Загрязнениемназывается поступление в окружающую среду каких-либо веществ и энергии в количествах, вызывающих неблагоприятное воздействие на здоровье человека, животных, состояние растений и экосистем, на материалы, оборудование, здания и сооружения. Загрязнения окружающей среды подразделяют на выбросы в атмосферу, сбросы в водные объекты, твердые отходы, энергетические или физические загрязнения. Источники загрязнения природной среды подразделяются на естественные (природные) и искусственные (антропогенные).
Природными источниками загрязнения постоянного действия являются выветривание и выщелачивание горных пород, выделение газов, вод и углеводородов из земных недр, а периодического действия (импульсного) – извержения вулканов, землетрясения, наводнения, оползни, лесные пожары и т.д. Появление различных видов загрязнений в окружающей среде происходит также путем перехода в атмосферу морской соли и продуктов жизнедеятельности биосферы.
Антропогенными источниками загрязнения постоянного действия являются добыча полезных ископаемых, все виды промышленности, энергетика, сельское хозяйство, бытовая деятельность человека, а периодического действия – техногенные аварии и катастрофы, войны. Количественный вклад тех или иных источников в общее загрязнение окружающей среды может колебаться в широких пределах, не всегда однозначно определяется и на сегодняшний день является предметом дискуссий.
Загрязнение атмосферы
Атмосферный воздух является самой динамичной средой в окружающем нас мире, а загрязнение атмосферы – самый мощный, постоянно действующий и всепроникающий фактор, оказывающий негативное воздействие не только на человека, биоценозы, но и на важнейшие природные среды.
Именно атмосферный воздух является переносчиком загрязняющих веществ в другие среды: водоемы, почвы, растительность. Почвы и поверхностные воды могут в отдельных случаях быть источниками вторичного загрязнения атмосферы или, наоборот, являться косвенным показателем её загрязнения. Это определяет необходимость помимо оценки загрязнения непосредственно воздушного бассейна учитывать возможные последствия взаимовлияния атмосферы и сопредельных сред для получения интегральной («смешанной» - косвенно-прямой) оценки состояния атмосферы.
Загрязняющие вещества в воздухе распространяются с большой скоростью (скорость перемещения воздуха в горизонтальном направлении в верхних слоях атмосферы может достигать 100-150 км/ч) и на большие расстояния, трудно поддаются локализации и обезвреживанию. Однако и, отсутствие движений воздуха в течение недель и даже нескольких дней способствует накоплению загрязнений в атмосфере в значительных количествах.
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Твердые загрязняющие вещества образуются в результате механической обработки различных материалов (дробление, размол, заполнение, разравнивание), тепловых процессов (сжигание, прокаливание, сушка, плавление), при транспортировке сыпучих материалов (погрузка, просеивание).
Жидкие загрязняющие вещества образуются при конденсации паров, распылении и разливе жидкостей, в результате химических реакций. Газообразные загрязнители формируются в результате химических реакций, например, окисления, обжига руд и т.д. При сжигании топлива образуются огромные количества газообразных соединений – оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов. Из всей массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от антропогенных источников, около 90% составляют газообразные, 10% - твердые и жидкие вещества.
При взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром в атмосфере образуются аэрозоли. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм.
Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава.
Но наряду с промышленным загрязнением атмосферный воздух городов в значительной мере (60-80 % антропогенных выбросов) загрязняется всеми видами транспорта.
Выбросы, поступающие из источников загрязнения в атмосферу, делятся на высокие и низкие. Высокие выбросы, как правило, являются организованными (промышленные стационарные источники). Низкие выбросы чаще бывают неорганизованными (выбросы из труб мелких котельных, печных труб) или распределенными (выбросы автотранспорта). Выбросы из высоких источников, прежде чем достигнут поверхности земли, разбавляются в большом объеме атмосферного воздуха, поэтому создаваемое ими загрязнение обычно невелико.
Низкие выбросы, поступая в атмосферу, сразу оказываются в слое жизнедеятельности и слабо разбавляются в атмосфере. Поэтому низкие источники чаще, чем высокие, являются виновниками повышенных уровней загрязнения атмосферного воздуха, но следует учитывать, что выбросы высоких источников распространяются на значительные расстояния и могут поражать удаленные от источников растения и живые организмы, чувствительные к более низким уровням загрязнения.
