Перед осуществлением полевой программы наблюдений за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в природных и сельскохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т.е.:
q определить примерное количество точек отбора почв, которые дадут основной физический материал;
q составить схему их территориального размещения;
q наметить полевые маршруты пли последовательность обработки площадей;
q установить календарные сроки исполнения задания.
Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, геоботанических, геологических, геохимических и др.).
Необходимо собрать следующие сведения об источниках загрязнения почв:
q расположение;
q используемое сырье;
q объем производства;
q отходы),
а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в предполагаемых обследованиях.
Наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в городах и на окружающей территории носят характер экспедиционных работ и поэтому включают в себя все мероприятия по подготовке к ним. Время проведения экспедиционных работ и отбора почв не имеет значения. Однако удобнее сбор материалов проводить в сухое время года, в период уборки урожая основных сельскохозяйственных культур, т.е. летом и в начале осени. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб производится независимо от времени экспедиционных работ. Повторные наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами ранее обследованных территорий осуществляются через 5 – 10 лет.
При выборе участков наблюдения на территориях, используемых сельским хозяйством, исходным рабочим документом служит топографическая основа определенного масштаба (обычно 1:10 000). Контуры (схема) города (рабочего поселка) или промышленного комплекса размещаются, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометрического центра (города, промышленного комплекса, завода и т.д.) с помощью циркуля наносятся окружности на следующих расстояниях: 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2; 3; 4; 5, 8; 10, 20; 30; 50 км, т.е. обозначается зона возможного загрязнения почв тяжелыми металлами.
Протяженность зоны загрязнения почв определяется скоростью и частотой ветров данного румба (розой ветров), характером выбросов в атмосферу (плотностью вещества, дисперсностью частиц), высотой труб, рельефом территории, растительностью и т.д.
На подготовленный таким образом план местности наносятся контуры многолетней розы ветров по 8 – 16 румбам. Самый большой вектор, соответствующий наибольшей повторяемости ветров, откладывается в подветренную сторону; его длина составляет 25 – 30 см, т.е. 25 – 30 км. Таким образом, в контур, образованный розой ветров, схематически включается территория наибольшей загрязненности тяжелыми металлами (рис. 13.1). В направлении радиусов строятся секторы шириной 200 – 300 м вблизи источников загрязнения с постепенным расширением до 1 – 3 км; в местах пересечения осей секторов с окружностями располагаются ключевые участки, на них располагают сеть опорных разрезов, пункты и площадки взятия проб /1/.
Под ключевым участком понимается участок (1 – 10 га и более), характеризующий типичные, постоянно повторяющиеся в данном районе сочетания почвенных условий и условий рельефа, растительности и других компонентов физико-географической среды. Основную долю ключевых участков следует располагать в направлении двух экстремальных лучей (румбов) розы ветров.
При нечетко выраженной розе ветров участки должны характеризовать территорию равномерно в направлении всех румбов розы ветров. Если есть основание полагать, что миграция тяжелых металлов связана с водными потоками, то направление лучей нужно согласовывать с вектором водной миграции. Общее количество участков должно быть равно 15 – 20.
Чтобы лучше понять взаимосвязь между качеством почв, природными и хозяйственными условиями района, проводится предварительное рекогносцировочное обследование местности. Во время рекогносцировки проверяются и закрепляются почерпнутые из литературы или других источников сведения, формируются личные воззрения и закрепляются в памяти многие важные особенности объекта предстоящих обследований. Рекогносцировочные обследования проводятся маршрутным путем более или менее подробно в зависимости от природной сложности территории, степени ее изученности, площади и масштаба обследований.
При детальных обследованиях загрязнения почв вокруг единичного источника загрязнения достаточно один – два раза пересечь участок (рис. 13.2, а). При больших площадях (обследование сельскохозяйственных полей, местности вокруг городов и т.д.) рекогносцировочное обследование требует значительных усилий и времени. Чтобы охватить маршрутами местность, ее пересекают по главным орографическим элементам (рис. 13.2, б) /1/.
В результате рекогносцировки выявляются:
q основные ландшафтные особенности территории;
q общие закономерности пространственных изменений почвенного покрова;
q главные формы почвообразования и др.
Параллельно идет ознакомление с:
q местным фондовым материалом;
q сведениями о климате и микроклимате;
q погодными условиями последних лет;
q заболеваниями людей, причина которых – повышенное содержание тяжелых металлов в экосистеме.
Некоторая затрата рабочего времени на рекогносцировочное обследование территории до начала основных работ, как правило, окупается экономией сил и времени в последующем проведении полевых работ.
При оценке степени загрязнения территории тяжелыми металлами ввиду чрезвычайно большой трудоемкости и стоимости не всегда применяется сплошная съемка загрязненных почв. Целесообразнее и экономичнее прослеживать пути воздушного и водного загрязнения почв, анализируя объединенные образцы из верхних слоев почв с площадок. Более детальное исследование нужно проводить на ключевых участках, расположенных в секторах-радиусах вдоль преобладающих воздушных потоков.
Изучение процессов загрязнения почв на ключевых участках проводится более детально, чем на остальной территории; оно довольно трудоемко и требует много времени. Ключевые участки размещают на обследуемой территории так, чтобы они характеризовали все возможные ландшафтно-геохимические условия, разнообразие генезиса, состава и сочетания почв, типичные биоценозы и, конечно, фоновые и техногенные участки.
