Методологія екологічhого коhтролю об'єктів довкілля
Наведені нижче рекомендації з розміщування на контрольованій території місць (об'єктів) спостереження стану компонентів природного середовища (атмосферного повітря і опадів, підповерхневих, грунтових і поверхневих вод, грунту і рослинності), застосування методів, способів і прийомів інструментальних визначень, пробопідготовки і лабораторного аналізу відповідають сучасній методології комплексного моніторингу довкілля, викладеної в нормативних документах МПС/КМ, і цілком придатні для використання при здійсненні екологічного контролю об'єктів довкілля для виявлення (встановлення факту) і слідкування за екологічними змінами стану довкілля на територіях, які зазнали раптової шкоди від стихійного лиха, аварій і катастроф або знаходяться в процесі деградації природного середовища через зростаюче техногенне навантаження.
Слід підкреслити, що запропонована єдина методологія екологічного контролю і екомоніторингу довкілля дає змогу співставляти і узагальнювати результати вибіркових (позарегламентних) і систематичних (моніторингових) спостережень і досліджень. Така методологія не є вичерпною і може змінюватись в залежності від об'єктивних обставин, але її загальні положення, що випливають із МПС/КМ, повинні зберігатися як засадничі. Періодичність і одночасність екологічного контролю різних компонентів довкілля встановлюється з урахуванням економічних і організаційно-технічних факторів.
Кліматичні фактори
Кліматичні фактоpи значною мірою впливають на зміни в екосистемі і визначають появу осаджень в даному регіоні. Метеорологічні спостереження здійснюються для вимірювання і оцінки сукупності чинників, які характеризують перебіг звичайних і незвичайних природних (кліматичних) явищ і відповідних реакцій екосистеми.
При виборі місця для установлення на полігоні метеорологічного обладнання необхідно дотримуватись, за можливістю, вимог Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО). Існуючі метеорологічні станції системи Деpжкомгідpомету можуть використовуватись, якщо вони знаходяться достатньо близько від місць проведення екологічного контpолю, однак принаймні, температура грунту і його наземного шару повинні вимірюватись безпосередньо на полігоні.
Контрольованими параметрами є такі:
– температура повітря (на висоті 1,5 м, в градусах Цельсія з точністю до 1 десяткової цифри);
– температура поверхні землі (в градусах Цельсія з точністю до 1 десяткової цифри);
– температура грунту (на глибині 20 см, в градусах Цельсія з точністю до 1 десяткової цифри);
– відносна вологість повітря (в процентах);
– інсоляція, ультрафіолетове випромінювання (Вт/м S02).
Атмосферне повітря
Вимірювання концентрації шкідливих газів і аерозолей в атмосфеpі дають змогу оцінити її забpуднення та виконати розрахунок об'єму сухого (масового) випадання ЗР на полігон. Суттєве значення для збереження екосистеми має пряма взаємодія шкідливих газів і аерозолей з рослинами, для яких необхідно установити критичні рівні концентрації ЗР за допомогою кореляційного аналізу.
Вимірювання вмісту забруднювачів в повітpі найліпше здійснювати на станціях безперервної реєстрації концентрації ЗР (наприклад, O S13, NO S12, CO S12) або за допомогою лабоpатоpного аналізу пpоб повітря.
Значення концентрації двоокису сірки реєструється щоденно чи щотижня, концентрації двоокису азоту і двоокису вуглецю реєструються щоденно у вигляді середніх значень, а концентрації озону – щогодини у вигляді середніх значень. При безперервній реєстрації концентрації озону треба будувати графіки для визначення тривалості перевищення ноpмованого значення його вмісту в повітpі.
Частки сульфату (і такі напівлетючі сполуки як, наприклад, сполуки ртуті) визначаються лабоpатоpним аналізом щотижневих проб, а сполуки азоту – щоденних чи щотижневих проб.
Ртуть накопичується на срібних чи золотих сорбентах (амальгаматорах) шляхом пропускання атмосфеpного повітря через сорбент (зі швидкістю 1,5 л/хв протягом 24 годин). Далі сорбент нагрівається і накопичена ртуть передається з потоком азоту на відкалібрований вимірювальний амальгаматор для наступного аналізу за допомогою спектрометрії в холодних парах.
Контрольованими параметрами є такі:
– сірка двоокису сірки (мкг/м S03, з точністю до 2 десяткових цифр);
– азот двоокису азоту (мкг/м S03, з точністю до 2 десяткових цифр);
– озон (мкг/м S03);
– двоокис вуглецю (мкг/м S03, з точністю до 1 десяткової цифpи);
– сірка сульфату (мкг/м S03, з точністю до 1 десяткової цифри);
– загальний нітрат [HNO S13 (газ) + NO S13 (частки)] (мкг/м S03, з точністю до 2 десяткових цифр);
– загальний аміак [NH S13 (газ) + NH S14 (частки)] (мкг/м S03, з точністю до 2 десяткових цифр);
– ртуть (мг/м S03, з точністю до 2 десяткових цифр).
