Методы проведения экологического обследования экологического состояния сельскохозяйственных угодий, лесов, болот и других наземных экосистем и их компонентов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

“Уральский государственный горный университет”

Инженерно-экономический факультет

Кафедра проиродообустройства

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Экологическая оценка территорий»

Тема: «Методы проведения экологического обследования экологического состояния сельскохозяйственных угодий, лесов, болот и других наземных экосистем и их компонентов»

Екатеринбург

2016

Содержание

1. Значение экологических исследований в сельскохозяйственном производстве

2. Методика отбора проб почвы и растений в экологических исследованиях

2.1 Общие принципы отбора проб почвы

2.2 Отбор проб растительного материала

3. Дыхание почвы

3.1 Определение интенсивности выделения СО2 из почвы

(метод А.Ш. Галстяна)

3.2 Определение интенсивности выделения СО2 из почвы

(метод Л.О. Карпачевского)

3.3 Оценка биологической активности почв

4. Определение качества воды природных водоёмов

4.1 Отбор проб воды

5. Мониторинг и оценка состояния лесных экосистем

Заключение

Список литературы

1. Значение экологических исследований в сельскохозяйственном производстве

Антропогенная нагрузка на экосистемы в значительной степени связана с сельскохозяйственной деятельностью. Интенсивная обработка почвы, отчуждение питательных веществ с урожаем, загрязнение почв средствами химизации и отходами животноводства, негативные последствия орошения и осушения, дегумификация и эрозия почв - важнейшие факторы, непосредственно влияющие на состояние земель огромных территорий. В сочетании с воздействием промышленности и транспорта на биосферу и ее компоненты это приводит к разрушению природных ландшафтов, замене устойчивых эко(гео)систем на агроэкосистемы, а также к изменению функционирования сохранившихся экосистем. Таким образом, отрицательное воздействие сельского хозяйства на биосферу стало приобретать глобальный характер.

Будущие специалисты агрономы-экологи должны в полной мере осознавать опасность, которую может причинить биосфере неразумное использование отдельных приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, среди которых в первую очередь следует назвать применение химических средств защиты растений и интенсивное воздействие сельскохозяйственной техники на почву и как следствие этого - уплотнение, нарушение физического состояния верхних горизонтов почв. Не менее важным фактором негативного воздействия является и недостаточное вложение энергии в агроэкосистемы, в частности в виде питательных веществ с минеральными и органическими удобрениями, что создает предпосылки к нарушению биогеохимических циклов элементов и агроистощению почв.

Для поддержания экологического равновесия и сохранения потенциала самоочищения и самовосстановления пахотных угодий от воздействия антропогенных факторов, которые вызывают деградацию почвы и потерю ее плодородия, необходимо проводить постоянные наблюдения за состоянием сельскохозяйственных земель. С этой целью в каждой области и стране в целом осуществляется мониторинг почв земель сельскохозяйственного назначения, представляющий собой систему наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения агроэкосистем для своевременного выявления их изменений, оценки состояния, прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

Среди основных контролируемых параметров комплексного экологического мониторинга следует назвать химический состав почв (в первую очередь, содержание биогенных элементов и элементов-загрязнителей).

В состав данного пособия включены методики, которые в настоящее время наиболее часто используются в практике экспертизы экологического состояния почвенного покрова. Они позволяют произвести оценку способности почв обеспечивать потребности растений в минеральном питании и определить направление возможных деградационных процессов, установить их скорость и степень проявления.

Данные, полученные в результате применения предлагаемых методик в производственном процессе, могут быть использованы в качестве основы для разработки систем мероприятий по восстановлению и оптимизации функционирования нарушенных естественных и сельскохозяйственных экосистем.

2. Методика отбора проб почвы и растений в экологических исследованиях

экологический исследование сельскохозяйственный почва

Одной из наиболее ответственных составляющих программы исследований по оценке состояния агроэкосистем является этап пробоотбора, так как он оказывает значительное влияние на конечный результат. Ошибки на данном этапе приводят к получению неверных данных, что влечет за собой неэффективность (а в худшем случае - нанесение еще большего вреда) принятых управленческих и технологических решений. Во избежание этого необходимо соблюдение регламента и требований к пробоотбору, зафиксированных в нормативных актах.

Основное требование, которое предъявляют к пробоотбору, заключается в том, что отобранная проба должна быть репрезентативной.

Репрезентативность - это такая характеристика отдельных единиц изучаемой статистической совокупности, которая наиболее адекватно отражает исследуемое явление в целом (с определенным уровнем вероятности).

Репрезентативный отбор проб гарантирует, что образец или группа образцов точно представляют свойство или концентрацию загрязнителей на всем участке почвы в целом (или во всем объеме растительной продукции) в данное время. Репрезентативность отбора образцов - понятие комплексное и определяется способом отбора, количеством объединенных проб на единицу площади, количеством точечных проб, слагающих объединенную пробу, объемом (массой) образца, способом приготовления объединенной пробы и т.д.

В общем случае надежность оценки увеличивается с возрастанием числа проб с единицы площади или объема, равномерности их распределения по площади (объему). Чем более неоднородна изучаемая территория, тем плотнее должна быть сетка пробоотбора.

Перечень необходимых для усвоения студентами

знаний и умений

После изучения темы студент должен знать: * нормативные документы, регламентирующие процедуру отбора проб почвы и растительности;

• терминологию, используемую при пробоотборе;

• основные требования, предъявляемые к пробоотбору;

• методики отбора проб почвы и растительности.

Студент должен уметь:

• выбрать методику отбора проб почвы и растительности в зависимости от конкретной ситуации;

• составить схему пробоотбора;

• отобрать пробы почвы и растительности.

