Studii Si Cercetari Privind Calitatea Solului Si a Apei In Zona Tarnaveni Prin Metoda Cromatografica

Cuprins

Introducere

Partea I. Studiu documentar

Capitolul 1.Solul component de bază al ecosistemelor

1.1.Importanța solurilor

1.2.Formarea solurilor

1.3.Principalele proprietăți ale solului

Capitolul 2. Importanța apei în natură

2.1.Apa element vital pentru omenire

2.2.Domeniile de utilizare a apei

2.3.Apa și soluția solului

2.4.Clasificarea apelor de suprafață și a apelor subterane

2.5.Importanța și calitatea apelor

Capitolul 3.Poluarea solurilor și a apelor. Procedee de depoluare.

3.1. Forme si cauze ale poluării solurilor și a apelor subterane

3.2. Efectele negative ale poluării solurilor

3.3. Migrarea poluanșilor în mediul subteran

3.4.Comportarea metalelor grele în sol și apă

3.5.Schema generală de depoluare asolurilor și a apelor subterane

3.6.Clasificarea procedeelor de depoluare a solurilor și a apelor subterane

3.7.Mijloace de prevenire a poluării solurilor și a apelor subterane

Capitolul 4. Monitorizarea calității apelor și a solurilor

4.1.Aspecte generale privind activitatea de monitoring

4.2.Monitorizarea stării de calitate a solurilor

4.3.Monitorizarea stării de calitate a apelor subterane

Partea a II –a: Partea practică

Capitolul 5. Studiu de caz- cercetări privind determinarea calității solului și apei din zona Târnăveni

5.1.Cadrul natural și condițiile ecologice ale zonei de recoltare a probelor

5.2. Scopul, obiectivele și factorii cercetați

5.3. Metode de analiză folosite

5.3.1Metode de analiză pentru sol

5.3.2.Metode de analiză pentru apă

5.4. Rezultatele analizelor și interpretarea lor

5.4.1. Interpretarea rezultatelor pentru probele de sol

5.4.2. Interpretarea rezultatelor pentru probele de apă

Capitolul 6. Concluzii

Bibliografie

Rezumat

Lucrarea de față își propune să facă un studiu asupra calității solului și a apei în zona Târnăveni. Datorită faptului că în Combinatul Chimic BICAPA indicatorul specific al activitătii a fost Cr total, solul și apa sunt poluate și astfel pot dăuna populației din jur.

Lucrarea este structurată în două părți: I Partea teoretică și II Partea Practică.

Prima parte conține noțiuni generale despre sol și apă. În capitolele 1-3 sunt evidențiate atat proprietățiile solului cât și importanța apei. De asemenea s-a încercat și scoaterea în evidentă a surselor de poluare dar și procedee de depoluarea a acestora.În capitolul 4 se prezintă modul de monitorizare a calității solului și a apelor.

În cea de-a doua parte ,care cuprinde capitolul 5 și 6, s-a realizat un studiu de caz. În acest studiu de caz principalele obiective au fost: prezentarea modului de prelevare a probelor de sol și a apă din diferite zone din Târnăveni; descrierea metodologiei experimentale; determinarea conținutului de As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn din probele de sol și apă recoltate și interpretarea rezultatelor.

Introducere

Apa este un element esențial pentru viață și pentru procesele naturale și totodată reprezintă o resursă limitată. Existența noastră și activitățile noastre economice sunt în totalitate dependente de această prețioasă resursă. Este în egală măsură factorul climatic important care susține dezvoltarea ecosistemelor și componenta cheie în schimbul de asupra resurselor de apă atât cantitativ cât și calitativ. [ Tiberiu RUSU, 12]

O problemă importantă în legatură cu folosirea apelor o constituie lupta împotriva poluării lor.

Utilizarea apei nu trebuie privită doar sub aspect cantitativ; ea este inseparabil legată și de cel calitativ. Nici populația și nici economia nu pot întrebuința apele de calitate necorespunzatoare.De aceea,o problemă importantă pe plan mondial, la ordinea zilei, este lupta împotriva poluării apelor.

Dezvoltarea pe termen lung a resurselor de apă dulce necesită o gospodărire durabilă a acestora și recunoașterea interdependenței elementelor legate de cantitatea și calitatea apelor dulci. Există puține regiuni ale lumii care nu se confruntă cu probleme cum sunt: pierderea unor potențiale surse de alimentare cu apă dulce, degradarea calității apelor și poluarea surselor de apă de suprafață și subterane. Principalele probleme care afectează calitatea râurilor și lacurilor apar datorită unui domeniu de situații diverse, care acoperă: epurarea inadecvată a apelor uzate menajere, controlul inadecvat al evacuărilor de ape uzate industriale, pierderea și distrugerea zonelor de captare, amplasarea necorespunzătoare a obiectivelor industriale, defrișarea, modificarea necontrolată a tipurilor de culturi agricole și proastele practici agricole. Acestea generează scurgeri de substanțe nutritive și pesticide.

