязнения, по результатам которого состав-

ляются ситуационные карты загрязнения. Часто в городе, где существует мно-

жество источников загрязнения применяют отбор смешанных проб по сетке с

шагом от 100 до 1000 м, причем узлы сетки могут сдвигаться, если они попада-

ют на место, где стоит здание или расположен какой-то другой объект. Чем

меньше шаг сетки тем более детальную информацию можно получить.

На территориях, прилегающих непосредственно к заводу, в результате

строительства и реконструкции предприятия, природный ландшафт, а часто и

рельеф, нарушен, водосток зарегулирован. Часто такие площади несут на по-

верхности насыпной материал, который может представлять собой пустую по-

роду, хвосты, вынутый при строительстве или привезенный грунт. Морфология

и состав насыпного слоя отличаются от соответствующих признаков зональных

почв, растительный покров искусственный и, как правило, сильно угнетен.

Вокруг заводов расположены постройки бытового назначения и жилые

дома. Часто заводы размещаются в черте города.

Если предприятие распо-

ложено в населенном пункте

, то программа исследования и сбор образцов

для анализа загрязняющих веществ должны учитывать планировку населен-

ного пункта, гипсометрию местности, высоту построек, густоту их располо-

жения, влияние всех этих факторов на направление потоков воздуха, распре-

деление атмосферных осадков и ливневого стока, долю участия в загрязне-

нии территории города автотранспортом и местными предприятиями.

В городе может оказаться несколько источников загрязнений, неиз-

бежно бытовое (локальное) загрязнение и наличие неорганизованных старых

и временных свалок, сжигание мусора. В этих условиях почву приходится

брать на посадках деревьев вдоль улиц, газонах, в садах и дворах. Там же со-

бирать растительные образцы. Содержание поллютантов в собранных мате-

риалах, как правило имеет высокий разброс.

Пригородная зона имеет меньшую густоту застройки, но обычно в ней

расположено большее число промышленных и бытовых предприятий раз-

личной мощности и назначения, складов, мусорохранилищ, кладбищ. При-

родный комплекс, как и в городе, почти отсутствует. Условия сбора мате-

риала для анализа во многом аналогичны городским.

В городах и пригородах территория имеет искусственный рельеф, од-

нако сохраняются повышенные участки, с которых во время обильного сне-

готаяния и ливней при отсутствии асфальтового или бетонного покрытия на

дорогах происходит смыв почвы и пыли и аккумуляция материала в нижних

частях улиц и площадей, что следует учитывать при сборе образцов для ана-

лиза и интерпретации получаемых данных.

В пределах города утрачивается влияние многих природных факторов

на накопление и распределение загрязняющих веществ в почвах. На терри-

ториях же, где почвы используются в сельском хозяйстве или они заняты ес-

тественным травянистым покровом или древесными насаждениями, в накоп-

лении и распределении поллютантов в почвах проявляется влияние многих

природных факторов: геологии и литологии покровных и почвообразующих

пород, рельефа, климата и микроклимата, экспозиция склонов, перераспре-

деление жидкого и твердого стоков по элементам мезо- и микрорельефа. На

направление и скорость ветра, перенос аэрозолей и пыли, на их выпадение из

атмосферы влияют рельеф территории, растительный покров, климат. Про-

боотбор в таких ландшафтах ведут в соответствии с рельефом местности и

выделением сопряженных элементарных геохимических ландшафтов, свя-

занных в единую систему пространственной миграции вещества.

Большую трудность представляет изучение и картирование загрязне-

ния территории, окружающей предприятие. Сплошное картирование терри-

тории предусматривает, что каждый выделенный контур имеет подробную

характеристику почв: классификационное положение, морфология, механи-

ческий и химический состав и т.д. Такое картирование обычно используют

при крупномасштабной съемке массивов земель, интенсивно используемых в

сельскохозяйственном производстве; недостатком его является большая тру-

доемкость и стоимость, хотя морфологические признаки почв позволяют в

полевой период составить почвенную карту. Для нанесения изолиний кон-

центраций загрязняющих веществ в почвах требуется дорогостоящий анализ

большого числа образцов из разрезов и смешанных проб, взятых из верхнего

горизонта для уточнения границ контуров уровня загрязнения.