2.1 Общие принципы отбора проб почвы

Методика отбора проб определяется объектом и целью исследования. Основными нормативными документами, регламентирующими процедуру отбора проб почвы, являются следующие:

1) ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб (устанавливает требования к отбору проб почвы при общих и локальных загрязнениях) ;

2) ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа (предназначен для контроля общего и локального загрязнения почв в районах воздействия промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно-бытовых и транспортных источников загрязнения; для оценки качественного состояния почв; для контроля состояния плодородного слоя, предназначенного для землевания малопродуктивных угодий);

3) ГОСТ 28168-89 Почвы. Отбор проб (распространяется на отбор проб с пахотных земель, почв сенокосов, пастбищ, лесных питомников при агрохимическом обследовании);

4) ГОСТ Р 53123-2008 Качество почвы. Отбор проб. Часть 5. Руководство по изучению городских и промышленных участков на предмет загрязнения почвы (устанавливает рекомендации, касающиеся методики исследования городских и промышленных зон, где выявлено или предполагается загрязнение почв);

РД 52.18.156-99 Методические указания. Охрана природы. Почвы. Методы отбора объединенных проб почвы и оценки загрязнения сельскохозяйственного угодья остаточными количествами пестицидов (устанавливают методы отбора проб почвы и оценки загрязнения сельскохозяйственных угодий остаточными количествами пестицидов);

МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Методические указания (является нормативно-методической базой для осуществления государственного санитарно- эпидемиологического надзора за состоянием почв населенных мест, сельскохозяйственных угодий, территорий курортных зон и отдельных учреждений);

Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. - М., 1995 (определяют порядок организации и проведения работ по выявлению деградированных и загрязненных земель);

Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. - М., 2003 (регламентирует проведение комплексного, в т.ч. агрохимического мониторинга сельскохозяйственных земель).

Выделяют следующие виды почвенных проб:

единичная проба почвы - проба определенного объема, взятая однократно из почвенного горизонта (слоя);

объединённая проба почвы - проба почвы, состоящая из заданного количества единичных проб.

В соответствии с названными нормативными документами при отборе проб можно использовать два подхода:

1) сплошное обследование - пробы отбираются со всей обследуемой территории, для чего площадь покрывается сплошной сеткой элементарных участков, каждый их которых характеризуется объединенной пробой, состоящей из определенного количества единичных. Единичные пробы равномерно отбирают со всей площади элементарного участка;

2) выборочное обследование - образцы отбираются с пробных площадок, которые по определенным принципам выделяют на обследуемой территории. В дальнейшем полученные на них данные интерпретируются на всю территорию.

Сплошное обследование используется при проведении агрохимического мониторинга и сертификации почв.

При выявлении нарушений, связанных с загрязнением и деградацией земель, данный подход обычно практикуется, когда известна площадь, на которой произошло нарушение. При этом:

• обследуемая территория имеет небольшие размеры, сопоставимые или меньшие, чем рекомендуемые площади пробных площадок (нарушения при строительных работах, разлив загрязнителей на небольших участках и т.д.);

• оценивается деградация почвы вследствие нерациональной системы земледелия, применения отходов производства в качестве удобрений и т.д. (в этом случае для сравнения обычно используются результаты агрохимического обследования, и для обеспечения сопоставимости данных отбор проб следует осуществлять по той же, ранее используемой методике).

При проведении сплошного обследования размер элементарных участков определяется видом сельскохозяйственных угодий, почвенно-климати- ческой зоной, насыщенностью минеральными удобрениями, пестротой почвенного покрова.

Максимально допустимые размеры элементарных участков на неэро- дированных и слабоэродированных пахотных почвах и улучшенных кормовых угодьях в Волго-Вятском районе не должны превышать: при насыщенности минеральными удобрениями <60 кг д. в-ва/га - 15 га, при насыщенности 60 кг - 10 га, при насыщенности 90 кг - 4 га, при насыщенности >90 кг д. в-ва/га - 2 га. На средне- и сильноэродированных дерново-подзолистых и серых лесных почвах размер элементарного участка должен составлять 1 - 2 га, черноземах - 3 га (ГОСТ 28168-89).

На рекультивируемых землях всех зон размер элементарного участка не должен превышать 1 га (Методические указания ..., 2003).

Форма элементарного участка по возможности должна приближаться к прямоугольной с отношением сторон не более 1:2. На неэродированных и слабоэродированных почвах маршрутный ход прокладывают посередине элементарного участка вдоль его длинной стороны. На средне- и сильноэро- дированных почвах, расположенных на склоне длиннее 200 м, маршрутные ходы прокладывают вдоль склона, на более коротких - поперек склона.

По длине маршрутного хода равномерно отбирают единичные пробы. В зоне распространения дерново-подзолистых почв с каждого элементарного участка отбирают 40 точечных проб, в зоне серых лесных почв - 30 точечных проб, во всех остальных зонах - 20 точечных проб. Пробы отбирают на глубину пахотного слоя (на пашне) или на глубину гумусового горизонта (на природных кормовых угодьях). Из точечных проб составляют объединенную пробу массой не менее 300 г.

Преимущество сплошного метода заключается в том, что точечные пробы отбираются равномерно со всей территории, соответственно, охват почвенных условий полный и объединенная проба представительна. Однако сплошной метод трудоемок, вследствие чего его применение не всегда оправдано. В связи с этим при определении степени загрязнения больших территорий чаще проводят выборочное обследование. Этой методики придерживаются и при проведении инженерно-экологических изысканий для разработки разделов «ОВОС» и «Охрана окружающей среды» в проектной документации на осуществление хозяйственной и иной деятельности.

С методической точки зрения выборочное обследование является более сложным, чем сплошное. При планировании выборочного обследования необходимо определить:

• расположение пробных площадок на местности;

• размер пробной площадки;

• количество единичных проб, отбираемых с пробной площадки для составления объединенной пробы;

• количество пробных площадок на обследуемой территории.

В общем случае при выделении пробных площадок на местности необходимо придерживаться следующих принципов:

• площадка закладывается на участке с однородным почвенным и растительным покровом, а также хозяйственным использованием;

• площадка должна располагаться на типичном для изучаемой территории месте;

• при неоднородном рельефе местности площадки располагают по элементам рельефа;

• при закладке пробных площадок следует учитывать влияние природных и антропогенных факторов на почвенные свойства и распределение загрязнителей в ландшафте;

• пробная площадка должна иметь привязку (определение и документальная фиксация местонахождения объекта), которая гарантирует возможность повторного отыскания места исследования.

Размеры и количества пробных площадок, а также количества единичных проб регламентированы в нормативных документах.