Температура выброса из источника имеет большое значение для формирования газовоздушной струи. Чем выше температура, тем на большую высоту может подниматься факел. Например, при скорости ветра 5 м/с при температуре газов от 100 до 200° С разница температуры газов и окружающего воздуха в 1°С дает приращение высоты выброса на 1,5 м.
Загрязнение гидросферы
Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м3 воды в год (1780 л в сутки).
Основные пути загрязнения гидросферы:
1) загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Приводит к появлению нефтяных пятен, что затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12км2. Восстановление пораженных экосистем занимает 10-15 лет;
2) загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, минеральными и органическими удобрениями в результате сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бытовыми стоками. Ведет к эвтрофикацин водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей и гибели других экосистем водоемов с непроточной водой (озер и прудов), а иногда к заболачиванию местности;
3) загрязнение ионами тяжелых металлов. Нарушает жизнедеятельность водных организмов и человека;
4) загрязнение кислотными дождями. Приводит к закислению водоемов и гибели экосистем;
5) радиоактивное загрязнение. Связано со сбросом радиоактивных отходов;
6) тепловое загрязнение. Вызывается сбросом в водоемы подогретых вод ТЭС и АЭС. Приводит к массовому развитию сине-зеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов;
7) механическое загрязнение. Повышает содержание механических примесей;
8) бактериальное и биологическое загрязнение. Связано с разными патогенными организмами, грибами и водорослями.
Мировое хозяйство сбрасывает в год 1500 км3 сточных вод разной степени очистки, которые требуют 50-100-кратного разбавления для придания им естественных свойств и дальнейшего очищения в биосфере. При этом не учитываются воды сельскохозяйственных производств. Мировой речной сток (37,5-45 тыс. км3 в год) недостаточен для необходимого разбавления сточных вод. Таким образом, в результате промышленной деятельности пресная вода перестала быть возобновляемым ресурсом.
Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами (фенолами, нефтепродуктами, сульфатами, СПАВ, фторидами, цианидами, тяжелыми металлами и др.), в зависимости от специфики отраслей промышленности. Следует заметить, что в настоящее время объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы продолжает возрастать.
Загрязнение литосферы
Почва обеспечивает существование биосферы, является ее основой, она – биологический адсорбент и нейтрализатор загрязнений. Без почвенного покрова невозможно воспроизводство биомассы, а следовательно, накопление колоссальных количеств энергии в процессе фотосинтеза растений. Деградация почвы – это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия. как известно, почва один из важнейших компонентов окружающей природной среды, непосредственно связанный с приповерхностной частью литосферы. Ее образно называют “мостом между живой и неживой природой”.
Следует учитывать, что почва практически невозобновимый природный ресурс. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе – почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Эти процессы ведут к весьма опасной по своим далеко идущим последствиям дегумификации – потере гумуса. Дегумификация возрастает и за счет неумеренного внесения в почву минеральных удобрений. За последнее столетие почвы Черноземья потеряли от трети до половины содержания гумуса. Но даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия не дает почве возможность выполнить в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т.е. ухудшать свои свойства.
К деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера: эрозия, загрязнение, вторичное засоление, заболачивание, опустынивание. Эрозия почв (от лат. Erosio – разъедание ) – разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.
Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений – токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов и чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира. Основные загрязняющие вещества почв: 1)пестициды (ядохимикаты); 2)минеральные удобрения; 3)отходы и отбросы производства; 4)газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5)нефть и нефтепродукты.
Показатели качества объектов окружающей среды
Согласно принятому эколого-геохимическому подходу для оценки качества среды на выбранной территории обязательными объектами для исследования являются атмосферный воздух, вода, почва. Для целей нормирования обязательным является определение концентраций загрязняющих веществ, содержащихся в этих средах.
Концентрация вещества, определяющая количественный состав системы (смеси, раствора, расплава) - представляющая собой отношение числа частиц компонента системы к объему или массе системы (общему числу частиц системы).
Однако само по себе знание концентрации не дает достаточной информации специалисту - экологу. Необходимо знать, как влияет данная концентрация загрязняющего вещества на живые организмы и, в первую очередь, на человека. Для загрязняющих веществ критерием безопасности является предельно допустимая концентрация (ПДК).
