Подготовительная работа к полевым исследованиям

Основные этапы подготовки к полевым исследованиям следующие:

1. Определение задач и целей исследования

Четкая формулировка задач, объема работ и границ территории, которая будет исследована в полевой и камеральный периоды, определение ожидаемых итогов исследований - позволяют правильно спланировать полевые работы, составить реально химико-аналитическую программу лабораторных исследований и распределить время на обработку материалов и составление отчета. При многолетних исследованиях составляется уточняемый в дальнейшем план работы на весь период работ и детально на каждый год.

2. Подготовка к полевому периоду

Необходимо возможно полнее по опубликованным и фондовым материалам собрать сведения о регионе и той территории, на которой предполагаются работы (геология, геоморфология, климат, растительный покров, почвы, гидрология, использование территории). Одновременно с этим обобщаются материалы по аналогичным промышленным предприятиям и их влиянию на окружающую среду. Собирают сведения об источниках загрязнения на территории исследования (расположение, используемое сырье, объем производства, отходы). Разрабатывают предварительную классификацию почв, проводят районирование территории по природным условиям. Проверяют наличие и качество топографического материала и организуют его получение, используют тематические карты (почвенные, геоботанические, геологические, геохимические). Устанавливают связь с учреждениями, которые вели и ведут работы в плане предполагаемых исследований.

Составляют предварительный план полевых и камеральных работ (маршруты при рекогносцировке, посещение учреждений и хозяйств, план доставки образцов на анализ).

Аналитический план составляется с учетом реальных возможностей лабораторных исследований.

Масштаб топографических карт, которые нужно иметь в поле и в камеральный период, зависит от целей исследований, особенностей региона, конкретного объекта, длительности изучения его. Для выявления зон загрязнения в городах удобным масштабом карт является 1:10000 и детальнее. Для пригородной зоны и окружающей ее территории следует использовать крупномасштабные карты 1:25000 и 1:50000. Для уточнения границ фонового содержания ТМ в почвах и в качестве обзорных удобны среднемасштабные 1:100000-1:300000. Они послужат основой схематических карт содержания элементов в почвах региона с охватом территории площадью 1000 км².

3. Время проведения экспедиционных работ и сбора образцов при изучении загрязнения ТМ не имеет значения, так как в основном при маркировке зоны загрязнения используют измерения валового содержания элементов. При этом подвижность элементов изменяется незначительно. Удобнее, однако, сбор материалов проводить в сухое время года и период уборки урожая основной культуры или кормов, т.е. летом или в начале осени.

Тестовые участки для регулярных наблюдений

Для осуществления работ по почвенному фоновому мониторингу необходимо решить не только вопрос "что изучать", т.е. обоснованно выбрать группу (группы) соединений химических элементов, контроль за содержанием которых строго необходим, но и не менее важно знать "где изучать", как должны выбираться объекты исследования.

Опираясь на характер воздействия на почвы химических веществ, показатели свойств почв можно разделить на три группы:

1) прямые химические показатели загрязненности почв, они характеризуют уровни содержания в почве загрязняющих веществ;

2) показатели изменения свойств почв (прежде всего химических и биологических) под влиянием химического загрязнения;

3) показатели химических, физических, биологических свойств почвы, которые характеризуют способность почв противопостоять изменению их свойств при антропогенном загрязнении (иными словами буферность) и способность почв к самоочищению.

При таком подходе сопряженно изучаются химические, физические и биологические свойства почв. Названные показатели не являются независимыми. Между свойствами почв, которые описываются этими показателями, существует естественная взаимосвязь. Это открывает возможность выбора ограниченного числа необходимых и достаточных показателей из обширного перечня - интегральных показателей состояния почв.

Фоновый почвенный мониторинг имеет специфические особенности, отличающие его от локального мониторинга (ЛМ). При ЛМ почвы, наиболее подверженные загрязнению, выделяются прежде всего в зависимости от удаленности их от источника загрязнения и от направления преобладающих ветров, т.е. от непочвенных факторов.

Участки наблюдений выбирают в зависимости от этих условий. Для оценки глобального загрязнения основными факторами, определяющими выбор тестовых участков, являются физические и химические свойства почв и их геоморфологическое положения. Тестовыми должны служить почвы, в которых значимое увеличение содержания загрязняющих веществ будет установлено раньше, чем на других почвах обследуемой территории, при равном поступлении этих веществ извне.

Тестовые участки на фоновых территориях выбирают в две стадии. На первой местоположение тестовых участков определяют в зависимости от ландшафтных особенностей района. Вычленяют зоны выноса и зоны аккумуляции (элювиальный, аккумулятивный типы элементы ландшафта). Загрязняющие вещества в растворенном виде и в составе малорастворимых соединений (взвесей и пр.) мигрируют в ландшафте и накапливаются в зонах аккумуляции, поэтому наблюдать достоверные изменения их содержания (состояния), а также изменения физико-химических свойств почв, их биологической активности, на ранних стадиях можно лишь в зонах аккумуляции.

