Почвенно-экологический мониторинг

Курсовая работа на тему: "Почвенно-экологический мониторинг". Дисциплина, по которой писалась работа называлась "Сельскохозяйственная экология". Место защиты - Новосибирский государственный аграрный университет, январь 2017 года. Полученная оценка - отлично. ...

Содержание
Введение
1 Содержание почвенно - экологического мониторинга
1.1 Задачи почвенно - экологического мониторинга
1.2 Методы почвенно - экологического мониторинга
1.3 Уровни почвенно - экологического мониторинга
2 Мониторинг земель сельскохозяйственного значения
2.1 Мониторинг сельскохозяйственных земель на примере Омской области
3 Использование данных мониторинга почв для оценки пространственного распространения загрязнителей.
3.1 Мониторинг загрязнения почвы Новосибирской области тяжелыми металлами
Заключение
Список литературы
Приложения

Введение
Понятие «мониторинг» первый раз возникло в рекомендациях особой комиссии СКОПЕ (научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году появились уже первые вопросы и предложения по мониторингу в Глобальной системе окружающей среды Это было принято на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде.
Не смотря на принятое решение, система глобального мониторинг не организована и по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, а также распределении обязанностей между уже непосредственно имеющимися системами наблюдений.
Такие же вопросы возникают повсеместно и в России, наряду с другими странами, при возникновении неотложной надобности строгих наблюдений за окружающей средой, все отрасли производства создают свою о бособленную систему мониторинга.
На современном уровне развития аграрной отрасли и промышленности актуальность почвенно-экологического мониторинга становится как никогда важной, так как только при нормальном экологическом состоянии почв и почвенного покрова возможно получение экологически чистой продукции сельского хозяйства.
Прежде всего почва, является средой обитания и фактором зарождения эволюции, наряду с водой, именно с почвой связан биоценоз большинства видов живых организмов и появление основной массы живой протоплазмы. [2].Как правило, именно почву воспринимают как средство производства, которое обеспечивает человека различными видами сырья и продуктов, а также как базис для строительства.
При рассматривании данных вопросов обычно не принимаются во внимание экологические функции почвы. Не смотря на это, почва служит для природы своеобразным сорбционным барьером, который защищает от загрязнения не только атмосферу, но и водную оболочку планеты гидросферу [5]. 
Цель курсовой работы – проведение анализа системы экологического мониторинга почв и почвенного покрова, выявление необходимости поддержания данной системы. Определение методов и приемов проведения почвенно – экологического мониторинга.
Для достижения цели, автором поставлены следующие задачи:
1 Рассмотреть вопросы почвено – экологического мониторинга, как системы постоянного не ограниченного в пространстве и времени контроля за почвой.
2 Провести анализ структурных составляющих экологического мониторинга почв.
3 Изучить процедуры формирования методов исследований экологического мониторинга почв.
4 Применить методы экологического мониторинга почв на реальные объекты территории г. Новосибирска и районов Новосибирской области.
 

В почву они могут поступать как из естественных, так и антропогенных источников. В задачи экологического мониторинга почв входят только требования оценки доли влияния антропогенной составляющей, поэтому разделение природной и антропогенной составляющей, является достаточно сложным процессом;5) в почву поступают различные вещества антропогенного характера практически постоянно, в связи с непрекращающимися работами промышленных объектов ;5) пространственное природное и временное разделение концентраций химических веществ в почвах и почвенном покрове достаточно велико, что дополнительно усложняет установление степени превышения начального уровня содержания химических веществ в почвах и почвенном покрове.1.2 Методы почвенно - экологического мониторингаДля обеспечения нормального функционирования системы экологического мониторинга почв [6], в нее должны входить основные процедуры, которые представлены на рисунке 5.Рисунок 5 – Основные процедуры в формировании методов исследований [5]Современное развитие науки и техники позволяет широко применять различные методы анализа для проведения экологического мониторинга почв и почвенного покрова.