Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мониторинг почв. Практикум
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Оренбургский государственный университет»
М. Ю. Гарицкая, А. А. Шайхутдинова, Т. Ф. Тарасова
МОНИТОРИНГ ПОЧВ
Практикум
Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский
государственный университет» для обучающихся по образовательным программам
высшего образования по направлениям подготовки 05.03.06 Экология и
природопользование, 20.03.01 Техносферная безопасность и 20.04.01 Техносферная
безопасность
Оренбург
2017
УДК 502.521(075.8)
Гарицкая, М. Ю.
Г20
Мониторинг почв: практикум / М. Ю. Гарицкая, А. А. Шайхутдинова,
Т. Ф. Тарасова; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2017.
ББК 40.3я73
Г20
Рецензент – кандидат химических наук, доцент Е. В. Сальникова
Практикум включает в себя теоретические аспекты значения почвы
как элемента биосферы и оценки качества городских почв, а также
комплекс лабораторных работ по разделам «Отбор и подготовка почвы к
проведению исследований», «Титриметрические методы определения
загрязняющих веществ в почве», «Колориметрические методы
определения химических веществ в почве».
Практикум предназначен для выполнения лабораторных работ по
дисциплинам «Мониторинг почв», «Экологический мониторинг»,
«Современные методы оценки воздействия техногенных факторов на
почву» для студентов, обучающихся по программам высшего
образования направлений подготовки 05.03.06 Экология и
природопользование, 20.03.01 Техносферная безопасность и 20.04.01
Техносферная безопасность.
ISBN 978-5-7410-1805-7
УДК 502.521(075.8)
ББК 40.3я73
© Гарицкая М. Ю.,
Шайхутдинова А. А.,
Тарасова Т. Ф., 2017
© ОГУ, 2017
2
Содержание
Введение ............................................................................................................................... 5
1 Значение почвы как элемента биосферы ....................................................................... 7
1.1 Экологические функции и свойства почвы ............................................................. 7
1.2 Основные источники и виды загрязнения почв .................................................... 18
1.3 Влияние загрязненных почв на рост и развитие растений ................................... 25
1.4 Влияние загрязненных почв на животных и здоровье населения ....................... 31
2 Оценка качества городских почв .................................................................................. 41
2.1 Роль почв в городе .................................................................................................... 41
2.2 Классификация и диагностика городских почв .................................................... 42
2.3 Экологические функции городских почв .............................................................. 44
2.4 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почв территории
населенных мест ............................................................................................................. 46
2.5 Качественные и количественные показатели свойств городских почв,
диагностирующие их состояние ................................................................................... 50
2.6 Оценка качества почвы ............................................................................................ 59
2.7 Рекомендации по использованию почв .................................................................. 63
2.8 Организация контроля качества почв..................................................................... 64
3 Отбор и подготовка почвы к проведению исследований ........................................... 67
3.1 Лабораторная работа «Отбор и подготовка проб почвы к анализу» .................. 67
3.2 Лабораторная работа «Методика приготовления водной и солевой почвенных
вытяжек» .......................................................................................................................... 72
3.3 Лабораторная работа «Методика определения рН в почве» ............................... 76
4 Титриметрические методы определения загрязняющих веществ в почве ............... 80
4.1 Лабораторная работа «Методика определения содержания карбонат- и
гидрокарбонат-ионов в почве» ...................................................................................... 81
4.2 Лабораторная работа «Методика определения содержания хлорид-ионов в
почве» .............................................................................................................................. 84
4.3 Лабораторная работа «Методика определения содержания ионов кальция и
магния в почве» .............................................................................................................. 86
3
4.4 Лабораторная работа «Методика определения содержания сульфид- и
гидросульфид-ионов в почве» ....................................................................................... 89
5 Колориметрические методы определения химических веществ в почве ................. 92
5.1 Лабораторная работа «Методика определения содержания сульфат-ионов в
почве» .............................................................................................................................. 92
5.2 Лабораторная работа «Определение содержания ионов аммония в почве» ...... 94
5.3 Лабораторная работа «Методика определения ионов цинка в почве» ............... 96
5.4 Лабораторная работа «Методика определения ионов меди в почве» ................. 98
5.5 Лабораторная работа «Методика определения ионов кобальта в почве» ........ 100
5.6 Лабораторная работа «Методика определения ионов железа в почве» ........... 102
5.7 Лабораторная работа «Методика определения нитрат-ионов в почве» ........... 107
6 Математическая обработка результатов исследования ............................................ 114
7 Комплексная оценка степени загрязнения почв ....................................................... 116
Заключение ....................................................................................................................... 118
Список использованных источников ............................................................................ 121
Приложение А Гигиеническая оценка почв сельскохозяйственного назначения и
рекомендации по их использованию ............................................................................. 123
Приложение Б Предельно допустимые концентрации химических веществ в почвах
........................................................................................................................................... 126
Приложение В Основные показатели оценки санитарного состояния почв
территорий населенных мест в зависимости от функционального назначения ....... 130
Приложение Г Оценка процессов, отрицательно воздействующих на состояние
городских почв................................................................................................................. 131
Приложение Д Зависимость содержания ионов загрязняющих веществ от значения
оптической плотности ..................................................................................................... 136
4
Введение
Почва – это природно-историческое тело, представляющее собой
многофункциональную биокосную систему, обладающую целым комплексом
глобальных биосферно-экологических функций, связующее звено в геологическом и
биологическом круговоротах веществ, во взаимодействии энергий растительных и
других живых организмов, обитающих на соответствующих им участках земной
поверхности, разных по климатическим, геологическим и почвенным условиям,
составляющим биоценоз.
