Методики исследования: индикаторы техногенного воздействия на геосистемы

2.1.1 Методики исследования: индикаторы техногенного воздействия на геосистемы

Индикаторы техногенного воздействия на геосистемы. К индикаторам, носителям информации о техногенном воздействии относятся такие природные комплексы и их компоненты и элементы, как почва, лед, снег, торф, поверхностные (озерные, речные, дождевые) воды, приземный слой воздуха и т.д. Основное требование, предъявляемое к природным индикаторам воздействия, - способность отражать (фиксировать) воздействие и сохранять его в "памяти" с минимальной трансформацией до времени опробования.

Индикаторы нарушения геосистем. Они характеризуют ответную реакцию на техногенные воздействия через атмосферу, к ним относятся почва, почвенные и грунтовые воды, растительность и животный мир. Для индикаторов нарушения (биокосной и биотической подсистем), так же как и для всей геосистемы, присущ механизм саморегуляции: чтобы воздействие запечатлелось в их "памяти", оно должно превысить некий пороговый уровень, различный как для каждой геосистемы, так и для каждого индикатора.

К перспективным, а главное, широко распространенным индикаторам ранних стадий нарушения геосистем относится напочвенная и почвенная мезо- и микрофауна. Опыт ее изучения на ландшафтной основе в сфере воздействия цветной и черной металлургии дал контрастные в пределах ландшафта результаты [41,11,56].

К обязательным индикаторам при изучении ответной реакции геосистем на техногенное воздействие вследствие ее повсеместного распространения можно отнести почву. Она относится к таким блокам ландшафтно-геохимических систем, в которых накапливается наибольшая информация о техногенных аномалиях [41,57]. Особый интерес для ландшафтоведа представляет изучение изменений под воздействием техногенного фактора физических, физико-химических и химических свойств верхнего горизонта ("пленки") почвы. В физическом смысле это поверхность земли, фокус взаимодействия внутренних и внешних для данной геосистемы процессов. К тому же свойства поверхностных горизонтов почвы в большей степени зависят от совокупности ландшафтных факторов. Поверхностные горизонты почвы быстро отражают изменения окружающей среды по сравнению с более устойчивыми консервативными свойствами нижних горизонтов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливали по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышений ПДК.

Для повышения надежности оценки результатов измерений и исключения случайных величин используют статистическую обработку материала.

Для оценки степени загрязнения используют среднесуточные пробы, полученные путем непрерывной аспирации в течении 24 часов или прерывистой аспирации как минимум 4 раза в сутки через равные интервалы времени. Все концентрации из отобранных среднесуточных проб подвергают анализу. Для каждой среднесуточной концентрации рассчитывают кратность превышения показателя К. Определенный по этому показателю ряд за анализируемый период (год) оценивают в соответствии с принятыми критериями.

Среднегодовые – концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитывали по ГОСТ 17.2.3.01-86 или использовали данные «Ежегодников о состоянии загрязнения воздуха городов и промышленных центров» за несколько лет, но не менее двух.

Степень загрязнения воздуха рассчитывается с учетом кратности превышения среднегодового ПДК веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициента их комбинированного действия. Степень загрязнения воздуха веществами разных классов опасности определяется «приведением» их концентраций, нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3 класса опасности по формуле.

Где: n-коэффициент неэффективности;j-класс опасности.

2.2 Химические методы анализа

2.2.1 Основное оборудование и приборы, используемые для химанализа загрязнений окружающей среды

Современные методы контроля химических веществ, загрязняющих окружающую среду, - это по сути физико-химические методы.

Для количественного анализа смесей используют несколько разновидностей хроматографического анализа: газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), тонкослойная хроматография (ТСХ), ионная хроматография, хроматомасс-спектрометрия (ХМС), полярография.

Общую загрязненность почвы характеризует валовое количество тяжелых металлов. Доступность же элементов для растений определяется их подвижными формами. Поэтому содержание в почве подвижных форм тяжелых металлов – важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку.

Эмиссионный спектральный анализ является одним из самых распространенных экспресс-методов определения элементного состава веществ.[58,59,60]

Этот метод, как правило, используется при входном контроле сырья и выходном контроле продукции в таких отраслях промышленности как черная и цветная металлургия.

Чаще всего в почве определяют содержание доступных растениям питательных веществ: азота (N), фосфора () и калия (К₂0). Определяют величину рН почвенного раствора.

Для изучения степени засоленности и солевого состава определяют водорастворимые вещества в почвах при помощи водных вытяжек.

Определяют количество обменных катионов  К⁺ которые могут переходить из твердой фазы в раствор; от содержания их зависят структура, водно-воздушный режим, обеспеченность почвы элементами питания растений. Если в почве много поглощенного натрия, то это признак солонцеватости. Замена катиона Na⁺ на Са²⁺ достигается гипсованием почвы, а катиона Н⁺ ионом Са²⁺ - известкованием. Катионы Са²⁺ улучшают свойства почвы.

Часто определяют физические и водные свойства почвы: влажность, удельный и объемный вес. Эти показатели необходимы для вычисления запаса влаги в почве, дефицита ее, установления поливных норм.

Под валовым анализом почвы понимают определение в ней общего содержания азота, фосфора, калия, гумуса, карбонатов.

Средние пробы почв составляют из отдельных образцов только в пределах одной почвенной разности. [58-61]

Количественное определение загрязняющих веществ в почве проводилось по действующим аттестованным методикам, внесенным в «Государственный реестр методик КХА», и методикам, разрешенными к применению для целей производственного экологического контроля. ГОСТ 26423-85

Метод определения pH заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при соотношении почвы к воде 1:5 и в определении активности ионов водорода на pH-метре.

Сущность определения плотного остатка согласно ГОСТ и заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при соотношении почвы к воде 1:5 и определении его количества гравиметрическим методом.

Сущность метода по определению сульфатов в той же водной вытяжке заключается в осаждении иона сульфата раствором хлористого бария и взвешивании прокаленного остатка и выполняется по ГОСТ.

Формальдегид извлекается из почвы перегонкой с водяным паром в сильнокислой среде и определяется в отгоне восстановлением с хромотроповой кислотой. Интенсивность окраски фиксируется фотоколорометрически.

Флуориметрический метод измерения массовой концентрации нефтепродуктов основан на экстракции их гексаном и измерении интенсивности флуоресценции экстракта на приборе «Флюорат-02».

Принцип ионохроматографического определения водорастворимых фторидов состоит в том, что многокомпонентная смесь ионов разделяется на колонках, заполненных сорбентами, в структуре которых содержатся ионогенные группы, специфичные по отношению к катионам и анионам.