Solul este definit ca stratul de la suprafața scoarței terestre, format din particule minerale, materii organice, apă, aer și organisme vii. Este un sistem foarte dinamic care îndeplinește multe funcții și este vital pentru activitațile umane și pentru supraviețuirea ecosistemelor. [Stănescu și colab., 2006:11]

Principalul factor în formarea solului este alterarea rocilor, care este condiționată de existența atmosferei. Solul e o vastă uzină a naturii, care produce o mare cantitate de biomasă folosită ca hrană de o parte din viețuitoare, inclusiv de om. Pe sol se desfășoară cea mai mare parte a activității umane și prin intermediul lui ne hrănim, dar deseori s-au manifestat neglijențe condamnabile, ce au dus la distrugerea solului.

Contaminarea solului este frecventă în zonele cu activitate antropică intensă (agricultură, industrie, depozitare deșeuri). Spre deosebire de ceilalți factori de mediu, solul are o capacitate de autoepurare mai redusă iar timpul de staționare a contaminanților în sol este relative mare. Poluarea solului repreintă un risc mărit de contaminare și a apelor subterane, ape care reprezintă o important resursă de apă potabilă.

În scopul restabilirii și sporirii productivității, în sol se introduc îngrășăminte minerale și organice, diferite substanțe numite fertilizanți. Însă îngrășămintele minerale obișnuite, odată cu elementele nutritive, mai conțin și alte elemente și substrate (așa-numitul balast), iar gunoiul de grajd conține tot mai multe componente neorganice. Folosirea nechibzuită a îngrășămintelor minerale, precum și a pesticidelor, a apelor de scurgere, conduce la poluarea chimică a solurilor, la acumularea în sol a substanțelor toxice și modificarea componenței chimice inițiale a solurilor. Resursele de sol constituie un dar al naturii, însă este limitat ca întindere și trebuie să asigure bunăstarea și a generațiilor viitoare.

Pentru determinarea celor șapte metale grele (As, Cd, Cr, Cu,Ni, Pb, Zn) se pot folosi diferite analize, dar tot mai utilă este folosirea separărilor cromatografice.

Începuturile separărilor cromatografice se datorează lui Țswet (1903), care a realizat primele separări de coloranți vegetali pe coloană umplută cu carbonat de calciu.

Termenul de eluție cromatografică a fost introdus mai târziu, de către Reichstein și van Euw (1938), care descrie principial procesul cromatografic de separare a componenților probei la trecerea printr-o fază staționară. Tot în același an, Izmailov și Shraiber și-au publicat rezultatele privind primele separări cromatografice pe strat subțire.

Separarea diferitelor substanțe dintr-un amestec constituie una dintre cele mai importante probleme ale chimiei analitice. Metoda cromatografică se bazează pe repetarea echilibrului de repartiție a componentelor unui amestec între o fază mobilă și una staționară. Datorită diferențelor în repartiție are loc deplasarea, cu viteză diferită, a componentelor purtate de faza mobilă de-a lungul fazei staționare.

În general, metodele de separare cromatografice se împart în două categorii: în prima intră cele care se bazează pe interacțiunea diferită a componenților cu faza staționară (repartiție, adsorbție, schimb ionic și afinitate), iar în a doua cele care se bazează pemărimea diferită a componenților. ( http://www.scritube.com/stiinta/chimie/Notiuni-generale-Cromatografia32596.php ,ultima accesare: 25.05.2013)

Principalele avantaje pe care le prezintă cromatografia ca metodă de separare sunt:

– permite separarea, identificarea și dozarea cantitativă simultană a componentelor unui amestec.

– se poate aplica unui număr foarte mare de produse, practic orice compus organic putând fi separat printr-o metodă cromatografică

– sensibilitatea metodelor cromatografice este extrem de ridicată, ceea ce înseamnă că necesită doar cantitate foarte mică de probă. În același timp însă se pot aplica și la scară preparativă.

– durata analizei este redusă, comparativ cu alte metode de analiză ale amestecurilor complexe. 

CAPITOLUL 1- SOLUL COMPONENT DE BAZĂ AL ECOSISTEMELOR

Ecosistemul este definit de ecologul american E.P. Odum ca fiind “o unitate care include toate organismele de pe un teritoriu dat și care interacționează cu un mediu fizic în așa fel încât curentul de energie să conducă la o anumită structură trofică, o diversitate a specie și un circuit de substanțe, adică un schimb de substanțe dintre partea biotic și abiotică a sistemului”.

Structura ecosistemului cuprinde componentele structurale ale biotopului și pe cele ale biocenozei.

Studiul geografic al spațiului terestru se face pe două căi:

Una cu caracter ecologic, la nivelul locurilor, al peisajelor, respective al ecostemelor, sisteme cu feed-back negative, controlate sau nu de comunitățile umane, în care comunitățile de plante și animale constituie subsisteme de importanță fundamentală.

Alta cu caracter socio-economic la nivelul regiunilor funcționale, al sistemelor spațiale, respective al geosistemelor, sisteme cu feed-back pozitiv în care subsistemele de importanță fundamental corespund comunitătilor umane.