При наблюдениях за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами большое значение имеет сравнение изменений, происходящих по мере увеличения или уменьшения влияния того или иного фактора, и вызванных этими изменениями закономерных смен степени загрязнения почв различными ингредиентами в пространстве. Наиболее четко эти закономерности можно выявить на почвенно-геоморфологических профилях, секущих всю территорию вдоль преобладающих направлений ветра, что является исключительно ценным методом познания сопряженных связей между распределением загрязняющих веществ в почвах и средой.
Под почвенно-геоморфологическим профилем следует понимать заранее выбранную узкую, стремящуюся к линии полосу земной поверхности, на которой установлена корреляция степени загрязнения почв с одним или несколькими экологическими факторами (рис. 13.3).
Почвенно-геоморфологические профили закладываются по векторам розы ветров. Профили не могут полностью заменить ключевые участки, особенно в тех случаях, когда изменение степени загрязнения почв обусловлено характером микрорельефа, связь которого с загрязнением почв наиболее наглядно проявляется на большой территории. Следовательно, почвенно-геоморфологические профили и ключевые участки должны дополнять друг друга.
Достоверно установлено, что техногенные выбросы, загрязняющие почвенный покров через атмосферу, сосредоточиваются в поверхностных слоях почвы. Тяжелые металлы сорбируются, как правило, в первых 2 – 5 см от поверхности. Загрязнение нижних горизонтов происходит в результате обработки почвы (вспашки, культивации, боронования), а также вследствие диффузионного и конвективного переноса через трещины, ходы почвенных животных и растений. Поэтому наиболее четкая картина загрязненности почвенного покрова тяжелыми металлами может быть получена при отборе проб почв с глубины 0 – 10 и 0 – 20 см на пашне и с глубины 0 – 2,5; 2,5 – 5,0; 5 – 10; 10 – 20; 20 – 40 см на целине или старой залежи.
Объединенная проба составляется, как правило, методом конверта. Все дальнейшие операции с первичной обработкой почв аналогичны операциям, осуществляемым при контроле за загрязнением почв пестицидами.
После отбора проба почвы направляется на анализ в лабораторию. К каждой пробе прилагается талон, содержащий основные необходимые сведения о самой почве и условиях ее отбора.
В сопроводительном талоне указывается:
q порядковый номер образца;
q число;
q месяц и год отбора;
q либо фактическое название, либо номер или условное обозначение пункта наблюдения, расшифрованное в рабочем журнале.
При наблюдениях за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в сопроводительном талоне указываются:
q расстояние от источника загрязнения или внешней границы города, а также направление от источника загрязнения – азимуты по 16 направлениям (север, северо-северо-восток, северо-восток и т.д.);
q показатели рельефа местности:
ü крутизна склонов;
ü их экспозиция (северная, восточная, южная и западная);
ü часть склона (верхняя, средняя или нижняя треть);
ü основные точки и линии рельефа территории, на которой закладывается площадка;
ü вершины, котловины, водоразделы, поймы;
q глубина залегания грунтовых вод, определяемая по глубине колодцев (открытых и артезианских);
q сельскохозяйственная культура (настоящая и предшествующая) или естественная растительность и их состояние (удовлетворительное, хорошее, неудовлетворительное);
q состояние поверхности почвы:
ü наличие или отсутствие микроповышений или микропонижений, борозд, кочек;
ü отмечается качество обработки почвы.
Пробы почв и сопроводительные талоны к ним сохраняются в лаборатории в течение полутора – двух лет.
В целях установления интенсивности поступления тяжелых металлов в почву ежегодно проводится отбор проб снега. Объединенный образец снега с площади 1 га составляется из 20 – 40 точечных проб. Пробы снега следует брать ранней весной до начала подснежного стока талой воды.
В городах естественная почва, как правило, заменена насыпными сильно перекопанными грунтами. Насыпной слой может представлять собой вынутую при строительстве пустую породу и привезенный грунт или дерн, который укладывают на газоны.
Программа наблюдений за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в городах должна учитывать:
q планировку населенного пункта;
q гипсометрию местности;
q высоту построек;
q густоту расположения построек;
q влияние всего этого на направление потоков воздуха;
q распределение атмосферных осадков и ливневого стока;
q долю участия в загрязнении территории города автотранспорта и местных промышленных предприятий и предприятий энергетики.
Помимо этого, в городах неизбежно бытовое (локальное) загрязнение и наличие неорганизованных старых и современных свалок, сжигание мусора. В этих условиях отбор почв приходится производить:
q на газонах;
q в садах;
q в парках;
q в скверах;
q во дворах.
Содержание тяжелых металлов в отобранных пробах, как правило, имеет высокую дисперсию.
В связи с этим отбор проб почв в городских условиях следует производить по сетке квадратов такого масштаба, который обеспечил бы частоту отбора проб почв не менее 5 – 6 образцов на 100 га. Такая частота проб почв обеспечивает получение данных для составления карт загрязненности почв на территории городов. Отбор проб осуществляется методом конверта со стороной 5 – 10 м с глубины 20 см.