Из широко представленных методов исследований наиболее часто применяются, представленные на рисунке 6.2980800-187408– ИК-спектрофотомерия. - Люминесцентный методы- Титриметрический- Гравиметрический и др.00– ИК-спектрофотомерия. - Люминесцентный методы- Титриметрический- Гравиметрический и др.2533414341Физико-химические методы.00Физико-химические методы.18923003390902928339265076тепловизионные системы, много-спектральные сканеры, средства телевизионной и аэрофотосъемки, трассовые радиометры, видео спектрометры.00тепловизионные системы, много-спектральные сканеры, средства телевизионной и аэрофотосъемки, трассовые радиометры, видео спектрометры.182283193240 Методы мониторинга средствами пассивного зондирования00 Методы мониторинга средствами пассивного зондирования 204914563500229870147320 Радиотехнические методы мониторинга00 Радиотехнические методы мониторинга20993104622803127375157480радиотепловые измерения в СВЧ-диапазоне и активное радиолокационное зондирование.00радиотепловые измерения в СВЧ-диапазоне и активное радиолокационное зондирование.3138170132080БиоиндикацияБиотестированиеСравнительный анализ компонентов биоразнообразия00БиоиндикацияБиотестированиеСравнительный анализ компонентов биоразнообразия186055243205Биологические методы мониторинга00Биологические методы мониторинга2047240428625Рисунок 6 – Наиболее часто применяемые методы экологического мониторинга почв [8] Наглядным примером использования методов и методик при проведении экологического мониторинга почв может служить оценка территориального заражения почвенного покрова в ареале города на реальном объекте [13]. Для проведения мониторинга выполнялись следующие действия.1 Пробы отбирались из поверхностных горизонтов почв на глубину до 10 см.2 Каждый конечный образец из точки пробоотбора составлял из не менее 5 локальных проб, отобранных способом конверта с объекта размером как минимум 100 м2Локальные площадки для проведения исследований располагались в достаточно удаленных ландшафтно-функциональных районах города. В работе пользовались предварительно подготовленной картой установленных точек наблюдения. Для усреднения конечных результатов исследований, а также исключения возможных погрешностей, пробоотбор велся с площади со сторонами не менее 5-10 м. При необходимости, при большем антропогенезе и условиях рельефа и ландшафта местности, обязательным условием отбора почвенного материала были площадки с большей площадью, например внутренний дворик дома, площадка детского сада, сквер и др. Количество необходимых проб отбирали исходя из надобности, т.е. проведения химико - аналитических работ и объем их составлял в основном 400-800 г.Отбор проб почвы из разрезов проводился по генетическим горизонтам, когда же определить границы не удавалось, пробы отбирались с шагом 20-35см.При отборе образцов проб из генетических разрезов проводили описание экологических условий и ландшафта окружающей местности, а также физические и механические свойства почв.Все пробы отобранные вышеописанным способом подвергались предварительной обработке, такой как:сушка при температуре 100-1200С;просеивание через сито с размером ячейки 1 мм;квартование.Затем образцы направлялись в лабораторию для проведения химического анализа.Обязательным условием при описании пунктов мониторинга и почвенных разрезов фиксировать показатели состояния поверхности, которые представлены на рисунке 7.Рисунок 7- Показатели пунктов мониторинга, необходимые для фиксации [9].При анализе почв в лаборатории были определены следующие параметры и компоненты: •содержание тяжелых металлов;•содержание бензапирена;•содержание нефтепродуктов;•содержание гумуса;•величина рН водной вытяжки;•содержание макроэлементов питания (фосфор, калий);•емкость катионного обмена.Вероятность заражения почвы отдельными химическими веществами определялась по типовым нормативам предельно-допустимой концентрации (ПДК) и ориентировочно-допустимой концентрации (ОДК) [1].В лаборатории у образцов почвы также определяли:1. Механический состав2. Физические свойства3. Влагоемкость и влагопроницаемость4. Кислотность и плодородие по составу растительности5. Кислотности6. Измерение параметров(температура, цвет, запах, микроорганизмы).1.3 Уровни почвенно - экологического мониторинга Экологический мониторинг почвы подразделятся на 3 уровня: локальный, региональный и глобальный [11]. Локальный и региональный мониторинг должен решать следующие задачи, которые представлены на рисунке 8.Рисунок 8 – Задачи локального и регионального мониторинга [3]При глобальном экологическом мониторинге почв необходимо проводить следующие мероприятия:1) Определять характеристику потока химических элементов, которые подвергаются постоянному контролю, на исследуемых почвах, а также почвах фоновых территорий;2) Рассчитывать уровни контролируемых показателей переходящего состояния почв;3) Выявлять зоны мигрирования, а также аккумулятивного направления трансформации химических элементов в почве, подвергающихся постоянному контролю;4) Определять скорость накопления и концентрацию контролируемых химических элементов в почвах и почвенном покрове фоновых территорий [9]. Выводы по главеВ главе подробно рассмотрены вопросы почвено – экологического мониторинга, как системы постоянного не ограниченного в пространстве и времени контроля за почвой. Проведен анализ структурных составляющих экологического мониторинга почв. Приведены такие показатели, как принципы экологического мониторинга, виды и задачи экологического контроля. Приведены 4 формы (фазы) мониторинга почв в начальный период, а также стационарная и сокращенные формы их схожести и отличии в постановке исследовательских программ и четвертой формы экологического мониторинга - самой трудоемкой, заключающейся в сплошном обследовании заданной территории.