Качественные и количественные показатели свойств городских почв, диагностирующие их состояние

Достоверно оценить экологические показатели почвенного покрова позволяют качественные и количественные составляющие, включающие в себя уровень его деградации, санитарно-эпидемиологическое состояние почвы при ее загрязнении. Из общего перечня почвенных показателей выбираются, наиболееинформативные и диагностические, а также простые и отработанные.

Морфологические показатели указывают на тип почвы, нарушенность его профиля и захламленность поверхности, уменьшение мощности прогумусной или или органогенной толщи, а также на возможность проникновения корней растений.

Типоваяринадлежностьи мощностьпрогумусированнойилиорганогеннойтолщиустанавливается в полевых условиях.

Мощности прогумусированной или органогенной толщи изменяется в результате дегумификации, истощения органического профиля, нарушения плодородного слоя. Мощность гумусового горизонта может колебаться от 3 до 20 см в центральной и до 100 см в периферийных частях города.

При характеристике морфологии почв выделяют следующие градации:

1 – не наблюдается нарушений почвенного профиля, и почва способна выполнять все экологические функции, при этом ее продуктивность не снижена;

2 – уменьшается мощность гумусового горизонта, и запасы гумуса в них достигают 25 %;

3 – уменьшается мощность гумусового горизонта и запасы гумуса в них на 50 %;

4 – уменьшается мощность гумусового горизонта и запасы гумуса в них на 75 %, это ведет к снижению продуктивности и ухудшению водно-физических свойств почв;

5 – полное разрушение плодородного слоя.

Каменистостьвслое0,5м. К снижению в городских почвах запасов влаги и питательных веществ, а также уменьшению ее плодородия приводит наличие большого количества щебнисто-каменистого материала, что также уменьшает «полезный» объем почвы. Щебнисто-каменистая часть почвы практически не обладает водоудерживающей способностью.

При характеристике каменистости почв выделяют следующие градации:

- некаменистая – включения камней < 10 %;

- слабокаменистая – включения камней 10 – 25 %;

- среднекаменистая – включения камней 25 – 50 %;

- сильнокаменистая – включения камней > 50 %.

Захламленностьповерхностипочвы, %. Важный показатель перекрытости поверхности почвы абиотическими наносами, в том числе токсичными.

Захламление – это поступление строительных, производственных и бытовых отходов на поверхность почвы, что может приводить к сокращению полезной площади городских земель и уменьшению плодородия оставшейся незахламленной части поверхности. Захламленная поверхность почвы практически не обладает плодородием и непродуктивна. Важнейшим показателем является химический состав материала. Если он токсичен, то возможно химическое загрязнение всей экосистемы.

 Выделяют следующие основные градации при характеристике захламленности поверхности почв:

- незахламлена – при площади захламленных участков менее 10 %, токсичные вещества в почве отсутствуют;

- слабо захламлена – при захламлении 10 – 25 % площади территории, токсичные вещества в почве отсутствуют;

- средне захламлена – захламлено 25 – 50 % площади территории, токсичные вещества в почве отсутствуют;

- сильно захламлена – захламлено 50 – 75 % площади или захламлена любая часть поверхности, при этом в хламе присутствуют токсичные вещества, которые могут попасть в различные компоненты окружающейсреды,  токсичные вещества отсутствуют;

- очень захламлена – при захламлении 100 % территории, присутствуют токсичные вещества.

Физические показатели указывают на изменение физических и водно-физических свойств почвы.

Плотностьсложения характеризует способность почвы,при одновременном достаточном содержании воздуха, накапливать значительные запасы доступной влаги для растений. Почвы хорошо оструктуренные, достаточно рыхлые, обладают значительной пористостью и низкой величиной плотности сложения. Увеличение показателя уплотнения почвы может привести к угнетению роста и развития или гибели растений. Плотность сложения почвы, или удельный вес скелета почвы, во многом зависит от содержания в ней гумуса, сложения почвы, механического состава и структурности. Этот показатель оказывает огромное влияние на газообмен в почвах и поглощение ими влаги, а также на микробиологические процессы, рост и развитие корневой системы растений.Для основной массы культурных растений наиболее приемлемая плотность пахотного горизонта составляет – 1,0 – 1,2 г/см³. У городских почв она, как правило, выше 1,4 – 1,6 г/см³. Данная величина является очень важной характеристикой окультуренности почвы.