Так, например, в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 при отборе проб почвы с целью определения ее химического состава допустимый размер пробной площадки при однородном почвенном покрове варьирует от 1 до 5 га, при неоднородном - от 0,5 до 1 га. При этом однородным считается почвенный покров, содержащий не менее 70 % основной почвенной разности.

В отношении расположения пробных площадок на местности в документе даются лишь общие рекомендации:

• при общем загрязнении почв пробные площадки намечают по координатной сетке, указывая их номера и координаты (равномерное загрязнение - сетка с равными расстояниями между линиями, неравномерное - сетка с учетом расстояния от источника загрязнения и преобладающего направления ветра);

• при локальном загрязнении почв для определения пробных площадок применяют систему концентрических окружностей, расположенных на дифференцированных расстояниях от источника загрязнения, указывая номера окружностей и азимут места отбора проб. В направлении основного распространения загрязняющих веществ систему концентрических окружностей продолжают в виде сегмента, размер которого зависит от степени распространения загрязнения.

Информация о расстоянии между линиями в координатной сетке, или о максимальных площадях, на которые можно интерпретировать результаты с одной пробной площадки, в данном нормативном документе отсутствует.

Масса объединенной пробы, составленной не менее чем из двух точечных,

должна быть не менее 1 кг.

Более детальные рекомендации по отбору проб приведены в МУ 2.1.7.730-99:

• при контроле за загрязнением почв промышленными источниками площадки для отбора проб располагают на площади трехкратной величины санитарно-защитной зоны вдоль векторов розы ветров на расстоянии 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 5000 м и более от источника загрязнения;

• при изучении загрязнения почв транспортными магистралями пробные площадки закладываются на придорожных полосах с учетом рельефа местности, растительного покрова, метео- и гидрологических условий. Пробы почвы отбирают с узких полос длиной 200-500 м на расстоянии 0-10, 10-50, 50-100 м от полотна дороги. Одна объединенная проба составляется из 20-25 точечных, отобранных с глубины 0-10 см;

• при оценке почв сельскохозяйственных территорий на каждые 0-15 га закладывается не менее одной площадки размером 100-200 м в зависимости от рельефа местности и условий землепользования. Объединенную пробу составляют из равных по объему точечных (не менее 5), отобранных на одной площадке.

В других нормативных документах предложены несколько иные рекомендации по проведению обследования, но принципиальных различий с рассмотренными методиками нет. В связи с этим, при планировании отбора проб необходимо определиться, какой из действующих нормативных документов в конкретной ситуации является наиболее приемлемым, и в соответствии с ним проводить пробоотбор.

Как в случае сплошного, так и выборочного обследования, результаты изучения почвенного покрова можно дополнять данными по профильному распределению загрязняющих веществ. Для этого закладывается ряд почвенных разрезов и производится отбор образцов погоризонтно (из генетических горизонтов) или послойно (из слоев 0-5, 5-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80100 см и т.д.).

Отбор проб почвы осуществляется лопатой или специальными пробоотборниками - бурами различной конструкции.

При составлении объединенной пробы используют прием квартования, в процессе которого почвенный материал нескольких точечных проб тщательно перемешивают, располагают на бумаге в виде квадрата и делят его диагоналями на четыре равновеликие части. Две противоположные части удаляют, а две другие берут для дальнейшей работы. При необходимости процедуру повторяют несколько раз.

Отобранные пробы помещают в емкости из химически инертного материала (если предполагается анализ на содержание летучих веществ - в емкости с притертыми пробками), снабжают этикетками с указанием места и даты отбора пробы, глубины взятия пробы, фамилии исследователя и транспортируют в лабораторию.

2.2 Отбор проб растительного материала

Основными нормативными документами, регламентирующими процедуру отбора проб растительного материала, являются:

• ГОСТ 13586.3-83 Зерно. Правила приемки и методы отбора проб (распространяется на зерно зерновых и зернобобовых культур, предназначенное для продовольственных, кормовых и технических целей) ;

• ГОСТ 27262-87 Корма растительного происхождения. Методы отбора проб (распространяется на корма растительного происхождения - зеленые корма, сено, солому, силос, сенаж, травяные искусственно высушенные корма).

• Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. - М., 2003.

Пробы растений отбирают на тех же участках, что и пробы почвы, непосредственно перед уборкой урожая или выпасом животных. Выделяют следующие виды проб:

• точечная проба - небольшое количество растительного материала, отобранного из одного места за один прием;

• объединенная проба - совокупность всех точечных проб растительной продукции, отобранных с одного поля или из одной партии;

• средняя проба - часть объединенной пробы, выделенная для анализов.

При отборе растительного материала в поле точечные пробы растений

отбирают с пробных площадок размером 1х1 м2 (для культур сплошного сел

ва) или 1х2 м (для пропашных культур), располагая их по диагонали участка или по маршруту отбора проб почвы. На обследуемом участке (поле) следует закладывать не менее 10 пробных площадок.

Надземную часть растений срезают острым ножом, ножницами или серпом на высоте 3-5 см над поверхностью почвы и укладывают в полиэтиленовую пленку или крафтбумагу. Корнеплоды и клубнеплоды выкапывают и укладывают для транспортировки отдельно от ботвы.

Точечные пробы зеленой массы, доставленной на фермы для непосредственного скармливания животным или для приготовления силоса, сенажа, искусственно высушенных кормов, отбирают вручную не менее чем из 10 разных мест порциями по 400-500 г.

Точечные пробы из партий сена или соломы, хранящихся в скирдах или стогах, отбирают с помощью специального пробоотборника грубых кормов или вручную по периметру скирд и стогов на равных расстояниях друг от друга на высоте 1,0-1,5 м от поверхности земли со всех доступных сторон с глубины не менее 0,5 м. Масса точечной пробы должна составлять от 0,1 до 0,5 кг в зависимости от количества отбираемых точечных проб.