В главе приведен также пример организации четвертой формы экологического мониторинга почв при вторичном засолении.Дополнительно в главе приводятся задачи почвенно - экологического мониторинга. Подробно приведены основные процедуры в формировании методов исследований и наиболее часто применяемые методы экологического мониторинга почв. Уровни почвенно - экологического мониторинга и Задачи локального и регионального мониторинга. На основании изученного материала в данной главе, можно подвести следующий итог. С увеличением антропогенной нагрузки на почву и почвенный покров, особенно на урбанизированных территориях, значение экологического мониторинга почв становится особенно актуальным. Разработанные методы контроля за почвами позволяют исследовать отклонения, возникающие в свойствах почв, снижения плодородия, ухудшение качества выращиваемой растительной продукции, изменение (деградацию) почвенного покрова и т.д.Система экологичесокго мониторинга почв позволяет разрабатывать методы контроля препятствующие возникновению негативных изменений почвенных свойств. а таже ранней их диагностике. 2. Мониторинг земель сельскохозяйственного значенияВ процессе изучения за качеством пригодных для возделывания земель в Российской Федерации выяснено, что с течением времени их деградация увеличивается. За истекшие 25 лет, на 32,1 млн. гектаров увеличилась площадь кислых почв, в том числе возделываемые - на 21,5. В почвах России содержание гумуса уменьшилось в среднем на 20% [15]. В связи с этой проблемой, задачи рационального использования и охраны земель сельскохозяйственного направления, считаются наиболее значимыми и являются стратегической целью государственной политики России. Данная политика осуществляется при помощи государственного экологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.Совокупность системы оперативных, периодических и базовых (исходных) наблюдений за сельскохозяйственными землями и является государственным экологическим мониторингом. Наблюдения за изменением качественного и количественного состояния земель осуществляются наземными, гидрометеорологическими, статистическими методами, а также аэрокосмической съемкой (ГИС [16].Необходимость проведения мониторинга в целостной системе наблюдений очевидна, так как агрохимические исследования в изучении почв часто проводятся на базе программ основанных на использовании единичных методов. В результате выдается ограниченный набор исследуемых параметров и возможны неточности и большие погрешности при использовании разных методических и методологических подходов [17].2.1. Мониторинг сельскохозяйственных земель на примере Омской области Наибольшие экологические убытки агропромышленного производства связаны с деградацией и истощением земельных ресурсов, сведением лесов, уменьшением генетического разнообразия, загрязнением ландшафтов, ухудшением фитосанитарной обстановки, ухудшением качества воды и воздуха, сокращением невозобновляемых источников энергии, изменением  климата. Распаханность территории во многих районах Омской области достигала 80–90 %. Огромные пространства оказывались одним полем. В связи с этими факторами происходит остепнение, опустынивание, и деградация растительного и почвенного покрова [18].Научно-технический прогресс резко усилил техническую нагрузку на биосферу. По этой причине в настоящее время большинство культурных ландшафтов, включая агроценозы, в той или иной степени загрязнены различными экотоксикантами. В число наиболее значимых включают тяжелые металлы, радионуклиды и остатки пестицидов.В связи с появлением загрязнителей экотоксикантов возникла необходимость проведения агроэкологического мониторинга. Этот мониторинг предполагает систему регулярных наблюдений за состоянием агросистемы «почва-растение-вода» под влиянием средств химизации, хозяйственной деятельности сельхозтоваропроизводителей и техногенного загрязнения. Различие объектов агроэкологического мониторинга требует применения различных способов для его осуществления. При сплошном мониторинге используется метод агрохимических обследований земель хозяйств, проводимых в Омской области ФГБУ «ЦАС «Омский» и ФГБУ «САС «Тарская». Агроэкологическое обследование земель хозяйств области остается одним из главных оценочных показателей как положительных, так и отрицательных воздействий антропогенного характера. С 1991 года в соответствии с инструктивными материалами МСХ РФ агрохимической службой Омской области было начато обследование почв на содержание тяжелых металлов. Определялось содержание валовых кислоторастворимых форм свинца, кадмия, меди и цинка. С 1997 года к ним добавились ртуть и мышьяк [19]. Омская область хотя и является регионом с высоким техногенным прессингом, но в силу сложившейся инфраструктуры промышленности имеет гораздо меньшую техногенную нагрузку на почву вблизи города и в целом на сельскохозяйственные агроценозы, чем в европейской части России. Объемы выпадения тяжелых металлов на поверхность незначительны и пока не ведут к ухудшению природной среды и качества продукции[23].