Исследования загрязнения почв должны иметь характер биохимических

исследований окружающей среды с детальным изучением миграции элемента в

конкретных почвах и ландшафтах. Все это требует большой ответственности

при сборе материалов для анализа, но в то же время позволяет правильнее ис-

толковать полученный материал, построить модель загрязнения территории.

Методы отбора проб и условия их хранения

Если в населенном пункте исследования загрязнения земель ранее не

проводились, а также если в данном населенном пункте количество источни-

ков загрязнения невелико, или необходимо изучить влияние на загрязнение

окружающей среды конкретного источника, то применяется следующий ме-

тод отбора проб. Радиально от источника загрязнения в соответствии с розой

ветров намечается пять-восемь маршрутов протяженностью 25-30 км (в не-

которых случаях до 50 км и более). В направлении этих маршрутов – лучей

шириной 200-300 м вблизи источника с постепенным расширением сектора

до 1-3 км при удалении от него располагают сеть ключевых участков, пло-

щадок взятия смешанных образцов, траншей и разрезов.

Ключевым участком

называют небольшой по площади участок (1-10

га и более), размеры которого зависят от сложности почвенного покрова и

рельефа. Ключи размещают на обследуемой территории так, чтобы они ха-

рактеризовали все возможные ландшафтно-геохимические условия, разнооб-

разие состава почв, типичные биогеоценозы и, конечно, фоновые и техно-

генные участки региона.

Основную долю ключевых участков располагают в направлении двух

экстремальных лучей розы ветров. Общее число участков – 15-20, причем всю

первую зону загрязнения (до 1,5 км) можно рассматривать как один участок. В

пределах города для любой другой зоны достаточно иметь 2-3 участка.

Участок всесторонне исследуется, составляются или уточняются деталь-

ные тематические карты (почвенная, растительного покрова, грунтовых вод,

геохимическая). С ключевых участков берут индивидуальные пробы, для опре-

деления пестроты распределения загрязняющих веществ, и смешанные пробы; в

глубоких разрезах (глубина 2-2,5 м, ширина 2-5 м) и траншеях (глубина 2-2,5 м,

ширина 5-10 м) изучается морфология, отбирают по горизонтам образцы почв и

все то, что характеризует миграцию и биологический круговорот загрязнений в

ландшафте (горные и материнские породы, растения, поверхностные и грунто-

вые воды и т.д.). Впоследствии часть ключей используют в качестве площадок

стационарных наблюдений по динамике техногенного загрязнения почв.

Кроме того для определения степени загрязнения современными вы-

падениями и оценки скорости миграции загрязняющих веществ в почвенном

профиле отбирают пробы с глубины 0-2,5; 2,5-5,0; 5-10; 10-20 и 20-40 см.

Уровень и зоны загрязнения определяют по данным анализа смешан-

ных образцов первого года исследований и корректируют их при вторичном

исследовании территории. Смешанные образцы отбираются с выбранных

площадок, часть которых располагается на ключевых участках. Размер пло-

щадки взятия смешанного образца в фоновой зоне определяется контуром

почвенной разновидности, которую образец должен представлять. Вблизи

источника загрязнения (зоны I-III) состав и свойства почвы практически не

влияют на аккумуляцию в них загрязняющих веществ. Площадка может быть

от нескольких гектаров (1-15 га) до 100 га. Расположение площадок приуро-

чивается к наиболее распространенным элементам рельефа, породам, поч-

вам, растительному покрову.

Смешанный образец

получают из серии единичных образцов. Точки взя-

тия единичных образцов охватывают весь почвенный контур, расположение их

случайное. Из каждой точки на площади 1-2 м

берут 4-5 проб, располагая их по

конверту (по углам и из середины). Все пробы высыпают в пластмассовый таз и

тщательно перемешивают. Затем смешанную пробу собирают в конусообраз-

ную кучу и последовательным квартованием, отбрасывая каждый раз 3/4 взятой

земли, оставляют смешанную пробу в 100-150 г. После взятия проб во всех точ-

ках площадки (15-30 промежуточных смешанных образцов), многократным

квартованием получают конечный смешанный образец весом 200-500 г.