ПДК – гигиенический норматив, утверждаемый постановлением главного государственного санитарного врача по рекомендациям Комиссии по санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.
ПДК загрязняющего вещества – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни человека прямого или косвенного воздействия на настоящее или будущие поколения, не снижающая работоспособность человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни людей.
Но не только превышение ПДК, но даже соблюдение его величины, не обеспечивают экологическую безопасность. Величины ПДК часто пересматриваются в сторону уменьшения нормируемых показателей, так как они устанавливаются в соответствии с данными сегодняшнего дня о токсичности вредных веществ и последствий их действия на окружающую среду.
Поскольку определение величины ПДК производится в опытах с теплокровными животными, то ПДК приемлемы в основном по отношению к ним. Более слабые звенья в трофической цепи даже при соблюдении ПДК могут пострадать. Более того, основной упор при установлении ПДК делается на исследование влияния данного компонента на организм в целом, а он может проявиться в виде неблагоприятных сдвигов физиологических и биохимических показателей, вызвать нарушения отдельных органов, изменить условно-рефлекторную деятельность. Следовательно, использование ПДК как критерия качества окружающей среды не гарантирует экологическую безопасность отдельных организмов и не гарантирует сохранения состояния, типа функционирования, структуры и устойчивого развития существующих экосистем и биосферы в целом.
Более перспективным является использование вместо санитарно-гигиенических - экологических критериев. Например, использование предельно допустимой экологической нагрузки (ПДЭН), которая устанавливает уровни, не влияющие на экосистему, или изменяющие ее в допустимых пределах. Значение ПДЭН может быть рассчитано с учетом анализа необходимой продуктивности экосистем или оценки их способности к самовосстановлению, развитию или длительному существованию. После определения ПДЭН следует подойти к нормированию предельно допустимых выбросов (ПДВ), предельно допустимых сбросов (ПДС) и ПДК, при этом мощность предприятий, выбросы и сбросы отдельных компонентов не должны превышать установленные с учетом ПДЭН ограничения.
Полученные величины концентрации загрязняющих веществ для определения степени их негативного воздействия на здоровье населения сравнивают с предельно допустимыми концентрациями. Так определяют единичные индексы загрязнения.
Ранжирование предприятий по уровню загрязнения атмосферы
Органами природоохраны были разработаны рекомендации по выявлению источников опасного загрязнения атмосферного воздуха. В этом документе дается вариант ранжирования предприятий по категориям экологической опасности на основе санитарно-гигиеничексой концепции нормирования выбросов. Изложенный в документе метод ранжирования предприятий по величинам критерия опасности выбрасываемого вещества (КОВ), зависящего от величины годового выброса, среднесуточной величины ПДК и класса опасности вещества, не является единственно возможным, но на сегодня наиболее прост и доступен. С точки зрения мониторинга это самый интересный вариант ранжирования (категорирования) экологически опасных объектов, так как в этом случае предприятия делятся на категории и по индексам приоритетности контроляс возможным учетом медицинской статистики.
Впоследствии еще рядом нормативных и руководящих ведомственных документов эти критерии несколько раз уточнялись и согласовывались с другими, касавшимися данной сферы деятельности ведомствами. Но главная характерная черта этих документов – ранжированиеопасности промышленных предприятий по уровням возможного экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ) всех природных сред – в них сохранялось.
В частности, загрязнение атмосферного воздуха Минприроды России понимается экстремально высоким, если содержание одного или нескольких веществ превышает ПДК (с нормированием учета времени от момента возникновения ЭВЗ до момента его обнаружения):
- в 20-29 раз при сохранении этого уровня более 2 суток;
- в 30-49 раз при сохранении этого уровня не менее 8 часов;
- в 50 и более раз без учета времени сохранения ЭВЗ.
Визуальными органолептическими (т.е. фиксируемыми органами чувств) признаками ЭВЗ также служат:
- появление устойчивого, не свойственного данной местности (сезону) запаха;
- обнаружение влияния воздуха на органы чувств человека (резь в глазах, слезоточение, привкус во рту, затрудненное дыхание, покраснение и другие изменения кожи, рвота и т.д. одновременно у нескольких десятков человек);
- выпадение окрашенных дождей и других атмосферных осадков;
- появление у осадков специфического запаха или несвойственного привкуса.