На определенном этапе развития человеческого общества почва становится
основным незаменимым средством сельского хозяйства и лесного производства,
продуктом и средством труда. Человеческая деятельность стала глобальным
фактором трансформации окружающей среды и мощным ландшафтообразующим
условием.
Хозяйственная деятельность – особый фактор почвообразования: человек
чаще действует не через другие природные взаимозависимые факторы, а
непосредственно на почву. Роль ее возрастает с развитием общества и прогресса
техники. В результате антропогенной деятельности человека происходят
резкоскоростные изменения в составе и строение почв. Огромные карьеры с
отвалами вскрышного грунта, высокие терриконы вблизи шахт являются
неотъемлемой частью пейзажа районов действия горнодобывающей
промышленности. Неуклонно уменьшается площадь почвенного покрова за счет
строительства новых предприятий и городов, прокладки дорог и линий
высоковольтных электропередач, затопления сельскохозяйственных угодий при
строительстве гидроэлектростанций. Насколько велика потеря почв в результате
хозяйственной деятельности, можно судить по тому, что общая площадь
уничтоженных почв превышает суммарную площадь современных пахотных земель.
В современных условиях основными стратегическими направлениями в
хозяйственной деятельности человека являются сохранение экологического
равновесия, создание сбалансированности ресурсов в антропогенных геосистемах.
5
Чтобы выдержать эти направления, необходимо располагать материалами
адекватной характеристики современного состояния природных объектов и
экосферы в целом, иметь разработанную систему методов для его оценки и
прогноза. Учрежденная Правительством Российской Федерации служба единой
системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) призвана следить за состоянием
природной среды. Центральным составным блоком ЕГСЭМ является мониторинг
земель и почв – система наблюдений за состоянием земельного и почвенного фонда
в целях своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и
устранения последствий негативных процессов.
Цель мониторинга разработка не только стратегии охраны и использования,
информации о состоянии почвенного фонда, но и прогноз его изменений.
Мониторинг распространяется в первую очередь на почвы, задействованные в
хозяйственном обороте угодий. Изменение природных экологических связей создает
стрессовые ситуации, приводящие к деградации и деструкции в почвах.
В практикуме представлена теоретическая часть и комплекс лабораторных
работ.
Практикум по дисциплине «Мониторинг почв» составлен для студентов,
обучающихся по программам высшего образования по направлению подготовки
05.03.06 «Экология и природопользование», 20.03.01 «Техносферная безопасность»
и 20.04.01 «Техносферная безопасность».
6
1 Значение почвы как элемента биосферы
1.1 Экологические функции и свойства почвы
Почва – поверхностный слой литосферы Земли, который обладает
плодородием и представляет многофункциональную гетерогенную открытую
четырухфазную (твердая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы)
структурную систему, образовавшуюся в результате жизнедеятельности организмов
и выветривания горных пород.
Почву рассматривают как особую природную
мембрану, которая регулирует взаимодействие между атмосферой, гидросферой и
биосферой Земли. Формирование почвы происходит под влиянием живых
организмов, исходной почвообразующей породы, рельефа, климата и изменяется со
временем.
Основные свойства почвы.
Поглотительная способность почв – свойство, которое обеспечивает
поглощение или задержание различных веществ, соприкасающихся и
взаимодействующих с твердой фазой почвы. Почва обладает способностью
поглощать или задерживать суспензии и микроорганизмы, органические или
минеральные частицы, различные соединения из растворов и газы. Почвой активно
поглощаются и сохраняются основные элементы питания растений – фосфор,
магний, кальций, азот и калий.
Механическая поглотительная способность – свойство почвы механически
задерживать взвешенные в воде вещества, которое обусловлено капиллярностью и
пористостью, сложением, структурой и механическим составом почвы. Почва как
фильтрующий элемент, способна закреплять проходящие через нее частицы. Эта
способность используется при очистке технических и бытовых сточных вод и
кольматировании (заилении) песчаных почв.
Физическая поглотительная способность – свойство почвы поглощать из
раствора продукты гидролитического расщепления солей сильных оснований и
слабых кислот, молекулы электролитов и коллоиды.