Точечные пробы зерна из автомобилей отбираются механическим пробоотборником или вручную щупом на расстоянии 0,5-1 м от переднего и заднего бортов и на расстоянии около 0,5 м от боковых бортов. Из автомобилей с длиной кузова до 3,5 метра следует отбирать 4 пробы, с длиной кузова 3,5-4,5 м - 6 проб, больше 4,5 м - 8 проб. Механическим пробоотборником пробы отбирают по всей глубине насыпи зерна, ручным щупом точечные пробы отбирают из верхнего и нижнего слоев, касаясь щупом дна.

Точечные пробы зерна, хранящегося в складах и на площадках, при высоте насыпи до 1,5 м отбирают ручным щупом, при большей высоте - складским щупом с навинчивающимися штангами. Для отбора проб поверхность насыпи зерна делят на секции площадью примерно 200 м каждая. В каждой секции пробы отбирают в 6ти точках поверхности на расстоянии 1 м от стен склада (края площадки) и границ секции и на одинаковом расстоянии друг от друга. В каждой точке пробы отбирают из верхнего (10-15 см от поверхности насыпи), среднего и нижнего (у пола) слоев.

Полученные разным способом точечные пробы растительного материала собирают на полог, тщательно перемешивают и расстилают ровным слоем, получая таким образом объединенную пробу. Для составления средней пробы, масса которой должна быть 1,5-2,0 кг, растительный материал берут порциями по 150-200 г из 10 различных мест. При составлении средней пробы зерна рекомендуется использовать квартование. Среднюю пробу снабжают этикеткой и направляют в лабораторию для соответствующей подготовки и анализов.

3. Дыхание почвы

В результате биологических процессов в почве происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Интенсивность выделения последнего зависит от продуцирования СО2 почвой, ее физических и химических свойств, гидротермических условий.

Решающая роль в продуцировании углекислого газа принадлежит биологическим факторам, поэтому объемы выделяющегося с поверхности почвы СО? могут характеризовать интенсивность протекающих в ней биохимических процессов и служить интегральным показателем ее экологического состояния.

3.1 Определение интенсивности выделения СО2 из почвы (метод А.Ш. Галстяна)

Принцип метода

Метод основан на определении интенсивности дыхания почвы (ИД) по учету количественных изменений содержания углекислого газа в определенном замкнутом пространстве с помощью широкогорлых конических колб.

Углекислый газ, выделившийся при дыхании, улавливается избытком раствора щелочи в ходе реакции:

СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

Остаток щелочи оттитровывается кислотой. Получившееся значение позволяет судить о количестве вступившего в реакцию со щелочью диоксида углерода.

Установка состоит из колбы объемом 250 мл (А), пробки (Б) и мешочка или металлической корзинки с почвой (Г). При инкубации пробы в закрытой колбе в результате биологических процессов происходит снижение концентрации кислорода и нарушается газообмен. Для устранения этого недостатка колба, где происходит дыхание почвы, может соединяться с наружным воздухом при помощи трубки с натронной известью (В).

Рис. 4. Схема прибора

Ход анализа

10 г свежей почвы в марлевом мешочке подвесить за крючок в пробке (при анализе влажной почвы используется металлическая корзинка). В колбу налить 25 мл 0,1н NaOH. Колбу закрыть пробкой с мешочком и поставить в термостат при температуре 28-30оС на 24 часа. Одновременно с опытной колбой поставить контрольную с тем же раствором щелочи, но без почвы, для учета СО2 воздуха в колбе. Колбы периодически встряхивать. После инкубации в колбы добавить по 2-3 капли фенолфталеина и титровать 0,1н НС1 до исчезновения розовой окраски.

араллельно с анализом провести определение влажности почвы и рассчитать коэффициент гигроскопичности (стр. 22), который учитывается при расчете конечного результата.

Расчет результатов анализа

Количество СО2, выделившееся из навески почвы за 24 часа, по величине которого оценивается интенсивность дыхания в лабораторных условиях, рассчитывается по формуле:

Х = [(25 X Ккаои - Уоп. X Khci)-(25 х K№oh - Укошр. х Khci)] х 0,1 х 7 х Кг, (19)

где Х - интенсивность дыхания в лабораторных условиях (ИД), мг С02/10 г почвы/24 часа; Уоп. - объем HCl, пошедший на титрование опытного образца, мл; Vromp. - объем HCl, пошедший на титрование контрольного образца, мл; KNaOH - поправка к титру щелочи; KHCi - поправка к титру кислоты; 25 - объем щелочи, взятый для анализа, мл; 7 - количество С02, нейтрализующее 1мл 1н NaOH, мг; 0,1 - нормальность щелочи и кислоты; Кг - коэффициент пересчета на влажность.

Оценка интенсивности дыхания проводится с помощью данных таблицы 5.3.

ФОРМА ЗАПИСИ

Образец	Навеска почвы, г	Влажность почвы, %	Объем 0,1н NaOH, мл	Объем 0,1н HCl, мл	ИД, мг СО2/10г /24ч	Оценка интенсивности дыхания
Опытный
Контроль	-	-

Реактивы

1) раствор NaOH 0,1н ;

1) раствор HCl 0,1н;

1) фенолфталеин.

3.2 Определение интенсивности выделения СО2 из почвы (метод Л.О. Карпачевского)

Этот метод позволяет определить количество углекислого газа, выделяющегося из почвы, непосредственно в поле. Он имеет некоторое преимущество перед методом А.Ш. Галстяна, так как позволяет работать с ненарушенной почвой в естественных условиях. Однако полученное при этом значение может характеризовать дыхание не столько почвы, сколько целого комплекса компонентов экосистемы, взаимодействующих на границе «почва-атмосфера».

Таким образом, при выборе метода анализа необходимо исходить из целей и задач исследования. Первый метод (метод А.Ш. Галстяна) может использоваться при работе с небольшими объектами (отдельный почвенный образец), второй (метод Л.О. Карпачевского) применим при изучении экосистемы в целом.

Принцип метода

Метод основан на улавливании выделяющегося на границе «почва- атмосфера» углекислого газа раствором щелочи, помещенным в стеклянный стаканчик на уровне почвы. По истечении определенного срока методом кислотно-щелочного титрования определяется количество щелочи, непрореагировавшей с СО2, а затем количество СО2, вступившее в реакцию со щелочным раствором за время опыта. Полученная величина характеризует интенсивность дыхания.

