Контроль качества окружающей среды (отбор проб и методы анализа почвы и воды)

ИВАНОВА М.А., к.х.н.

   Так задумано Творцом Природы, что каждый составляющий в ней живет и развивается по своим индивидуальным законам и только в своей среде обитания. И это главное обстоятельство часто упускается из виду, когда люди в стремлении получить максимальную выгоду от природных богатств бездумно и варварски эксплуатирует ее. В конечном счете расплата за это неизбежна.

   Именно по этой причине появилась такая наука "экология", главной задачей которой является сохранение природы во всем ее разнообразии и гармоничном сосуществовании человека и окружающей Среды.

   С середины ХХ столетия проблема охраны окружающей становится одной из самых актуальных, в связи с чем разрабатываются методы анализа и контроля за состоянием земли ,воздуха и водных бассейнов.

   На сегодняшний день существуют несколько десятков различных способов и методов контроля качества окружающей Среды. Наиболее точными являются химические. Познакомимся с некоторыми из них, которые могут показать состояние почвы и природных водоемов с точки зрения их химической загрязненности и не требующих при этом сложной аппаратуры и времени на анализ.

   Методы отбора и анализа почв

   По существующим в науке правилам качество почвы можно объективно оценить только по ее химическому составу, прослеживающему от поверхностного слоя до 25 см. в глубину. Именно это обстоятельство диктует определенные правила отбора почвы на анализ.

   При неровной поверхности почвенного слоя отбор пробы осуществляется с взятия ее с возвышенных участков с помощью специальных устройств - буров, позволяющих отобрать усредненное количество поверхностного пласта, толщиной от 25 до 40 см.

   На равнинной поверхности отбираемый почвенный покров составляет по толщине от 5 до 25 см.

   На участках земли, где наблюдаются заметные впадины, на анализ отбирается около 5 см толщины почвенного слоя.

   Образцы почвы берутся, как правило, в 3 -5-кратной повторности из 6 -9 точек исследуемой площади, примерно 200 -300 м2.

   Существующие правила отбора почв являются основными для агрохимической оценки ее, а следовательно и экологической поскольку подразумевают ее пригодность для жизни растений.

   Анализ почвы рекомендуется выполнять не реже одного раза в год. В местах повышенной экологической опасности (нахождение поблизости промышленных предприятий с вредными стоками, либо разрабатываемые скважины нефти и газа и т.д.) такие анализы почв выполняются посезонно с целью определения степени ее загрязнения.

   В зависимости от цели исследования состава почвы определяются сроки и точность его проведения. Экологическая экспертиза по определению степени загрязненности почвы позволяет принимать приближенные экспресс методы анализа. Эти методы исследования очень удобны в полевых условиях, так как предполагают визуальные наблюдения вместо точных приборов, работающих лишь в стационарных условиях и, как правило, от электричества.

   Рассмотрим, на каких принципах основаны данные методы анализа почвы.

   Основными показателями определения плодородности почв являются:

   а) содержание хлоридов;

   в) содержание сульфатов;

   г) щелочности (содержание свободных карбонатов).

   Перед проведением этих анализов проба почвы должна быть соответствующим образом подготовлена. Поэтому первой операцией работы является осуществление водной вытяжки из пробы почвы. Сущность данной операции заключается в следующем. Проба почвы заливается водой и интенсивно встряхивается в течении некоторого времени. При этом соли, содержащиеся в почве, переходят в воду. Полученный водный раствор почвенных солей и называется водной вытяжкой. Именно он является исходным объектом исследования почвенного состава.

   Почвы Средней Азии в громадном большинстве характеризуются щелочностью, исключение могут составлять лишь почвы высокогорных областей. Щелочность почв вызывается содержанием в них бикарбонатом щелочных металлов, в основном NaHCO3.В присутствии в почве влаги (H₂O) происходит следующий химический процесс:

   NaHCO₃ + H₂O = NaOH + H₂O + CO₂

   Этот факт объясняет щелочность почв. Щелочность почв имеет большое значение в жизни растений и микроорганизмов. Реакция Среды почв Средней Азии колеблется в пределах 7,2 -7,6.