Все взятые образцы должны быть с этикетками, перечень их записыва-

ется. Сухие почвенные образцы помещаются в мешки из хлопчатобумажной

ткани, сырые образцы – в полиэтиленовые мешки. Для хранения сырые об-

разцы почв должны быть высушены в сушильном шкафу при 60-80

С.

Контролируемые показатели почвенно-химического мониторинга, аппа-

ратура и методы анализа

Как уже отмечалось, цели и задачи мониторинга не включают ни во-

просы исследовательской работы, ни вмешательства в протекающие природ-

ные процессы. Система мониторинга – это система наблюдений, получения

информации о состоянии природной среды. Отсюда следует, что выбирае-

мые 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, что если при контроле воздуха или вод основное внимание обра-

щается на вредные или токсичные примеси, то при почвенном мониторинге

приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в

целом, выявлять признаки, указывающие на возникновение неблагоприят-

ных тенденций или снижение почвенного плодородия. Рассмотрим конкрет-

ные важнейшие показатели почвенного мониторинга.

Кислотно-основные свойства.

Важнейший и, как правило, достаточ-

ный для характеристики почв показатель – это значение рН в водных или со-

левых вытяжках. Величина рН свидетельствует только о степени кислотно-

сти или щелочности почв, но из-за достаточно высокой буферности почв она

не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возмож-

ны случаи, когда оценить содержание кислотных компонентов в почве на-

растает, но рН практически не изменяется. Тогда кроме рН целесообразно

определять так называемую потенциальную кислотность, количество кото-

рой находят путем титрования щелочью вытяжек из почв, приготовленных

на 0,1 М растворе KCl. В агрохимических лабораториях обычно ограничи-

ваются определением рН таких вытяжек, что в известной мере позволяет су-

дить об уровне потенциальной кислотности почвы.

Для определения рН водных вытяжек используют стеклянные электро-

ды. Навеску воздушно-сухой почвы массой 10 г, пропущенной через сито с

отверстиями в 1 мм, помещают в плоскодонную колбу, приливают 25 мл

дистиллированной воды (рН 6,0-6,5), взбалтывают в течение 1 ч. В приго-

товленную суспензию погружают комбинированный электрод или простой

Н-электрод и электрод сравнения (каломельный или хлорсеребряный) и из-

меряют ЭДС с помощью любого подходящего рН-метра, иономера или по-

тенциометра. Затем по градуировочному графику, предварительно построен-

ному с помощью стандартных буферных растворов, находят значение рН. На

рН-метрах имеется непосредственно шкала рН, настройку которой осущест-

вляют также по стандартным растворам.

Промышленность выпускает стационарные лабораторные рН-метры и

переносные – полевые, портативные приборы, удобные для осуществления

контроля непосредственно в природной обстановке.

Оптимальный диапазон рН для растений – примерно от 5,0-5,5 до 7,0-

7,5. Если кислотность увеличивается, прибегают к известкованию почв; при

рН более 7,5-8,0 используют химические средства для снижения рН. Воз-

можно прямое кислование серной кислотой, чаще используемое на содовых

солонцах-солончаках, внесение гипса, сульфатов железа.

Аналогично получают солевые вытяжки, используя вместо дистилли-

рованной воды 1,0 М раствор KCl. Все остальные операции идентичны. Ве-

личины рН следует контролировать 2-3 раза в год, поскольку нежелательные

сдвиги могут проявляться только в один из сезонов.

Динамика содержания гумуса.

В настоящее время контроль за содержа-

нием гумуса входит в число первоочередных задач, поскольку изменение коли-

чества органического вещества в почве не только прямо связано с изменениями

практически всех почвенных свойств и их плодородием. но отражает влияние

внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

Для определения содержания гумуса в почве чаще всего используют ме-

тод Тюрина – по окисляемости органического вещества. Принцип метода за-

ключается в следующем. К навеске почвы приливают раствор K

в серной

кислоте и кипятят точно 5 мин (в некоторых модификациях метода реакцию

проводят при комнатной температуре в течение суток). При этом органические

вещества, входящие в состав гумуса, окисляются до СО

и Н

О; для обеспече-

ния полноты окисления используют в качестве катализатора Ag

. По коли-

честву израсходованного окислителя рассчитывают содержание в почве гумуса.