1.1.IMPORTANȚA SOLURILOR

Prin sol se înțelege un strat subțire si afânat de la suprafața scoarței terestre în care plante

îsi înfig rădăcinile pentru a-si lua apă si săruri minerale.

Solul este un sistem dinamic si trifazic constituit din fază solidă, lichidă si gazoasă.

Viața si sănătatea oamenilor de pe întreg globul pământesc este legată de sistemul sol-apă

subterană. Solul reprezintă principalul mijloc de producție în agricultură, astfel asigură hrană

pentru oameni, animale si tot odata pentru plante. Fără prezența solului existența organismelor

ar fi imposibilă. Solul trebuie gospodărit cu mare grijă si să fie folosit rațional pentru a

permite realizarea unei recolte mari si sigure. Pentru a remedia scăderea suprafețelor arabile,

din Europa, s-au luat măsuri de crestere a productivității solurilor, însă de multe ori aceste

supus unor solicitări crescute din partea tuturor categoriilor de activități, care cauzează

dezafectarea unor suprafețe însemnate.

Plantele folosesc mai puțin de 1 % din radiația solară, restul energiei se acumulează în humus si oferă caldură oamenilor, putănd distribuit si energia care se obsine prin procesul de fotosinteză.

Calitatea solului suferă importante transformări negative datorită agenților chimici ( poluanți, pesticide, îngrăsăminte chimice) care pot conduce la reducerea domeniului de utilizare, care se transmite prin fenomenul de degradare în lanțul sol-microorganisme-plante superioare-animale-om-societate.

Depoluarea solurilor este cea mai nouă problemă a cercetătorilor care se ocupa de reabilitarea factorilor de mediu deoarece multă vreme s-a considerat ca solurile sunt invulnerabile la poluare si au capacitatea si sursele necesare de a se autoproteja.

Solul este componenta ecosferei care se formează prin cel mai lent proces de transformări naturale, un strat de 3 cm se formează în circa un mileniu. De exemplu, la formarea unui strat de 20 de cm de sol arabil este necesar chiar si 7000 de ani.

1.2.FORMAREA SOLURILOR

Una dintre componentele deosebit de importante ale biosferei este solul, corp natural tridimensional situat la suprafața uscatului cu proprietăți și funcții specifice, capabil să intrețină viața plantelor terestre, produs în timpuri geologice prin acțiunea factorilor climatici și biotici asupra rocilor de la suprafața uscatujă si să fie folosit rațional pentru a

permite realizarea unei recolte mari si sigure. Pentru a remedia scăderea suprafețelor arabile,

din Europa, s-au luat măsuri de crestere a productivității solurilor, însă de multe ori aceste

supus unor solicitări crescute din partea tuturor categoriilor de activități, care cauzează

dezafectarea unor suprafețe însemnate.

Plantele folosesc mai puțin de 1 % din radiația solară, restul energiei se acumulează în humus si oferă caldură oamenilor, putănd distribuit si energia care se obsine prin procesul de fotosinteză.

Calitatea solului suferă importante transformări negative datorită agenților chimici ( poluanți, pesticide, îngrăsăminte chimice) care pot conduce la reducerea domeniului de utilizare, care se transmite prin fenomenul de degradare în lanțul sol-microorganisme-plante superioare-animale-om-societate.

Depoluarea solurilor este cea mai nouă problemă a cercetătorilor care se ocupa de reabilitarea factorilor de mediu deoarece multă vreme s-a considerat ca solurile sunt invulnerabile la poluare si au capacitatea si sursele necesare de a se autoproteja.

Solul este componenta ecosferei care se formează prin cel mai lent proces de transformări naturale, un strat de 3 cm se formează în circa un mileniu. De exemplu, la formarea unui strat de 20 de cm de sol arabil este necesar chiar si 7000 de ani.

1.2.FORMAREA SOLURILOR

Una dintre componentele deosebit de importante ale biosferei este solul, corp natural tridimensional situat la suprafața uscatului cu proprietăți și funcții specifice, capabil să intrețină viața plantelor terestre, produs în timpuri geologice prin acțiunea factorilor climatici și biotici asupra rocilor de la suprafața uscatului, condiționați de relief și uneori de apa freatică, la care se adaugă, tot mai mult și mai intensiv, acțiunea omului, influența pe care o au îngrășămintele chimice și pesticidele asupra solului și a modificării acestuia în încercarea, uneori egoistă, de a spori productivitatea și rezistența diverselor culturi la boli și dăunători.

Solul reprezintă pătura superficială de la suprafața litosferei a cărei grosime medie naturală de circa 1,5 m , însumează aproximativ 0,0037% din raza sferei terestre. Solul a luat naștere pe un fond steril , mineral , sub acțiunea unui complex de factori numiți „pedogenetici” între care, factorul biologic a avut un rol esențial , dominant , fapt care ne permite să definim solul ca un produs de sinteză bioacumulativă.

Solul se formează la suprafața uscatului din stratul superior al rocilor pe anumite elemente de relief. Procesul este foarte îndelungat și constă în interacțiunea mai multor factori de pedogeneză cum ar fi: roca-mamă, organisme vii , climă, relief, vegetație ape freatice și de suprafață, timpul geologic la care se adaugă factorul antropic.

