«Оценка экологического состояния почвы города Владимира» (стр. 2 )

Для городских территорий применяются следующие методы и показатели оценки качества почв.

Оценка загрязненности почв проводится путем сравнения содержания загрязняющих элементов и веществ с ПДК (ОДК) с одной стороны,  с фоновым содержанием (соответствующее ее природному химическому составу) – с другой стороны.

ПДК (предельно допустимая концентрация химических веществ) позволяет выявить опасность загрязнения почвы. Уровень химических веществ не должен превышать данный показатель, тем самым он не будет представлять какой-либо угрозы для человеческого организма. Благодаря способности к самоочищению почва имеет возможность обезвреживать некоторое количество вредных элементов, и метод ПДК позволяет выявить, находится ли концентрация этих веществ в допустимых пределах, или же превышает их. Метод ПДК является основным показателем при санитарно-гигиенической оценке загрязненности почвы химическими веществами [6,5,13,24].

ОДК (ориентировочно допустимая концентрация химического вещества) - расчетный метод  выявления уровень загрязненности почвы, в основе которого заложены нормативы для оценки безопасности продуктов питания.

Основным количественным показателем химического загрязнения  является массовая доля вещества (отношение массы вещества к массе пробы почвы). Для основных загрязняющих веществ установлены показатели вредности (транлокационный, миграционный и общесанитарный). Для оценки загрязнения почв нескольким химическим веществами рассчитывают суммарный показатель загрязнения  (Zc) [6,16,24].

Определение физических и химических показателей – неотъемлемая часть экологического мониторинга почв урбанистических ландшафтов.

Кислотность (pH) является важной характеристикой при исследовании деградационных изменений почв урбанизированных территорий. Значение pH зависит от множества взаимодействующих природных и техногенных факторов и служит информативным показателем возможного содержания питательных веществ в почве, пригодности ее для произрастания растений и т. п.  От присутствия кислот зависит наличие активной кислотности, при обменной кислотности водородные ионы находятся в скрытом состоянии. Гидролитическая кислотность определяется количеством водородных ионов, вытесняемых из почвы водным раствором соли слабой кислоты и сильного основания. В результате поступления в почву загрязняющих химических веществ кислотность почвы изменяется, вызывая подкисление или подщелачивание. Изменение рН городских почв в щелочную сторону является тенденцией для городов. Подщелачивание почв приводит к образованию труднорастворимых форм некоторых элементов минерального питания, почва зачастую становится непригодной для нормального роста растений. Щелочная реакция почвенного раствора способствует накоплению свинца в почвах (Глазовская, 1994). При рН более 6,5 происходит прочное связывание кадмия с частичками почвы при дальнейшей невозможности его извлечения органическими кислотами (Волков, 2006) [1,5,20,22].

Обеспеченность почвы доступным минеральным азотом оценивается по содержанию обменного аммония и нитратов в солевой вытяжке. В естественных условиях высокая концентрация нитрат-ионов способствует усиленному росту наземной части растений, более активному протеканию фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов. Зеленые насаждения города, как правило, испытывают его недостаток. Это объясняется тем, что большая часть почвенного азота находится в недоступном для них состоянии в виде органических веществ. Содержание минеральных форм азота в почве весьма лабильно и зависит от целого ряда факторов: микробиологических процессов, гранулометрического состава, физико-химических свойств почвы [1,7,9,14].

Содержание подвижных соединений фосфора – еще один показатель экологического состояния и плодородия почвы. Повышенные концентрации фосфора в почве могут блокировать поступление в растение других важнейших макро - и микроэлементов, таких как калий, железо, цинк, медь. Вследствие чего, наблюдается хлороз листьев и нарушение процессов роста и развития растений.        

Обменный кальция и магний. Свойства почвы в значительной степени зависят от состава обменных катионов. Сумма обменных оснований один из показателей плодородия почв, показывающих степень насыщенности почв основаниями. Почвы, содержащие Са2+ и Mg2+, имеют реакцию  близкую к нейтральной, они хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Увеличение содержания обменных кальция и магний в почвах обусловлено изменением кислотности почвенного раствора и, как следствие, увеличением подвижности ряда соединений, большими объемами загрязняющих веществ, попадающих в почву в результате аэротехногенных выбросов [1,5,14,19].

