Агроекологічний моніторинг грунтів

курсовая работа

1.2 Програма моніторингу земель

Сучасна програма моніторингу земель складається з пяти основних компонентів: (1) визначення цілей моніторингу і методів; (2) відбір зразків, їх транспортування, зберігання і підготовка до досліджень; (3) аналізи; (4) інтерпретація отриманих результатів аналізів; (5) рекомендації для дій. Для успішної реалізації цієї програми кожен із компонентів повинен виконуватися послідовно, з орієнтацією на загальну мету (продуктивність/захист навколишнього середовища), із усвідомленням потенційних помилок на кожному етапі роботи.[1]

Рис.1. Схема грунтово-агрохімічного моніторингу

Визначення цілей моніторингу. Із точки зору даного курсу метою моніторингу грунтів є оцінка стану поживних елементів в ґрунті з метою управління ними у разі потреби.

Методи відбору зразків. Відбір зразків повинен бути таким, щоб результати аналізу давали повну інформацію про всю площу, з якої вони були відібрані, незалежно від того, чи це є поле господарства, сади, території, де склад ґрунту багаторазово порушувався у результаті будівництва або видобутку корисних копалин землі. Тому це є найбільш важливим етапом моніторингу.

Умови зберігання, транспортування і підготовки щойно відібраних зразків також важливі з огляду на запобігання їх забруднення або на зміни концентрації і форми сполук. Ці явища можуть відбуватися у результаті неправильного зберігання або підготовки зразків до аналізу (висушування, розмелювання, просіювання тощо). Правильний відбір і зберігання зразків базуються на розумінні природних і антропогенних причин неоднорідності ґрунтів, відповідних методів відбору (глибина, період року, обладнання) та знанні джерел помилок при відборі, зберіганні і підготовці зразків.

Просторова неоднорідність властивостей ґрунту. Високий ступінь природної неоднорідності хімічних і фізичних властивостей ґрунту може існувати навіть у межах дуже маленьких ділянок. Методи відбору зразків повинні враховувати природну варіабельність такою мірою, наскільки вона може впливати на заплановане використання земель. У деяких випадках різниця між прилеглими ґрунтовими різновидами у межах одного великого поля така значна, що вимагає не тільки окремого відбору зразків, але взагалі різних технологій вирощування культур.

В інших випадках різниця є незначною, і відбір додаткових зразків та впровадження різних агротехологій є економічно необґрунтованим. Попередня інформація про просторовий розподіл ґрунтових різновидів ділянки може бути отримана оглядом території, де буде проводитися відбір зразків. Це може бути першим кроком для визначення джерел природної неоднорідності. Простим наслідком візуального спостереження за ділянкою дослідження, особливо у період росту культур або основних сезонних змін погоди, є визначення того, як природна неоднорідність впливає на використання земель. Нові технології (ГІС, [Globalpositionsystems - GPS, тобто глобальна позиційна система) зараз доступні для інтегрування інформації про зйомку (спостереження) ґрунтів і якісних даних просторової неоднорідності. Це використовується для привязки місць відбору зразків до ділянок, які займає кожен ґрунтовий різновид у межах території, що досліджується. Для сільськогосподарських культур пристрої для обліку врожаю можуть бути встановлені на машинах для збирання врожаю, вони дають можливість забезпечувати отримання даних, повязаних з неоднорідністю родючості ґрунту, ґрунтових різновидів і реакції рослин.

