Почвы: геоэкологическая оценка и менеджмент. Тема 10

1. Тема 10. Почвы: геоэкологическая оценка и менеджмент

Вопросы к семинару:
1. Базовая геоэкологическая оценка почв (ресурсный подход).
1.1 Понятие почвы с экологической точки зрения; основные экологические функции почв;
1.2.Проблема экологического нормирования почв как сложно-организованных распределенных
сред; ресурсный подход к экологической оценке почв.
1.3. Нормативная база для оценки загрязнения почв (в России и за рубежом); ПДК и их
дифференциация в зависимости от качества почвы. Санитарно-гигиенические критерии и
нормативы; агрохимические и физические показатели качества.
1.4. Нормативы ресурсной характеристики почв, принципы расчета. Расчеты запасов веществ с
помощью сплайн-аппроксимации в EXCEL
1.5. АИС для экологической оценки и менеджмента городских почв (ресурсный подход, принципы
работы, структура, модули, примеры работы).
1.3. Экономические аспекты ресурсной оценки почв, рыночная стоимость почвогрунтов и
технологий их ремедиации, проверка экономической эффективности технологий (на
примере фиторемедиации)
2. Почвенные режимы, их экологическое нормирование и мониторинг.
2.1 Водно-воздушный режим
2.2. Солевой, кислотно-щелочной режимы
2.3 Биологическая активность (дыхание)
2.4. Плата за размещение отходов
2.5. Экологическое нормирование воздействия на почвы
Практическое занятие №6: Температуропроводность геосреды и полный
потенциал воды в геосреде.

2.

Базовая геоэкологическая оценка почв
(ресурсный подход).

3.

Что такое почва с экологической точки зрения?
ПОЧВА – верхний, плодородный слой Земли, в
котором усилиями многочисленных поколений
организмов создается, упорядочивается и
непрерывно поддерживается необходимый для
их жизни и воспроизводства запас веществ,
энергии и информации.
Это сложная природная
система, сочетающая в своем
составе взаимодействующие
компоненты окружающей
Среды – твердые частицы,
воду, воздух и живые
организмы.

4.

Для чего нужны почвы?
ПОЧВА – активная среда, выполняющая жизненноважные для города ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ:
ПЛОДОРОДИЕ:
поддержание
роста и развития
зеленых
насаждений
мегаполиса
БИОДЕСТРУКЦИЯ:
разложение и
минерализация
органических
веществ, включая
многочисленные
городские отходы
ГАЗОВАЯ ФУНКЦИЯ:
поддержание состава и
состояния городской
атмосферы,
ее
очистка от загрязняющих
веществ
ГЕОСТАБИЛИЗАЦИЯ:
закрепление земной
поверхности,
предотвращение обвалов,
осыпей, водной и
ветровой эрозии,
техногенных катастроф
ДЕПОНИРОВАНИЕ биофильных веществ и
энергии: почва является природным банком,
финансирующим жизнь на данной территории,
обеспечивая биокруговорот
ОЧИЩЕНИЕ И
АККУМУЛЯЦИЯ ВЛАГИ:
почвы – естественные
фильтры-«барьеры» для
подземных вод, ключей,
рек и иных источников
питьевой воды
ПОГЛОЩЕНИЕ,
ДЕТОКСИКАЦИЯ, РАСПАД
загрязняющих веществ,
опасных для здоровья и
жизни населения:
БИОРАЗНООБРАЗИЕ:
почва
– среда обитания многочисленных
видов организмов, природный банк
генетической информации

5.

ПОЧВА – самое мощное, экологически-чистое
практически безотходное ПРОИЗВОДСТВО жизненноважных компонентов окружающей среды
(растительности, воздуха, воды, земли) в городе. В
природе на поддержание этого производства ежегодно
тратиться 50% «валового дохода» в виде
фотосинтетической растительной продукции и
заключенной в ней энергии
В городе, в сельском хозяйстве
этот природный механизм
поддержания почв разрушен,
поэтому человек должен взять на
себя заботу о воспроизводстве
жизненно-необходимых
почвенных ресурсов. На это и
направлен новый закон г.Москвы
«О городских почвах» 2007г.

6.

РЕСУРСНАЯ ОЦЕНКА И НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ГОРОДСКИХ ПОЧВ
Оцените, какая почва №1 (розовый тренд) или №2 (синий) загрязнена свинцом? По
действующим нормативам в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителя
в единице массы почвы (мг/кг) – почва №1, поскольку для нее превышена ПДК =32 мг/кг.
Однако не торопитесь с ответом. Рассчитаем суммарное количество свинца (запас) в
исследованном 30см слое, используя данные о плотности почвы ( b)и профильном
распределении поллютанта как функции от глубины почвы (С(h)):
Что же в итоге? Оказывается запас, или реальное количество
свинца, которое находится в почве и может вредить растениям в
обоих вариантах получился практически вдвое больше для
«нормативно-чистой» почвы №2. В первом случае – из за
особенностей профильного распределения поллютанта, во втором –
из-за большей плотности вмещающего материала (минеральной
почвы).
30
Запас С(h) b dh
0
МЕТОДОЛОГИЯ:
Ресурсная
оценка
производится в границах конкретного
землепользования (земельного участка
мегаполиса) и включает в первую
очередь
определение
ЗАПАСОВ
почвенного ресурса и заключенных в
нем веществ, условно подразделенных
на
позитивные
(биофильные,
структурные элементы) и негативные
(загрязняющие вещества).
Влияние профильного распределения свинца на
оценку уровня загрязнения почвы
0
10
20
30
40
50
60
0
5
ПДК
Концентрация, мг/кг
10
15
1
20
2
15
2
Запас. г/м
10
25
5
30
0
h, см
35
1
2
Влияние плотности почвенного матерала на оценку
уровня загрязнения свинцом
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
ПДК
5
10
Концентрация, мг/кг
10
Запас. г/м2
15
5
20
25
30
35
0
h, см
1
2
1 - растительный грунт на основе торфа
(плотность 0,4 г/см3)
2-минеральная почва урбанозем (плотность
1,5 г/см3)
Итак, концентрации (ПДК) - хороши для однородных сред (воды, воздуха),
где они репрезентативны во всем объеме. Для почв, как сложноорганизованных анизотропных физических тел, наряду с ними нужны
интегральные показатели в виде ЗАПАСА веществ на единичной
площади исследуемой территории.
Единицы запаса - г/м2. То есть сколько вещества сосредотачивается
в почвенной толще на единице площади. В простейшем случае при
плотности 1г/см3 = 1000 кг/м3 нормативный запас в метровой
толще
в
г/м2
численно
равен
ПДК
в
мг/кг:
норма=ПДКмг/кг*1000кг/м3 *1м= ПДКг/м2.
При этом наиболее жесткие нормативы, оцененные по ПДК,
устанавливаются, для всех почв с низкой буферной способностью
по отношению к загрязнителям (пески, супеси) и для всех почв ряда
функциональных зон с повышенными требованиями к качеству
(жилые, общественные, водоохранные..). Для других объектов
допустимы менее жесткие нормативы, в зависимости от буферных
свойств почвы (дисперсности, уровня органики), оцениваемые по
ОДК, которые согласно действующим федеральным нормам могут в
2-4раза превышать ПДК.

7.

0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
МОСКВА
В
ЦЕЛОМ
0
глубина почвы, см
0
50
св инец
100
150
50
медь
100
150
200
200
Типы
профильных
0
Если в городские
почвы в целом еще не
распределений
50
исчерпали своей
буферности по отношению к
загрязнителей в
100
кадмий
основным
загрязняющим
веществам,
то
цинк
Москве
150 районы Москвы в 40-60% случаев
центральные
(обработка 1300
измерений характеризуются
загрязнением выше
200
измерений по
ПДК
(ОДК)
практически
на
всю
мощность
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
данным ООО
почвенного
профиля до 1м и глубже
0
НИиПИЭГ
50
(Экологические
100
функции
медь
св инец
150
городских почв,
200
2004)
в ероятность прев ышения ПДК (Москв а в целом)
0
0,2
0
0,2
0
50
100
150
200
0,6
0,8
0
1
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0,6
0,8
1
глубина почвы, см
0
0,4
50
100
150
200
в ероятность прев ышения ПДК (ЦАО г. Москв ы)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0
1
0
0
50
50
100
150
кадмий
0,2
0,4
100
150
цинк
ЦАО
г. Москвы

8.