Переуплотнение корнеобитаемого слоя – это основной процесс физической деградации почв. Он ведет к увеличению  плотности сложения верхней части почвы. Как правило, поверхностный слой почвы в городах сильно переуплотнен.

 Выделяют следующие градации, при характеристике переуплотнения почв:

- нормальная плотность сложения – от 1,0 до 1,2 г/см³;

- слабоуплотненная почва – от 1,2 до 1,4 г/см³;

- среднеуплотненная почва – от 1,4 до 1,5 г/см³;

- сильно-уплотненная почва – от 1,5 до 1,6 г/см³;

- переуплотненная почва – более 1,6 г/см³.

Гранулометрическийсостав – этот экологический показатель, определяет плодородие почвы, ее водоудерживающую и фильтрационную способности.Почвысодержащие большое количество линистых частиц бладают ярко выраженной сорбционной способностью и в них, как правило, больше содержится элементов питания.Легкие почвы (пески и супеси) быстрее прогреваются солнцем и оттаивают весной. Данные свойства имеют прямую связь с содержанием гумуса, экологическими функциями почвы (сорбционными, продукционными, водно-воздушными и т. д.), микробиологическими свойствами (легкие почвы всегда содержат меньше микроорганизмов, в том числе и патогенных, они химически более чистые). Гранулометрический состав измеряется через содержание физической глины (частиц <0,01 мм), в %.

Городские почвы, по содержанию в нихфизической глины, можно сгруппировать следующим образом:

- рыхлопесчаные – 0 – 5 %;

- связнопесчаные – 5 – 10 %;

- супесчаные – 10 – 20 %;

- легкосуглинистые – 20 – 30 %;

- среднесуглинистые – 30 – 40 %;

- тяжелосуглинистые – 40 – 50 %;

- легкоглинистые – 50 – 60 %;

- средне- и тяжелоглинистые – более 65 %.

Химическиеифизико-химические показатели характеризуют ухудшение химических свойств почв, а именно: загрязнение токсикантами, изменение показателя рН и истощение запасов питательных элементов.

Содержаниегумуса. Изменение данной величины может свидетельствовать о снижении плодородия и качества почвы. Значительное содержание гумуса в почве делает ее структурной, улучшает ее воздухообмен и водно-физические свойства, способствует накоплению биогенных питательных элементов. Все выше перечисленные показатели повышают плодородие почв и способствуют росту и развитию на ней зеленых насаждений. Содержание гумуса в городских почвах может изменяться от 2 % до 5 %. Плодороднымиможно считають почвы, которые содержат в органогенном горизонте не менее 4 % гумуса, определяемого по ГОСТ 26213-91.

Можно выделить следующие градации, при характеристике гумусированности почв:

- норма для данных почв;

- среднеобеспеченные – при снижении запасов гумуса на 25 %;

- слабообеспеченные – снижение запасов гумуса на 50 %;

- очень слабообеспеченные – содержание гумуса снижено на 75 %;

- потеря почвой плодородия и гумуса – это полная дегумификация почвы.

ВеличинарНжидкойфазыпочвы. Для большинства городских почв наблюдается смещение реакции среды рН в сторону защелачивания, что не свойственно зональным почвам вне городских территорий.