Применение этого метода стало возможным потому, что элементный

состав почвенного гумуса представлен преимущественно С, Н, О, N, но со-

держание азота мало (около 5 % от количества гумуса) и его практически не

принимают во внимание. Соотношение Н и О в гумусе почти такое же, как в

воде, т.е. атомное отношение Н:О=2:1; иными словами, окислитель не расхо-

дуется на окисление Н до воды. С некоторым приближением считают, что

весь окислитель расходуется только на окисление углерода:

C + K

→

При этом Cr

восстанавливается до Cr

. Количество израсходованно-

го окислителя находят либо путем обратного титрования солью Мора, либо

спектрофотометрически, определяя содержание образовавшегося Cr

в про-

бе по интенсивности довольно сильной полосы поглощения при 580 нм.

Недостаток этого метода заключается в том, что реально определяется

не содержание углерода, а окисляемость почвы, поэтому метод неприменим

для анализа оглеенных и заболоченных почв. Кроме того, результаты наблю-

дений обусловлены не только изменением количества гумуса в почве, но и

степенью его окисленности. При вспашке и длительном сельскохозяйствен-

ном использовании органическое вещество почвы дополнительно окисляет-

ся, отношение Н:О становится меньше, чем 2:1, и на окисление гумуса рас-

ходуется уже меньшее количество дихромата. Создается впечатление потерь

гумуса, хотя на самом деле возрастает степень его окисленности. Тем не ме-

нее метод широко используется в силу его простоты и доступности.

В последнее десятилетие стали применять анализаторы углерода, в ко-

торых производится сухое сжигание органического вещества в токе кисло-

рода с последующим определением количества выделившегося CO

. Этот

метод быстр, дает истинное представление о содержании углерода, но не

всегда обеспечивает полное сжигание гумуса (это зависит от используемой в

анализаторе температуры, продолжительности сжигания и состава газовой

смеси); мешающее влияние могут оказать почвенные карбонаты. Анализато-

ры углерода и комбинированные анализаторы, позволяющие определять уг-

лерод, водород и азот, несомненно перспективны, хотя пока еще дороги и

доступны далеко не всем лабораториям.

Для контроля за качественной характеристикой почвенного гумуса це-

лесообразно определять содержание водорастворимых органических ве-

ществ, формирующих в значительной мере запас элементов питания и яв-

ляющихся показателем доступности гумусовых веществ микроорганизмам.

Вторичное засоление почв

. Вторичное, точнее – антропогенное засоле-

ние почв проявляется при недостаточно научно обоснованном орошении,

строительстве каналов и водохранилищ, при развеивании солевых аккумуляций

и др. Химически оно проявляется в увеличении содержания в почвах и почвен-

ных растворах легкорастворимых солей – таких как NaCl, Na

, MgCl

MgSO

. Наиболее простой и быстрый метод обнаружения засоления основан на

измерении электрической проводимости. Применяют определение электриче-

ской проводимости почвенных суспензий, паст насыщения, водных вытяжек,

почвенных растворов и непосредственно почв. Быстро и достаточно точно

можно контролировать этот процесс путем определения удельной электриче-

ской проводимости водных суспензий с помощью специальных

солемеров

Осолонцевание почв.

Химическим признаком осолонцевания обычно

служит увеличение содержания в почвах обменного натрия. Для определе-

ния его содержания навеску почвы заливают 1 М раствором MgCl

, взбалты-

вают в течение 1 ч и затем определяют количество натрия, вытесненного из

почвенного поглощающего комплекса по реакции:

ПNa

+ MgCl

→

ПMg + 2NaCl,

где П – символ почвенного поглощающего комплекса; коэффициенты урав-

нения в известной степени условны, поскольку основность П практически не

может быть определена.