Атмосферні опади
Атмосферні опади здебільшого створюють надходження забруднювачів в екосистему і можуть бути розділені на сухі і вологі осадження.
Сухі осадження неможливо виміряти безпосередньо і їх величина може бути розрахована, виходячи з концентрації в приземному шарі атмосфери газоподібних і часткоподібних забруднювачів і швидкостей осадження, а вологі осадження можуть бути виміряні лабораторним аналізом проб опадів.
Місця для збирання атмосфеpних осаджень закладаються на галявині, що забезпечує вільне надходження дощу або снігу в колектори, які pекомендується захищати від сонячного світла і застосовувати сітку для відвернення попадання комах, листя, хвої і т.п. усередину посудини для відбору проб.
Колектори розташовуються на висоті 120 см над землею.
Для аналізу вмісту важких металів в атмосферних опадах треба спеціально відбирати окремі проби вологих осаджень.
Всі пробовідбірні пристрої повинні підлягати спеціальним процедурам очистки (включаючи промивання кислотним розчином).
Відібрані проби безпосередньо підкислюються в пробовідбірних посудинах розчином азотної кислоти концентрацією до 0,5%.
Діаметр отвору колектора повинен бути в межах від 20 до 40 см, а об'єм колектора достатньо великим, щоб вміщувати максимально очікувану кількість опадів за тиждень.
Матеріал лійки і посудина для відбору і транспортування проб не повинен хімічно взаємодіяти з відібраними опадами. Прикладом відповідного інертного матеріалу є поліетилен.
Дощові і снігові колектори для запобігання попадання пташиного посліду повинні бути обладнані захисним поліетиленовим кільцем.
Проби для визначення сухих і вологих осаджень треба відбирати в окремі, але ідентичні посудини, які слід опорожнювати щомісячно чи, що переважно, щотижня. В кінці встановленого періоду пробовідбірні посудини опорожнюються і замінюються чистими посудинами. При цьому лійки повинні завжди промиватись деіонізованою водою.
У випадку відбору проб снігу мірна посудина зі снігом щільно закривається і надсилається в лабораторію або сніг розтоплюється і отримана в результаті вода обробляється, як і дощові проби.
Чеpез низьку концентрацію ЗР в пробах все обладнання (колектор, транспортувальна посудина, лійка) повинно бути ретельно вимите і поводитись з ним треба дуже обережно для запобігання його забруднення. Після відповідної процедури очистки обладнання промивається в деіонізованій воді (при відбиранні проб для аналізу важких металів використовується 0,5%-й розчин азотної кислоти), висушується в безпиловому місці і зберігається в пластикових мішках доти, поки не буде знову використано.
Для запобігання забруднення поверхню обладнання, яка входить в безпосередній контакт з пробою, рекомендується використовувати пластикові рукавиці.
Проби треба перевезти в лабораторію якомога швидше (бажано в охолоджувальних ящиках) і зберігати в темному і холодному місці (при температурі 40C) до проведення аналізу. При цьому тривалість зберігання проб повинна бути скорочена до мінімуму.
Пpи лабоpатоpному аналізі пpоб сухих і вологих осаджень перевагу треба віддавати стандартним аналітичним методам, наприклад, атомно-абсорбційній спектрометрії (ААС) і емісійній спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП) чи мас-спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП–МС).
Наявність сірки чи фосфору аналізується в лабоpатоpії за допомогою автоматизованого обладнання або ж методами спектрофотометрії чи іонної хроматографії, а кислотно-лужний показник визначається електрометричним способом.
Контрольованими параметрами є такі:
– загальна кількість опадів (мм, з точністю до однієї десяткової цифри);
– pH (з точністю до двох десяткових цифр);
– питома провідність (мСм/м, з точністю до однієї десяткової цифри);
– сірка сульфата (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– азот нітрата (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– азот аміаку (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– фосфор фосфата (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– хлорид (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– калій (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– кальцій (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– магній (мг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– кадмій (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– свинець (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– цинк (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– нікель (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– миш'як (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– хром (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– алюміній (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр);
– ртуть (мкг/л, з точністю до двох десяткових цифр).
Довгочасне надходження в екосистему важких металів, що пpисутні в атмосфеpних опадах, можна визначити за допомогою лабоpатоpного аналізу мохів, які збиpають поблизу від місць відбоpу пpоб атмосфеpних осаджень.
Мохи особливо придатні для аналізу емісії і затримання важких металів, оскільки їх життєдіяльність виключно залежить від надходження води із атмосфери. Мохи, що мають ярусну особливість проростання, дозволяють оцінювати осадження важких металів протягом 2–3 років.
Мохи для відбору проб можна виявити на відкритих лісових ді-лянках або в молодих насадженнях. Місце відбору проб повинно знаходитись на відстані, принаймні, 5 м від ближчого дерева, щоб не підлягати прямому впливу води стовбурного стоку. Якщо подібні місця для відбору проб виявити не вдається, тоді відбір проб треба проводити на відкритих верескових і торфяних ділянках, на яких можна виявити мохи поблизу від чагаpників.