Cel mai important factor în formarea solului este alterarea rocilor, aceasta este condiționată de existența atmosferei. Rocile de la suprafața scoarței terestre, sunt supuse proceselor de dezagregare (care pot fi de trei forme: fizică, adică mărunțirea; chimică: producîndu-se reacții chimice sub influiența apei de suprafață sau din rocă, a bioxidului de carbon sau a oxigenului și dezagregarea biologică: adică efectul distructiv al diferitelor vietăți), se sfărîmițează în particule mai mici – nisip, praf, mâl – astfel participând la formarea structurii și compoziției chimice și mineralogice a solului.

Un alt factor extrem de necesar în formarea solului este clima. Ea condiționează formarea diferitor tipuri de soluri. Datorită climei, formei și înclinației planetei noastre Terra față de suprafața ecliptică, pe glob se produc anotimpurile și se formează fâșiile termice. Fâșiile termice, numite și brâuri termice, la rândul lor contribuie la formarea zonelor climaterice, biogeografice. În așa mod se creează zonalitatea naturală.

Datorită acestor zonalități în fiecare regiune se formează anumite ecosisteme naturale, anumite biocenoze și anumite varietăți de sol. De exemplu, solurile care se formează în condiții medii, se numesc zonale, automorfe, adică formarea lor nu este condiționată de anumiți factori specifici. În cazurile cînd direcția solificării este condiționată de unele proprietăți specifice ale rocilor materne (argile fine, calcare, etc.) se formează soluri litomorfe . În zonele cu un surplus mare de precipitații atmosferice și apele freatice sunt prezente la adîncimi foarte mici, se întîlnesc solurile hidromorfe ( sunt condiționate de umiditate). Prezența sărurilor solubile în rocile materne sau în apele freatice conduce la formarea solurilor sanilizate, halomorfe . În depresiuni, în văi și în luncile rîurilor unde procesul de sedimentare este permanent în dinamică se formează solurile dinamomorfe (se formează pe sedimente contemporane). Solurile care traversează arealele solurilor automorfe și se îmbogățesc cu parcele fine de argilă și cu sescvioxizi, devin iluviale (de acumulare).

Alt factor important sunt organismele vii (îndeosebi vegetația și microorganismele) care și ele condiționează formarea diferitor feluri de sol.

Procesele de formare a solurilor se desfășoară la scară geologică așa încât se apreciază, de către specialiști, că formarea unui centimetru de sol durează circa 10.000 de ani. Solul este reprezentat printr-o succesiune de straturi numite „orizonturi”. Fiecare orizont reprezintă propietați fizice, chimice și biologice distincte. Solul este un sistem eterogen (propietăți diferite în diferite puncte ale sale), trifazic (format din faza lichidă, solidă și gazoasă), polidispers (fazele constituente sunt sisteme dispersate) și poros (conține goluri sau spații numite pori).

1.3.PRINCIPALELE PROPRIETĂȚI ALE SOLULUI

Proprietățile fizice ale solurilor sunt legate de două noțiuni fundamentale care le influențează cantitativ:

Textura. Aceasta definește practic mărimea predominantă a particulelor care alcătuiesc solul și are semnificații cantitative și calitative. Cantitativ textura se referă la procentele conținute de sol pe principalele fracțiuni granulometrice: nisip(2-0,02 mm); praf (0,02-0,002 mm); argilă (<0,002 mm). Calitativ se referă la mărimea particulelor solide componente: grosiere, medii și fine.În țara noastră pentru exprimarea texturii se folosește clasificarea redată în „Metodologia elaborării studiilor pedologice”(ICPA 1987)

Structura. Se poate definii ca fiind aranjarea reciprocă, orientarea și organizarea particulelor elementare care formează solul. Spre deosebire de textură, structura este dinamică și se poate schimba mult în timp datorită modificării condițiilor naturale, biologice și practicilor de prelucrare ale solului.

În principiu există trei principale tipuri de structuri ale solului:

granule separate – particulele sunt complet detașate între ele;

agregate – particulele sunt legate între ele în mici aglomerații;

masivă – particulele sunt legate între ele în blocuri masive.

Caracteristici fizice ale solului:

•Densitatea specifică.Se noteaza cu „δs”si reprezintă raportul între masa (Ms) și volumul (Vs) părții solide (scheletului mineral al solului)

δs= (1)

Valoarea densității la soluri variază în limitele foarte strânse: 2,60-2,74 g/c3. Prezența materiei organice în cantitate mare poate coborî această valoare până la 1,80-2,00 g/cm3.

•Densitatea aparentă. Se notează cu „δa” și se definește ca fiind raportul între masa scheletului mineral (Ms) și volumul aparent (total) al solului (Vt):

δs= (2)

Valoric, densitatea aparentă este afectată de structura solului, gradul de compactare, umiditate etc.

•Volumul specific. Se noteaza „Vsp” și se definește ca raportul între volumul total (Vt) și masa scheletului mineral (Ms):

Vsp= (3)

Volumul specific se folosește pentru caracterizarea stării de așezare a particulelor ce alcătuiesc solul la un moment dat.