Первый этап по выделению тестовых участков совпадает с рекогносцировочным (базовым) обследованием территории, при котором определяется региональный фон загрязняющих веществ, закономерности изменения их содержания в зависимости от типа почвообразующих пород, рельефа, растительности, типа почвообразования. На данной стадии могут быть выявлены местные геохимические аномалии. Такие территории следует исключить из дальнейшей работы по выделению тестовых участков.

На втором этапе исследований детально изучаются почвы выделенных зон для точного определения расположения выделенных участков.

Содержание загрязняющих веществ в почвах - широко варьирующий показатель: чем уже интервал возможных значений признака, т.е. чем ниже варьирование этого показателя, тем быстрее будет достигнуто значимое превышение исходного содержания элемента и его подвижных соединений в почве. Итак, один из критериев выбора тестовых участков в пределах уже выделенных зон - величина варьирования содержания загрязняющих веществ.

Свойства почв тестовых участков должны быть чувствительными, податливыми к изменению, т.е. такими, чтобы последствия, связанные с загрязнением почв, проявились в первую очередь на них. Для почв элювиальных участков (контрольных) свойства должны быть стабильными. Стабильность и чувствительность характеризуются таким интегральным показателем как потенциальная буферная способность почв по отношению к загрязняющим веществам. ПБС характеризует способность почв поддерживать на данном уровне концентрацию данного элемента. Почвы с низкой ПБС наиболее чувствительны к загрязнению соответствующими контролируемыми элементами и именно они должны быть выбраны почвами основных тестовых участков.

Отбор проб почв

Необходимо корректировать - для фонового и импактного мониторинга

В основе полевых исследований по картографированию уровней загрязненности почвенного покрова тяжелыми металлами лежат три основных параметра:

1. Величина (площадь) элементарного участка, с которого отбирают смешанный образец, отражающий уровень (класс) загрязненности почвы.

2. Количество почвенных проб, необходимое для составления репрезентативного (представительного) смешанного образца.

3. Ключевой участок - наименьшая геоморфологическая единица ландшафта, отражающая генезис и свойства почвы, почвообразующей породы, рельеф, растительность, гидрологию территории.

Особое внимание уделяется выделам сельскохозяйственных угодий (пашня, луг, пастбище), лесам и кустарникам, различно аккумулирующим техногенные выбросы. В пределах ключевого участка выделяют один или несколько элементарных участков. Размер элементарного участка зависит от расстояния от источника загрязнения: чем дальше от него, тем больше площадь участка.

Смешанный образец составляют с пробной площадки в пределах элементарного участка. Размеры пробной площадки при однородном почвенном покрове колеблются от 1 до 5 га, а при неоднородном от 0,5 до 1 га. С каждой площадки отбирается не менее одной объединенной пробы. Количество почвенных проб для составления смешанного образца зависит от варьирования содержания ТМ в составе выпадений и находится в пределах 20-60 точечных проб. Глубина взятия почвенных проб на пашне в среднем равна 0-20 (25 см), на лугах и пастбищах - 0-5 см и 5-20 (25) см. Образцы отбирают буром или лопатой.

При необходимости отбираются точечные пробы по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля. Необходимо также при отборе проб в равной мере захватить рядки и междурядья. В садах пробы отбираются примерно в метре от ствола дерева.

Объединенная проба почвы, взятая с пробной площадки, ссыпается на "крафт" бумагу или полиэтиленовую пленку, тщательно перемешивается, измельчается вручную и разравнивается на бумаге в виде квадрата, делится на четыре части. Две противоположные части отбрасываются, две оставшиеся перемешиваются и разравниваются на бумаге, условно делятся на 6 квадратов, из центра которых берется одинаковое количество почвы. Масса пробы должна быть около 1 кг. Описание проб заносится в полевой журнал; образцы помещают в полиэтиленовые или холщовые мешочки, составляют этикетку на каждую пробу и отправляют в лабораторию.

Наиболее удобное время взятия образцов - весна, до начала сева или осень - после уборки урожая.

Важным условием получения достоверного аналитического материала о степени загрязнения почвенного покрова является строгое соблюдение условий, исключающих возможное загрязнение почвенных проб металлами в процессе взятия проб, высушивания образцов, транспортировки, хранения и подготовки их к анализу. Желательно исключить из употребления лопаты, ножи, буры, изготовленные из высококачественной стали, а также ржавые инструменты.