Удельная электропроводность почвы – способность почвы (суспензий) проводить электрический ток. Удельная электропроводимость используется для оценки общего количества растворенных в водной вытяжке солей натрия, калия, кальция: хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов  и др. (солесодержание).  Коэффициент удельной электропроводности равен коэффициенту пропорциональности между плотностью электрического тока и градиентом напряжения электрического тока и выражается в µS/cm или в mS/cm. При достижении определённого уровня соли оказывают губительный эффект на рост растений – появляется засоленность почвы. Засоленность является результатом низкой проницаемости почвы [7,14,17].

Для оценки экологического состояния городской почвы широко используют методы биотестирования и биодиагностики, основанные на ответной реакции живых организмов на негативное воздействие загрязняющих веществ, дающие достоверную информацию о ее качестве. Наиболее корректный результат достигается при использовании нескольких тест-объектов из разных систематических групп. Тест-объектами могут служить микроорганизмы,  растения, водоросли, животные. Плюсы данных методов: быстрота проведения, доступность и простота проведения экспериментов, воспроизводимость, экономичность, объективность полученных данных (, , 2005) [4,12,18].

При определении степени токсичности почв методами биотестирования большое значение имеет оценка биологической активности почвы [2,14,18].

Биологическую активность почвы обуславливает общее содержание в почве определенного запаса ферментов, которые выделяются как в процессе жизнедеятельности растений и почвенных микроорганизмов, так и аккумулируется почвой после разрушения отмерших клеток [12,18]. Интенсивность процессов переработки органических веществ и разрушения минералов характеризуются биологической активностью почвы (, 2011; , 2004; , 2012).

Исследования различных авторов (, ) свидетельствуют, что активность почвенных ферментов может быть использована как дополнительный диагностический критерий почвенного плодородия, а изменение ферментативной активности может сигнализировать об антропогенном воздействии. Загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами может оказывать ингибирующее влияние на общую биологическую активность почвы [2,9,20].

Для определения биологической активности почвы исследователями применяются: биомасса и численность различных групп почвенных микроорганизмов, ферментативная активность почв (каталазы, дегидрогеназы, уреазы, фосфотазы), интенсивность основных процессов, связанных с круговоротом элементов [4,16,17].

Многими исследователями отмечается способность углеводородокисляющих микроорганизмов способствовать росту уреазной активности (скорости разложения мочевины) почвы. Все более распространенным становится использование этого параметра при оценке экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, для которых регистрируется увеличение уреазной активности на 15-25% в сравнении с незагрязненными почвами [2,19,20].

Считается, что уреазная активность почвы - показатель способности почвы к самоочищению, самоочищение является важной экологической функцией почвы, за счет способности к самоочищению обеспечивается защита самого почвенного покрова и сопредельных сред от химического и бактериального загрязнения.

Методика определения фитотоксичности техногенно загрязненных почв  позволяет выявить потенциальную продуктивность и пригодность почвы обеспечивать рост и развитие растений. Химическая природа фитотоксичных веществ (колинов) весьма разнообразна, это производные фенолов, хинонов, нафтизина, полипептиды и другие соединения [3,10,16].

В качестве теста для установления токсичности почвы используют реакцию проростков высокочувствительных растений: кресс-салата, редиса, гороха, овса, пшеницы и др. (Галицкая, Зверева, Селивановская, Прусаченко, 2011; Груздева, Шаповалов, Груздев, Кулаковская, 2008; Коровина, 2010). Тест-параметрами для них служат показатели прорастания: всхожесть, энергия прорастания, дружность всходов, скорость прорастания, а также показатели интенсивности начального роста семян (длина корней, длина зеленых проростков, масса корней, масса зеленых проростков). Степень фитотоксичности почвы оценивается по ингибированию роста и развития молодых растений на исследуемых образцах относительно эталонной почвы [12,14,18]. 

2. Природно-климатическая характеристика районов исследования

В городе Владимире преобладают светло-серые лесные среднесуглинистые почвы. Серые лесные почвы характеризуются благоприятными агрохимическими показателями. Содержание гумуса в них составляет от 1,9 до 3,7 %; гумусовый горизонт маломощный. Мощность гумусового горизонта варьирует от 17 см до 37 см [9,23].

Климатические условия характеризуются как умеренно-континентальные с хорошо выраженными сезонами года: теплым летом со среднеиюльской температурой +18°С, мягкой зимой со среднеянварской температурой -11°С. Средняя продолжительность безморозного периода 151 день. Место проведения исследования  расположено в зоне достаточного увлажнения со среднегодовым количеством осадков 610-560 мм.

Продолжительность времени с устойчивым снежным покровом в среднем 144 дней, высота снежного покрова до 55 см. Зимой в движении воздушных потоков преобладают ветра юго-западного направления. В теплую половину года наблюдаются северные и северо-западные ветра.