•Porozitatea totală . Se notează „n”și se definește ca fiind raportul între volumul porilor (Vp) și volumul aparent al solului(Vt) exprimat în procente:

n= (4)

Porozitatea totală ne oferă indicii cu privire la capacitatea de reținere a apei și bineînțeles, a produselor și substanțelor poluante lichide sau gazoase precum și cu privire la gradul de permeabilitate pentru acestea.

•Indicele porilor. Se notează „e” și se definește ca fiind raportul între volumul porilor (Vp) și volumul părții solide (Vs) exprimat în procente.

e= (5)

•Gradul de tasare. Acesta este un indicator care exprimă starea de așezare , la un moment dat, a particulelor care formează solul.

Electro – conductivitatea solului. Electro-conductivitatea (EC) solului este una din

determinările cele mai simple și mai puțin costisitoare pentru agricultura de precizie, care pot fi efectuate astăzi. Electro-conductivitatea (EC) solului este o măsurare care integrează multe proprietăți ale solului ce afectează productivitatea culturilor agricole. Acestea includ conținutul de apă, textura solului, materia organică a solului, adâncimea până la stratul de argilă, capacitatea de schimb de cationi, salinitatea, calciu, magneziu. Electro-conductivitatea (EC) este abilitatea unui material de a transmite (conduce) un curent electric și se exprimă de obicei în miliSiemens/ metru (Ms/m). Măsurările de electro-conductivitate (EC) a solului, de asemenea, pot fi raportate in decisiemens pe metru (dS/m), care egal cu citirea în mS/m împărțită la 100. Avantajul unei unității de măsură standard este aceea că transformă datele absolute in unele cantitative. Identificarea vizuală a solurilor poate adesea să determine diferențe de culori pe hărțile obținute, dar nu pot atribui valori cantitative pentru fiecare culoare în parte. Hărțile de electro-conductivitate ce prezintă valorile” X” pentru EC măsurată în mS/m ne permit să identificăm și să se managerieze similar si alte zone ale câmpului.

PROPRIETĂȚILE HIDROFIZICE ALE SOLURLOR

Apa din sol împreună cu substanțele solubilizate formează soluția solului. Apa în sol poate fi: imobilizată sau liberă. Astfel tipurile de apă din sol sunt:

-apa legată chimic;

-apa legată fizic;

-apa liberă;

-apa sub formă de vapori;

-apa sub formă de gheață;

Apa legată chimic intră în compoziția mineralelor care alcătuiesc solul și nu prezintă importanță pentru procesele de poluare sau depoluare a solului.

Apa legată fizic este numită și „apa peliculară” deoarece se găsește sub forma unor pelicule care înconjoară fiecare particulă de sol în parte. În funcție de grosimea acestor pelicule și de depărtarea acesteia față de peliculă se deosebesc următoarele tipuri de ape legate fizic:

apa higroscopică care este reprezentată de primul strat de molecule de apa

care înconjoară particula de sol;

apa strâns legată este reprezentată de următorul strat de molecule de apă

care înconjoară particula de sol.Se caractrerizează prin faptul că este atrasă de forțe foarte mari de către particula de sol

apa slab legată este reprezentată de restul de molecule care mai sunt atrase

de perticula solidă.Grosimea ei ține până la limita la care se mai manifestă asupra apei , forțe de atracție exercitate de particulă. Suprafața de contact a particulei cu apa poartă numele de interfață.La nivelul interfeței , în momentul contactului cu apa , se produc o serie de dezechilibre electrice care nu au ca urmare încărcarea electrostatică a suprafeței particulei.

Apa liberă cuprinde:apa capilară și apa gravitatională.

apa capilară:porii pământului reprezintă practic tuburi capilare cu secțiune variabilă și discontinuă. Ridicarea fazei lichide în porii capilari se produce datorită fenomenelor care apar la supafața de separație între apă și aer ,și între apă și particula de sol. Ținând seama de mărimea porilor în raport cu fenomenul de capilaritate porii solului pot fi clasificați în: -pori supracapilari, au diametrul fictiv >0,5mm

-pori capilari, au diametrul fictiv cuprins între 0,5 si 0,0002 mm -pori subcapilari, au diametrul mai mic de 0,0002 mm.

apa gravitatională: este liberă față de particulele solide ale solului și circulă prin porii și fisurile solului numai sub influența forțelor de gravitație.Sub aspectul poluării apa gravitatională poate juca un rol de o mare importanță în modul de avans și difuzie a acesteia în soluri dar și în procesele de depoluare.

În fig.1.1. Avem o imagine mai clară asupra alcătuirii solului, în care componenții solului sunt grupați după starea de agregare și natura chimică.

Fig. 1.1. Schema alcătuirii generale a solului(după Florea, 2004).

Dintre proprietățiile hidrofizice amintim umiditatea solurilor și conductivitatea hidraulică.

Umiditatea solurilor

Umiditatea unui sol se definește ca fiind cantitatea de apă ce se elimină dintr-un sol prin încălzire la 1050C.