Перевагу треба віддавати двом видам мохів: Pleurozium schreberi і Hylocomium splendens. В тому випадку, якщо присутні обидва вказані види мохів, пріоритет треба віддавати першому виду. Взагалі, відібрана проба повинна вміщувати тільки один із двох видів мохів – їх змішування недопустиме.
Відбирати треба принаймі три складених проби мохів, для чого найбільш слушним періодом є раннє літо. Одна складена проба повинна вміщувати від п'яти до десяти поодиноких проби, розподілених навколо місця пробовідбору атмосфеpних опадів. Для аналізу необхідно біля двох літрів матеріалу мохів (кінцева суха вага очищеного матеріалу складає біля 20 г).
Матеріал мохів треба розташовувати боком або верхом один до одного у великих (ємкістю 5 дм S03) паперових чи пластикових мішках і старанно закрити мішки для запобігання забруднення під час перевезення якомога швидше в лабораторію, де потрібно висушити його при температурі 400C і зберігати в паперових мішках в сухому місці. В тому випадку, якщо матеріал мохів зберігається в пластикових мішках (вологі проби), його перекладають в паперові мішки після повітряної просушки або ж він повинен зберігатись замороженим до наступного оброблення.
З проб треба вилучити весь зів'ялий і пошкоджений матеріал та опади з деpев, щоб залишились лише зелені (або коричнево-зелені) пагони останніх трьох років, тобто три повністю розвинуті ділянки покриву мохів, за винятком напіврозвинутої ділянки останнього періоду росту. Під час роботи з пробами їх треба розміщувати на чистому лабораторному папері, скляних захисних пластинках або чистому поліетилені.
Проби треба висушити при температурі 400C до постійної ваги, яка використовується як еталонна при розрахунках. Невикористаний для аналізу висушений матеріал треба старанно закрити і зберігати для подальших досліджень.
Після спалювання висушених чи гомогенізованих мохів використовується тільки волога зола в закритих посудинах, оскільки деякі метали (особливо, миш'як) можуть звітpюватись із сухої золи.
Для пpоведення лабоpатоpного аналізу 1–5 г моху кип'ятять в концентрованій азотній кислоті або в змішаному у відношенні 4:1 розчині концентрованих кислот HNO S13 і HCLO S14. До аналізу розчини фільтруються і зберігаються в поліетиленових посудинах.
При аналізі викоpистовують аналітичні методи: ААС в полум'ї і графітовій печі або ІЗП чи активацію нейтронами.
Контрольованими параметрами є такі:
– кадмій (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– мідь (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– свинець (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– миш'як (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– нікель (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний хром (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри);
– залізо (мг/кг, з точністю до однієї десяткової цифри).
Підповерхневі води (води зони аерації)
Просочування кислих вод через грунт розчиняє мінерали і викликає вивітрювання і вивільнення катіонів основ для поглинання поживних речовин, просочування в більш глибокі шари грунту, виносу в річкові, озерні і грунтові води. Аналіз підповерхневих вод є однією з найбільш важливих контрольних процедур для поняття їх геохімічного взаємозв'язку з біологічними/ мікробіологічними компонентами.
Розміщення лізиметрів на полігоні для збирання підповерхневих вод треба проводити з урахуванням характеру місцевості (каміння, низький вихід води), яка вибирається в районі водозбору. На кожному з контрольованих шарів грунту встановлюється шість лізиметрів. При цьому можуть застосовуватись чашеподібні пробовідбірники різної форми: з пористим матеріалом, розташованим на дні, з боків чи по всьому пробовідбірнику. Відкритий кінець пробовідбірника, як правило, прикріплюється до непористого трубопроводу, через який утворюється вакуум і відбирається вода.
Невеликі чашеподібні всосувальні лізиметри треба встановлювати у верхньому шарі грунту (елювіальний горизонт на глибині біля 20 см) і нижче кореневої системи (B–горизонт підзолей на глибині біля 40 см). Установка лізиметрів виконується за допомогою грунтового бурава, щоб звести до мінімуму порушення грунту. При цьому треба забезпечити добрий контакт лізиметра з грунтом, наливши через отвір суспензію з місцевого грунтового матеріалу і дистильованої води.
Далі треба забезпечити безперервне всосування під тиском 0,3–0,6 бар протягом періоду від 18 годин до двох тижнів в залежності від виду використаних в лізиметрі чаш. Всосувальні лізиметри, об'єднані з великими вакуумними посудинами (ємкістю 2 літри), здібні підтримувати такий тиск без допоміжної підкачки.
Просторова мінливість хімічних сполук у відібраних пробах вод оцінюється протягом короткого періоду, коли відбір проб проводиться за допомогою 15–25 лізиметрів, встановлених на кожному грунтовому горизонті. Це має важливу роль для порівняння результатів вимірів, одержаних від відносно невеликої кількості (6) звичайних лізиметрів, з середнім грунтовим розчином в районі установки лізиметрів.