   Определение щелочности почв проводится следующим образом. В небольшой стаканчик отбирается около 25 мл водной вытяжки, затем туда же добавляется 1-2 капли индикатора фенолфталеина.В присутствии гидрокарбонатов вытяжка принимает красновато-розовую окраску.

   Хлориды в засоленных почвах содержаться главным образом в виде водно-растворимого соединения NaCI, которое является даже в небольших количествах вредным для растений.

   Определение хлоридов предполагает предварительное приготовление 5-6 образцовых растворов хлорида натрия. Затем к 5 мл этих растворов и такому же по объему анализируемой воды добавляется по 6 капель 5%-го раствора AgNO₃. Пробирки закрываются пробками и тщательно встряхиваются. При этом в растворе протекает реакция:

   CI + AgNO₃ = AgCI + NO₃

   Далее полученная в пробирке с анализируемой водой муть сравнивается с мутью в других пробирках с образцовыми растворами. Таким образом, концентрация хлоридов в анализируемой воде устанавливается по концентрации их в образцовом растворе близкой по интенсивности мути к анализируемой воде.

   Определение сульфатов в воде проводится по тому же принципу, что и при определении хлоридов. Только в этом случае муть образуется при приливании к воде раствора BaCI₂ по реакции:

   SO4₂ + BaCI₂ = BaSO₄ + 2CI

   При этом объемы образцовых растворов и анализируемой воды составляют по 5мл, а приливаемый к ним сульфат бария берется объемом 2 мл, концентрацией 10%.

   Методы отбора и анализ природных вод

   При отборе проб воды на анализ необходимо помнить, что она должна точно характеризовать воду данного водоема. Проба воды должна отбираться в не менее 6-8 точках рассматриваемой площади зеркала водоема и в зависимости от цели и задачи исследования на определенных расстояниях по глубине данного водоема. Затем все пробы смешиваются с целью получения усредненного состава воды данного водоема, и затем анализируется.

   В зависимости от характера загрязнения водоема выбираются конкретные методы исследования. Так, например, если в данный водоем могут сливаться сточные или переработанные частично воды вредных предприятий, то вода этого водоема должна анализироваться на конкретные компоненты. Рассмотрим, к примеру, анализ морской воды, которая имеет реальные возможности попадания в нее органических соединений (вода Каспийского моря, которая может иметь в себе продукты переработки нефти). Такая ситуация наиболее вероятна в районе Туркменбашинского нефтеперерабатывающего завода.

   Анализ химического загрязнения воды должен обязательно включать:

   - определение рН среды;

   - определение суммарного количества органических веществ нефтяного происхождения.

   Определение рН среды проводиться с помощью цветного индикатора - лакмусовой бумаги. Этот показатель особенно важен как критерий оценки биологического существования жизни в воде данного моря.

   Определение количества нефтепродуктов сводится по существу к сравнению объемов видимых фракций нефти, либо ее самой ко всему объему отобранной пробы. Для проведения этого анализа помещают отобранный объем анализируемой воды в делительную воронку до полного расслаивания жидкой и легкой фракций нефти от водой части.

   Кроме того важно отметить, что для полной картины установления степени химического загрязнения загрязнения воды необходимо определить такие показатели как содержание в воде хлоридов, сульфатов, карбонатов и гидрокарбонатов натрия кальция и магния. Все эти показатели в сумме показывают так называемый "гидрохимический состав", позволяющий верно оценить тип данной воды и следовательно возможность ее быть средой обитания для живых организмов и растительности подводного и наводного мира.

   Помимо химических методов исследования и контроля за состоянием окружающей среды существуют природные индикаторы сигнализирующие о загрязнении. Так, известно, что форель может жить только в чистой воде, а карп может адаптироваться в несколько загрязненной водной среде.

   Знакомство с описанными здесь методиками позволят без лишней сложности провести анализ почв и природных вод молодым экологам - школьникам, любящим и ценящим природу и понимающим ее значение для жизни будущих поколений.