Госкомгидромет определил, что контролю подлежат опасные предприятия, для выбросов в атмосферу которых выполняются неравенства:
>0,01 (при Нср> 10 м),
>0,1 (при Нср< 10 м),
где М (г/с) – суммарная величина выброса вредного (опасного) вещества от всех источников предприятия; ПДК (мг/м3) – максимальная разовая ПДК; Нср (м) – средняя по предприятию высота источников выброса, которая определялась согласно ОНД-86 как отношение суммы произведений суммарных выбросов в интервале высот 0-10, 11-20, 21-30 и т.д. и средней высоты – к полному выбросу:
,
В соответствии с подходом Росгидромета периодичность контроля зависит от категории опасности предприятия (КОП). Соответствующие рекомендации по делению промышленных предприятий на категории опасности в зависимости от массы и видового состава выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ предписывают категории опасности предприятий (КОП) оценивать по формуле:
,
где Mi – масса выброса i-го вещества (т/год), ПДК i - среднесуточная ПДК i-го вещества (мг/м3) в воздухе населенных мест (н.м.), n- количество загрязняющих веществ (по перечню), выбрасываемых предприятием, а – коэффициент, учитывающий класс опасности i- го вещества (I кл. – а = 1,7; II кл. – 1,3; III кл. – 1,0; IV кл. – 0,9).
При отсутствии официально принятой среднесуточной ПДК н.м. для расчетов берут максимальную разовую ПДК н.м., или соответствующий ориентировочный безопасный уровень вредности (ОБУВ), или уменьшенные в 10 раз ПДК воздуха рабочей зоны (р.з.).
При М/ ПДК i < 1 значения КОП не рассчитывают, а предприятие вообще не учитывают как опасное.
По существу, при таком подходе категория опасности предприятия является суммой категорий опасности загрязняющих веществ (ЗВ). Сами предприятия при этом делят на 4 категории опасности:
Особоопасные (1-я категория) – при КОП > 1 000 000;
Опасные (2-я категория) – при КОП от 10 000 до 1 000 000;
Малоопасные (3-я категория) – при КОП от 1 000 до 10 000;
Практически безопасные (4-я категория) – при КОП < 1 000.
Категории опасности предприятия (в трактовке Росгидромета) имеют первостепенное значение для организации мониторинга источников загрязнения и во многом определяют его задачи.
Критерии качества атмосферного воздуха
Единичные, разовые концентрации примеси обычно сравнивают с его максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднесуточной ПДК. Определяют индекс загрязнения атмосферы отдельной примесью (ИЗА):
.
Поскольку с помощью ИЗА характеризуется уровень загрязнения атмосферы одним веществом, этот индекс называют индивидуальным показателем загрязнения атмосферы.
Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, контролируемыми в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (КИЗА).
.
При расчете КИЗА степень загрязнения атмосферы оцениваетсяпо степени превышения ПДК с учетом класса опасности.
Загрязняющие вещества в воздушном бассейне по вероятности их неблагоприятного влияния на здоровье населения делят на 4 класса: 1-й - чрезвычайно опасные, 2-й - высоко опасные, 3-й - умерено опасные и 4-й - мало опасные. Учет класса опасности определяется «приведением» концентраций веществ, нормированных по ПДК, к концентрациям вещества 3-го класса опасности - диоксида серы.
Использование константы s основано на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества. Для 1-го класса опасности s составляет 1,7, для 2-го класса опасности - 1,3, для 3-го - 1,0, для 4-го - 0,9.
Для сравнения степени загрязнения атмосферы различных городов (населенных пунктов), различных районов одного города рекомендуется использовать в качестве характеристики уровня загрязнения КИЗА, рассчитанное по определенному количеству ингредиентов, вносящих наибольший вклад в уровень загрязнения атмосферы. Чаще всего рассчитывают КИЗА по пяти приоритетным ингредиентам, так называемое КИЗА пять (КИЗА5). КИЗА5 также применяется для оценки временной (многолетней) тенденции изменения состояния загрязнения атмосферы одного города (населенного пункта). Указанное ранжирование по классам состояния атмосферы выполнено в соответствии с классификацией уровней загрязнения по четырехбальной шкале (табл.3.):
'Таблица 3.