Ход анализа

Взять два стеклянных стаканчика с крышками объемом 50 мл и диаметром около 4-6 см и точно измерить диаметр микрометром для последующего расчета площади поверхности жидкости. В каждый стаканчик прилить пипеткой 2 мл 0,1н раствора NaOH, закрыть крышкой. Поставить один стаканчик на поверхность почвы опытного участка и открыть. Секундомером отметить время начала опыта. Через 20 минут стаканчик закрыть, перенести в лабораторию, к раствору в стаканчике добавить 2-3 капли фенолфталеина и титровать из микробюретки 0,1н раствором HCl.

Параллельно провести титрование контрольного образца (второй стаканчик, не выставлявшейся на поверхность почвы).

Расчет результатов анализа

Расчет массы углекислого газа (в кг/га/ч) производят по формуле:

Х = [(Укошр. - Уоп.) X Н X 0,000022 X 108 х 60] / (S х 20), (20)

где Х - интенсивность дыхания в полевых условиях (ИДП), кг СО2/га/час; Уконтр. - объем НС1, пошедший на титрование контроля, мл; Уоп. - объем НС1, пошедший на титрование опытного образца, мл; Н - нормальность кислоты; S - площадь поглотителя, см2;

10 - коэффициент для перевода см в га; 60 - количество минут в 1 ч; 20 - время опыта, мин.;

0,000022 - количество СО2, эквивалентное 1 мл 1н кислоты, кг.

ФОРМА ЗАПИСИ

Образец	Площадь 3 поглотителя, см	Объем НС1, пошедший на титрование образца, мл	ИДП, кг СО2/га/ч
Опытный Контроль

Реактивы:

3.2.1.1.1 раствор NaOH 0,1 н;

3.2.1.1.2 раствор HCl 0,1 н;

3.2.1.1.3 фенолфталеин.

3.3 Оценка биологической активности почв

Оценка биологической активности почв может производиться с помощью балльной шкалы. Согласно этому методу выделяется пять градаций биологической активности: 1) очень слабая; 2) слабая; 3) средняя; 4) высокая; 5) очень высокая. Каждой градации соответствует определенный диапазон значений по показателю биологической активности. Полученные в эксперименте данные сравниваются со справочными данными таблиц 5.3 и 5.4, на основании чего производится оценка изучаемого образца.

Шкала сравнительной оценки биологической активности почвы (Гапонюк, Малахов, 1985)

	Активность
Показатель	I	II	III	IV	V
	оч. слабая	слабая	средняя	высокая	оч. высокая
Каталаза (КА),	< 1,0	1,0-3,0	3,1-10,0	10,1-30,0	> 30
-5 О2 см /г/мин
Инвертаза (ИА),	< 5,0	5,0-15,0	15,1-50,0	50,1-150,0	> 150
мг глюкозы/г/сут
Фосфатаза (ФА),	0-0,5	0,6-1,5	1,6-5,0	5,1-15,0	> 15
мг Р2О5/10г/ч
Выделение СО2	0-5,0	5,1 -10,0	10,1-15,0	15,1-25,0	> 25
(ИД), мгО2/Юг/сут
Уреаза,	< 3,0	3,0-10,0	10,1-30,0	30,1-100,0	> 100
мг К-ЫН3/10г/сут
Протеаза,	0-0,5	0,6-1,0	1,1-2,0	2,1-3,0	> 3,0
мг альбум./10г/ч
Дегидрогеназа,	0-3,0	3,1-7,0	7,1-15,0	15,1-22,0	> 22
мкл Н2/г/сут

Оценка нитрифицирующей активности почвы

№ группы	Нитрифицирующая активность, ND3 мг/кг почвы	Оценка
1	менее 5,0	очень низкая
2	5,1 - 8,0	низкая
3	8,1 - 15,0	средняя
4	15,1 - 30,0	повышенная
5	30,1 - 60,0	высокая
6	более 60	очень высокая

Необходимо, однако, отметить, что при использовании указанных шкал очень сложно количественно выделить влияние последствий человеческой деятельности на экологическое состояние почвы. Учитывая, что антропогенное воздействие на почвенный покров приводит к отклонению значения показателей биологической активности от естественного уровня, характерного для данной почвы, среди важнейших критериев такой оценки следует назвать сравнение биологической активности почв, затронутых антропогенным воздействием, с почвой фоновых территорий. Кроме этого, в практике экологических исследований используют дополнительный показатель, позволяющий оценить воздействие загрязняющих веществ на биологическую активность почв в целом - период восстановления ее фактического значения до естественного для изучаемой почвы.

Сравнивая фактически полученный показатель периода восстановления биологической активности почвы со среднестатистическими данными на этот счет (табл. 5.5), делают окончательное заключение о характере влияния загрязнителей и степени экологического неблагополучия изучаемой территории.

Оценка воздействия загрязняющих веществ на биологическую активность (Гапонюк, Малахов, 1985)

Период восстановления	Оценка
контрольного параметра, дни	последствий
лаб.условия	полевые условия
< 15	< 30	не оказывает влияния
15-30	31-60	незначительное влияние, но возможны отрицательные последствия
> 30	> 60	существенное влияние, возможны серьезные экологические последствия

Однако данный способ требует значительных затрат времени и довольно трудоемок.

4. Определение качества воды природных водоёмов

С экологической точки зрения значение воды двояко: она является средой обитании для водных организмов и играет решающую роль в функционировании наземных биоценозов. Вода входит в состав клеток животных и растительных организмов, достигая 80 % и более от суммарного состава вещества цитоплазмы.

Запасы воды на Земле ограничены. Общее ее количество достигает 1,38 млрд. км3, но из этого количества доля пресной воды составляет около 35 млн. км на каждого жителя планеты приходится менее 6 млн. м пресной воды, но до 70 % ее запасов находится в ледниках и практически недоступны. Та часть воды, которая используется человеком, подвергается мощному загрязнению, что резко снижает ее качество и порождает дефицит.