Пороговые значения критериев качества почв некоторых
стран по содержанию тяжелых металлов
Пороговые значения содержания тяжелых металлов в почвах,
мг/кг
Pb
Cd
Cu
Zn
Ni
Cr
Нидерланды:
85
0.8
36
140
35
100
Германия (2 варианта):
50
0.6
40
120
100
1
50
150
40
50
Швейцария
50
0.8
50
200
50
75
Дания:
40
200
100
Финляндия:
60
0.5
100
150
60
100
Чехия:
70
0.4
70
150
60
130
Россия:
32
0.5
33
55
20
Канада:
25
0.5
30
50
20
20
Среднее:
56.9
0.6
67.7
126.9
40.7
82.1
В России одни из самых жестких
требований к качеству почв
В зарубежной практике нормирования
чаще всего используется концепция
критических нагрузок – гибкий
инструмент дифференцированной оценки
риска загрязнения почв. Согласно
общепринятому определению Нильсона и
Гренфелта, «критическая нагрузка – это
количественная оценка уровня
воздействия одного или нескольких
загрязнителей, ниже которого на
современном этапе развития науки не
отмечается значительного вредного
воздействия на определенные
чувствительные элементы окружающей
среды». Концепция критических нагрузок
для тяжелых металлов и органических
веществ основана на положении, что
любая экосистема имеет «буферную
емкость», т.е. ограниченные возможности
ассимиляции загрязняющих веществ без
ущерба нормальному функционированию
флоры и фауны и снижения качества
жизни. Поэтому основным вопросом при
решении проблем критических нагрузок
является определение критериев качества
окружающей среды (Environmental Quality
Objectives). Очевидно, такие критерии
могут различаться как от свойств самих
почв (дисперсность, содержание
органического вещества, поглотительная
способность), так и от принадлежности
почвы к функциональной зоне города с
тем или иным экологическим риском –
здоровью населения, зеленым
насаждениям, сопредельным средам
(грунтовым водам, атмосфере).

9.

ГН 2.1.7.2041-06 ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК)
Нормативно-критериальная
база:
ХИМИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ
В
ПОЧВЕ;
ГН
2.1.7.2042-06
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ
ДОПУСТИМЫЕ
КОНЦЕНТРАЦИИ
(ОДК)
I.
Дифференцированность
по
зонам
и
свойствам
почв
ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ (ВАЛОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ)
1.2. Настоящие нормативы действуют на всей территории Российской
Федерации и устанавливают допустимые концентрации химических веществ в
почвеЗАКОН
разного характера
Есть:
ГОРОДАземлепользования.
МОСКВЫ «О ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОМ
1.3. Нормативы ТЕРРИТОРИИ
распространяются
на почвы
населенных
пунктов, г.
ЗОНИРОВАНИИ
ГОРОДА
МОСКВЫ»
(в ред. Законов
сельскохозяйственных
зон12.02.2003
санитарной
источников
Москвы
от 01.12.1999угодий,
N 41, от
N 5,охраны
от 27.04.2005
N 14) с
водоснабжения, территории курортных зон и отдельных учреждений.
набором
функциональных зон
ПДК , мг/кг
Кадмий
Медь
Мышьяк
Никель
Свинец
Цинк
Ртуть
Cd
Cu
As
Ni
Pb
Zn
Hg
Есть:0,5Утвержденная
на федеральном
виде Гигиенических
33
2
20уровне в 32
55
2,1
нормативов ГН 2.1.7.2041-06 , ГН 2.1.7.2511-09 и др.
ОДК, мг/кг
Градации
Кадмий
Медь
Мышьяк Никель
Свинец
Цинк
Ртуть
Cd
Cu (ПДК)
As И ОРИЕНТИРОВОЧНО
Ni
Pb
Zn
Hg
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ
ДОПУСТИМЫЕ
пески,
0,5
33
2
20
32
55
2,1
(ОДК) КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ
супеси
суглинки,
1,0
66
5
40
65
110
4,2
рН<5,5
сугл,
2,0
132
10
60
130
220
8,4
глины
рН>5,5
ОДК/ПДК
4
5
3
4
4
4
4

10.

Оценка степени химического загрязнения почвы
Содержание в почве (мг/кг)
Zc
Категории
загрязнения
(СанПиН 2.1.7.1287-03)
I класс опасности
II класс опасности
Орг.
соединени
я
Неорг.
соединения
Орг.
соединения
Неорг.
соединения
Чистая
–
от фона
до ПДК
от фона
до ПДК
от фона
до ПДК
от фона
до ПДК
Допустимая
< 16
от 1 до 2
ПДК
от 2 фоновых значений до ПДК
от 1 до 2
ПДК
от 2 фоновых значений до ПДК
Умеренно
опасная
16 - 32
Опасная
32 - 128
от 2 до 5
ПДК
от ПДК
до Kmax
от 2 до 5
ПДК
от ПДК
до Kmax
Чрезвычайно
опасная
> 128
> 5 ПДК
> Kmax
> 5 ПДК
> Kmax
Кmax - максимальное значение допустимого уровня содержания элемента по одному
из четырех показателей вредности. Zc - суммарный показатель загрязнения, расчет
которого проводится в соответствии с методическими указаниями по гигиенической
оценке качества почвы населенных мест.

11.

Степень загрязнения почв тяжелыми металлами (МУ 2.1.7.730-99)
Наименование
Содержание (мг/кг), соответствующее уровню загрязнения
1-й уров.допусти-мый
< ПДК
2-й уров.низкий
3-й уров.средний
4-й уров.высокий
5-й уров.очень
высокий
Химические элементы:
Кадмий
Свинец
Ртуть
Мышьяк
Цинк
Медь
Никель
Суммарный
индекс
(Zc)
Среднее
превышение
ПДК (ОДК)
<2
<65
<2,1
<10
<220
<132
<80
2-3
65-130
2,1-3
10-20
220-450
132-200
80-160
3-5
130-250
3-5
20-30
450-900
200-300
160-240
5-10
250-600
5-10
30-50
900-1800
300-500
240-500
>10
>600
>10
>50
>1800
>500
>500
<8ед.
8-16 ед.
16-32 ед.
32-128 ед.
>128 ед.
1
2
3
6
>6

12.

Суммарный показатель загрязненияZc
180
Зависимость суммарного показателя загрязенения от
числа определяемых индивидуальных показателей
160
Zc
140
чрезв ычайно
опасно
опасно
120
допустимо
100
К=1
80
К=2
К=3
60
К=4
40
К=5
20
К=10
0
0
5
10
15
20
число определяемых показателей загрязнения
25
n
Его расчет осуществляется по формуле
Zc K c (n 1),
i 1
Кс=Сi/Сфi –коэффициент концентрации i-го химического элемента, n
– число учитываемых химических элементов с Кс 1.

13.

РЕСУРСНЫЙ ПОДХОД – МЕТОДОЛОГИЯ
Столь большое «поле» (от 1до 4ПДК) федеральных нормативов
дает возможность создания дифференцированной системы
муниципального уровня в зависимости от:
1) Свойств почв (дисперсности, способности удерживать вещества)
2) Принадлежности почв к той или иной функциональной зоне
(закон «О ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОМ ЗОНИРОВАНИИ ТЕРРИТОРИИ
ГОРОДА МОСКВЫ» (в ред.от 27.04.2005 N 14)
Основная идея: Самые жесткие нормативы (ПДК), независимо от
свойств почвы согласно закону –в жилых зонах (В), городских
общественных зонах- учебно-образовательных (Б2), спортивнорекреационных (Б5), лечебно-оздоровительных (Б6), учебновоспитательных (Б7) и природохранной (водоохранной) санитарной зоне
(А3).
Для других зон производится дифференциация по дисперсности
почв. с использованием ОДК. Если пески, супеси – почвы не способные
удерживать загрязнители – опять самые жесткие требования (ПДК),
если средней дисперсности – ОДК=2ПДК, если глины, перегной, торф –
ОДК=4ПДК, согласно ГН 2.1.7.2042-06

14.