Недостаточное внимание уделяется такому источнику загрязнения почвы и растений, как транспорт. Загрязнение вегетативной массы сельскохозяйственных культур на полях отмечается даже на удалении 100 м от полотна дороги. В придорожной зоне до 20 м концентрация металлов превышает предельную допустимую концентрацию[20].Элементы транспортной инфраструктуры, загрязняющие объекты среды, рассматриваются как линейный вид антропогенного нарушения окружающей среды. Это, как правило, дороги и магистрали республиканского назначения, особенно участки Омск – Петропавловск, Омск – Татарск, Тюмень – Омск, где полосы хронического загрязнения достигают 100-300 м в каждую сторону дороги [21].Интенсивные наблюдения в этом плане проведены сотрудниками кафедры агрохимии ОмГАУ и ФГБУ «ЦАС «Омский». Обследования почв вдоль основных магистралей Омской области: Исилькуль – Омск, Калачинск – Омск свидетельствуют о техногенном загрязнении почв (таблица 1) [19]. Таблица 1. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве вдоль автомагистралей, мг/кг Место отбора пробMnCuZnPbCdNi35 км от г. ОмскаИсилькульский район у дороги100 м от дороги36,318,20,450,179,240,163,780,860,210,101,400,8425 км от г. ОмскаКалачинский району дороги100 м от дороги50,720,20,440,024,320,243,850,440,300,081,730,65ПДК (ОДК)1403,023,06,0-4,0Примечание. Прочерк – нет ПДК (ОДК) подвижных форм. Концентрация всех анализируемых тяжелых металлов, за исключением свинца, находится в пределах 0,5 ПДК (ОДК).Это свидетельствует о необходимости комплексного системного подхода к решению проблем получения экологически безопасной продукции сельского хозяйства.Минеральные и органические удобрения, а также мелиоранты являются приоритетными факторами воздействия на агроэкосистему в сельскохозяйственных ландшафтах. Из всех видов минеральных удобрений наибольшее количество тяжелых металлов содержат фосфорные удобрения, наименьшее - азотные и калийные. С органическими удобрениями в почву также поступают в определенных количествах тяжелые металлы.Исследователями установлено, что при сбалансированном питании растений путем применения удобрений в их составе преобладают биогенные (жизненно важные) элементы над небиогенными (токсическими). Вредное воздействие на почву и растения оказывают так называемые балластные элементы, входящие в состав удобрений и мелиорантов, значительная часть которых считается загрязнителями [21].Применение минеральных удобрений и мелиорантов на различных типах почв при сложившемся уровне химизации не привело к значительному накоплению тяжелых металлов в почвах, грунтах, водах и растениях. Специалисты агрохимической службы Омской области, проанализировав дозы минеральных удобрений под зерновые культуры, рассчитали поступление тяжелых металлов с азотными, фосфорными и калийными удобрениями в почву (таблица 2). Таблица 2. Уровень поступления тяжелых металлов в почву с удобрением под зерновые, г/га ЭлементCoCrCuMnNiPbZnAsCdПоступление с удобрениями: азотными 0,113,62,36,61,60,032,60,20,02фосфорными 0,051,80,53,10,40,10,70,040,01калийными -5,53,9-2,41,55,8-0,2Суммарные количества тяжелых металлов, вносимых с удобрениями0,1610,96,79,74,41,639,10,240,23Увеличилось в почве тяжелых металлов за счет удобрений мг/кг0,00010,0040,0030,0040,0020,00070,0040,00010,0001 Расчетные материалы свидетельствуют о том, что ежегодное поступление тяжелых металлов в почву с удобрениями под зерновые культуры составляет тысячные и десятитысячные доли миллиграмма на килограмм почвы, то есть ничтожно малую часть от фонового содержания[21].Применение средств химизации в последние годы сильно сократилось, соответственно снизилось и поступление в почву тяжелых металлов.Содержание всех исследуемых элементов на порядок ниже предельно допустимых значений, предусмотренных для подвижных форм тяжелых металлов. При массовом обследовании пахотных почв области подобная закономерность сохраняется. Это позволяет сделать вывод об отсутствии загрязнения почв упомянутыми элементами и возможности получения доброкачественной продукции.К одним из основных загрязнителей почвы относят содержание остатков пестицидов. Опасность пестицидов для окружающей среды состоит, прежде всего, в том, что подавляющее большинство из них являются синтетическими химическими веществами, не встречающимися в природе.Мониторинг за содержанием остаточных количеств пестицидов агрохимслужбой области начал осуществляться с середины 70х годов XX века. Наибольшее внимание уделялось хозяйствам с интенсивным применением пестицидов и пригородным, возделывающим овощные культуры. Остаточные количества пестицидов (ОКП) определяли в хозяйствах с наиболее интенсивным применением пестицидов [19].Отбор образцов почв на содержание ОКП проводился одновременно с агрохимическим обследованием почв сельскохозяйственных товаропроизводителей, с учетом периода разложения препарата, обусловленного технологией применения [21].Результаты обследования за 1996 – 2009 года показали, что общий уровень загрязненности почв остаточными количествами пестицидов не превышал 9% от числа исследованных проб, при этом содержание обнаруженных ОКП было значительно ниже предельно допустимой концентрации.