În funcție de elementul fizic față de care se exprimă umiditatea poate fi:

-umiditate masică , definită ca fiind procentul reprezentat de apă din masa scheletului mineral al solului;

-umiditatea volumică reprezintă procentul ocupat de apă din volumul total al solului;

-umiditatea porilor , se definește ca fiind procentul ocupat de apă din volumul porilor unui sol.

Conductivitatea hidraulică

Se notează „k” și reprezintă volumul de apă liberă gravitatională , care străbate în unitatea de timp , unitatea de suprafață, sub un gradient hidraulic unitar la o temperatura a apei de 20ºC.Mai este cunoscută și sub numele de „coeficient de filtrație”.

În principiu , pe baza valorii conductivității hidrauluice se poate aprecia , sub raport calitativ , clasa de permeabilitate a solului:

-permeabilitate foarte mică k<0,01 m/zi;

-permeabilitate mică 0,01 m/zi<k<0,1 m/zi;

-permeabilitate mijlocie 0,1 m/zi<k<1,0 m/zi;

-permeabilitate mare 1,0 m/zi <k<10,0 m/zi;

-permeabilitate foarte mare k>10,0 m/zi.

pH-ul solului – ca proprietate chimică

În anul 1909, un om de știință danez a introdus în știință o mărime numita pH, care măsoară concentrația ionilor de hidrogen dintr-un lichid apos. PH înseamnă în latină “potentia hidrogenii” și reprezintă logaritmul negativ al concentrației ionilor de hidrogen.

PH-ul are valori cuprinse între 0 și 14. Între 0 și 7, pH-ul este acid. La 7 este neutru. Iar între 7 și 14, el este alcalin.

Neutru

0–––––––7–––––––14

acid    ->   alcalin

Cu cât pH-ul este mai aproape de 0, lichidul este mai acid, astfel încât la valoarea 0 găsim, de exemplu, acizii puternici, precum acidul sulfuric. Oțetul are pH-ul 3, sucul de portocale 3,5 iar cafeaua 5. Apa potabilă are, de obicei, un pH 7, fiind un lichid neutru.

Începând din acest punct, cu cât ne apropiem de valoarea 14, pH-ul este din ce în ce mai alcalin. Apa din mare are pH-ul 8, o soluție de săpun de rufe are pH-ul 9-10 iar soda caustică are un pH aproape de 14.

Solurile și pH-ul lor

PH-ul este o mărime caracteristică soluțiilor apoase. Pentru că solul conține și el apă, a fost împărțit în fucție de valoarea acestui pH în trei mari categorii: acide, neutre și alcaline. Desigur, este vorba de o nelea organică și nu vom întâlni soluri cu pH aflat într-o extremă sau alta, decât poate în cazul prezenței unor puternice surse de poluare. În general, pământul are un pH cuprins între 4 și 8.

Dincolo de aceste valori, mai jos de patru și mai sus de opt plantele se usucă rapid.

-soluri acide: pH = 4,5 – 6

-soluri slab acide: pH = 6 – 6,5

-soluri neutre: pH = 6,5 – 7,2

-soluri alcaline : pH = 7,5 – 8

Se observă că plantele suportă mai degrabă un sol acid, decât unul alcalin. În mod curent, solurile cu pH mai mare de 7,2 se numesc sărături, deoarece conțin în structura lor foarte multe săruri cu sodiumagneziu, potasiu și clor.

Majoritatea plantelor neleate preferă soluri neutre și slab acide. O formă inedită de comportament are hortensia, care iși schimbă culoarea florilor în funcție de aciditatea solului.

Corectarea valorii de pH a solurilor:

Solurile prea acide și cele prea alcaline necesită corectarea pH-ului în vederea atingerii unui domeniu optim dezvoltării plantelor. În funcție de specia cultivată, nele plante preferă solurile alcaline (pH peste 7), altele din contră, vor prefera soluri acide (pH sub 7). Valorile pot să varieze între anumite limite, peste care dacă se trece solul va deveni impropriu culturii. Există anumite specii care rezistă chiar și pe astfel de soluri, însă acestea sunt cazuri izolate. De aceea solurile cu pH-ul peste 7 – 7,5, precum și cele a căror valoare de pH scade sub 5-6, au nevoie de corecții prin aplicarea unor amendamente. Astfel, pentru creșterea valorii de pH se folosește piatra de var, var stins, dolomită, moloz mărunțit, iar pentru scăderea lui sulful sau fosfogipsul.

Pentru a spori eficacitatea amendamentelor, genul de îngrășământ pe care îl administrăm va fi corelat cu tipul de amendament, astfel: în cazul aplicării calcarului, varului sau dolomitei, se vor utiliza în următorii 2-3 ani exclusiv îngrășăminte naturale, compuse din: cenușa de lemn, făina de bazalt, compost fermentat. În cazul amendamentelor acidifiante, de sulf sau fosfogips, terenul se va îngrășa cu must de gunoi de grajd nefermentat.