Ресурсная характеристика почв (запасы негативных веществ)
Pb,
2
г/м
Zn,
2
г/м
Cd,
2
г/м
Hg,
2
г/м
As,
2
г/м
Cu,
2
г/м
Ni,
2
г/м
пески, супеси
<50
200-400
<1
<3
<3
<50
легкие, средние суглинки
<170
<2
<6
<8
<100
тяж. суглинки, глины, торф, перегной
<300
<3
<15
<15
<200
пески, супеси
80-160
1-2
3-6
3-6
50-100
легкие, средние суглинки
170-340
2-3
6-12
8-15
100-200
тяж. суглинки, глины, торф, перегной
300-400
3-6
15-30
15-30
200-400
100-150
160-240
<100
<200
50-100
100-200
200-300
400-600
<80
пески, супеси
2-3
6-9
6-9
100-150
легкие, средние суглинки
340-510
3-5
12-18
15-23
200-300
тяж. суглинки, глины, торф, перегной
400-900
6-9
30-45
30-45
400-600
пески, супеси
3-5
9-15
9-15
150-250
легкие, средние суглинки
300-500 510-850
5-8
18-30
23-38
300-500
тяж. суглинки, глины, торф, перегной
600-1000 900-1500
9-15
45-75
45-75
600-1000
150-250
>250
>500
>1000
240-400
пески, супеси
>400
>5
>15
>15
>250
легкие, средние суглинки
>850
>8
>30
>38
>500
тяж. суглинки, глины, торф, перегной
>1500
>15
>75
>75
>1000
<30
<60
<90
30-60
60-120
90-180
60-90
120-180
180-270
90-150
180-300
270-450
>150
>300
>450
Градации,
комментарии
Норма:
почва условно не загрязнена;
биологическая активность не
угнетена; растения развиваются
нормально; нет угрозы здоровью
населения.
Слабая степень загрязнения:
незначительное снижение
биологической активности,
репродуктивной функции и
приживаемости растений; угроза
здоровью населения минимальна
Средняя степень загрязнения:
умеренное снижение
биологической активности
почвы, продуктивности и
иммунитета растений; средняя
угроза здоровью населения
Сильная степень загрязнения:
существенное снижение
биологической активности
почвы, продуктивности и
иммунитета растений; мутации;
сильная угроза здоровью насел.
Очень сильная степень
загрязнения:
мутации и гибель живых
организмов; почва бесплодна и
подлежит незамедлительной
замене и консервации.

15.

Нормативные показатели почвогрунтов, применяемых при озеленении и
рекультивации загрязненных почв в г. Москве. «Правила создания, содержания и
охраны зеленых насаждений г.Москвы» от 27.02.2007 № 121-ПП).
Для создания газонов
Нормативные показатели Для создания
Единица цветников
Норма
Методы контроля
Гранулометрический
состав:
10-35 Пирофосфатный
Пирофосфатный пипетизмерения
показателей
Гранулометрический
%%
10-35
содержание
частиц
< 0.01 мм
состав:
содержание
пипет- методметод
Для
посадки
деревьев
и
кустарников
частиц
0.01 мм
Содержание
орг.<Вещества
%
4-8
ГОСТ 26213-91
Гранулометрический состав:
%
10-35
Пирофосфатный пипетСодержание
орг.
% Н+
15-25 4 -7
ГОСТ 26213-91
Реакциячастиц
среды <
рН0.01
(КСl)
-1оq
ГОСТ 26483-85
содержание
мм
метод
Вещества
Содержание
хлоридов
мг/100
Не более
Содержание
орг. вещества
% г
4-25 7
ГОСТ 26213-91
Реакция среды рН (КСl) -1оq Н+
5-7
ГОСТ 26483-85
Электропроводность
(ЕС)
мСм/см
Не 4.8-7.5
более 1.5
Реакция
среды рН (КСl)
-1оq
Н+
ГОСТ 26483-85
о
25 С
Содержание
хлоридов
мг/100
Не более
7
Содержание
хлоридов
мг/100гг
Не более
7
Содержание элементов
мг/кг
100-200
ГОСТ 26207-91
Электропроводность
(ЕС)
мСм/см
Не
более
1.5
питания:
К2 О
100-500
Электропроводность
мСм/см
Не более
1.5
обменного
калия
мг/кг
Содержание
элементов
мг/кг
100-200
ГОСТ 26207-91
о
(ЕС)
25 С
подвижного
питания: фосфора
КР22ОО5
100-500
обменного
калия
мг/кг
Содержание
т. м.:
мг/кг
ГН 2.1.7.020-94*
Содержание
мг/к
100-25010
ГОСТ 26207-91
подвижного
фосфора
Р О5
Мышьяк
(As)
элементов
питания:
г К2 2мг/кг
О
300-600 2
Кадмий
(Cd)калия
мг/кг
132
Содержание
т.м.:
мг/кг
10
ГН 2.1.7.020-94*
обменного
мг/к
Медь (As)
(Cu)фосфора
мг/кг
22
Мышьяк
подвижного
г Рмг/кг
2О5
Ртуть (Cd)
(Hq)
мг/кг
130
Кадмий
мг/кг
132
Свинец
(Pb)
мг/кгконцентрации
80
Медь
(Cu)
мг/кг
2 (ОДК) тяжелых
* – ориентировочно
допустимые
Никель
(Ni)в суглинистыхмг/кг
мг/кг близких к220
Ртуть
(Hq)
130
металлов
почвах,
нейтральным и
Цинк (Pb)
(Zn)
Свинец
мг/кг (рН >5.5). 80
нейтральных
КСl
Никель (Ni)
мг/кг
220
Цинк
(Zn)

16.

Используя агрохимические нормативы в виде концентраций, получаем по аналогии с
загрязнением ресурсную характеристику почв по запасам позитивных веществ.
Сорг.,
2
кг/м
N,
P,
K,
Сорг – общий органический углерод, N –
2
2
2
минеральный азот, P K, – подвижные формы.
г/м
г/м
г/м
пески, супеси
Критический уровень. Почва неплодородна. Без
<3
<30
<40
<60
постоянного внесения минеральных удобрений
легкие, средние суглинки
нормальное развитие большинства растений
<5
<40
<60
<80
невозможно
тяж. суглинки, глины, перегной
<7
<50
<80
<100
пески, супеси
Почва обладает невысоким уровнем естественного
3-6
30-60
40-80
60-120
плодородия. Для стабильного развития растений
легкие, средние суглинки
нужны минеральные и органические удобрения.
5-8
40-80
60-120
80-160
тяж. суглинки, глины, перегной
граница экологической нормы
7-10
50-100
80-160
100-200
пески, супеси
Почва плодородна. Растения развиваются
6-12
60-120
80-160
120-240
нормально. Рекомендуется периодическое (1 раз в 3
легкие, средние суглинки
8-16
80-160
120-240
160-320 года) внесение компостов (органических удобрений)
для поддержания плодородия
тяж. суглинки, глины, перегной
10-14
100-200
160-320
200-400
пески, супеси
Окультуренная или исходно высоко плодородная
12-18
120-180
160-240
240-360
почва. Обеспечивает стабильную высокую
легкие, средние суглинки
продуктивность
растительности без дополнительных
16-24
160-240
240-360
320-480
мероприятий.
тяж. суглинки, глины, перегной
14-30
200-300
320-480
400-600
пески, супеси
Избыток элементов минерального питания и
>18
>180
>240
>360
органического вещества преимущественно в виде
легкие, средние суглинки
детрита. Возникает опасность засоления,
>24
>240
>360
>480
эвтрофикации
водоемов и избыточной эмиссии
тяж. суглинки, глины, перегной
парниковых газов в атмосферу.
>30
>300
>480
>600

17.

НИОКР: АИС МЕНЕДЖМЕНТА ГОРОДСКИХ ПОЧВ (ПИЛОТНАЯ ВЕРСИЯ)
Автоматизированная информационная система для оценки почвенных ресурсов земельного участка, выявления основных
почвенных проблем и подбора технологий оздоровления - обработки, рекультивации и ремедиации почв из адресной БД
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
глубина почвы, см
0
50
св инец
100
150
50
Группы технологий:
медь
100
А - технологии культивации (обработки почв) и реабилитации
почв ;Б - технологии рекультивации загрязненных почв; В технологии почвенно-ландшафтного конструирования ; Г технологии нормированного техногенного воздействия на
почвы, экоконтроль
Коды технологий (выборочно):
150
200
200
в ероятность прев ышения ПДК (Москв а в целом)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0
1
0
0
50
50
кадмий
100
150
200
200
0,2
0,4
0,6
0,4
100
150
0
0,2
0,8
1
0,8
1
А1-мех обработка почвы; А2- гербокультивация; А3-мульчирование
поверхности почвы, пескование; А4-внесение удобрений; А5-очистка от
мусора и скрининг почвы; А6-дезинфекция (обеззараживание) и
дезинсекция почвы; А8-полив и биостимуляция растворами БАД; А9ирригация и промывка почвы от солей; А10-известкование,
подкисление и гипсование; Б1-локализация и эвакуация радиоактивных
и сильнозагрязненных почвогрунтов 1-3 классов опасности; Б2реплантация почв; Б3-перекрытие (подсыпка чистого грунта);
цинк
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
глубина почвы, см
0
0,6
50
100
св инец
150
50
100
медь
150
200
200
в ероятность прев ышения ПДК (ЦАО г. Москв ы)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0
1
0
0
50
50
100
кадмий
0,2
0,4
0,6
0,8
100
150
150
200
200
цинк
1
Фрагменты интерфейса автоматизированного
модуля для ведения Реестра и паспортизации
городских почв
Интернет-адрес АИС: http://moscow.soil.msu.ru/

18.