Треба застосовувати промиті в кислотному розчині пробовідбірні посудини і замінювати їх кожного разу, коли проводиться відбір нових проб.
Проби підповерхневих вод фільтруються (мембранним фільтром товщиною 0,40–0,45 мкм) і зберігаються в промитих в кислотному розчині поліетиленових посудинах, вміщених в пластиковий мішок і перевозяться в лабораторію (бажано в охолоджувальних ящиках). Підпроби для аналізу NO S13 і розчиненого вуглецю треба законсервувати розчином HgCl S12.
Проби для визначення металів методом ІЗП консервуються добавленням 0,5 мл концентрованої азотної кислоти високої очистки на 100 мл проби. Посудини з пробами зберігаються в темному і холодному місці (при температурі 40C) до аналізу. Період перевезення і зберігання проб треба скоротити до мінімуму.
Аналітичні методи визначень підповерхневих вод
Переважність треба віддавати стандартним аналітичним методам, наприклад, методу ААС в полум'ї (в графітовій печі для аналізу металів) і емісійній спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП) чи методу ІЗП–МС, зокрема:
– наявність сірки, фосфору і вуглецю аналізується чи за допомогою автоматичного обладнання, чи за допомогою спектрометрії або ж іонної хроматографії;
– визначення рухливого алюмінію може бути проведене пірокатехолфіолетовим методом аналізу нагнічуваного потоку (FIA);
– кислотно–лужний показник (pH) завжди аналізується електрометричним методом.
Контрольованими параметрами є:
– сірка сульфата (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– азот нітрата (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– азот аміаку (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– кальцій (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– натрій (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– калій (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– магній (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– хлорид (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний фосфор (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– розчинний органічний вуглець (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний алюміній (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– рухомий алюміній (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– марганець (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– залізо (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– кремній (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– pH рідин (з точністю до двох десяткових цифр);
– питома електропровідність (мСм/м; з точністю до однієї десяткової цифри);
– лужність (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– сток підповерхневих вод (л/с км2);
– насиченість грунту вологою (м3/м3).
Грунтові води
Грунтові води є одним з вихідних середовищ для перенесення елементів в екосистемі, яке в значній мірі залежить від особливостей гідрологічного району. Пробовідбір може здійснюватися в місцях виходу грунтових вод на поверхню в джерелах, криницях, шурфах, трубах чи бурових свердловинах.
Відбір проб треба розподілити по ділянках стоку грунтових вод в районі водозбору, де зустрічаються природні джерела чи місця просочування грунтових вод на поверхню. Для належного проведення досліджень треба встановити ряд додаткових труб для відбору проб грунтових вод, охопивши тим самим як ділянки стоку, так і ділянки поповнення грунтових вод; цей ряд труб повинен розміщуватись перпендикулярно контурам схилу.
Просте обладнання для відбору проб в грунтових водах включає пустотілий циліндричний корпус із сірого поліхлорвінілу, який пропускається через пробовідбірну трубу вниз під поверхню грунтових вод. Він забезпечений грузом, встановленим на його дні. Вода може проникати через отвір в стінках циліндру. До верхньої частини циліндра приєднана безкольорова кварцева трубка, яка з'єднується з більш довшою пластмасовою трубкою, з'єднаною з дволітровою пірексовою пляшкою з поліетиленовою пробкою. Пробка має два вихідних отвора: один – для пробовідбірника, а другий – для повітряного насосу, який, створює вакуум і грунтові води всосуються в пірексову пляшку, не доторкаючись навколишнього середовища.
В тому випадку, коли грунтові води залягають так глибоко, що їх відсос неможливий, треба застосовувати заливні насоси. Якщо металеві деталі насосу безпосередньо доторкаються до відібраної води, тоді існує певний ризик забруднення проби.
Недоліком описаного вище пробовідбірного обладнання є неминуче зникнення CO S12.
Вода, відкачана з встановленої в грунті труби, завжди більш чи менш скаламучена частинками глини. При необхідності наступної консервації кислотою необхідна фільтрація проби. Якщо при введенні кислоти присутні частки глини, тоді звільнюються зв'язані з глиною метали або ж метали в грунтовій воді можуть адсорбувати негативно заряжені частки глини.
Розчинними вважаються такі частки, які проходять через 0,4– 0,45 мкм мембранний фільтр. Треба відмітити, що колоїди, гідроокиси і дрібні частки глини можуть також проходити через фільтр. Фільтрувальне обладнання повинно бути виготовлене з тефлону, поліпропилену, поліетилену, плексигласу або полікарбонату, які можна промивати сильними кислотами. Фільтри треба промивати в 0,05М розчині азотної кислоти і полоскати якомога більше чистою деіонізованою чи дистильованою водою.
