Общие принципы почвенно-экологического мониторинга

Федеральное Государственное

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверской Государственный Университет»

Факультет географии и геоэкологии

Кафедра физической географии и экологии

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Выполнил

студент V курса

ХХ группы

ХХХХХХХХХ.

Тверь – 2011

Оглавление

Введение

1. Почвенно-экологический мониторинг. Место в экологическом мониторинге…………………………………………………………………………………………6

1.1.      Экологический и почвенно-экологический мониторинг: цели и задачи………………..6

1.2.      Особенность почвы как объекта мониторинга……………………………………………9

1.3.      Аккумуляция и рассеяние веществ в ландшафте………………………………………....10

2.   Методология почвенно-экологического мониторинга……………………………………….12

2.1.      Выбор контрольных участков………………………………………………………………12

2.2.      Показатели экологического состояния почв, подлежащие контролю при мониторинге…………………………………………………………………………………………13

2.3.      Импактный (локальный), региональный, глобальный и фоновый почвенно-экологический мониторинг…………………………………………………………………………17

Заключение…………………………………………………………………………………………..20

Литература…………………………………………………………………………………………...22

ВВЕДЕНИЕ

Начиная с работ Т. Мальтуса, некоторые ученые возвращаются к проблеме перенаселения Земли (Глазовский Н. Ф., 2004), как ведущей, детерминирующей другие глобальные проблемы человечества. Перенаселение какой-либо природной территории, либо все планеты Земля начинает проявляться с того момента, когда возникает недостаток в ресурсах, для поддержания функционирования значительно выросшего социума.

В процессе жизнедеятельности социум вырабатывает энтропию, которая имеет различные материальные формы. Это и бытовые отходы, и отработавшие свой срок технологические установки, продукты сгорания углеводородного топлива, отходы различных механизмов и производств, разрушенные при добыче сырья нативные экосистемы и многое другое. Для утилизации энтропии также необходимы ресурсы, например, свободное пространство, либо высокоэнергетические соединения, способные разрушить поллютанты и нейтрализовать негативные изменения экосистем. Перенаселённость Земли лишает человека таких ресурсов пространства и энергии, в итоге отходы функционирования социума остаются активными и находятся зачастую вблизи местообитаний человека. Огромное число поллютантов непосредственно диффундируют в человеческие местообитания и нативные экосистемы (например, при аэрозольном переносе).

Как правило, разумная деятельность человека вызывающая техногенез направлена на достижение позитивных целей (например, лесомелиорации на болоте). Но любое действие порождает, согласно второму началу термодинамики, диссипацию энергии. Образующаяся таким образом неупорядоченная энергия есть энтропия, которая поглощается системами, сопряженными с преобразуемой в положительную сторону системой. В системах поглощающих энтропию развивается негативный техногенез.

Важной задачей человечества, в условиях нехватки ресурсов (в том числе и пригодных местообитаний в ряде регионов планеты) является контроль распространения энтропии, выявление участков с её преимущественным накоплением, что может повлечь ухудшение состояния человеческого общества, отдельных индивидов. Локализация таких участков поможет и помогает принимать меры по защите природы и населения от опасных продуктов жизнедеятельности человеческих и техногенных систем.

Согласно гипотезе «Гея» Джеймса Лавлока планета Земля представляет собой живой сверхорганизм. Такую позицию доказать не удаётся, так же как и опровергнуть (Арманд А. Д., 2001). Но даже если биосфера или планета не являются сверхорганизмом, то несомненным является то, что биосфера – сложная, многогранная система с очень высокой чувствительностью связей между подсистемами. Это требует от человечества слежения за её состоянием, изменениями, происходящими в подсистемах, для своевременного ответа, на возникшие опасности, либо возможности.

В настоящее время по всему миру налажена система экологического мониторинга, преследующая цель сбора информации об изменениях в биосфере и отдельных её компонентах. По Трофимовой В. Л. (2002) экологический мониторинг – это система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающая информацию о состоянии окружающей среды с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза в будущем параметров окружающей среды, имеющих значение для человека.

Наиболее быструю реакцию проявляют при воздействии на экосистемы живые организмы, их используют в мониторинге как биологические индикаторы. Важным является не только быстрота ответных изменений, но и то, что они реагируют на весь комплекс загрязнений, это делает более информативными, по сравнению с прямой оценкой загрязнений приборами (Бурдин К. С., 1985).

Самым консервативным компонентов экосистемы является почва, поэтому их используют как индикаторы долговременных изменений, способных сохранять воздействия на длительное время.

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв:

-  водная и ветровая эрозия;

- засоление, подщелачивание, подкисление;

- заболачивание;

- физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование;

- разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых;

- химическое загрязнение почв (Розанов Б. Г., 1989).