Подкисление и подщелачивание почв – это процесс изменения кислотно-щелочной реакции почвы, приводящий к нарушению основных почвенно-геохимических процессов, ведущих к снижению устойчивости экосистем и гибели растительности. Очень кислые или щелочные почвы обладают плохими физическими свойствами и бедны питательными веществами. Они неблагоприятны для большинства растений и микроорганизмов, органическое вещество в них не закрепляется. В городских условиях,в результате применения противогололедных средств, а также попадания строительной пыли, содержащей повышенные количества карбоната кальция, почвы, как правило, подвергаются подщелачиванию.

При характеристике кислотно-щелочного режима почв выделяют следующие градации:

- рН_Н2О 6,5 – 7,0 – плодородные и пригодные;

- рН_Н2О 7,0 – 7,5 – потенциально плодородные;

- рН_Н2О 7,5 – 8,0 – слаботоксичные и малопригодные;

- рН_Н2О 8,0 – 8,5 – среднепригодные и среднетоксичные;

- рН_Н2О> 8,5 – сильнотоксичныеи непригодные по химическим свойствам.

Содержаниетоксичныхвеществитяжелыхметаллов.Попадание загрязняющих веществ в городские экосистемы при внутригородских штатных и аварийных выбросах, сбросах, навалах и глобальных массопереносах приводит к загрязнению поверхности почв, внутри почвенного профиля и почвенно-геохимического ландшафта сильнодействующими ядовитыми и радиоактивными веществами, пестицидами, органическими и неорганическими токсикантами.

Почвы города могут содержать большое количество токсичных веществ, в результате большого количества выбросов в городскую среду, которые накапливаются на поверхности почвы, где происходит их постепенная аккумуляция. Это приводит  к изменению ее химических и физико-химических свойств.

При поступлении выбросов в атмосферу, сбросах жидких и твердых отходов промышленных предприятий, на участках находящихся в зоне их влияния, горизонтальная структура городских ландшафтов слабо нарушается, а растительный и животный мир, почвенный покров и продуктивность экосистем меняется кардинально.

 От расположения источников загрязнения, метеорологических особенностей, геохимических факторов среды и форм рельефа территории зависит распределение загрязнителей по поверхности почв.

Степень процесса загрязнения почв определяется как отношение содержания загрязняющего вещества к его величине ПДК или другой нормативной величине. При максимальном химическом загрязнении почва теряет способность к биологическому самоочищению, снижается ее продуктивность, изменяется состав, структура и численность микрофлоры и мезофауны.

Требования к почвам населенных мест определяются в зависимости от приоритетности компонентов загрязнения в соответствии со списком ПДК (ОДК) химических веществ в почве (Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве. Утв. МЗ СССР № 6229-91; Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94 (Дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91) и их классом опасности, установленным согласно ГОСТ 17.4.1.02-83. Значения ОДК для некоторых веществ приведены в таблице 2.5. ПДК для 3,4-бенз(а)пирена и ртути в почве составляют соответственно 0,02 и 2,1 мг/кг, допустимый уровень содержания нефтепродуктов – 300 мг/кг.

Таблица 2.5 – Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах(по гигиеническим нормативам ГН 2.1.7.020-94)

В соответствии с таблицей 2.6 можно установитьклассы опасности некоторых химических загрязняющих веществ.

Таблица 2.6 – Классы опасности химических загрязняющих веществ

На всех стадиях проектирования и строительства осуществляется контроль качества почв по химическим показателям 

От стадии проектирования и строительства зависит полнота и объем исследований

На этапе выполнения проектных работ и выбора земельного участка, а также строительства и приемки объекта в эксплуатацию, контроль осуществляется с использованием стандартного перечня показателей, который включает в себя определение:

- содержания тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, меди, никеля, мышьяка, ртути;

- 3,4-бенз(а) пирена и нефтепродуктов;

- рН (водной вытяжки и KCl);

- суммарного показателя загрязнения Z_c, определяемого по формуле 2.1:

     (2.1)

гдеК_с– коэффициент концентрации i-го химического элемента (определяется по формуле 2.2);

n– число учитываемых химических элементов с К_с> 1.