В естественных условиях химический состав вод регулируется природными процессами. Хозяйственная деятельность человека влияет на природные процессы и сильно изменяет состав природных вод. Вода загрязняется огромным количеством сточных вод, содержащих отходы промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовыми стоками. Они уменьшают в природных водах содержание растворенного кислорода, изменяют условия разложения органических веществ, увеличивают концентрации азота, фосфора, металлов, ядохимикатов и других вредных веществ. Все это ведет к ухудшению качества воды.

Качество воды - это характеристика состава и свойств, определяющая ее пригодность для использования.

Водотоки и водоемы считаются загрязненными, если состав вод изменен до такой степени, что они становятся непригодными для целей, которым служили до использования человеком.

Загрязнение поверхностных природных вод - это процесс изменения физических, химических или биологических свойств природных вод при попадании в них различных веществ, которые могут оказать вредное воздействие на человека и экосистемы, ограничить возможности использования воды.

Качество воды оценивается комплексом показателей, большинство из которых применяется для оценки воды любого происхождения и значения.

Состав и свойства воды поверхностных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения

Показатели	Требования и нормативы
Плавающие примеси Запах, вкус Окраска Значение рН Минеральный состав Растворенный О2 БПК (биохимическое потребление кислорода) ХПК (химическое потребление кислорода) Бактериальный состав Токсичные химические вещества	На поверхности водоема не должно быть плавающих пленок, пятен минеральных масел и скоплений других примесей Вода не должна иметь запаха и вкуса интенсивностью более двух балов Не должна обнаруживаться в столбике 20 см Не должно выходить за пределы 6,5-8,5 ед. Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов - 350 мг/л, сульфатов - 500 мг/л Не менее 4 мг/л в любой период года При 20 0С не должно превышать 3 мг/л Для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования не более 15 мг/л, культурно-бытового - 30 мг/л Вода не должна содержать возбудителей кишечных заболеваний; коли-индекс не более 10 000 на 1 л Не должны содержаться в воде в концентрациях, превышающих нормативы, установленные Минздравом РФ

При определении качества воды в первую очередь анализируются наиболее изменчивые при хранении образцов показатели: температура, цветность, вкус, запах, мутность и т.д. Эти анализы производятся непосредственно при отборе проб. Также в день отбора проб производится определение растворенного кислорода, БПК, ХПК, кислотность.

При необходимости далее определяется элементный состав воды: содержание в ней аммония, нитратов, нитритов, хлоридов, фосфатов, фторидов, бромидов, сероводорода, цианидов, тяжелых металлов, а также органических веществ: ацетона, бензола, бенз(а)пирена, нефтепродуктов, фенола, формальдегида и др.

4.1 Отбор проб воды

Отбор проб воды производится в соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 Вода. Общие требования к отбору проб. Данный документ распространяется на любые типы вод и устанавливает общие требования к отбору, транспортированию и подготовке к хранению проб воды, предназначенных для определения показателей ее состава и свойств.

В зависимости от цели и объекта исследования разрабатывают программу исследований, в которой устанавливают место и периодичность отбора проб.

Различают точечные и составные пробы:

точечная проба - это проба, отобранная за один прием. Анализ точечных проб проводят, когда поток воды не однороден, а значения определяемых показателей не постоянны (например, для речных вод). Точечные пробы предпочтительнее, если цель программы отбора проб - оценить качество воды по отношению к нормативам содержания (ПДК) показателей в воде, а также при определении неустойчивых показателей (концентрация растворенных газов, остаточного хлора, растворимых сульфидов и др.);

составная проба - это проба, состоящая из нескольких точечных проб. Составные пробы применяют в случаях, когда требуются усредненные данные о составе воды.

Отбор точечных проб осуществляют с помощью батометра - гидрологического прибора для взятия проб воды с различных глубин водоёма. Батометр представляет собой специально приспособленный сосуд, обычно цилиндрической формы, с клапанами или кранами для закрывания под водой на заданной глубине. Основное назначение любого батометра - взятие пробы в заданном горизонте и предохранение её в дальнейшем от смешивания с водой других горизонтов при подъёме прибора на поверхность.

Допускается отбор проб воды бутылью. Бутыль закрывают пробкой, к которой прикреплен шнур, и вставляют в тяжелую оправу или к ней подвешивают груз на тросе (шнуре, веревке). Бутыль опускают в воду на заранее выбранную глубину, затем пробку вынимают при помощи шнура, бутыль заполняется водой до верха, после чего вынимается. Перед закрытием бутыли пробкой слой воды сливается так, чтобы под пробкой оставался небольшой слой воздуха.

Емкость, с помощью которой осуществляется отбор, транспортировка и хранение проб воды должны:

предохранять состав пробы от потерь определяемых показателей или от загрязнения другими веществами;

быть устойчивыми к экстремальным температурам и разрушению;

иметь необходимые размеры, форму, массу, пригодность к повторному использованию, а также способность легко и плотно закрываться;

характеризоваться химической (биологической) инертностью материала, использованного для изготовления емкости и ее пробки (например, емкости из боросиликатного или известково-натриевого стекла могут увеличить содержание в пробе кремния или натрия). Большинство показателей состава и свойств воды рекомендуется определять в течение 24 часов после отбора пробы. При необходимости более длительного хранения образца применяют специальные приемы - охлаждение (до 2-50С), замораживание (до -200С) или консервацию (с помощью кислотных и щелочных растворов, органических растворителей и др. реактивов).

Мониторинг и оценка состояния лесных экосистем

Роль лесных экосистем в сохранении экологического равновесия на региональном и глобальном уровнях многократно превышает их утилитарное значение. Поэтому сохранение естественного равновесия в региональной структуре разнообразия лесных территорий - важный элемент глобального мониторинга (Корзухин, Седых, 1983). Мониторинг биологического разнообразия (биомониторинг), имеющий прочную привязку к условиям местоположения, по своей сути близок к эко- системному мониторингу и характеризуется направленностью на оценку тенденций динамики состояния лесов в их тесной взаимосвязи с изменением лесорастительных условий. Географической основой мониторинга служит представление о лесной экосистеме как о реально существующем природно- территориальном комплексе, в котором все компоненты находятся в тесной и закономерной взаимосвязи. В отличие от экологического, контролирующего временные состояния компонентов природной среды, экосистемный мониторинг направлен на выявление негативных процессов, протекающих в экосистемах, и прогноз их развития. Экосистемный мониторинг обеспечивает контроль как за естественным ходом природных процессов, имеющих негативный тренд развития, так и за их изменением в процессе антропогенных воздействий. Кроме того, существуют различия в целевой ориентированности экологического и экосистемного мониторинга. Так, реальная цель экологического мониторинга - контроль состояния и сохранение среды обитания человека, ее санитарно-гигиенических, эстетических и экономических качеств. Целью эко- системного мониторинга служит сохранение всего разнообразия живой и неживой природы, информационной сущности окружающей среды.