Відбір проб грунтових вод треба проводити 2–6 разів на рік, переважно весною в період розтавання снігу.
Відбір проб в природних джерелах
В тому випадку, коли місцем відбору проб є джерело, вода обновляється природним чином і зворотній водозлив не потрібний. Воду, яка далі буде відфільтрована, треба відбирати в пластмасовий шприц прямо із джерела. При цьому треба уникати поверхневої плівки, яка може вміщувати хімічні сполуки, які відрізняються від тих, що вміщуються у воді. Фільтрація здійснюється згідно з описаним вище.
Вода для аналізу основних компонентів відбирається шляхом наповнення пробовідбірної посудини безпосередньо із джерела. Наповнювати посудину із мілководних джерел важко. В цьому випадку, посудина може бути наповнена за допомогою шприца (без фільтра).
Відбір проб із труб чи бурових свердловин
У тому випадку, коли місцем відбору проб є труба чи бурова свердловина, треба застосовувати наступну процедуру:
а) встановити рівень грунтових вод за допомогою відвіса і розрахувати об'єм вміщеної в трубі води;
б) провести підкачку води для водообміну. Якщо проба повинна представляти грунтові води поблизу від решета пробовідбірної труби, вміщений в трубі об'єм води оновлюється в 1,5–2 рази. Якщо проба повинна репрезентувати більшу частину водоносного горизонту, тоді вода оновлюється набагато більше разів;
в) відбір проб можна починати тоді, коли знову з'являється свіжа вода. При цьому треба надіти пластикові рукавиці. Далі, накачати небагато води в пробовідбірну посудину і сполоснути її. При цьому треба уникати дотикання до дна посудини гнучкою трубкою, оскільки вода в цьому випадку стане більш каламутною. Далі наповнити пробовідбірну посудину накачаною водою;
г) сполоснути пластмасову пляшку (ємкістю, як правило, 250 мл), призначену, головним чином, для відбору проб аніонів, водою з пробовідбірної посудини. Обережно наповнити пляшку до краю і закрутити кришкою таким чином, щоб в пляшці зосталося якомога менше бульбашок повітря.
Проби перевозяться в лабораторію якомога скоріше (переважно в охолоджувальних ящиках). Проби, призначені для визначення металів методом ІЗП, консервуються введенням 0,5 мл концентрованої азотної кислоти високої очистки на 100 мл проби. Посудини з пробами зберігаються в темному і холодному місці (при температурі 40C) до аналізу. Проміжок часу між відбором проб і проведенням аналізу повинен бути якомога коротшим, особливо для таких найбільш чутливих до цього визначень як кислотність (максимально до одного дня).
Аналітичні методи визначень грунтових вод
Перевагу треба віддавати стандартним аналітичним методам, наприклад, методу ААС в полум'ї (в графітовій печі для аналізу металів) і емісійній спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП) чи методу ІЗП–МС, зокрема:
– наявність сірки, фосфору і вуглецю аналізується чи за допомогою автоматичного обладнання, чи за допомогою спектрометрії або ж іонної хроматографії;
– визначення рухливого алюмінію може бути проведене пірокатехолфіолетовим методом аналізу нагнічуваного потока (FIA);
– кислотно–лужний показник (pH) завжди аналізується електрометричним методом.
Контрольованими параметрами є:
– сірка сульфата розчинена (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– азот нітрата розчинений (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– азот аміака розчинений (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– кальцій розчинений (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– натрій розчинений (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– калій розчинений (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– магній розчинений (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– хлорид розчинений (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний фосфор розчинений (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– розчинний органічний вуглець (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний алюміній (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– рухомий алюміній (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– марганець розчинений (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– залізо розчинене (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– кремній розчинений (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– pH (з точністю до двох десяткових цифр);
– питома електропровідність (мСм/м; з точністю до однієї десяткової цифри);
– лужність (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– сток підповерхневих вод (л/с · км2);
– рівень грунтових вод (в см відносно поверхні).
Поверхневі води
Поверхневий стік є основним джерелом виходу розчинених речовин з району водозбору. Величину втрат елементів можна розрахувати на основі вимірювання вмісту ЗР в поверхневих водах в місцях стоку і аналізу їх концентрації у водотоку чи водоймі.
Для розрахунків запасів ЗР в районі водозбору треба визначити величину стоку. Найкращим є закладання на водотоку постійних водозливних гребель з встановленими каскадно пристроями, безперервно реєструючими висоту стоку. В тому випадку, коли це неможливо, щоденне середнє значення одержують за допомогою вимірювання профілю каналу стоку і розрахунку витрат води. В період великого стоку вимірювання треба проводити щогодини.
Відбір проб вод поверхневого стоку треба здійснювати поблизу від реєструючого пристрою. Якщо є гребля, відбір проб проводиться на деякій віддалі від неї через ризик хімічного забруднення проб матеріалом водозливної греблі. Якщо ж водозливна гребля відсутня, відбір проб треба проводити на глибині, достатній для того, щоб запобігти їх забрудненню поверхневим матеріалом або донними відкладеннями. Проби відбираються батометром на глибині 1–50 см таким чином, щоб запобігти забруднення.