                                                    (2.2)

гдеC_i– фактическое содержание i-го химического элемента в почвах и грунтах, мг/кг;

С_фi– фоновое содержание i-го химического элемента в почвах, мг/кг;

При учете санитарно-эпидемиологической ситуации и хозяйственного освоения территории стандартный перечень может быть расширен.

В качестве фоновых принимаются содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвахв соответствии с СП 11-102-97.

В соответствии СанПиН2.1.7.1287-03 проводиться оценка уровня химического загрязнения почвы (см. таблицы 2.3, 2.5, 2.6).

С целью определения степени безопасности почв для человека оценивается ее санитарно-эпидемиологическое состояние.

Степень эпидемической опасности почвы оценивается в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03.

Почвы населенных мест,по степени опасности в эпидемиологическом отношении, могут быть разделены на следующие категории: чистая, умеренно опасная, опасная, чрезвычайно опасная (см. таблицу2.7).

Градостроительные показатели указывают на снижение общегородских биосферных и экологических функций почв.

Увеличениезапечатанностипочвенногопокроваиснижениеозелененноститерритории. Норматива для определения стандарта запечатанности в настоящее время не разработано, он определяется по степени озелененности в м² на 1 человека с учетом категории земель. Ориентировочной оптимальной величиной принято считать 20 – 24 м² озелененной площади на 1 жителя. Может быть принята следующая характеристика степени озелененности:

- норма – > 20 – 24 м²/чел.;

- незначительно ниже нормы – 16 – 20 м²/чел.;

- ниже нормы – 12 – 16 м²/чел.;

- существенно ниже нормы – 8 – 12 м²/чел.;

- практически не озеленена – 4 – 8 м²/чел.;

- озеленение отсутствует – озелененность менее 4 м²/чел.

Таблица 2.7 – Оценка степени эпидемической опасности почвы^*

Оценка качества почвы

С целью определения качества и степени безопасности для человека, а также разработки мероприятий (рекомендаций) по снижению химических и биологических загрязнений, проводится гигиеническая оценка качества почв (см. таблицы 2.3 и В.1 приложения В).

С учетом следующих показателей проводится выбор площадок для строительства объектов:

- физико-химические свойства почв, механический состав, содержание органического вещества, кислотность и т. д.;

- природно-климатические характеристики (роза ветров, количество осадков, температурный режим района);

- ландшафтная, геологическая и гидрологическая характеристики почв;

- их хозяйственное использование.

 Выявляются потенциальные источники загрязнения почв, устанавливаются границы территории обследования по площади и глубине и определяются схемы отбора проб почв при их санитарно-эпидемиологической оценке.

Объем исследований и перечень загрязняющих веществ определяется аккредитованными организациями по согласованию с органами и учреждениями, осуществляющими государственный санитарно-эпидемиологический надзор в зависимости от характера загрязнения почв, последующего функционального использования этих земель, стадии проектирования. В зависимости от этого, санитарно-эпидемиологический контроль включает использование стандартного или расширенного перечня показателей исследований.

На стадии предпроектной документации (обоснование инвестиций, градостроительного обоснования и др.) обследование почв проводится для предварительной оценки санитарно-эпидемиологического состояния территории проектируемого строительства с использованием стандартного перечня показателей с учетом современного и перспективного использования территории. При предварительном обследовании территории отбор проб почв проводится по сетке: 50 х 100 или 100 х 100 м.

По стандартной схеме по химическим, микробиологическим и паразитологическим показателям, обследование территории проводитсяна стадии выбора земельного участка и разработки проектной документации.

Отбор проб проводится послойно из инженерно-геологических скважин. Глубина исследования зависит от существующего и перспективного использования территории. При необходимости количество исследуемых скважин может быть увеличено. Увеличение перечня показателей исследований применяется на местах свалок прышленных прдприятий, полей аэрации и фильтрации, автозаправочных станций и др.

Газохимические исследования необходимо проводить на территориях, содержащих органосодержащие отходы (твердые бытовые отходы, осадки сточных вод, отходы птицеводческих, животноводческих комплексов, торфяные засыпанные реки).