Сибирская тайга, которая всегда считалась девственной, испытывает мощнейший прессинг ресурсодобывающих и первично перерабатывающих отраслей. Это происходит на фоне низкой устойчивости и восстановительной способности экосистем, колониальной привычки не утруждать себя заботами о природе на «отработанных» территориях. Кроме того, сама природа в таежной зоне Западной Сибири находится в неустойчивом равновесии лесообразовательного и болотного процессов. Как правило, побеждают болота, и любое вмешательство приводит к активизации этого процесса. Поэтому к естественным процессам, контроль которых в Западной Сибири особенно актуален, относятся заболачивание и болотообразование.

Несмотря на явные успехи в сохранении живой природы, уровень экологического воспитания в обществе еще далек от осознания личной ответственности за сохранение жизни на земле. Антропогенный прессинг на природную среду достиг таких размеров, что в отдельных регионах происходят ее необратимые изменения. Это касается всех компонентов - почв, растительности и животного мира. Одной из причин такого положения является то, что современные подходы к оценке состояния и нормированию уровней воздействия на природную среду не способствуют ее сохранению, так как имеют явную антропоцентрическую направленность. В основе оценок лежат не экологические, а санитарно-гигиенические или даже строительные нормативы. В какой- то мере они позволяют определить уровень техногенных нагрузок, но вне связи с биологическим компонентом. Методы ландшафтной геохимии разработаны в большей степени для абиотических, чем для биологических систем, учитывают процессы деструкции органического вещества, а не его синтез (Гла- зовская, 1988). В основе контроля биосистем различного уровня организации должны лежать параметры и нормативы, определяющие, прежде всего, состояние и функционирование объектов живой природы.

Сложность биомониторинга связана с рядом объективных и субъективных причин. При постановке задач в качестве объекта исследования чаще всего указывается природная среда, окружающая среда. Однако эти определения представляют собой обобщающие, безразмерные пространственные единицы. И даже более разработанные представления биогеоценоза, био- и экосистем достаточно широко трактуются, включают сложную систему иерархически вложенных единиц. И если в мониторинге на организменном уровне имеются определенные успехи, то оценка состояния биологических систем надорганиз- менного уровня требует решения целого ряда географических, экологических и биологических задач. В такой постановке экология из биологической науки все более превращается в науку географического плана. Мониторинг приобретает черты ландшафтного или регионального мониторинга, в котором организмы выступают как показатели состояния объекта, как индикаторы его свойств.

При организации биомониторинга и оценке состояния, прежде всего, необходимо определить, что является объектом наших исследований, его иерархический уровень в системе, границы, характерные и динамичные состояния, внутреннюю структуру и внешние взаимосвязи. Выделение и ограничение объекта позволит выбрать или разработать методы исследования, в крайнем случае, методологические подходы к ним. Необходимо отметить, что ни природная среда, ни окружающая среда не могут служить объектом исследования, так как не имеют четких пространственных границ. Как правило, проводя оценку воздействия предприятия или производства, в качестве объекта исследований принимают сложный по строению участок территории, который имеет различия, определяемые абиогенными, биогенными и техногенными факторами. В географическом отношении территория будет представлена набором фаций или биогеоценозов, в биологическом - биосистем или биоценозов, в функциональном - разного уровня экосистемами. Несмотря на возможную сопряженность границ, между этими представлениями существуют принципиальные различия. Так, если понятия биогеоценоза и ландшафта больше отражают внутреннее содержание, определяемое абиотическими факторами и компонентами, то биота является их внешним отражением, а экосистема - функциональной сущностью протекающих процессов (табл. 1). Под биосистемой, как правило, понимается исторически сложившаяся, в соответствии с условиями местообитания, совокупность растений и животных. Такие системы имеют устойчивую, очень сложную функционально взаимосвязанную структуру, включающую компоненты из разных царств живой природы. Каждый компонент имеет больше различий, чем сходства, характеризуется определенными формами и скоростью отклика на внешние возмущения. Поэтому встает вопрос, как объединить при оценке, казалось бы, не объединяемые, но сосуществующие в природе компоненты: грибы и деревья, животных и насекомых. Наиболее распространенный путь преодоления этого затруднения - проведение комплексных исследований с участием ученых различных специальностей. Однако приемлемой методологии сведения в целое информации, полученной с использованием различных методов, шкал и единиц измерения, до сих пор не существует. Кроме того, нельзя рассматривать биосистему в отрыве от косных компонентов. Во-первых, такая система в принципе не может существовать. Во-вторых, устойчивость биосистем (экосистем) определяется целостностью абиотических факторов среды. При нарушении любого из них система выходит из равновесия и не сможет вернуться в исходное состояние или для этого потребуется время, соизмеримое с геологическими циклами. При нарушении биологического компонента система сохраняет способность к возвращению в исходное состояние. Однако в природе воздействия, как правило, затрагивают оба элемента ландшафта. При этом происходит трансформация экосистемы в целом, нарушается ее форма и функционирование. Система выходит из равновесия и становится неустойчивой. Включаются компенсационные механизмы, которые за счет несбалансированного развития отдельных элементов усиливают дисбаланс в структуре. Возникают экологически проблемные ситуации, которые разделяются по причинам возникновения, механизмам и глубине преобразования (табл. 2).