Почва – индикатор многолетних природных процессов, и её состояние – это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения. Выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, орошение земель загрязненными водами, нарушений технологических требования при добыче, переработке и использовании нефтепродуктов, многочисленные аварии на нефтепроводах, несбалансированное применение минеральных удобрений и пестицидов приводят к загрязнению почв, ухудшению их физического состояния и в результате потере плодородия и неспособности выполнять свои экологические функции (Экологическое…, 2001; Росновский И. Н., Кулижский С. П., 2004).

Тяжелые металлы начали изучать одними из первых. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами автомобилей. Описаны случаи, когда большие количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, если выше водозабора в реки сбрасывались сточные воды промышленных предприятий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500 - 600 т. Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и подземных вод. В этом заключается одно из трудноразрешимых противоречий: легко загрязняющиеся почвы предохраняют окружающую среду, но почвы, устойчивые к загрязнению, не обладают защитными свойствами в отношении живых организмов и природных вод.

В северном полушарии, на территориях высокой промышленной освоенности большую проблему представляют кислотные дожди. Их выпадение - результат выброса в атмосферу продуктов сжигания топлива, а также выбросов металлургических и химических заводов. Действие кислых дождей на почвы неоднозначное. В северных, таежных зонах они увеличивают вредную кислотность почв, способствуют повышению содержания в почвах растворимых соединений токсичных элементов - свинца, алюминия.

Нефтяное загрязнение почв относится к числу наиболее опасных, поскольку оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти очень сильно затруднена. Последствия для почв, вызванные нефтезагрязнением, можно без преувеличения назвать чрезвычайными. Нефть обволакивает почвенные частицы, почва не смачивается водой, гибнет микрофлора, растения не получают должного питания. Наконец, частицы почвы слипаются, а сама нефть постепенно переходит в иное состояние, ее фракции становятся более окисленными, затвердевают, и при высоких уровнях загрязнения почва напоминает асфальтоподобную массу (Орлов Д. С., 1996). Загрязнение почв приводит к формированию очагов социально-экологической напряженности (рис. 1). Они формируются вокруг наиболее загрязненных промышленных центров. В структурном отношении в указанных очагах выделяется эпицентр, а далее вокруг него две зоны, одна из которых, в зависимости от ветрового режима, характера выбросов и их рассеивания, примыкает к эпицентру и переходит во вторую, которая может распространяться на десятки километров от эпицентра и санитарно-защитной зоны (Гичев Ю. П., 2002).

Рисунок 1 – Структура очага социально-экологического напряжения (Гичев Ю. П., 2002)

Кроме химического загрязнения почв, очень проблематичны на всей планете процессы радиоактивного загрязнения почв, их эрозии, дефляции, дегумификации, изменением под действием орошения и многие другие последствия чрезмерного роста человеческого вида. Поэтому всё более нарастает актуальность своевременного и результативного мониторинга за состоянием окружающей среды, почвенного покрова. Следствием чего должны является достоверные прогнозы, включающиеся в социальные проекты и программы хозяйственной деятельности человека.

1. ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ЕГО МЕСТО В СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

 1.1Экологический и почвенно-экологический мониторинг: цели и задачи

Термин «мониторинг» впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году уже появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределении обязанностей между уже существующими системами наблюдений. Такие же проблемы и у нас в стране, поэтому, когда возникает острая необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждая отрасль должна создавать свою локальную систему мониторинга.

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию о:

-  состоянии окружающей среды;

-  причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т. e. об источниках и факторах воздействия);

-  допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

-  существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.

В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:

- наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;

-  оценку фактического состояния среды;

-  прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

Сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но является источником необходимой для принятия экологически значимых решений информации (Чупахин В. М., 1989).

Существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). Отраженная на рис.2 классификация охватывает весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения. Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.

Рисунок 2 - Классификация экологического мониторинга (Родзевич Н. Н., 2003)

              Следуя за академиком Израэлем Ю. А. и соавторами (1987) почвенно-экологический мониторинг должен входить в группу геофизического и выделяться по контролируемой природной среде – почве и почвенному покрову.

В основе почвенно-экологического мониторинга должны лежать следующие основные принципы:

1) разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова;

2)постоянный контроль за важнейшими показателями почвенного плодородия;

3) ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств;

4) разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных процессов с целью прогноза ожидаемых урожаев и оперативного регулирования развития сельскохозяйственных культур, изменением свойств почв при длительных антропогенных нагрузках;

5)ведение мониторинга за состоянием почв территорий ненарушенных антропогенными вмешательствами (фоновый мониторинг) (Глазовская М. А. и др., 1989; Черныш А. Ф., 2003).

Специальные задачи почвенно-экологического мониторинга выполняемые на разном уровне (локальном, региональном, глобальном), различаются. Объединяет их общая цель: своевременное обнаружение изменений свойств почв при различных видах их использования и неиспользования.

Локальный и региональный мониторинг должен решать следующие задачи:

1) характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ;

2) определение уровней контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной действию источника загрязнения;

3) установление зон распространения почв с ухудшением контролируемых свойств;

4) определение характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей миграции, аккумуляции и направления трансформации загрязняющих веществ в почве;