Природна варіабельність часто перекривається неоднорідністю родючості ґрунтів, повязаною з діяльністю людини. Багато таких агротехнологій, як внесення органічних і мінеральних добрив, оранка, вирівнювання ділянок, терасування і навіть особливості чергування культур, можуть впливати на неоднорідність у поживному режимі та на інші властивості ґрунту. Ця неоднорідність може бути навіть більш відчутною не у сільськогосподарських угіддях, а у рекультивованих землях, коли ґрунти значно порушені, містять надзвичайно високу кількість відходів промисловості або видобутку руд. Важливо памятати, що антропогенна діяльність підсилює природну варіабельність у трьох вимірах. Наприклад, перехід від відвальної оранки до безвідвальної призводить до того, що добрива та інші засоби хімізації не будуть надалі надходити у ґрунт на певну глибину. Багато досліджень показують, що це часто призводить до накопичення фосфору і зниження pH у декількох верхніх сантиметрах ґрунту. Ці фактори повинні враховуватися при розробці програми відбору зразків. Аналогічно практика управління поживним режимом ґрунту, який зазнає підгрунтового спушування або інєкцій добрив на певну глибину, може сприяти підвищенню просторової неоднорідності у глибших горизонтах, що також повинно враховуватися при плануванні методу відбору зразків.

Багато інших прикладів може бути використано для доведення думки, що просторова неоднорідність ґрунтів, як природна, так і антропогенна, неминуча. Більш важливими є способи, які можуть бути рекомендовані для компенсації будь-яких відомих причин неоднорідності. Д. Джеймс і К. Велс (1990) вважають, що відбір зразків, в основному, відбувається як у відносно однорідних, так і у неоднорідних умовах, і при виборі методу відбору слід це враховувати. Однорідними полями вважають такі, фізичні властивості яких (різновиди ґрунтів, схил, дренованість тощо) схожі. У більшості випадків у сільськогосподарській практиці це типовий випадок. Зазвичай при відборі зразків на однорідних полях застосовують рендомізований відбір змішаного зразка. Дослідник рухається по площі, з якої відбирається один середній зразок методом "зигзагу”, при цьому точки відбору вибираються випадково. Кількість бурових проб - “уколів” повинна бути достатньо великою для зменшення впливу випадкових неоднорідностей (рис.1). Звичайно, середня проба складається із достатньої кількості окремих відборів, які повинні обовязково включати краї і кути ділянки. Всі бурові проби ретельно змішуються в одну загальну пробу, яка репрезентує всю площу, на якій проводиться дослідження.

Неоднорідними вважають поля з макро- і мезоваріаціями властивостей ґрунту. Макроваріації - це коли існує істотна різниця властивостей ґрунту, знайдена для точок, віддалених одна від одної на відстані >2 м. Мезоваріаціїіснують тоді, коли істотну різницю між властивостями ґрунтів знаходять між точками, віддаленими одна від одної на відстань 0,05-2,0 м (Д. Джеймс і К. Велс, 1990). Для полів із значними макроваріаціями нерендомізований відбір зразків рекомендовано для характеристики середньої величини показників, що досліджуються, і знання про просторове знаходження екстремальних значень цих показників. Він також дозволяє більш точно вносити добрива, органічні відходи, вапно тощо в оптимальних нормах для даної точки поля і, таким чином, запобігає локальному перевищенню або не довнесенню. При не рендомізованому методі відбору зразків кількість їх значно зростає. Зазвичай при такому методі відбору поле розділяють на квадрати з довжиною сторін 15 або 30 м. Середній зразок відбирається з кожного кута квадратів. Для цього декілька бурових проб відбирають у радіусі 1 м від встановленої точки.

Розмір сторін квадратів залежить від запланованого використання земель і величини варіацій. При такому способі відбору зразків, залежно від величини сторони квадрата, з кожного гектара поля буде відібрано 45 або 12 змішаних зразків, що значно більше, ніж при рендомізованому методі. Таким спосіб відбору зразків став більш розповсюдженим останніми роками з розвитком ГІС і GPS технологій і використовується в основному, в технологіях точного землеробства. Для полів зі значними мезоваріаціями, але такими, що можуть бути визначеними, а це трапляється, наприклад, тоді, коли добрива багато років вносяться стрічковим способом, рекомендовано більш інтенсивний рендомізований відбір. При цьому середнє значення показника не буде зміщено ні в бік занадто високих значень, отриманих із стрічок, де добрива вносили, ні в бік занадто низьких - із тих, куди їх не вносили. Кількість бурових проб, необхідних для змішаної проби, буде у чотири, пять разів більше, ніж при звичайному рендомізованому способі відбору. Нарешті необхідно розуміти, що ні рендомізований, ні нерендомізований способи відбору не є придатними для всіх аспектів моніторингу якості ґрунтів за показниками, які є мобільними за профілем ґрунту.