Алгоритм автоматизированной оценки качества почв с использованием
численного интегрирования запасов вредных (загрязняющих почву) и
полезных (обеспечивающих плодородие) веществ в почвенном профиле
запас30 запас50 запас100
Cd, г/м2 Cd, г/м2 Cd, г/м2
0,32
0,48
0,82
0,5
1
Сd
1,5
г/м3
глубина, см
кадмий
объемные концентрации
Сплайн
запас 10
Cd г/м3
исходные глубины
расчетные Cd,
глубины
г/м3 Cd, г/м2
1,09
5
0
0,97
0,11
1,22
15
5
1,09
0
0,96
25
10
1,20
0
0,74
45
20
1,12
20
0,66
87,5
30
0,85
40
0,75
40
2
Cd,
г/м
50
0,72
1,5
60
60
0,70
1,0
80
70
0,69
100
0,5
80
0,67
120
0,0
90
0,66
реальность
норма
100
0,65
супесь
норматив
г/м2
недостаток
0
норма (<ПДК)
1
слабый уровень
2,0
средний уровень
3,0
сильный уровень
5,0
очень сильный уровень
>5,0
реальность
0,8 реальность
нет загрязния медью
1,0 норма
неглубокопрофильное
Расчеты в EXCEL

19.

Автоматизированный модуль для ведения Реестра, паспортизации и
подбора технологий воспроизводства городских почвенных ресурсов
(программное обеспечение пилотной версии – С.А. Иванов)
Удаленный
доступ
(специализирован
:
)
ные организации
1
2
БД
технологий:
Входная информация по
почвам земельныхучастков
Входная
информация
:
Функциональный блок
:
(обработка, выдача данных)
Расчетная информация по
почвам земельныхучастков
3
Выходная
информация:
n
Паспорт
почв
Отчеты по
Реестру
БД
Реестра:
Данные для БД
Экомониторинга
Иные отчеты
(выборки)
Свободный доступ: ДПиООС, ГПУ «Экомониторинг», Москомзем, иные
структуры МП
Рис.3.
Принципиальная Блок-схема Автоматизированного модуля
для ведения Реестра, Паспортизации и подбора технологий обработки и
рекультивации почв г. Москвы.
– прямые и обратные связи
между структурными элементами АМ, поставщиками и пользователями информации

20.

Пример автоматизированной ресурсной оценки почв земельного участка «Золотые ключи-2»

21.

- Места
отбора проб по
которым
выявлено
загрязнение

22.

Примеры автоматизированного подбора управленческих решений на
базе АМ для инвентаризации городских почвенных ресурсов (участок
«Золотые ключи-2»)
Заражение патогенными
организмами
Рекультивация
Закисление/
Превентивные меры
защелачивание
Рекультивация
Загрязнение 3,4бензпиреном
Превентивные
меры
Рекультивация
Недостаток элементов
Превентивные меры
питания
Рекультивация
Загрязнение
Превентивные
меры
нефтепродуктами
Рекультивация
Превентивные
меры
Загрязнение
тяжелыми
металлами и мышьяком
Захламление
Рекультивация
поверхности
Превентивные
меры
Рекультивация
Превентивные меры
Коды технологий
А6, Б1, Г1
А3,Коды
А5, А7,
А8, Г2, Г4
технологий
А10
Коды технологий
А1, А2, А8
Б3, Б4, Б5, Б6, Б9, В1, В4,
В6, Г1
технологий
А1, Коды
А2, А4,
А5, В2, Г2, Г4
Ориентрировочная
стоимость (руб.)
51 840
Ориентрировочная
31 104
стоимость (руб.)
112 320
Ориентрировочная
стоимость
33 696(руб.)
1 350 000
Ориентрировочная
54 000
стоимость (руб.)
А3, А4, А7, А11
25 920
Ориентрировочная
Коды технологий
А2, А8, Г4
31 104(руб.)
стоимость
Б3, Б4, Б5, Б6, Б10, В3, В4,
1 350 000
В6, Г1
А1, А2, А4, А5, В2, Г2, Г4 Ориентрировочная
54 000
Коды технологий
стоимость (руб.)
Б1, Б2, Б3, Б7, Б8, Б9, Б10, Ориентрировочная
540 000
Коды
технологий
В1, В3,
В4, В6, Г1
стоимость (руб.)
А1, А2, А5
А8, В2, Г2, Г4
388 64
800800
А3, Г2, Г4
777 600
АИС позволяет не только дать ресурсную оценку качества почвы с выявлением проблем, но и
подобрать оптимальные технологии их решения, а также оценить затраты по участку с учетом

23.

ПОДРОБНЕЕ О ЦЕНЕ ПОЧВЫ И ТЕХНОЛОГИЙ МЕНЕДЖМЕНТА
РЕСУРСНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ позволяет с качественно новых позиций
подойти к проблеме ЭКОНОМИЧЕСКОЙ оценки почв. Традиционно в нашей
стране экономическая оценка осуществляется двумя основными путями
– привязкой стоимости почв к кадастровой стоимости земель в виде
определенной доли и определению стоимости по функциональным
характеристикам почвы, в первую очередь ее плодородию в сравнении с
принятыми эталонами (бонитировка почв). В обоих случаях
используются довольно сложные и часто субъективные процедуры
вычисления баллов, поправочных коэффициентов, а в результате цена
почвы остается очень низкой на фоне стоимости земельного участка
(городские, пригородные условия) или не отражает реальное значение
сельскохозяйственного почвенного ресурса в условиях рыночных
отношений. Вместе с тем именно последние позволяют дать
объективную экономическую оценку почвенным ресурсам. И основная
идея здесь предельно проста. На рынке материалов и технологий есть
периодически меняющаяся, но при этом весьма четкая для каждого
региона цена на почвогрунты определенного качества и на технологии и
работы по рекультивации (ремедиации) земель. Эта цена оперирует
единицей массы или объема почвогрунта, то есть, по сути –
количеством почвенного ресурса.

24.

Например, сколько же стоит почва в г. Москве? Городская земля имеет
хорошо известную всем нам цену, а вот доля почвы от этой цены никем не
определена. Очевидно, традиционные подходы к оценке почв по их
плодородию и доходу с сельхозпродукции для города неприемлемы. Мы
предлагаем самое простое решение – оценка по рыночной стоимости
единицы почвенного ресурса. По новому закону городская почва ограничена
верхним 1м слоем. Значит, на 1м2 площади сосредоточен 1м3 почвенного
ресурса. Рыночная стоимость кубометра сертифицированного
плодородного почвогрунта в Москве сегодня порядка 1000 руб. Значит, на
среднестатистическом земельном участке в 1 га стоимость почвы
составляет минимум 10 млн руб. Минимум, поскольку в реальную
стоимость надо вложить еще услуги по реплантации (замене) почвогрунта
восстановлению зеленых насаждений, экологической экспертизе и тд.
Также с этой стоимостью должны соизмеряться величины расходов на
ремедиайию, рекудбтвацию, воспроизводчтво почвенных ресурсов по
современным технологиям (см результаты АИС)
Итак, владелец (арендатор) земельного участка должен представлять себе
цену сосредоточенного на нем почвенного ресурса и нести обременение в
поддержании экологического состояния этого ресурса в нормативноустановленных рамках. То же по идее и в с/х!

25.