Общее количество вытесненного Na

может быть определено иономет-

рически или на пламенном фотометре. Для ионометрического определения

используют выпускаемые промышленностью Na-стеклянные электроды. В

ходе анализа непосредственно в суспензию погружают индикаторный стек-

лянный электрод и электрод сравнения; затем измеряют на потенциометре

(иономере) возникшую ЭДС и по градуировочному графику находят количе-

ство натрия. Градуировочный график строят по стандартным растворам, со-

держащим 1 М MgCl

и переменные количества NaCl.

Для фотометрического определения Na

полученную суспензию

фильтруют или центрифугируют, с тем чтобы получить прозрачный раствор,

а затем вводят последний в пламя горелки. Градуировочный график строят

так же, как и при ионометрическом определении.

Угнетение почвенной биоты.

Этот важный показатель, пригодный в том

числе и для ранней диагностики негативных процессов в почве, находят, как

правило, по косвенным признакам. Сравнительно простой прием, позволяющий

оценить суммарную активность почвенных организмов, разлагающих органиче-

ское вещество и выделяющих диоксид углерода, состоит в определении так на-

зываемого дыхания почвы, или эмиссии почвой СО

. В полевых условиях на

поверхность почвы устанавливают специальные камеры (предложен ряд сис-

тем), которые улавливают выделяющийся СО

, например, путем его поглоще-

ния раствором щелочи; затем количество поглощенного СО

можно измерить

титрованием, по электрической проводимости. Разработаны методы определе-

ния СО

в газовой фазе по поглощению энергии электромагнитных колебаний в

инфракрасной области. В этом случае СО

не фиксируется раствором щелочи, а

непосредственно почвенный воздух прокачивают через кювету инфракрасного

спектрофотометра и по интенсивности полосы поглощения СО

оценивают его

содержание в воздухе. Дыхание почвы – хороший показатель, но надо помнить,

что эмиссия СО

весьма динамична и меняется не только по сезонам года, но и в

течение суток (суточная динамика), а также с изменением погодных условий.

Предложены также приемы оценки деятельности почвенных микроор-

ганизмов по уровню азотфиксации, нитрификации. Однако среди других ме-

тодов более привлекательны методы определения ферментативной активно-

сти почвы. Общий характер имеет величина каталазной активности, исполь-

зуют также полифенолоксидазную и дегидрогеназную активность.

Фитотоксичность почвы.

Необходимость определения этого показа-

теля особенно часто возникает при мониторинге химически загрязненных

почв или при оценке возможности использования в качестве мелиорантов

или удобрений различного рода отходов: осадков сточных вод, различного

рода компостов, гидролизного лигнина.

Для выяснения относительной фитотоксичности используют метод ру-

лонной культуры, выращивая проростки тест-растений на рулоне фильтро-

вальной бумаги из семян, замоченных в растворе с различными концентра-

циями тяжелых металлов.

Для определения фитотоксичности используют также метод определе-

ния депрессии гуттации или выделения влаги кончиками листьев растений

при опережающем росте корней по сравнению с листьями. Метод определе-

ния фитотоксичности, предложенный Реппо (1979), основан на торможении

ростовых процессов в условиях избыточного содержания тяжелых металлов

и снижения гуттации.

Фитотоксичность ионов можно определять по формуле Удовенко:

()

[]

()

КРРСРС

ТКОККО

=−

где К

– коэффициент токсичности; Р

– сухая масса растения на контроле;

– то же, в присутствии токсиканта; С

– содержание иона в сухой массе на

контроле; С

– то же, в варианте с токсичным элементом.

Просты и удобны экспериментальные методы определения фитоток-

сичности: метод проростков и метод угнетения микробных популяций по

Красильникову.

Определение фитотоксичности методом проростков. Принцип мето-

да

. Метод основан на реакции тест-культур при внесении в почву удобрений,

мелиорантов, загрязняющих веществ и т.п. По сути дела этот метод позволя-

ет выявлять токсичное (ингибирующее действие тех или иных веществ) и

стимулирующее влияние, активизирующее развитие тест-культур. Семена

тест-культур высеваются в вегетационные сосуды или лабораторные стака-

ны, заполненные почвой с добавками изучаемых веществ, или загрязненной

и незагрязненной почвой. В ходе опыта фиксируют всхожесть, энергию про-

растания, длину надземной и корневой системы, массу сухого вещества над-

земной и подземной части.

Выбор тест-культур.