Відбір проб вод поверхневого стоку проводиться щонайменше один раз на місяць з урахуванням отримання середньозважених значень контрольованих речовин.
Відбір проб в озерах проводиться на глибині 0,5 м (або 1 м), 3 м, 5 м, на половинній відстані до дна і на відстані 1 м від дна.
Відбір проб озерних вод треба проводити 2–6 разів на рік.
Для відбору проб необхідно застосовувати батометри циліндричної форми з тефлону, поліпропилену чи поліетилену.
Для аналізу важких металів у водах поверхневого стоку і озерах повинні бути відібрані спеціальні проби в промитих кислотним розчином посудинах. Для цих проб рекомендується безпосередньо перед аналізом підкислення і фільтрація.
Для проб, що використовуються для аналізу вуглецю і ртуті, рекомендується застосовувати скляні посудини.
Перед застосуванням посудини треба старанно прополоскати деіонізованою водою, а все інше пробовідбірне обладнання повинно бути оброблене в розбавленій кислоті за два дні до застосування і зберігатись в пластикових мішках.
Всі проби води рекомендуєтся відфільтрувати, однак, оскільки ця операція в той же час є джерелом забруднення, фільтрацію можна опустити для проб поверхневих вод природного походження. Для деяких аналітичних методів фільтрація є частиною процедури (аналіз вуглецю). Фільтри, коли вони використовуються, повинні мати мембрану товщиною 0,40–0,45 мкм (Whatman 42 чи GFC) і бути оброблені деіонізованою водою перед застосуванням.
Термін перевезення і зберігання проб між відбором проб і їх аналізом повинен бути мінімальним, наприклад, для аналізу кислотності і сполук азоту цей період складає максимум один день.
Для запобігання хімічних змін, обумовлених життєдіяльністю мікробів, пробовідбірні посудини перевозяться в пластикових мішках, захищених від сонячних променів і переважно в охолоджувальних ящиках.
Пробовідбірні посудини до аналізу зберігаються в темному і холодному місці (при температурі 40C).
Нормативні об'єми проб для аналізу води складають 25 мл (для аналізу алюмінію, сполук азоту, заліза) чи 50 мл (для аналізу інших сполук). Для аналізу заліза, алюмінію і марганцю як консервант використовується сірчана або азотна кислота. Для аналізу ртуті треба застосовувати як консервант 5 мл HNO S13+ K S12 CR S12 O S17 на 100 мл.
Аналітичні методи
Перевагу треба віддавати стандартним аналітичним методам, наприклад, методу ААС в полум'ї (в графітовій печі для аналізу металів) і емісійній спектрометрії з використанням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП) чи методу ІЗП–МС, зокрема:
– наявність сірки, фосфору і вуглецю аналізується за допомогою автоматичного обладнання, чи за допомогою спектрометрії або ж іонної хроматографії;
– визначення рухливого алюмінію може бути проведене пірокатехолфіолетовим методом з аналізом нагнічуваного потоку (FIA);
– кислотно–лужний показник (pH) завжди аналізується електрометричним методом.
Контрольованими параметрами є:
– поверхневий сток (л/с км2);
– pH (з точністю до двох десяткових цифр);
– питома електропровідність (мСм/м; з точністю до однієї десяткової цифри);
– натрій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– калій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– кальцій (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– магній (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– загальний алюміній (мкг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– рухомий алюміній (мкг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– азот аміака (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– азот нітрата (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– лужність (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– хлорид (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– сірка сульфата (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– фосфор фосфата (мкг/л);
– загальний фосфор (мкг/л);
– розчинний органічний вуглець (мкг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– ртуть (мкг/л; з точністю до трьох десяткових цифр);
– кремній (мг/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– номер кольору (Pt мг/л);
– температура (0C; з точністю до однієї десяткової цифри).
Грунти
Для відбору проб грунту на полігоні треба окреслити один представничий пробний майданчик (2020м – 4040м), причому його розміри залежать від неоднорідності грунту. Цей грунтовий майданчик повинен бути розташований поблизу майданчика для дослідження рослинності, але не збігатись з ним по території. Мережа місць відбору проб для грунту повинна мати систематичний характер і охоплювати весь грунтовий майданчик. Наприклад, пробний майданчик розміром 4040 м може бути розділений на підмайданчики розміром 1010 м, які далі розділені на місця пробовідбору розмірами 11 м. Для відбору проб використовують 16 місць пробовідбору, які представляють весь грунтовий майданчик, тобто по одному місцю розмірами 11 м S02 із кожного підмайданчика розмірами 1010м.
Відбір проб з органічного горизонту грунту здійснюється сталевим буром чи циліндром відповідного діаметру для відбору гумусу. При цьому треба зареєструвати товщину шару гумусу в пробі, щоб далі можна було оцінити його об'ємну щільність.
