Мониторинг загрязнения окружающей среды

В настоящее время наиболее употребимы два основных термина, касающихся оценки качества окружающей природной среды: мониторинг и контроль [7, 21].

Мониторинг – система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного и производственного воздействия. Мониторинг не исключает задачи управления качеством окружающей среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и управление состоянием среды.

Различают довольно много видов мониторинга как по характеру, так и по методам или целям наблюдения. В соответствии с тремя типами (масштабами) загрязнений различают мониторинг глобальный, региональный, импактный; по способам – авиационный, космический, дистанционный; по задачам – аналитический и прогностический.

Глобальный мониторинг предусматривает слежение, за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений.

Региональныймониторинг охватывает отдельные регионы (страны), в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов.

Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ.

Базовый мониторинг – это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются региональные антропогенные воздействия. Для осуществления базового мониторинга используют удалённые от промышленных регионов территории, в том числе биосферные заповедники.

При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, поверхностных вод, климатические изменения на исследуемой территории, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира.

В основе организации систем мониторинга используются общие теоретические и методологические принципы [23].

1. Структурно-организационный принцип – система мониторинга любого уровня, являясь многоуровневой иерархической структурой, должна строиться с учетом взаимодействия с высшими и низшими подсистемами.

2. Функциональный принцип – мониторинг функционирует во времени как взаимосвязанная и взаимообусловленная система цепи постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления.

3. Обучающий принцип – с течением времени в системе работающего мониторинга качество прогнозов и эффективность управления должны закономерно улучшаться, система мониторинга во времени должна непрерывно совершенствоваться и строиться как «самообучающаяся» система.

4. Пространственный принцип – пространственная структура системы пунктов получения информации формируется в зависимости от вида мониторинга и определяется природными геологическими и инженерно-геологическими особенностями территории, типом и особенностями инженерных сооружений на ней, состоянием экосистем.

5. Временной принцип – частота наблюдений и сбора информации во времени в системе мониторинга полностью определяется динамикой наблюдаемых (изучаемых) процессов.

6. Целевой принцип – система любого мониторинга должна строиться с учетом достижения его конечной цели – оптимизации управления, что достигается на базе прогнозных оценок ее развития путем выработки оптимальных управляющих решений и рекомендаций.

К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа. При исследовании окружающей природной среды, в зависимости от специфических характеристик объекта, используются различные приборы и системы мониторинга.

Методы химического и физико-химического анализа позволяют определить качественный и количественный состав загрязняющих веществ в окружающей среде (в воздухе, в почве, в воде). Оценка устойчивости природных экосистем к различным видам загрязнений проводится методом биоиндикации.

Биоиндикация – это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ.

Объектами биоиндикационных исследований могут быть отдельные виды флоры или фауны, а также экосистемы. Например, хвойные породы деревьев чувствительны к радиоактивному загрязнению, а многие представители почвенной фауны – к промышленному загрязнению. Хвойные леса используются для наблюдений в качестве критических экосистем. Анализ наблюдений за такими объектами позволяет выявить экологические нарушения при уровнях загрязнения, не представляющих опасности для населения, проживающего на окружающей территории. Кроме того, проводятся наблюдения за объектами в лабораторных условиях – биотестирование (или токсикологические методы).

Методы контроля, применяемые в почвенном

Мониторинге

Почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях, т. е. почва является своеобразным индикатором не только сиюминутного состояния среды, но и отражает прошлые процессы. Поэтому почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач.

Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.

Кислотность почв оценивается по значению водородного показателя (рН) в водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с помощью рН-метра, иономера или потенциометра. Для растений оптимальным является значение рН, равное 5–7,5. Если кислотность (рН) меньше 5, то прибегают к известкованию почв, при рН более 7,5–8 используют химические средства для снижения рН.

В настоящее время контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач. Изменение количества ор­ганического вещества в почве не только связано с изменением почвенных свойств и их плодородия, но и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

Содержание гумуса определяют по окисляемости органиче­ского вещества. К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромпик) и кипятят. При этом органическое вещество, входящее в состав гумуса, окисляется до СО₂ и Н₂О. Количество израсходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество окислителя, определяют количество органического вещества.

В последнее время применяют анализаторы углерода, в которых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО₂.

Антропогенное засоление почв проявляется при недостаточно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически оно проявляется в увеличении со­держания в почвах и почвенных растворах легкорастворимх солей (это NaCl, Na₂SО₄, MgCl₂, MgSО₄).

Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости. Применяют определение электрической проводимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс контролируется путём определения удельной электрической проводимости водных суспензий с помощью специальных солемеров.

При контроле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы (площадь) загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски и плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязнённой территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязнённости почв можно определить по количеству содержащихся в почве углеводородов, которое определяется методами хроматографии.