Способи відбору зразків. Найбільш важливі фактори, які необхідно враховувати при відборі зразків, - це місце розташування бурових проб, глибина відбору, частота і період року. Розташування точок відбору надзвичайно важливе для подальших досліджень. В ідеалі для створення картограм відбір зразків повинен відбуватись рівномірно по площі. Повністю рівномірна сітка точок відбору зразків (рис. 2.а) не може бути використана, якщо вона збігається з рівномірно розташованими дренажними каналами, деревами або при стрічковому внесенні добрив. У цих випадках, із точки зору статистиків, доцільно вводити певний ступінь рендомізованості (випадковості) у точках розташування відбору зразків для врахування незакономірних варіацій. При повністю рендомізованому способі відбору бурові проби розташовують абсолютно випадково (рис. 2.b), хоча не всі точки відбору можуть бути надалі проаналізовані через брак коштів. Кращим компромісом між закономірним і рендомізованим розташуванням точок відбору є розташування окремих точок відбору рендомізовано у межах однорідних умов, наприклад, ґрунтової відміни. Такий спосіб називається стратифікованим рандомізованим (рис.2.с), тоді точки відбору рендомізовано розташовані або у середині площі одного ґрунтового різновиду, або з однаковою історією, або з однаковими технологіями вирощування культур.

Глибина відбору зразків залежить від культури і тих показників, які збираються визначати. Зразки ґрунту для загальноприйнятих досліджень відбирають на глибину 0-20 см. Виняток становлять ті випадки, коли проводять дослідження вмісту мобільних показників - --Nі ; для оцінки впливу рН на рухомість гербіцидів при безплужній системі обробітку ґрунту; показників родючості для культур із кореневою системою, розташованою дуже мілко або дуже глибоко; для вивчення можливої міграції полютантів вглиб по профілю ґрунту. Відбір зразків із меншої глибини, ніж вказано вище, найчастіше рекомендують у випадках мінімального обробітку ґрунту, коли поживні речовини і вапно вносяться на поверхню і не можуть бути внесені вглиб при оранці. Це стосується постійних пасовищ, угідь на торфяних ґрунтах, де глибина розташування кореневої системи обмежена, а також ґрунтів, на яких є можливість втрат фосфору при ерозії чи при поверхневому змиві, якщо еутрофікація водоймищ у даному регіоні викликає занепокоєння. У таких випадках зразки відбирають з глибини 0-5 см.

Рис. 2. Приклади способів відбору зразків

Зразки ґрунту можуть бути відібрані у будь-який час, коли ґрунт незамерзлий, ідеальним періодом для відбору зразків вважається період перед прийняттям рішень щодо використання земель, тому що результати досліджень у цьому разі будуть відображати найбільш “свіжі” значення показників родючості. У більшості випадків для загальноприйнятих досліджень, метою яких є розробка рекомендацій щодо використання добрив і меліорантів, зразки відбирають за 3-6 місяців перед посівом культури. Цього часу звичайно вистачає, щоб рекомендації, отримані на основі проведених досліджень були виконані вчасно. Наприклад, якщо вапнування необхідне для нейтралізації високої кислотності ґрунту, то це потрібно знати за декілька місяців до посіву культури, оскільки нейтралізація кислотності вапном у ґрунті потребує часу. Найкраще, якщо зразки ґрунту для аналізів відбираються в один і той же час (весною або восени) і не рідше, ніж раз в два-три роки. Відбір зразків у однакові періоди дозволить зменшити вплив сезонних варіацій рН ґрунту, вмісту поживних речовин і органічної речовини ґрунту. Деякі дослідження вказують на схоже зниження вмісту фосфору і калію протягом року, він був нижчим восени, ніж весною.