Желательно иметь быстро прорастающие куль-

туры, которые обычно выращиваются в хозяйствах изучаемого региона. Так,

для изучения дерново-подзолистой почвы нередко использую овес, как пред-

ставитель злаковых несимбиотрофных растений и горох – представитель бо-

бовых, способных к азотфиксации. Для степных почв это могут быть пшени-

ца, люцерна, бобы, фасоль. Важно, чтобы были использованы одновременно

азотфиксирующие и не фиксирующие азот растения.

Условия опыта

. Опыт проводится на световых стеллажах или в вегетаци-

онных домиках при поддержании постоянной влажности почвы. Принятая

влажность, равна 70 % от полной влагоемкости (ПВ). С этой целью для изучае-

мых почв или смесей предварительно определяют полную влагоемкость стан-

дартным методом, используя одинаковую подготовку проб (измельчение, рас-

тирание, перемешивание и пр.). Затем в начале опыта почву увлажняют расчет-

ным количеством воды так, чтобы влажность была 70 % ПВ. Эту влажность

поддерживают постоянной, для чего сосуды взвешивают после первого увлаж-

нения немедленно, а затем периодически повторяют взвешивание и потерю

массы компенсируют добавлением в сосуды недостающей воды.

Ход анализа

. Возможны три варианта опытов. В первом варианте к

почве добавляют исследуемое на фитотоксичность вещество. Добавленные

дозы должны превышать в максимальных вариантах намечаемые для внесе-

ния в реальных условиях. Второй вариант: просто сравниваются две почвы

или более, попарно – незагрязненная и загрязненная. Третий вариант: загряз-

ненная почва добавляется к незагрязненной в возрастающих количествах

(вплоть до 100 %). Все опыты ставят не менее чем в трехкратной повторно-

сти. Смеси (если они используются) тщательно перемешиваются.

В стеклянные стаканы помещают по 100 г субстрата (смеси или поч-

вы), субстрат увлажняют до 70 % от ПВ (и такую влажность поддерживают в

течение всего опыта) и в каждый сосуд высевают по 13 семян тест-культуры.

На 4-е сутки стаканы помещают на световой стеллаж с освещением в течение

14 ч в сутки (с 6 до 20 ч). В этих условиях тест-культуры выращиваются в

течение двух недель.

В процессе опыта ведут наблюдения по следующим показателям: вре-

мя появления всходов и их число на каждые сутки; общая всхожесть (к кон-

цу опыта); измеряют регулярно длину надземной массы (высоту растений);

по окончании опыта растения осторожно отделяют от земли, просушивают,

стряхивают остатки почвы и измеряют окончательную длину надземной час-

ти растений, длину корней, затем высушивают растения на воздухе и отдель-

но взвешивают надземные части и корни (все результаты рассчитывают на

сосуд или можно сделать пересчет на одно растение). Сопоставление этих

данных позволяет выявить факт фитотоксичности или стимулирующего дей-

ствия. Обращают также внимание на окраску растений (раннее пожелтение),

характер корней, например более короткие, но густые.

Фитотоксический эффект может быть рассчитан по разным показате-

лям. Если, например, опираться на массу растений, то фитотоксический эф-

фект ФЭ (%) рассчитывают по формуле:

ФЭ

ММ

о x

−

100

где М

– масса контрольного растения (или всех растений на сосуд); М

–

масса растения (растений, выращенных на фитотоксичной среде).

Определение фитотоксичности по азотобактеру (метод Красильнико-

ва).

Ход анализа

. Свежеприготовленную агаровую среду разливают в стериль-

ные чашки Петри и после застывания среды покрывают стерильными пластин-

ками целлофана. На поверхность целлофана в центр чашки с агаром наклады-

вают комочек испытуемой почвы диаметром 2 см, также увлажненной водой.

Можно расположить не один, а 4-5 комочков на равном расстоянии друг от дру-

га, тогда диаметр их будет несколько меньше, около 1 см. После наложения ко-

мочков почвы чашки выдерживают в термостате в течение суток. Затем целло-

фан с почвой снимают с агара, а среду засевают суточной культурой.