свинец в травах, мг/кг
Ресурсный подход к оценке качества почв позволяет не только дать
адекватную характеристику экологического состояния почвы как
распределенного ресурса, но и подобрать оптимальные технологии
его возобновления – перманентного поддержания в границах
свинца
газонным
травостоем
установленныхПоглощение
в законодательном
порядке
нормативов.
При этом
из почв
г. Москвы
выясняется, что ряд технологий
и приемов
ремедиации на самом
деле
14 не могут быть эффективными, например фиторемедиация. На
рис. приведены данные
по аккумуляции
свинца в травостое зеленых
y
=
0,1206x
1,5648
12
газонов.
Как видно, при2 достаточно высоком уровне загрязнения
= 0,9581
порядка
90-100 мг/кгR
почвы
(втрое больше ПДК), концентрация в
10
травах не превышает в среднем 10мг/кг сухого вещества
8 фитомассы. При обычной для нашей климатической зоне
6продуктивности фитомассы в 200 г/м2 сухого вещества в год
суммарный вынос свинца с урожаем даст величину порядка
4
2мг/м2/год. Запас же поллютанта в 30см корнеобитаемом слое при
3 (1300 кг/м3)
концентрации
100 мг/кг почвы и плотности
1,3
2
свинец
в г/см
почвах,
мг/кг
2
составит величину порядка 40 г/м . То есть чтобы его удалить
0
потребуется
скашивать и увозить фитомассу в течение: 40г/м2 / 2
мг/м
0 2/год 1000
20= 20000лет!!!
40 Даже если
60 увеличить
80 величины
100
поглощения на два порядка (до 1000 мг/кг фитомассы, что
соответствует растениям - гипераккумулянтам), расчетный срок
ремедиации сократится до 200 лет, что все равно не приемлемо.

26.

Экологическая оценка почв – почвенные
режимы, эконормирование

27.

Достаточно ли ресурсной оценки почв
или почему погибли газоны летом в Москве ?
Ресурсная оценка касается лишь одной составляющей–
твердой фазы почвы. Функционирование почвы
обуславливается взаимодействием всех ее
составляющих: твердой, жидкой, газовой и, главное –
живых организмов.
Поэтому наряду с фундаментальной
РЕСУРСНОЙ характеристикой
базовых показателей, в системе
менеджмента городских почв должны
присутствовать критерии,
нормативы и технологии
экологического мониторинга
динамичных свойств почвы,
отражающих текущие РЕЖИМЫ их
функционирования (температурный,
водно-воздушный, солевой, кислотнощелочной, биологической активности
и т.д.).

28.

Некоторые показатели экологического состояния почв и грунтов в
антропогенных экосистемах в связи с проблемой озелененеия (Смагин и др. 2006)
Показатель,
обозначение,
единицы измерения,
метод определения:
Градации:
Песок
1.Гранулометрический
состав.
Метод раскатывания в
шнур
Супесь
Легкий суглинок
Комментарии (влияние на плодородие почв, окружающую
среду, растительность и здоровье человека):
Возможно угнетение роста растений из-за недостатка влаги и
элементов питания
При хорошей структуре – наиболее плодородные и
оптимальные для большинства растений почвы
Средний суглинок
Тяжелый суглинок
Возможно угнетение роста из-за плохой аэрированности и
недоступности влаги и элементов питания
Глина
2. Мощность
биогенного
(гумусированного)
слоя
H,
см.
Буровой метод или
метод прикопок
Пески,
супеси
<7
Суглинк
ии
глины
<10
7-15
15-25
10-20
20-30
>25
>30
Различия в градациях в зависимости от вида почв и грунтов
Недостаточная мощность, растения могут испытывать
недостаток питательных веществ и влаги.
Удовлетворительная мощность. Нетребовательные к питанию
виды развиваются нормально.
Достаточная мощность. Большинство растений развиваются
нормально.
Высокая мощность. Окультуренная или исходно высоко
плодородная почва. Удовлетворяет потребностям культурных
растений и требовательных к питанию видов.

29.

3. Плотность
сложения
(для 0-20см
минерального
слоя),
b,
г/см3.
Буровой
метод
4.
Температура
(метод
программируемых
термодатчико
в)
0,9-1,2 норма
Почва хорошо проводит воду и воздух. Растения чувствуют себя
нормально
1,2-1,4-слабое
уплотнение
Частичное снижение впитываемости влаги и аэрации. Большая
часть растений не реагирует
1,4-1,5 – среднее
уплотнение
Резкое снижение впитываемости и газообмена, усиление
поверхностного стока. Проявляется угнетение роста, развитие
анаэробных процессов.
1,5-1,6 – сильное
уплотнение
Сильное угнетение роста, анаэробиозис, сильные поверхностный
сток и эрозия почвы
>1,6 переуплотнение
Почва полностью непригодна для растений и без рыхления они
обречены на гибель. Почва практически не проводит воду и воздух.
< – 2 очень низкая
температура
–2 - 0- низкая
Почва проморожена, биологическая активность подавлена, возможна
гибель корневых систем и почвенных организмов
Почва проморожена, или содержит незамерзшую влагу с высоким
осмотическим давлением, слабая биологическая активность микрофлоры,
анабиоз растений
0-5 -холодная
Оттепель, оттаивание почвы, прорастание семян и луковиц (злаки,
бобовые, зонтичные, луковичные..), активизация микрофлоры
Прогрев почвы, прорастание теплолюбивых культур, активизация
почвенной фауны.
Достаточная теплообеспеченность почвы, умеренная биологическая
активность и рост растительных культур.
Повышенная теплообеспеченность; активизация испарения и иссушения
почвы, нормальная биологическая активность и рост при достатке влаги.
Высокая температура почвы , возможна засуха и снижение биологической
активности и фотосинтеза.
5-10 - умеренно
холодная
10-15 – умеренно
теплая
15-20 теплая
>20 – высокая
температура

30.

09.28.2004 08:02
09.15.2004 00:02
09.28.2004 08:01
09.15.2004 00:01
09.01.2004 16:01
08.19.2004 08:01
08.06.2004 00:01
07.23.2004 16:01
07.10.2004 08:01
06.27.2004 00:01
06.13.2004 16:01
05.31.2004 08:01
05.18.2004 00:01
05.04.2004 16:01
м-рн Куркино, реплантозем
09.01.2004 16:02
-20
08.19.2004 08:02
08.06.2004 00:02
07.23.2004 16:02
07.10.2004 08:02
06.27.2004 00:02
06.13.2004 16:02
05.31.2004 08:02
05.18.2004 00:02
05.04.2004 16:02
м-рн Куркино, естественная почва
04.21.2004 08:01
почв 5-15см
04.21.2004 08:02
10
04.08.2004 00:01
почв 0-5см
03.25.2004 16:01
20
03.12.2004 08:01
атм
04.08.2004 00:02
02.28.2004 00:01
02.14.2004 16:01
30
03.25.2004 16:02
почв 5-15см
02.01.2004 08:01
t атм, oC
03.12.2004 08:02
почв 0-5см
02.28.2004 00:02
02.14.2004 16:02
02.01.2004 08:02
атм
01.19.2004 00:01
-30
01.05.2004 16:01
-20
01.19.2004 00:02
0
12.23.2003 08:01
40
01.05.2004 16:02
10
12.10.2003 00:01
50
12.23.2003 08:02
20
12.10.2003 00:02
30
11.26.2003 16:01
40
11.26.2003 16:02
Экологический мониторинг температурного режима почвенных объектов в г. Москве
(программируемые датчики «термохрон»)
t почв, оС
0
-10
Промерзание и
угнетение корневых
систем газонных трав
-10
дата
-30
24
19
14
9
4
-1
24
19
14
9
4
-1
Программируемые датчики
температуры
DS1921

31.

5. Степень Пески: Супеси,
торфа:
насыщенност
и почвы
>0,8-0,9 >0,85-0,9
влагой, W/Ws:
Легкие и средние
суглинки:
Тяжелые суглинки и
глины:
Различия в градациях в
зависимости от вида почв и
грунтов
>0,85-0,9
>0,85-0,9
Высокие непродуктивные потери
влаги (сток, испарение), угнетение
роста из-за переувлажнения
0,5-0,85
0,6-0,85
0,3-0,5
0,4-0,6
Норма для растений, но остаются
высокие непродуктивные потери
влаги и часто неблагоприятны
технологические свойства.
Доступная для растений влага при
невысоких непродуктивных потерях
<0,2-0,3
<0,3-0,4
W% - влажность
почвы,
0,2-0,85 0,4-0,85
Ws%-полная
влагоемкость.
Гравиметрия,
диэлькометрия 0,05-0,3 0,15-0,4
<0,05 <0,1-0,15
6.
<2 незасоленные
Электропрово
дность
2-4 очень слабо засоленные
порового
раствора,
Ес,
дСм/м..
Кондуктометр
ический метод
4-8 слабозасоленные
8-16 среднезасоленные
16-32 сильнозасоленные
> 32 очень сильно засоленные
Недоступная влага, гибель
растений
Растения развиваются нормально
Наступает угнетение роста чувствительных к засолению видов
(бобовые, зонтичные, луковичные, розы, плодовые деревья и
кустарники, ягодные, лещина)
Гибель чувствительных видов, угнетение роста и снижение до 50%
продуктивности большинства растений, неблагоприятные
изменения физико-химических свойств почв.
Снижение до 50-70% продуктивности толерантных к
засолению видов (тополь, осина, ольха, райграс, пырей, овсяница),
гибель большинства растений, необратимые изменения структуры
почвы
Гибель практически всех растений, необратимая деградация почвы
и разрушение ее структуры
Бесплодные и безжизненные грунты

32.