Проби мінерального горизонту грунту треба відбирати з урахуванням більшої частини грунтового профілю на рівні шарів грунту 0–5, 5–20, 20–40 і 60–80 см. Для того, щоб руйнування шару грунту були мінімальними, треба користуватися грунтовим буравом.
Проби торфу треба відбирати на глибині 0–5,5–20 і 20–40 см об'ємометричним способом за допомогою керноподібного пробовідбірника, який, наприклад, має наступні розміри: довжина – 50 см, площа перетину – 55см. Загальне описання торфу, включаючи ступінь його гуміфікації, вид торфу і т.п., здійснюється виходячи з профілю, взятого в одній представничій точці поблизу майданчика.
Проби грунту зберігаються в пластикових мішках в сухому і холодному місці (при температурі 40C) доти, поки їх можна буде висушити.
Попередня обробка проби: висушити грунт при температурі 400C до одержання постійної ваги. Просіяти проби ситом з размірами вічок 2 мм (4 мм для проб органічного шару грунту). Після просіювання проби органічного шару грунту (шару гумусу і торфу) повинні бути розмелені до дрібного порошку. До аналізу проби треба зберігати в темному і холодному місці.
Аналітичні методи
Для виконання аналізів грунт повинен бути оброблений повітряною сушкою (при температурі 400C) або висушеним в печі (при температурі 1050C).
1) Вимірювання pH здійснюється потенціометричним методом з використанням попередньо розчиненого грунту у ваговому співвідношенні 1:5 (для проб органічного шару грунту це співвідношення складає 1:20) як для екстрагування дистильованою водою, так і для екстрагування солями (0,01М розчин CaCl S12, 1М розчин KCl чи 0,1М розчин BaCl S12). Поряд з цим, для проб мінерального і органічного грунту може бути використане об'ємне співвідношення 1:5 аналогічних розчинів. Одержані розчини треба збовтувати протягом 2 годин і дати ім осісти перед тим, як виміряти значення pH.
2) Визначення обмінної кислотності, що титрується, здійснюється розрахунком на підставі даних, отриманих у такий спосіб: збовтати 25 г мінерального грунту в 100 мл 1М розчину KCl протягом 2 годин. Фільтрат об'ємом 50 мл титрується 0,02М розчином NaOH доти, поки розчин, вміщуючий фенолфталеїн, не одержить слабке червоне забарвлення, або ж доти, поки не буде досягнуто значення pH, рівне 8,2.
3) Для розрахунку загальної обмінної кислотності потрібно виконати такі операції: проба (10 г мінерального грунту) екстрагується в 100 мл буферного розчину (0,25М BaCl S12 + 0,2М триетаноламіну) збовтуванням протягом однієї години з наступним проціжуванням проби через фільтр за допомогою заміщуючого розчину (суміш 0,25М розчину BaCl S12 з буферним розчином у відношенні 1:25000). Отриманий фільтрат титрується 0,2М розчином HCl до кінцевої точки переходу від зеленого кольору до сполучення пурпурового із бромокрезольним зеленим кольором плюс змішаний індикатор. Розчини для контрольного досліду титруються до тієї ж кінцевої точки.
4) Аналіз обмінних катіонів натрію, калію, кальцію, магнію і алюмінію: збовтати 2 г грунту в 20 мл 0,1М розчину BaCl S12 протягом 2 годин. Відцентрифугувати і зберегти отриманий розчин для наступного аналізу. Аналіз обмінних катіонів переважно проводити методом ААС в полум'ї або ж методом емісійної спектрометрії із застосуванням методу індуктивно зв'язаної плазми (ІЗП).
5) Для визначення металів в мінеральних грунтах 5 г грунту екстрагуються в 50 мл 2М розчину азотної кислоти протягом 2 годин в киплячій водяній бані, розбавляються до 100 мл і фільтруються. Органічні грунти спалюються за допомогою нагрівання в невеликих об'ємах розчину концентрованих кислот HNO S13 і HClO S14 (відношення 4:1), розбавляються до об'єму з відношенням об'єм:вага=1:50 і фільтруються. Наявність металів аналізується методом ААС в полум'ї чи графітовій печі чи методом ІЗП.
6) Аналіз загальної сірки: виконується спалювання проби шляхом нагрівання в невеликих об'ємах розчину концентрованих кислот HNO S13 і HClO S14 (відношення 4:1); розбавлення до об'єму з відношенням об'єм:вага=1:4 для мінерального грунту і 1:10 для органічного грунту і фільтрація; надалі застосовуються методи аналізу сульфатів чи ІЗП.
7)Аналіз загального фосфору: виконується спалювання проби шляхом нагрівання невеликих об'ємів розчину концентрованих кислот HNO S13 і HClO S14 (відношення 4:1); далі виконується розбавлення до об'єму з відношенням об'єм:вага=1:4 для мінерального грунту і 1:10 для органічного грунту і фільтрації, при цьому треба враховувати небезпеку вибуху. Загальний фосфор визначається колориметричним методом чи методом ІЗП.