Оценка остроты экологической ситуации тесно связана с представлением о норме состояния. В качестве точки отсчета, эталона, эквивалента цены с экологических позиций должно приниматься исходное, сбалансированное состояние экосистемы, соответствующее этапу эволюционного или сукцессион- ного развития (Викторов, Чикишев,1978)

По мнению многих ученых, в чистом виде это недостижимо, так как антропогенный прессинг в настоящее время имеет глобальный характер и в сочетании с природными катаклизмами затрагивает все элементы биосферы. Таким образом, «истинная мера» имеет больше теоретический характер. На практике мы сталкиваемся с различной степени преоб разованными или находящимися в развитии системами, поэтому в качестве стандарта состояния можно использовать фоновый эталон ландшафта.

Таблица 1. Общая схема представлений о надорганизменных уровнях организации природной среды

Понятия	Содержание
Ландшафт	Подразделение земной поверхности, в пределах которой геоморфологические особенности, субстраты и характер увлажнения создают условия для специфического сочетания продуцентов, консументов и редуцентов, которые в свою очередь оказывают влияния на абиотические характеристики среды
Биогеоценоз, фация	Пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система, имеющая особую специфику взаимодействия слагающих компонентов (атмосферы, горных пород, гидрологических условий, почв, растительности, животного мира микроорганизмов и др.) и определенный тип обмена веществом и энергией
Биосистема	Исторически сложившийся в соответствии с условиями местообитания комплекс живых организмов (растений, животных, грибов, ...), объединенный общей территорией, ограниченный барьерами или неблагоприятными для распространения условиями
Экосистема	Взаимосвязанная система сообществ живых существ и среды обитания разного уровня иерархии, объединенных в функциональное целое причинно- следственными связями, сформированными в процессе эволюции

Таблица 2. Критерии оценки состояния био- и экосистем

(Оценка.. .,1992)

	Оценка состояния	Качественные критерии оценки
1	Удовлетворительное	Нормальное состояние
2	Напряженное	В отдельных компонентах появляются признаки деградации
3	Критическое	Полная деградация отдельных компонентов экосистем. Появление признаков ее качественного изменения
4	Кризисное	Деградация системы в целом с признаками необратимости. Переход в иное состояние
5	Катастрофическое	Глубокие и необратимые изменения ландшафта в целом. Переход в техносферу

Однако даже такой подход встречает непреодолимые препятствия со стороны социально-экономической системы. И чем выше уровень развития общественно- политической системы, тем более расходятся интересы общества и природы. В какой-то мере это оправданно, так как биосфера в естественном состоянии, по оценкам различных исследователей, способна прокормить от 30 до 500 млн человек. Поэтому мы вынуждены подходить к понятию нормы с двойным стандартом. С одной стороны, желание сохранить окружающую нас среду в неизменном виде, с другой - явное нежелание отказаться от материальных благ цивилизации. Экология и экономика имеют теснейшую связь и не могут рассматриваться раздельно (Плеханов, 1994). Поэтому при оценке воздействия необходимо определить уровень трансформации биосистемы, допустимый при достижении поставленной цели в реальных социально- экономических и экологических условиях. К примеру, мы совершенно нормально относимся к пахотным землям и решаем проблемы их сохранения. Однако забываем, что для природы сельскохозяйственное освоение земель сопряжено с экологической катастрофой, полной трансформацией естественных ландшафтов, переводом их в неустойчивое, не встречающееся в природе состояние. В то же время к лесному пожару мы относимся как к катастрофе, хотя это естественное явление, протекающее в бореальных лесах с определенной периодичностью и считающееся необходимым звеном лесообразовательного процесса. Двойной стандарт оценки связан с приоритетом сельскохозяйственных ресурсов над лесными в первом случае и конкурентной борьбой за лесные ресурсы - во втором. Кроме того, нормативы должны учитывать способность биологических систем к восстановлению, которая определяется условиями местоположения и имеет существенные региональные и локальные различия. И если принять понятие об идеальной экологической норме за «норму 1», зональной (региональной или локальной) норме - за «норму 2», то появляются представления о функциональной норме - состоянии системы на нижнем пределе выполнения биосферных функций («норма-3»), социальной норме и других ее уровнях. Переход природной системы в качественно иное состояние (агро- или техносферу) определяется социальными или экономическими задачами, уровнями экологически обоснованных нормативов, при которых на территории сохраняется структура, позволяющая выполнять социальные функции и сохранять присущее ей биоразнообразие, ресурсный потенциал и энергетический баланс (Плеханов, 1994). Кроме того, необходимо учитывать, что каждый иерархический уровень биологических систем отличается специфичностью ответных реакций и способностью противостоять внешним негативным воздействиям. Как отмечал Ю.А. Львов (1994), экологические эффекты, явные на нижних уровнях, снимаются или компенсируются механизмами высших уровней организации. Таким образом, при определении нормы, оценочного стандарта необходимо найти грань между желанием сохранить природу и необходимостью материального обеспечения общественной системы. Поэтому понятие нормы всегда локально и привязано не только к конкретной территории, этапам восстановительно-возрастной динамики или этапу эволюционного развития, но и к сложившейся социально-экономической инфраструктуре территории. Следовательно, важнейшим элементом мониторинга является не только ландшафтное, но и функциональное зонирование оцениваемой территории, осуществляемое в определенной последовательности. Первый этап позволяет выявить ландшафтную структуру территории, выделить естественные и преобразованные экосистемы. Природная дифференциация рассматривается как заданная основа, определяющая экологические, экономические и технологические свойства территорий. Методы такого анализа в ландшафтной экологии достаточно проработаны и не требуют разъяснения (Арманд, 1975; Исаченко, 1980). На этом же этапе проводится оценка устойчивости экосистем к различным видам антропогенных нагрузок. На следующем этапе проводится социально-экологическое зонирование, которое должно учитывать уже сложившуюся инфраструктуру (Дюкарев, 2001). Сложность этого этапа заключается в ведомственной разобщенности территории, несовместимости интересов природопользователей, привязанности их к административно-хозяйственным, а не к природным границам. Эти противоречия можно снять, если от ведомственного устройства перейти на комплексное устройство территории, выполняемое на основе геосистемного анализа и эколого-хозяйственной типологии земель, в которых при общих границах выделов лесоустроительная, землеустроительная и другие информации выполняются в виде отдельных слоев картографической и ресурсной информации.

...