До 30% случаев – повышенная плотность - угнетение и
гибель растений (вдоль автодорог, пешеходных троп)

33.

Мониторинг водно-воздушного режима корнеобитаемого слоя почвы под
травяным газоном (Московский зоопарк, 2006-2007, Серебряный бор,
2010)
Вегетационный период
2007 г.
Вегетационный период
2006 г.
избыт
ок
влаги
W/Ws
1.0
норма
0.8
0.6
недостат
ок
влаги
0.4
0.2
0
Март Апрель
1
Май
W/Ws
Июнь
Июль Август Сентябрь
Март Апрель
Май
Водно-воздушный режим поверхностного слоя почвы
(Серебряный бор июль-август 2010)
0,9
Июнь
Июль
Август Сентябрь
недостаток воздуха
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
неорошаемый газон
участок леса (фон)
орошаемый газон
0,2
0,1
недостаток влаги
дата
0
16.07.10 21.07.10 26.07.10 31.07.10 05.08.10 10.08.10 15.08.10 20.08.10 25.08.10 30.08.10 04.09.10
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00

34.

МЕХАНИЗМ гибели газонов при выкашивании в жару:
с удалением надземной фитомассы (травы), перестает
МКАД, июнь 2007:
МКАД, июнь 2007:
работать «верхний концевой двигатель» - транспирация
скошенный
газон
напротив
– некошенный
участок
пара
с листьев,
благодаря которой
вода
и питательные
вещества поступает из почвы в корни. Растение гибнет от
недостатка влаги и пищи
Минская ул, июль
2010:
орошаемый газон
(мечеть)
Минская ул, июль
2010:
муниципальный
газон без полива
(рядом с дорогой)
До 30% случаев и более – неблагоприятный водно-воздушный режимы угнетение и гибель растений. Отсутствие поливов в жару- основная причина
плохой приживаемости посадок в современной Москве в селитебной зоне.
Выгорание газонов в жару – результат бездумного регулярного выкашивания.

35.

У%ЗАСОЛЕНИЕ
Влияние засоления на урожайность
120
ЭЛЕКТРОЛИТАМИ
растительных культур
100
80
60
EC, dCм/м
20
18
16
14
40
Тренд засоления почв
(Al-busaitine,поверхностное орошение,
Министерство Муниципальных дел и Сельского хозяйства
королевства Бахрейн)
1
2
критический
уровень
засоления
12
10
0-25cм
Группировка растений по солеустойчивости (Маас, 1984)
Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4
Чувствительные
Средне чувствительные
Слабо чувствительные
Толерантные
бобовые рис
олива
хлопок
лук
кабачки ананас
бермудская трава
яблоня
морковь кукуруза житняк
пырей
лимон
огурцы
сорго
солянки
калина
вишня
салат
пшеница аспарагус
можжевельник
яблоня редис
тополь
финик
персик
картофельосина
овсяница
аспарагус
слива
виноград ольха
райграсс
пырейтрава
розы
клевер
суданская
ягоды
мятлик
орешник подсолнечник
костер безостый
3
25-50cм
50-100cм
20
8
6
4
2
0
0
0
5
10
15
4
5
До 80-90% случаев вдоль
автомагистралей – засоление
электролитами (противогололедные
дСм/м
средства) – основнаяЕС,
причина
массовой гибели зеленых
насаждений в Москве в 90-е годы.
20
25
30
35

36.

7. Степень
кислотности почвы
(грунта),
рН
Потенциометрическ
ий метод
<4 очень сильно кислые
4-4,5 сильно кислые
Большинство высших растений гибнет. Активное разрушение и вынос
элементов минерального питания (оподзоливание почвы)
Культурные растения угнетены. Оподзоливание.
4,5-5,5 средне кислые
Оптимум для хвойных растений и сопутствующей бореальной группы
напочвенного покрова
5,5-6,5 слабо кислые
Нормальное состояние растений, включая культурные. Сочетание хвойных и
лиственных пород с сопутствующей неморально-бореальной группой
напочвенного покрова
6,5-7,5 нейтральные
7,5-8,5 щелочные
Нормальное состояние растений, включая культурные. Доминирование
лиственных пород и неморальной группы.
Угнетение роста многих видов растений в сочетании с засолением
почвы.
Сильное угнетение и гибель большинства растений, необратимая деградация
структуры, засоление, осолонцевание и осолодение почв.
>8,5 избыточно щелочные
8. Дыхание почвы в
Отсутствие или очень низкое содержание органического вещества почвы
0-2 – очень низкая
стандартизировани (или) угнетение биологической активности загрязняющими
биологическая активность
ных условиях
веществами и электролитами (солями). Почва непригодна для
выращивания растений.
(оптимум
биологической
активности),
Д,
мгО2/кгчас
Инкубационный
метод
Недостаточный уровень плодородия и (или) значительные загрязнение и
2-4 – низкая
засоление почвы. Растительность будет испытывать угнетение.
биологическая активность
4-8– нормальная
биологическая активность
Нормальное функционирование почвы, обеспечивающее
продуктивность растений. Отсутствие или не существенный уровень
загрязнения и засоления.
Наличие в почве свежего органического субстрата, высокая концентрация
ферментов. Растения в хорошем состоянии, однако, почва генерирует
>8 –высокая биологическая
избыточное количество газов, приводя к локальному ухудшению атмосферы.
активность

37.

38.

Влияние влажности и температуры на БИОДЕСТРУКТОРНУЮ,
ГАЗОВУЮ И ПРОТЕКТОРНУЮ ФУНКЦИИИ почв
U, мгС/ кгчас
30
30-35
25-30
20-25
15-20
10-15
5-10
0-5
25
20
15
10
5
12
U, мгС/ кгчас
10
10-12
8-10
8
4
2
0
0,1
0,4
W/Ws
10
5
30
20
t oC
12
10
8
6
4
0,5
W/Ws
0,1
0,7
10
5
30
20
t oC
Торф (100см), Томская обл.
25
U, мгС/ кгчас
10-12
8-10
20
6-8
4-6
2-4
0-2
15
U, мгС/ кгчас
20-25
15-20
0-5
0,1
0,4
W/W s
10 5
30
20
t oC
Торф (100см), Тверская обл.
40
3
20
10
0,3
0,6
10 5
1,5
0,6
0,4
0,5
2
1,5
0,7
10 5
3
2,5
1,5-2
1-1,5
0,5-1
0-0,5
0,5
2
1,5
0,4
0
0,6
30
20
t oC
Серая ле сная (А), Тульская обл.
W /Ws
0,8
10 5
0,5
0,7
10 5
1
0,3
0,5
0,8
10 5
10
5% почвомодификатор
Arid Grow в песке
0
0
1-1,2
0,8-1
35
0,6-0,8
0,4-0,6
0,2-0,4
0-0,2
0,4
0,7
10 5
3,5-4
3-3,5
2,5-3
2-2,5
1,5-2
1-1,5
0,5-1
0-0,5
0,6
0,4
0,6
0,8
1
2
Пыление г/м
Зависимость функции пыления от степени насыщенности
природных почв Подмосковья и урбаноземов влагой
(УОПЭЦ МГУ "Чашниково", 2008)
25
20
U, мгС/ кгчас
W/Ws
0,2
W/Ws
30
15
10
0,3
30
20
t oC
Чернозем типичн.(А), Липец к. обл.
W/Ws
чернозем
обыкновенный
U, мгС/ кгчас
0,5
0
0
20
0-5
30
20
t oC
Дерн.-по дзолист.(А), Моск. обл.
3,5
2,5-3
2-2,5
1
0
5-10
W/Ws
4
U, мгС/ кгчас
40
30
10-15
0,3
30
20
t oC
Аллюв. - болотн.(АТ), Моск. обл.
W/W s
1-1,5
0-0,5
0,5
0,8
0
1,5-2
0,5-1
1
1
0,2
2,5
2-2,5
30
20
t oC
30
20
t oC
Дерн.-по дзолист. (L), Рязанская обл.
0
3
U, мгС/ кгчас
2
10 5
15-20
W/Ws
0,5
0,3
0,8
20-25
1,2
1,5-2
1-1,5
0,5-1
0-0,5
1
30
20
t oC
Серая ле сная (L), Тульская о бл.
W /Ws
10 5
2,5-3
2-2,5
1,5
0
0
0,6
U, мгС/ кгчас
2
30-40
20-30
10-20
0-10
30
U, мгС/ кгчас
20
0,4
30
20
t oC
Торф.-по дзолистая (Т),Моск . обл.
2,5
50-60
40-50
0,4
W/W s
U, мгС/ кгчас
50
0,9
0
0,0
0,7
0,3
25
5
0
0
50
Зависимость поглощения СО от содержания почвенной
влаги
Торф (10см), Тверская обл.
10
5-10
5
W/Ws
15
10-15
10
2
60
0
0,2
0,7
Торф (30см), Томская обл.
2,5
6-8
4-6
2-4
0-2
6
0
60
35 U, мгС/ кгчас
30
30-35
25-30
25
20-25
20
15-20
10-15
15
5-10
10
0-5
5
CO, мкг/кг/час
70
35
10 5
20
30
t oC
Чернозем выщел.(А), Липец к.обл.
W/Ws
5
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0

39.