Критерий оценки состояния загрязнения атмосферы по комплексному индексу (КИЗА)
Показатель состояния
Классы экологического состояния атмосферы
Норма (Н)
Риск (Р)
Кризис (К)
Бедствие (Б)
Уровень загрязнения воздуха
менее 5
5–8
8–15
более 15
Критерии качества поверхностных вод
К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ. Индекс загрязнения воды, как правило, рассчитывают по шести–семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК5) является обязательной.
, где
Ci – концентрация компонента (в ряде случаев – значение параметра);
N – число показателей, используемых для расчета индекса;
ПДКi– установленная величина для соответствующего типа водного объекта.
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл.4). Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее).
Таблица 4
Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды
Воды
Значения ИЗВ
Классы качества вод
Очень чистые
до 0,2
Чистые
0,2–1,0
Умеренно загрязненные
1,0–2,0
Загрязненные
2,0–4,0
Грязные
4,0–6,0
Очень грязные
6,0–10,0
Чрезвычайно грязные
>10,0
Индекс загрязнения воды следует отнести к интегральным характеристикам состояния.
Показатели состояния почв
Почву характеризует множество показателей ее состояния, перечень которых необходимо определить и обосновать. Наибольшей информативности можно ожидать от использования относительных показателей, а не абсолютных. В связи с этим среди выбранных должны быть показатели двух видов. Во-первых, показатели наименее устойчивых свойств почв, наиболее чувствительных к антропогенному воздействию. Во-вторых, нужны показатели наиболее стабильных свойств, так как они характеризуют внутренние свойства системы или объекта, находящиеся в состоянии динамического равновесия с окружающей средой.
Среди показателей должны быть такие, которые отражают специфическую реакцию на воздействие загрязнения, поскольку загрязняющие вещества имеют различную природу и последствия их избыточного поступления в почву и в растения специфичны. Должны контролироваться показатели и неспецифической природы, интегральные свойства анализируемой системы, так как они взаимосвязаны и отражают общее состояние почвы.
Различают следующие группы показателей:
Показатели химического состояния почв включают: емкость поглощения, состав обменных катионов, степень засоления, валовые содержания элементов, активность ионов в жидкой фазе почвы, содержание органического вещества, групповой и фракционный состав гумуса, отношение Сгк:Сфк, отношение С:N, окислительно-восстановительный потенциал.
Показатели физического состояния почв включают: водопроницаемость, влажность, предельная полевая влагоемкость, полевая влагоемкость, влажность завядания, гранулометрический состав, агрегатный состав, водопрочность агрегатов, плотность почвы, плотность твердой фазы почвы, пористость агрегатов, набухание, температура, электропроводность, намагниченность;
Показатели биологического состояния почв: дыхание почвы, скорость разложения целлюлозы, ферментативная активность, численность и видовое разнообразие микроорганизмов, гено- и фитотоксичность почвы.
Санитарно-бактериологические показатели состояния почв: содержание патогенных бактерий и вирусов, санитарно-энтомологические, санитарно-гельминтологические и комплексные показатели.
Показатели эрозионного воздействия на почвы: мощность гумусового горизонта, наличие погребенных горизонтов.
Каждое из указанных свойств является важной характеристикой почвы и необходимо для полноты знаний о ней. Рассмотрим более подробно эти показатели.
Показатели химического состояния почв
Содержание легкорастворимых солей. Состояние почвенной биоты во многом определяется динамикой химического состава почвенного раствора. Биоценоз, сформированный в конкретных природных условиях, чутко реагирует на изменение среды обитания. Следует помнить, что антропогенная деятельность, направленная на улучшение агрохимических и агрофизических свойств почв, не всегда благоприятна для природных экосистем. Процессы вторичного засоления и расоления почв, которые наблюдаются при проведении мелиоративных мероприятий, изменяя химический состав и минерализацию почвенного раствора, приводят к серьезным нарушениям функционирования природных экосистем.
Показателем, отражающим эти изменения, может служить содержание легкорастворимых солей в почве, определяемое по количеству плотного остатка солей в водной вытяжке или по изменению электрохимических свойств почв.