При наличии в почве токсичных веществ на газоне азотобактера на по-

верхности агара образуются стерильные зоны. Количественной мерой фито-

токсичности служит диаметр образующейся стерильной зоны. Опыт должен

проводить специалист, имеющий навык микробиологических работ.

Загрязнение почв нефтепродуктами.

При контроле за загрязнением

почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: 1) определя-

ются масштабы (площади) загрязнения; 2) оценивается степень загрязнения;

3) выявляется наличие токсичных и канцерогенных соединений.

Первые две задачи могут решаться дистанционными методами, к кото-

рым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной

способности почв. По измеренным величинам спектральных коэффициентов

яркости (СКЯ) удается обнаружить территории, загрязненные нефтью, а по

уровням изменения окраски – примерно установить степень загрязнения.

Почвы селективно отражают электромагнитные колебания. В синей

области спектра – от 400 до 500 нм отражение невелико, чаще всего от 5-10

до 15-20 % интенсивности падающих на поверхность почвы световых пото-

ков. В красной области – около 700-750 нм наблюдается максимальное от-

ражение, которое для светло-окрашенных почв может достигать 40-60 %.

Значения СКЯ почв, загрязненных нефтью, резко снижаются, зависимость

между величиной спектральных коэффициентов отражения

ρλ

и содержани-

ем в почве углеводородов нефти выражается уравнением

[]

ρλ ρ

=+⋅

−

10k

УВ

где

– отражение от максимально загрязненной почвы; k и

– коэффици-

енты; [УВ] – содержание углеводородов нефти, %.

По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках

можно определить размеры загрязненной территории, конфигурацию пло-

щади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения в первом при-

ближении оценить степень загрязнения. Так, например, для серо-бурых почв

Апшеронского полуострова установлены следующие уровни интегральных

коэффициентов отражения (СКО) (по Бочарниковой):

Почвы СКО, %

Незагрязненные >27

Слабозагрязненные 22-27

Среднезагрязненные 14-22

Сильнозагрязненные >14

В лабораторных условиях степень загрязнения находят также непо-

средственно по количеству содержащихся в почве углеводородов. Экстрак-

цию почв, по Амосовой, проводят гексаном в аппарате Сокстек. Затем гексан

отгоняют, а количество извлеченных углеводородов определяют гравимет-

рически. Метод точен и быстр, но установлено, что гексан, как и другие рас-

творители, не извлекает из почв полностью все углеводороды, источниками

которых являются нефть и нефтепродукты. Следует отметить, что иногда

общее количество загрязняющих почвы углеводородов определяют так же,

как и при определении гумуса по методу Тюрина, т.е. по окисляемости. Этот

метод в данном случае нельзя считать пригодным, поскольку при окислении

углеводородов дихромат расходуется как на реакцию С

→

СО

, так и на реак-

цию Н

→

О, таким образом результаты получаются завышенными.

При мониторинге почв, загрязненных углеводородами, особое внима-

ние уделяется определению полициклических ароматических углеводородов

(ПАУ) люминесцентными и газохроматографическими методами.

Загрязнение почв тяжелыми металлами.

Определение степени за-

грязнения почв тяжелыми металлами является не простой задачей. Главная

причина заключается в том, что любые элементы в почве присутствуют в

форме различных соединений, только часть которых доступна растениям.

Эти соединения могут трансформироваться и переходить из одних форм в

другие. Поэтому для целей мониторинга выбирают в известной мере условно

две или три важнейшие группы. Обычно определяют общее (валовое) содер-

жание элементов, их лабильные (подвижные) формы соединений, иногда от-

дельно определяют обменные формы и водорастворимые соединения.

Валовое содержание тяжелых металлов определяют методом эмисси-

онного спектрального анализа без предварительного разложения пробы поч-

вы, или методами атомно-абсорбционной спектрометрии после переведения

пробы почвы в раствор путем сплавления или разложения кислотами.