Портативные
газоанализаторы
ПГА-7 (Россия)
До 30% случаев – низкая биологическая активность почвы, а значит
система фитоценоз-почва неустойчива и не способна быть продуктивной

40.

Для определения координат исследуемых точек применена
система GPS
Это позволит в дальнейшем создавать тематические карты и
картосхемы свойств почвы, модели их пространственновременной динамики с использованием ГИС- технологий

41.

ПЛАТА за размещение отходов на земельных территориях с 2005 г
n
П отх Рi Сдиф i К эколКразм
i
где Потх – годовая ПЛАТА за размещение отходов, Р–масса (объем) отхода, (т/год,
м3/год), Сiдиф –ставка платежа за единицу массы (объема) отхода (руб/т), Кэкол–
экологический коэффициент состояния местности = 1,6. Кразм – коэффициент условий
размещения= 1,0 для временного складирования (на год), 0,3 для размещения на
полигонах и спецплощадках, 5 Кштраф –на непригодных для отходов землях
Нормативы платы за выбросы при сжигании топлива
Класс отхода
Единицы
Норматив/единицу, руб
1 класс – чрезв опасные
т
1739,2
2 класс – высокая опасность
т
745,4
3 класс – умеренно опасные
т
497,0
4 класс – мало опасные
т
248,4
5 класс – практ не опасные
т, (м3)
0,4 (15)
Пример: Типография разместила на своей территории 18,5 м3 отходов в виде
бумажных обрезков (отходы 5 класса). Рассчитать годовую плату. ПЛАТА
=18,5*15*1,6*1,0=444 руб. ИТОГО : 444 РУБ за мусорную кучу ЗА ГОД!
Нормативы меняются мало и действующие в настоящее время дают
немногим большие величины платы за размещение отходов

42.

Методология экологического нормирования воздействий на почву
Воздействие на почву в большинстве случаев можно
представить в виде потока (Q) вещественной или
энергетической субстанции, приводящего к тем или иным
изменениям почвенных свойств и характеристик. В результате
задача экологического нормирования воздействий может быть
сведена к научному обоснованию и законодательному
утверждению критических (допустимых) значений подобных
потоков, выше или ниже которых в течение заданного периода
времени будут гарантированно происходить неблагоприятные
изменения свойств и характеристик почвы (деградация,
загрязнение) с их выходом за рамки допустимых экологических
норм. Подобный подход неоднократно выдвигался в науке о
почвах [Глазовская, 1997, Экологические функции…, 2004,
Зонально-провинциальные…, 2010], и в достаточной мере
реализован в передовых зарубежных странах (концепция
критических нагрузок), однако в российском природоохранном
законодательстве, касающемся почв он до сих пор не
разработан

43.

Методология экологического нормирования воздействий на почву
В качестве фазовой переменной при проведении нормирования с
помощью моделей удобнее всего использовать величину запасов тех
или иных вещественных (энергетических) компонентов почвы. Так, для
проблемы нормирования деградации или загрязнения почвы это будут
величины запасов структурных элементов или поллютантов (ЗП) в
условно-нормативной толще (горизонте) почвы. Тогда простейшая
балансовая модель будет представлена следующим уравнением:
ЗП = приход (нагрузка) – расход = (Qн + Qф – Qд– Qв) Т,
где ЗП, [кг/м2 или Дж/м2] – изменение запасов от первичного
(исходного) уровня до нового состояния через расчетный промежуток
времени Т, Qн, [кг/м2/год или Дж/м2/год ] – поступающий поток
вещества (энергии) в виде антропогенной нагрузки, Qф – аналогичный
фоновый (природный) поток, Qд – деструкция вещества или
утилизация энергии внутри рассматриваемого слоя почвы, Qв – вынос
вещества (энергии) из слоя с нижней и верхней границ, а при наличии
латерального транспорта – также и с боковых. Очевидно, в идеале при
экологическом нормировании следует добиться нулевого баланса
( ЗП=0), что свойственно стабильным природным экосистемам.

44.

0
20
40
7060
80
0
0
0
A
20
40
60
70 80
B
Методология экологического
нормирования
воздействий
на почву
С, кг/м
запасы
гумуса, кг/м
60
60
2
3
0,2
0,2
2
потери гумуса, г/м /год
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0
0
0,4
50
50
В качестве первого
примера
приведем результаты
моделирования
0,6
изменения запасов
органического
вещества 40в основных подтипах
40
0,8
русских черноземов по причине
отрицательного углеродного баланса
30
30
(рис), работе [Смагин, 2011].
Как
видно
ежегодные
потери гумуса не
1
A
B
20
20
превышают Qд
= 30-50
г/м2/год. Это означает,
что достаточно
1,2
обеспечить поток
свежегумусированных
органических
веществ в таком
10
10
1,4
z, м
размере, чтобы остановить процесс агродеградации гумусного
0
0
состояния
величины
два
порядка
ниже,
чем
20
40 в черноземах.
60 10
80
0
20
40
50
100 Подобные
200
400
600
1000
2000 3000 60
4000 на 80
10
50
100
200
400
600 1000
2000
0
время, годы
обычные нормы навоза,
использующиеся в окультуривании почв, и
С, кг/м
0,2
вносить их, 70соответственно,
гораздо легче70 и дешевле. Но это,
D
0,4
C
повторяем, достаточно
стабильный
углерод60 в виде перегноя
–
60
0,6
предварительно
компостированного
органического сырья (навоза,
50
50
пожнивных
остатков 0,8и
т.д.),
что
составляет суть
новых
40
40
почвосберегающих
технологий
для агроэкосистем
[Смагин, 2011].
1
3000
3
0,2
0,4
0,6
0,8
1
C
1,2
1,4
z, м
0 лет
100
целина
пашня
D
30
1,2
30
20
1,4
20
10
0
200
400
600
1000
стационар (итог агродеградации)
2000
10 3000 лет
0
10
50
100почв
200при
400
600 1000 2000
10
50
100
200
400
600
Моделирование агродеградации черноземных
их вовлечение
в 3000 4000
время,
годы
сельскохозяйственное производство. Подтипы черноземов: A – обыкновенные, B –
типичные, C – выщелоченные,
D – оподзоленные
Моделирование
динамики запасов гумуса и темпов его разложения при
агродеградации черноземных почв.
1000
2000 3000

45.

Методология экологического нормирования воздействий на почву
Экологическое нормирование динамики органических загрязнителей с
учетом способности почв к самоочищению от них в первом приближении
можно проводить с помощью простой кинетической модели :
dC/dt = Qн – (k1+k2)C,
где С – запасы поллютанта, Qн – нормируемая нагрузка в виде потока
загрязнителя в почву, k1 и k2 – кинетические константы его биодеструкции и
выноса из почвы с водными, и, возможно воздушными (испарение)
потоками. По всей видимости, величины k1 и k2 зависят от гидротермических
условий, факторов стимуляции микрофлоры, а также глубины (мощности)
нормируемого слоя. Для простоты расчетов мы пренебрежем этими
зависимостями, равно как положим k1 >> k2, то есть не будем учитывать
потенциальный вынос вещества из почвы. Это на самом деле лишь
ужесточит нормирование. Для примера количественной оценки
воспользуемся опытными данными [Липкинд, 2006] по деструкции 3,4бензпирена в почвогрунтах вдоль железнодорожного полотна в обычном
состоянии и после внесения в него биостимулирующих органических
добавок. Величины кинетических констант биодеструкции 3,4-бензпирена
варьировали от 0,02 до 0,7 мес-1. В пересчете на средний период
биологической активности в умеренных климатических условиях порядка 5
месяцев это дает оценку констант k1 от 0,1 год-1 (обычный загрязненный
почвогрунт) до 3,5 год-1 (почвогрунт с внесением биостимулирующих
добавок).