Рекомендації щодо вибору способу відбору зразків. Вибір стратегії відбору зразків залежить від того, скільки зразків необхідно відібрати і у який спосіб. Ефективність відповіді на ці запитання полягає у врахуванні наступних положень:

очікуваного коефіцієнта варіацій (СV) показників, що будуть досліджуватись;

інформації про характеристику місцевості;

кількості специфічних ділянок (впливає на вибір методу відбору зразків);

можливості використання різних методів відбору зразків;

обмежень у часі, робочій силі, фінансовому забезпеченні.

Інтерполяція- це метод прогнозування значень показників властивостей ґрунту з ділянок, де зразки не відбиралися, на основі вимірювань, зроблених у точках цього самого поля, ділянки, регіону. Прогноз показників властивостей із ділянок, що знаходяться поза вже досліджуваних ділянок, називається екстраполяцією. Інтерполяція використовується для перенесення інформації, отриманої з точок відборів зразків, на всю площу поля.

Показники, визначені інтерполяцією, звичайно ті ж самі, що й виміряні. Існують також деякі методи інтерполяції, за допомогою яких можна визначати функціональні індикатори, які показують імовірність перевищення певних величин або того, що певні значення можуть бути знайдені.

Більшість методів інтерполяції базується на інформації, отриманій при вимірюванні зразків, відібраних із певних точок для більш детального пояснення причин неоднорідності показників у середині ділянки.

Транспортування, зберігання і підготовка зразків до аналізу.Завданням транспортування, зберігання і підготовки зразків до аналізу є збереження зразків від забруднення, мінімалізація змін у концентрації елементів і рН, різниці між ґрунтом у полі і зразком, готовим до аналізу. Підготовка зразків до аналізу включає: змішування бурових проб для підготовки середнього зразка, транспортування зразка з поля до лабораторії, висушування, розмелювання, просіювання і зберігання у лабораторії. Для відбору зразків грунту використовуються різноманітні пристрої - ґрунтові бури, гідравлічні пробовідбірники, лопати і совки. Головна умова для використання тих чи інших пристроїв для відбору і змішування зразків -- щоб вони не забруднювали ґрунт. Для цього треба подбати, щоб знаряддя були виготовлені з відповідного матеріалу. При цьому слід памятати, що нержавіюча сталь і деякі пластмаси можуть бути джереломзабруднення. Відібрані бурові проби з ділянки дослідження змішують у чистому контейнері, бажано пластиковому, і добре перемішують. Надлишки ґрунту після цього відкидають. Зразки ґрунту необхідно доставити у лабораторію якнайшвидше, щоб запобігти змінам у концентрації речовин, які можуть відбутися до висушування. Доставлені у лабораторію зразки висушують при помірній температурі (біля 50°С), розмелюють, просівають, як правило, через сито з діаметром отворів 2 мм. У деяких випадках рекомендовано зберігати зразки у природно зволоженому стані, тому що у процесі висушування можуть відбуватися втрати. При довготривалому зберіганні зразків в умовах природного зволоження і високої температури може відбуватись підвищення концентрації (за рахунок мінералізації органічних сполук азоту і нітрифікації).

Інтерпретація отриманих результатів. Дані, отримані у лабораторії у результаті аналізів, підлягають обовязковій інтерпретації. Це робиться на основі знань спеціалістів про галузь досліджень. У більшості випадків використовують спеціальні таблиці для оцінки отриманих результатів, але знання спеціалістів у даній галузі дають додаткову цінну інформацію.

Рекомендації, отримані на основі проведених аналізів, повинні враховувати результати досліджень, їх інтерпретацію разом з багатьма іншими факторами, зокрема такими, як клімат, економічні і технологічні аспекти вирощування культур, можливості замовника, а також ймовірний вплив на навколишнє середовище. Оскільки результати аналізів не містять цієї інформації, знання властивостей обєкта дослідження, практичний досвід необхідні для видачі обґрунтованих рекомендацій.

Делись добром ;)