При исследовании почв засоленного ряда широко используется метод, основанный на определении изменения электропроводности почв в зависимости от содержания легкорастворимых солей - кондуктометрия. Измерения могут проводиться как в лаборатории, путем определения электропроводности насыщенных водой почвенных паст или суспензий, так и в полевых условиях: измерения электропроводности почвы или отдельных ее горизонтов in situ.
Критерием кислотно-основных свойств почвы является реакция -рH почвы: рH - -lgaH+, где aH+ - активность ионов водорода. Это одна из основных почвенных характеристик, определяющая протекание различных почвообразовательных процессов, а также доступность растениям различных питательных элементов.
Оптимальным для большинства высших растений является диапазон рH от 6 до 7,5. Различные виды антропогенного воздействия на почвы приводят как к уменьшению величины рH, так и к ее возрастанию. Одной из самых серьезных проблем является подкисление почвы в результате интенсивного использования физиологически кислых минеральных удобрений (в основном азотных), а также при выпадении кислых атмосферных осадков, загрязненных кислотообразующими газами (SO2, NOх, HF и др.).
Для почв, обладающих низкими буферными свойствами, эти воздействия могут привести к катастрофическим изменениям. Процессы вторичного засоления и осолонцевания сопровождаются, напротив, существенным увеличением рH, что также приводит к негативным последствиям для растительного покрова (внижение продуктивности, изменение видового состава).
Известно много способов определения величины рH: в различных водных (1:1, 1:2,5; 1:5) суспензиях и пастах, в солевых (1н КCl и др.) вытяжках, в почвенных образцах с естественной влажностью. Существенным недостатком этих приемов является то, что они связаны с отбором и дальнейшей обработкой (высушивание, хранение, разбавление водой или растворами) почвенных образцов, что влечет за собой изменение величины рH. Hаибольшим приближением к реальным кислотно-щелочным условиям в почве являются результаты измерений непосредственно в почве естественного залегания (так называемые измерения in situ).
Для характеристики окислительно-восстановительных условий в почве в качестве параметра состояния рекомендуется использовать величину окислительно-восстановительного потенциала (ОВП или Еh) почвы. ОВП почвы является функцией соотношения активностей окисленных и восстановленных форм соединений в почве и характеризует физико-химические условия протекания процессов почвообразования и питания растений и микроорганизмов. В свою очередь величина ОВП является интегральным результатом физических, химических и биологических процессов.
Различные антропогенные воздействия могут как увеличивать (распахивание, осушение, эрозия), так и уменьшать (подтопление почв, засоление, осолонцевание) ОВП почвы, что ведет к изменениям в функционировании всего биогеоценоза. Измерения величины Eh следует проводить только в почве естественного залегания.
Содержание гумуса. Гумус определяет химические, физико-химические, физические и биологические свойства почв. Гумусовые вещества являются одним из источников элементов питания для растений и, в первую очередь, азота. Почвы богатые органическим веществом, как правило, обладают наиболее благоприятными условиями для обитания биоты.
Антропогенная деятельность нарушает сложившийся природный баланс и может способствовать как гумусообразованию, через поступление дополнительных количеств органических остатков, так и снижению его содержания в результате усиления процессов минерализации или эрозии. Если первый процесс при рассмотрении агроценозов носит положительный характер (исключая случаи поступления ископаемых органических остатков, таких как нефть, например), то проявление второго негативно при рассмотрении как естественных, так и антропогенных биогеоценозов и и является результатом неправильного природопользования. Снижение содержания специфического органического вещества почв будет отражать степень их антропогенной деградации.
Степень загрязнения почв химическими веществами определяется по суммарному показателю загрязнения, рассчитываемому по формуле:
С(i) факт
Zc = ----------
С(i) фон
С(i) факт - фактическое содержание i-го токсиканта в почве;
С(i) фон - значение регионально-фонового содержания в почве
i-го токсиканта.
Оценка степени загрязнения земель химическими веществами по суммарному показателю загрязнения Zc
Значение показателя Степень загрязнения Коэффициент
Zc Kз
<2 Допустимая 0,2
2-8 Слабая 0.3
8-32 Средняя 0.6
32-64 Сильная 1.5
>64 Очень сильная 2.0