Calitatea solului, prin atributele sale, determină, în largă măsură, marea complexitate și diversitate, în spațiu și timp, a mediului înconjurător, a echilibrului ecologic. De altfel, aceasta reflectă tocmai complexitatea și diversitatea rolului și funcției solului în multiplele lui ipostaze, cum sunt:

Solul: un mediu complex și dinamic, caracterizat de o faună și o floră specifice, de un ansamblu de elemente minerale și organice și de o ciculație proprie a aerului și apei care, toate, într-o stransă interdependență și corelație cu climatul local, determină calitatea solului de care depind, de fapt, preabilitatea terenurilor pentru multiple folosințe, favorabilitatea solurilor pentru diferite plante și funcția ecologică a acestora.

Solul: resursa naturală strategică unică, reprezentată printr-o peliculă fină la suprafața uscatului și limitată ca întindere, constituind, de altfel suportul esențial al peisajului; poate fi distrus rapid, fertilitatea lui putând fi refăcută prin măsuri adecvate, într-o perioadă de ani întregi sau chiar decenii, iar reconstrucția ecologică a solului, odată distrus, poate necesita chiar secole și milenii.

Prin natura lui, solul prezintă particularități pe cât de deosebite de ale celorlalți factori ai mediului înconjurător, pe atât de importante pentru biosferă, pentru om.

Solul odată distrus nu se mai reface așa cum a fost, dar prin utilizarea lui rațională, el nu se epuizează ci dimpotrivă el este protejat și își sporește fertilitatea.

Din estimările făcute pe glob suprafața totală a terenurilor este de 13.395 miliarde hectare. Deși nu există un consens în ceea ce privește populația care poate fi suportată pe pământ, este cert că aceasta poate fi de câteva ori mai mare decât cea prezentă. Concomitent cu celelalte măsuri de mărire a suprafeței arabile, de intensificare a producției, este necesar dacă nu cel mai important ca terenurile arabile să nu li se diminueze suprafețele. În prezent o parte din solurile bune pentru cultură, chiar cele mai fertile sunt pierdute definitiv prin extinderea orașelor, căilor de comunicație, a platformelor industriale, precum și prin eroziunea solului, unul dintre cele mai vechi procese de degradare, prin salinizarea și mlăștinirea secundară datorită aplicării neraționale a irigației, contaminarea si intoxicarea solului cu agenți patogeni, metale grele, reziduuri de pesticide si alte substanțe chimice utilizate in agricultura si silvicultura ca și prin diverse emisii provenite de la industrie.

Cu toate aceste sunt puține țări din lume care se preocupă de protecția terenurilor agricole și nu cu fermitatea și rigurozitatea impuse de urgența cu care ar trebui să se acționeze. Sunt încă mulți cei care gândesc că pământul suportă multe, dar și solul ca orice corp natural are o limita de încărcare, de suportare, peste care nu se poate trece fără pericolul degradării. Spre deosebire de apă și aer, unde în general substanțele toxice se diluează pe măsură ce se amestecă, în sol poate avea loc concentrarea lor datorită faptului că aici circulația substanțelor este foarte lentă.

Așadar poluarea solului înseamnă orice acțiune care produce dereglarea funcționării normale a solului ca mediu de viață, în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau create de om, dereglare manifestată prin degradarea fizică, chimică, biologică a solului care afectează negativ fertilitatea sa, respectiv capacitatea sa bio-productivă, din punct de vedere calitativ sau cantitativ.

O dezvoltare economică avantajoasă se bazează pe principii durabile în ceea ce privește toate componentele naturale: aerul, solul,apa, pădurile și resursele subsolului. Fiecare din aceste elementele joacă un rol foarte important în viața contemporană. Apa, este considerată elixirul vieții, este utilă atît pentru natură cît și pentru om. Apa influențează dezvoltarea vegetației, solurilor, menținerea vieții animalelor, etc. Tot ea contribuie la procesele exogene și modificarea reliefului. Aerul, care se întîlnește adînc în scoarța terestră, și foarte departe sus în atmosferă este și el foarte de folositor. Datorită aerului putem trăi și respira. Aerul, ca și apa, sunt necesare vieții și activității omului, însă cel mai important rol în natură, îl joacă solul.

Grație stabilității condițiilor vitale pe care le asigură, solul este cel mai populat mediu de viață. Totalitatea animalelor ce trăiesc în sol constituie pedofauna acestuia. Aceasta este și ea împărțită în trei categorii: microfauna – organisme ce nu depășesc lungimea de 0,2 mm, mezofauna – organisme ce au lungimi cuprinse între 0,2 și 8 mm, și macrofauna – organisme ce au lungimi de la 8 pîna la 80 mm.

S-a observat că pe o suprafață de un hectar de sol ce conțin aproximativ 3 tone de bacterii, 3 tone de ciuperci microscopice, 40 kg de artropode, 100 kg de alge, 100 kg de protozoare, 500 kg de rîme, 50 kg de nematode, 1,5 tone de actinomicete, 30 kg de moluște, 20 kg de șerpi și rozătoare, etc. în fiecare cm cub de sol se găsesc pînă la 7-10 miliarde de microorganisme.