8) Аналіз загального азоту здійснюється за допомогою автоматизованих методов або методу Кельдаля.
9) Аналіз загального органічного вуглецю виконується прокалюванням проби до одержання CO S12 шляхом нагрівання до 9000C, при цьому використовуються різні методи виявлення CO S12 за допомогою автоматизованих процедур.
Контрольованими параметрами є:
– pH при температурі 200C (екстрагування водою; з точністю до двох десяткових цифр);
– pH при температурі 200C (екстрагування сіллю CaCl2; з точністю до двох десяткових цифр);
– pH при температурі 200C (екстрагування сіллю KCl; з точністю до двох десяткових цифр);
– обмінна кислотність, що титрується (мг–екв/кг);
– обмінний алюміній (мг–екв/кг);
– обмінний натрій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– обмінний калій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– обмінний кальцій (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– обмінний магній (мг–екв/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– насиченість основами (%; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальна обмінна кислотність (мг–екв/кг);
– ефективна ємність катіонного обміну (мг–екв/кг);
– потенційна ємність катіонного обміну (мг–екв/кг);
– кадмій (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– мідь (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– свинець (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– цинк (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– миш'як (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– нікель (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальний хром (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– залізо (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– ртуть (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр);
– загальна сірка (мг/кг);
– загальний фосфор (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– загальний азот (мг/кг);
– загальний органічний вуглець (мг/кг);
– об'ємна щільність (кг/м3).
Листя і опад
Аналізи листя, хвої і їх опаду є ефективними засобами для оцінки вмісту в них поживних речовин і забруднювачів. Проби листя треба відбирати від 5 до 10 дерев одного і того ж класу, що мешкає в спільноті (домінуючих або співдомінуючих дерев).
Підхожим періодом для відбору проб живого листя для неопадаючих видів дерев є листопад–грудень, а для опадаючих видів дерев (наприклад, широколистних дерев) є серпень.
Проби відбираються шляхом зрізання або відпилювання гілок, для чого треба вибирати одну гілку з п'ятого–восьмого кільця листя відносно верхівки дерева (з відкритого вітрам або сонячному світлу боку). Верховітні і бокові пагони поточного року представляють собою підпробу.
Пагони треба зразу помістити в паперовий мішок і швидко доставити в лабораторію. Велику обережність треба проявляти з тим, щоб не забруднювати проби пилом чи грунтом; їх не можна промивати.
Хвою чи листя треба перемолоти млином із нержавіючої сталі до часток розмірами менше 0,5 мм. Для отримання максимально можливих відомостей про існуючі природні зміни проби змішувати не можна.
Попередньо проби висушуються при температурі 400C і зберігаються для наступних досліджень.
Місця відбору проб опаду розподіляються по всьому майданчику і не тільки під деревами переважного виду.
Опад збирається за допомогою мішків з інертного матеріалу глибиною 0,5 м для того, щоб опад не видувало вітром. Мішок треба прикріпити до дерев'яної рами відповідної площі (0,25–0,5 м S02). Рама повинна бути встановлена на кутніх стовпцях горизонтально на висоті, яка перевищує глибину мішка для уникнення впливу вологи грунту, що може заздалегідь прискорити процес розкладання опаду.
На одному майданчику застосовується як мінімум п'ять мішків для збору опаду.
Перед очікуваним снігопадом мішки для збору опаду треба забрати. Опад необхідно перемістити у великі паперові чи пластикові мішки, скориставшись для цього рукавицями, і доставити їх в лабораторію.
Вся бура хвоя або листя, що опали, повинні бути відокремлені від іншої частини чистого опаду і підлягають спеціальному хімічному аналізу. Порівняння з концентраціями елементів в живому листі говорить про рухливість і стан поживних речовин.
Проби висушують до постійної сухої ваги при температурі 400C або вони можуть бути охолоджені до температури нижче 50C доти, поки не буде здійснене їх просушування.
При дослідженнях листя, хвої і їх опаду аналітичні методи застосовуються такі ж, як для органічних грунтів (див. 4.7.2).
Контрольованими параметрами є:
– суха вага висушеної в печі проби, що складається з 100 шпильок/листків (г/л; з точністю до однієї десяткової цифри);
– загальна сірка (мг/кг);
– загальний азот (мг/кг);
– кальцій (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– натрій (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– калій (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– магній (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– загальний органічний вуглець (мг/кг);
– загальний фосфор (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– марганець (мг/кг; з точністю до двох десяткових цифр);
– цинк (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– азот аміака (мг/л; з точністю до двох десяткових цифр);
– бор (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр);
– мідь (мг/кг; з точністю до однієї десяткової цифри);
– молібден (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр);
– свинець (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр);
– кадмій (мг/кг; з точністю до трьох десяткових цифр).
ДОДАТКИ