7
Физическое поглощение защищает водорастворимые соединения от
вымывания и нередко сопровождается коагуляцией коллоидных веществ под
воздействием электролитов.
Химическая поглотительная способность – свойство почвы удерживать ионы
в результате образования труднорастворимых или нерастворимых солей. Эта
способность заключается в выпадении из почвенных растворов осадков и
закреплении их в почве. При взаимодействии среднерастворимых и растворимых
солей образуются труднорастворимые соли, которые в свою очередь
присоединяются к твердой фазе почвы:
Na
+СаSO = СаСО3+Na2SO4; 3CаSO4+2Na
2СО3
= Са(РО4)2+ 3Na2SO4.
3РО4
Легкорастворимые соли (например, сульфат натрия) уносятся из сферы
взаимодействия. Химическое поглощение происходит только в том случае, если
анион раствора дает нерастворимое соединение с ионами, находящимися на
поверхности твердых частиц почвы
Физико-химическая или обменная поглотительная способность – свойство
почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из
соприкасающихся растворов. Здесь отмечается химическое и физическое
поглощение, а также происходит эквивалентный обмен катиононами.
Биологическая поглотительная способность – свойство почвы, связанное с
жизнедеятельностью организмов почвы, которые усваивают и закрепляют в своем
теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву.
Почва задерживает бактерии и адсорбирует их как физическая среда. Это
свойство более выражено у суглинистых и меньше у песчаных почв.
Адсорбирующая способность почв различна по отношению к разным видам
бактерий.
Поглотительная способность почв значительнее проявляется в условиях
оптимальной влажности почв, когда накапливаются элементы пищи растений и
перегной, а также повышается плодородие.
8
Химические свойства.
Химические свойства почвы определяются процессами, которые происходят в
основном между ее жидкой и твердой фазами. По закону действующих масс в почве
образуются и поступают в раствор различные вещества. В почве устанавливается
подвижное равновесие между почвенным раствором и твердой частью. При
увеличении концентрации почвенного раствора часть веществ выпадает из него и
присоединяется к твердой фазе почвы и, наоборот, при уменьшении концентрации
часть веществ поступает в раствор из твердой фазы почвы.
Почвенный раствор. В почвенной воде растворимы различные кислоты и
соли, которые представляют почвенный раствор. Почвенный раствор образуется в
процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения
воды в почве и ее смачивания. Соли растворяются под действием кислот, гидролиза
веществ, окислительно-восстановительных процессов, коалинизации и т. д.
Почвенный раствор по концентрации и составу определяется взаимодействием
организмов, воды и почвы и состоит в обмене и коагуляции ионов растворов с
почвенными коллоидами, пептизации и растворении органических и минеральных
веществ.
При взаимодействии почвы с растворами солей и водой создается реакция
почвенного раствора, которая характеризуется концентрацией гидроксильных и
водородных ионов. Реакция может быть нейтральной, щелочной или кислой. В
случае нейтральной реакции концентрация гидроксильных и водородных ионов
одинакова.
Различают активную (актуальную) и потенциальную кислотность.
Активная кислотность среды возникает за счет слабых кислот (главным
образом органических и угольной кислот) и кислых солей и минеральных кислот,
особенно серной кислоты.
Буферность. Буферное действие – это способность почвенной суспензии
противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву щелочей
или кислот. В следствие буферного действия почва обладает устойчивой реакцией
9
почвенного раствора. Буферность присуща твердой фазе почвы и зависит от ее
механического, коллоидного и химического состава.
Физические свойства.
Физические свойства почвы разделяются на функциональные (тепловые,
воздушные и водные) и основные (спелость, твердость, связность, липкость,
пластичность, пористость и удельный и объемный вес). К функциональным
физическим свойствам почвы относят способность поглощать оросительную воду и
атмосферные осадки, пропускать, сохранять или удерживать их, подавать из
глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ими растения и т. д. Вода
значительно изменяет воздушные, тепловые, физические, химические свойства
почвы.
Удельный и объемный вес. Объемный вес – вес единицы объема абсолютно
сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см
3
сухой
почвы. Объемный вес определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем,
который взят в строго определенном объеме.
Удельный вес – вес в граммах 1 см3 твердой массы почвы без пор. Удельным
весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к
весу воды при 40 оС в том же объеме.
Пористость (скважность). Пористость – суммарный объем пор между
частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением
объема пор к объему почвы.
Размер пор, форма и сочетание их весьма разнообразны, так как они являются
производными от случайного расположения полидисперсных частиц механического
состава – элементарных почвенных частиц, микроагрегатов и структурных
отдельностей, крайне различных по размерам, форме и характеру их поверхностей.
Промежутки в почве по размерам и форме значительно изменяются во
времени в зависимости от происходящих в ней биологических и физико-
механических процессов, вследствие полной или частичной закупорки некоторые
поры исчезают, а другие возникают вновь.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]