В случае эмиссионного спектрального анализа

навеску почвы в 5-10 г

растирают в агатовой ступке до состояния пудры. Из растертой пробы берут

навеску около 3 г и прокаливают ее в муфельной печи при 450-500

С в тече-

ние 2 ч для удаления воды и разложения органического вещества. Опреде-

ляют потерю от прокаливания для пересчета результатов анализа на исход-

ную массу почвы. В ходе анализа проба почвы сжигается в дуге переменного

тока и эмиссионные спектры регистрируются на фотопластинках. Для сжи-

гания пробы почвы ее набивают в канал (концентрическую выточку) нижне-

го электрода спектрографа; верхний электрод изготавливается в форме усе-

ченного конуса с площадкой на торце диаметром около 1 мм. Электроды ус-

танавливаются в держатели спектрографа; в момент включения дуги

(дуговые генераторы ДГ-1,ДГ-2) рекомендуется начинать сжигание при не-

большой силе тока в 3-5 А, а затем повышают ее до 18-20 А и проводят сжи-

гание в течение 2,5-3 мин до полного испарения пробы.

По окончании съемки спектров пластинку проявляют, фиксируют,

промывают, высушивают и содержание элементов находят по интенсивности

почернения соответствующих аналитических линий (нм): Be – 234,86; B –

249,77; Sc – 335,37; Ti – 295,61; V – 318,53; Cr – 301,47; Mn – 294,92; Co –

345,35; Ni – 341,47; Cu – 327,39; Zn –334,50; Ga – 294,36; Sr –346,44; I –

332,78; Zr –327,92; Mo – 317,03; Sn – 317,50; Ba – 233,52; Pb – 283,30.

Атомно-абсорбционная спектрометрия

используется для определения

как валовых, так и подвижных соединений элементов.

При валовом анализе

подготовка почвы заключается в сплавлении или кислотной обработке.

Разло-

жение сплавлением

проводят по Дженроу, используя в качестве плавня метабо-

рат стронция Sr(BO

)

. Плавень получают смешением тонкоизмельченных

SrCO

и H

и нагреванием в муфеле до 300

С; затем смесь выдерживают

при 700

С в течение 1 ч. Тонкоизмельченную пробу почвы массой 0,1 и 0,5 г

плавня смешивают и помещают в графитовый тигель, который нагревают в вы-

сокочастотной индукционной печи при 1100

С в течение 15 мин до получения

полностью прозрачного плава. Затем плав выливают в разбавленную HNO

(1:100), перемешивают с помощью магнитной мешалки и разбавляют до объема

200 мл. Этот раствор используют для определения элементов. Концентрацию Si,

Al, Ti, Fe, Ca, Mg определяют в пламени оксида азота (III) – ацетилен; элементы

Na, K, Mn, Cu и другие определяют в пламени ацетилен-воздух.

При кислотном разложении

пробы растертой почвы прокаливают, а

затем в чашках из фторопласта обрабатывают 5 мл царской водки и 15 мл

48%-ной HF, выпаривая на этернитовой плитке. По окончании обработки су-

хой остаток растворяют в разбавленной HCl (1:1) и в аликвотах раствора оп-

ределяют отдельные элементы.

Для определения подвижных соединений тяжелых металлов исполь-

зуют кислотные, солевые и водные вытяжки из почв.

Вместо сплавления или полного разложения почв для определения Zn,

Cu, Ni, Co, Mn, Pb, Cd используют вытяжку 1 М HCl или HNO

. Считается,

что в сильно загрязненных почвах вытяжка 1 М HNO

извлекает 90-95 % тя-

желых металлов. Вытяжку готовят при отношении почва:раствор=1:10, смесь

настаивают сутки или взбалтывают в течение 1 ч.

Собственно подвижные, доступные растениям элементы нередко оп-

ределяют в вытяжках ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8

при отношении почва:раствор=1:10. Водорастворимые соединения элемен-

тов определяют в водных вытяжках из почв.

При атомно-абсорбционном определении тяжелых металлов и ряда

других элементов используют следующие аналитические линии (нм): Si –

251,6; Al – 309,3; Ti – 364,3; Fe – 248,3; Ca – 422,7; Mg – 285,21; Mn – 279,5;

K – 766,5; Na – 589,0; Sr – 460,7; Ba – 553,5; Cu – 324,7; Zn – 213,9; Co –

240,7; Ni – 232,0; Pb – 217,0; Cd – 228,8; As – 193,7.