Полный объемисследования почв, по химическим показателям, проводятсяна стадии выполнения строительных работ.

Отбор проб почв проводится послойно на глубинах: 0,1 – 0,2; 0,2 – 1,0; 1,0 – 2,0 м от поверхности земли и далее не реже, чем через 1 м, в зависимости от глубины заложения фундамента здания или прокладки инженерных коммуникаций, гидрогеологических условий, интенсивности загрязнения и т. д.

 После завершения строительства, на территории жилой застройки, проводится комплекс химических (включая 3,4-бенз(а)пирен, нефтепродукты), санитарно-микробиологических и санитарно-парази-тологических исследований.

Отбор проб почв проводится с поверхности.

Представляются следующие материалы, в органы и учреждения, осуществляющие государственный санитарно-эпидемиологический надзор,для выдачи заключения о соответствии почв санитарно-эпидемиологическим требованиям:

1. Характеристика района, пункта, площадки (трассы) для строительства при этом учитываются аэроклиматические данные, рельеф местности, закономерности распространения промышленных выбросов в атмосфере.

2. Сведения о качественном и количественном составе выбросов от промышленных предприятий (в зоне влияния 10 – 40 высот трубы), автотранспорта, размерах и режиме санитарно-защитных зон предприятий и ожидаемого (прогнозируемого) загрязнения атмосферы.

3. Сведения о возможности загрязнения площадок строительства бытовыми или промышленными отходами, свалочными грунтами; информация о биологических и химических захоронениях.

4. Перечень приоритетных химических веществ от потенциальных источников загрязнения с указанием класса их опасности согласно государственному стандарту, расчетным и лабораторным данным.

5. Мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения и рекультивацию нарушенных и загрязненных земель.

6. Графический материал, который включает в себя:

- ситуационный план (М 1: 2000) где указываются действующие и намеченные к строительству промышленные объекты. А также границы их санитарно-защитных зон, существующие и перспективные объекты жилищно-гражданского строительства;

- карта-схема площадки намечаемого к строительству объекта с нанесением точек отбора проб (М 1:500);

- карта-схема площадки с указанием участков повышенного загрязнения (по площади и глубине).

Органы и учреждения, осуществляющие государственной санитарно-эпидемиологический надзор, выдают заключение о соответствии состояния почв санитарно-эпидемиологическим нормам и правилам,по представленным материалам.

 При наличии в заключение замечаний о нарушении санитарных норм и правил или без заключения органов и учреждений, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор,нe выдается разрешениена предоставление земельного участка под строительство.

Только при положительном санитарно-эпидемиологическом заключении по почве разрабатываетсяпроектно-сметная документация для строительства объекта.

Если есть необходимость в проведении рекультивационных работ, то в обязательном порядке предоставляется гарантия их проведения.

Корректировка утвержденных проектных решений по рекультивации территории проводится согласно заключениям органов и учреждений, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический контроль в установленном порядке.

При гигиенической оценке сельскохозяйственных почв предоставляются следующие данные:

- перечень химических средств применяемых в сельском хозяйстве и их объем (пестициды, регуляторы роста, мелиоранты), места расположения складов их хранения, взлетно-посадочных полос сельскохозяйственной авиации;

- расположение мест, складирования отходов животноводческих комплексов и птицефабрик;

- способы орошения земель;

- характеристика санитарного состояния почв;

- тип рельефа и свойства почв, которые могут оказать влияние на рост и развитие растений.

Санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии санитарно-эпидемиологическим нормам по почвам выдается как на отдельный объект, так и на всю территорию строительства.

Заключение выдается на бланке учреждения.

По результатам бактериологического, химического,энтомологического и паразитологического исследований почв выдается санитарно-эпидемиологическое заключение органами и учреждениями, осуществляющими государственный санитарно-эпидемиологический надзор в территориях.