46.

Методология экологического нормирования воздействий на почву
Аналитическое решение модели во времени при указанных выше
допущениях будет выглядеть как :
C(t) = Ср + (С0 – Ср)·ехр(–k1t),
где С0 и Ср = Qн/k1 – начальный и равновесный (стационарный) запас
поллютанта, к которому обязательно придет (релаксирует) почвенная
система по прошествии характерного времени 1/k1. Отсюда, если ставится
условие, чтобы стационарный запас не превышал таковой при ПДК для 3,4бензпирена = 0,02 мг/кг (или соответствующий ПДК запас для 1 м толщи при
плотности 1,5 г/см3 = 0,03 г/м2), допустимая величина нагрузки в обычных
условиях не должна быть выше Qн= Срk1= 0,03 г/м2·0,1 год-1·1000 = 3мг/м2/год.
Если же используется стимуляция биодеструкции 3,4-бензпирена (k1 = 3,5 год1) допустимо увеличение его нагрузки (выпадения на поверхность почвы) до
Qн= 0,03 г/м2·3,5 год-1·1000 = 105 мг/м2/год! Поскольку на равновесное
(стационарное) состояние не влияет начальный уровень содержания
поллютанта, им можно пренебречь. Все равно по прошествии характерного
времени релаксации системы, запас вредного вещества из любого
начального состояния придет к стационарному (рис).

47.

Методология экологического нормирования воздействий на почву
Для городских почв и грунтов, объектов так называемого «закрытого грунта»
(теплиц), характеризующихся определенной ротацией (периодической
заменой, вывозом) при осуществлении хозяйственной, градостроительной
деятельности и рекультивации целесообразно ввести некоторый расчетный
период Т, в рамках которого должно выполняться условие не превышения
предельно допустимого запаса поллютанта для данного уровня
нормируемой нагрузки. Это, естественно позволяет увеличить норматив
нагрузки. Уравнение для расчета норматива легко получить из исходной
модели:
Qн= k1·{ПДК –С0·ехр(–k1T)}/{1–С0·ехр(–k1T)},
Так для примера с 3,4-бензпиреном расчет по данному уравнению
показывает, что если выбрать характерное время, в течение которого
обычный почвогрунт не должен быть загрязненным выше ПДК=0,03 г/м2,
равным 10 лет (T=10), допустимая нагрузка по 3,4-бензпирену может быть
увеличена с 3 до 4,2 мг/м2/год (рис). В отличие от расчетов по стационарному
состоянию, в этом (нестационарном) случае уже возникает зависимость
результатов нормирования от исходного содержания поллютанта в
почвогрунте (С0).

48.

Практическое
занятие
№6

49. Практическое занятие №6: Характеристики теплового поля и режима геосреды; температуропроводность и полный потенциал воды в

геосреде.
1. Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) скалярная интенсивная физическая величина, характеризующая состояние
термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура всех частей
системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то
между её частями, имеющими различную температуру, происходит теплопередача (переход
энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым), приводящая к выравниванию
температур в системе. Интуитивно понятие температура появилось как мера градации наших
ощущений тепла и холода; на бытовом уровне температура воспринимается как параметр,
служащий для количественного описания степени нагретости материального объекта. В
Международной системе единиц (СИ её единицей является кельвин, представляющий собой,
соответственно, одну из семи основных единиц СИ. На практике часто применяют градусы
Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния
льда (0 °C) и температуре кипения (100 °C). Для геоэкологии это удобно, так как большинство
климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном.
Изменение температуры на один градус Цельсия тождественно изменению температуры на
один кельвин. Современные методы измерения на базе программируемых датчиков DS1923
(США).
2. Температуропроводность (коэффициент температуропроводности) - физическая величина,
характеризующая скорость изменения (выравнивания) температуры вещества в неравновесных
тепловых процессах. Численно равна отношению теплопроводности к объёмной теплоёмкости
при постоянном давлении, в системе СИ измеряется в м²/с. = /Сv. Используется для
моделирования процесса переноса теплоты и изменения температуры в геосреде. Зависит от
природы вещества. Жидкости и газы обладают сравнительно малой температуропроводностью.
Металлы, напротив, имеют бо́льший коэффициент температуропроводности.ВСПОМНИМ
ЛЕКЦИЮ ПО ТЕПЛОВОМУ ПОЛЮ ЗЕМЛИ и МОДЕЛЬ ФУРЬЕ ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ТЕПЛА В ОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ

50. Практическое занятие №6: Полный потенциалы жидкой фазы геосреды.

1. Понятие потенциала воды (повторение). Термодинамический потенциал (удельная
энергия Гиббса) влаги в целом – работа, которую надо затратить, чтобы извлечь влагу из
почвы (грунта). Его оценка важна как для геоэкологической характеристики
водоудерживающей способности почвогрунтов и доступности влаги растениям и
микроорганизмам, так и для моделирования переноса тепла, влаги и растворенныхз
веществ в пористой геосреде. Матричный характеризует энергию взаимодействия влаги с
твердофазными компонентами –поверхностью частиц, капиллярами (порами) и
зависимость матричного потенциала от массовой доли влаги (влажности почвогрунта)
носит название основной гидрофизической характеристики (ОГХ) – базового показателя
биогеофизического состояния почв и его динамики (Воронин, 86, Смагин, 2003, 2012). Для
его определения в данном курсе мы использовали метод равновесного
центрифугирования (Смагин, 98, 2012). Полный потенциал в первом приближении
является суммой матричного, гравитационного (силы тяжести) и осмотического (удержания
молекул воды растворенными компонентами при гидратации. В особенности –
легкорастворимыими солями). Для его оценки мы воспользуемся оригинальной
модификацией криоскопического метода с использованием программируемых датчиков
DS1921 или 1923 (Смагин, 2005). Поскольку за стандарт (нулевой потенциал) принят
потенциал чистой воды, а любые взаимодействия понижают ее энергию (связывают воду),
матричный и полный потенциалы являются отрицательными величинами и измеряются в
Дж/кг воды. Для удобства мы будем опускать знак минус, то есть рассматривать потенциал
по модулю.

51. Практическое занятие №6: Температуропроводность и полный потенциал влаги геосреды.

Температурные кривые замерзания (А) и
кинетики охлаждения (Б) образцов
дерново -подзолистой суглинистой
почвы. Пунктир – температура замерзания
почвы.
Расчет потенциала влаги по температуре точки
замерзания (Т) осуществляется согласно
известной в криоскопии линейной
зависимости [Вадюнина, Корчагина, 86]:
=L(Т–Т0)/(T0M), где – искомый
потенциал [Дж/кг], L – скрытая теплота
замерзания воды (6013 Дж/моль), T0 –
температура замерзания чистой воды [К],
M – молярная масса воды (0,018 кг/моль).
Для экспериментального определения величины температуропроводности (æ), согласно методу Кондратьева [Полевые и
лабораторные…,2001], необходимо расположить данные о кинетике охлаждения (нагревания) образца почвы в логарифмических
координатах: ln( T/ T0) от t, где ( T, T0 – разница в температурах образца почвы и термостата (холодильника) в начальный (t0)
и последующие моменты времени (t). Информация о тангенсе угла наклона (tg ) получаемой при этом линейной зависимости
(рис.) позволяет рассчитать искомый коэффициент как [Смагин, 2005]:
æ=tg /{(2,4048/R)2+( /H)2},
где R [см], H [см], – радиус и высота образца почвы, соответственно. Например, из
приводимых на рис. данных по охлаждению образца дерново-подзолистой суглинистой почвы имеем при температуре
холодильника (Тх = –10°С) и начальной температуре почвы Т0= 15°С, T0 = 25°С. По графику охлаждения в координатах
ln( T)/ T0) от t, находим tg =0,11 и 0,08 мин–1= 6,6 и 4,8 час–1. Тогда при параметрах образца R = 1,4 см , H =1,5 см, по формуле
получаем æ = 0,9 и 0,65 см2/час при влажности 7% и концентрации порового раствора 0,5 и 0,05М, соответственно. ДАТЬ
ПРАКТ. ПРИМЕР С ОДНИМ ГРУНТОМ И ДАЛЕЕ – РАСЧЕТ НА ДОМ