După moartea organismelor vii din sol, resturile vegetale și animale sunt transformate în humus. Acesta este o parte esențială a materiei organice a solului, și este cel mai important component al lui. Humusul conține diferite elemente și substanțe nutritive, ce asigură fertilitatea solului.

Prin fertilitate se înțelege proprietatea solului de a asigura plantele cu substanțe nutritive (compuși ai elementelor chimice cu care se hrănesc plantele), apă și aer necesare dezvoltării normale în perioada de vegetație. Deci, solul este format atît din substanțe organice, cît și din substanțe minerale.

S-a constatat științific că în stratul de sol cu grosimea de un metru pe o suprafață de un hectar se conțin în medie 290 tone humus, 15 tone azot, 19 tone fosfor, 204 tone potasiu, precum și o cantitate importantă de microelemente: cupru, zinc, mangan, molibden, etc. Prin fertilizarea solurilor si tratamentele fitosanitare sa se pastreze aceste valori normale pentru a se evita poluarea.

Fertilitatea este de două tipuri: fertilitate naturală și fertilitate economică.

Fertilitatea naturală (potențială), a solului este un rezultat al fenomenelor naturale (fizice, chimice, biologice), neinfluiențate de om. Ea se dezvoltă continuu și este determinată de compoziția fizică și biochimică a solului, de condițiile de climă și relief și se manifestă prin capacitatea de reproducere spontană a vegetației.

Fertilitatea economică (antropogenă) a solurilor apare ca urmare a unor activități modificatoare a omului. Ea depinde de aplicarea corectă a tehnicilor agricole corespunzătoare (lucrări agrotehnice, îngrășăminte, irigații, desecări, etc).

Solul conține și o anumită cantitate de apă. Apa dizolvă unele substanțe nutritive pe care plantele le absorb împreună cu ea. Solul conține și aer, care este necesar pentru respirația rădăcinilor plantelor, animalelor și microorganismelor. Rezultă că solul nu este solid. Aproximativ 2/5 din el este alcătuit din apă și aer.

CAPITOLUL2. IMPORTANȚA APEI ÎN NATURĂ

2.1.APA ELEMENT VITAL PENTRU OMENIRE

Apa este cea mai răspândită substanță comună în natură, ocupând ¾ din suprafața

globului terestru. Practic suprafața Pământului este acoperită în proporție de 78% de apă.

Multe secole apa a fost considerată ca un element. În 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arătat ca apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen si oxigen, cu ajutorul scânteii electrice. În 1783, Lavoisier a repetat experiența, realizând pentru prima oară sinteza cantitativă a apei. S-a stabilit atunci că 2g de hidrogen se combină cu 16g oxigen pentru a da 18g apa. În 1805, Humboldt si Gay-Lussac au arătat că apa este formată din două volume de hidrogen si un volum de oxigen.Apa naturală constă în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O, 17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H.

Combinarea acestora generează 18 specii de molecule de apa. Apa pură este întotdeauna un amestec de apă usoară (H2O) si de cantități extrem de mici de apă grea (D2O)1 si apă hipergrea (T2O)2.

În natură apa se găseste sub toate stările de agregare:

-solidă (gheață, zăpadă)

-lichidă ( apa de ploaie, apa subterană, oceane, mări, fluvii, râuri etc.)

-gazoasă (vaporii de apă din atmosferă)

Cantitatea cea mai mare de apă se găseste în stare lichidă, formând învelisul de apă al

Pământului, cunoscut sub numele de hidrosferă. Din suprafața totală de 5,1*108 km2 a

globului pământesc 71% sau 3,61*108 km2 este ocupat de mări si oceane.

Din suprafața uscatului 1,48*108 km2, puțin peste 10% este acoperit de ghețari. Volumul mărilor si oceanelor este evaluat la 1,37*109 km3. Desi suprafața pământului este acoperită în proporție de peste 78% cu apă, doar 2,5% din această apă poate fi considerată ca fiind sursă pentru apa potabilă. Desigur că acum există tehnologii pentru desalinizarea apelor din mări si oceane, dar costurile operațiilor de desalinizare sunt ridicate si doar țările foarte bogate apelează la această tehnologie.

1 D2O-apa grea, numită formal oxid de deuteriu, este o formă de apă care conține o cantitate mai mare decât normală de hidrogen izotop deuteriu.

2 T2O-apa hipergrea cunoscută și ca oxid de tritiu este o formă de apă care are în compoziție tritiu, în locul hidrogenului. Izotopul hidrogenului conține în nucleu un proton și doi neutroni.

Rezervele de apă potabilă ale globului sunt localizate în:

ghețari- 24 mln km3

lacuri si râuri cu apa dulce-230mln km3

atmosferă-14 mln km3.

Apa constituie fondul principal al întreținerii sidezvoltării vieții, fiind de o importanță

primordială pentru omenire.

Fără apă nu ar exista viață. În organism apa intră în compoziția organelor, țesuturilor si lichidelor biologice. Ea dizolvă si transportă substanțele asimilate si dezasimilate în organism, menține constantă concentrația sărurilor în organism și prin evaporarea ei de pe suprafața corpului, apa participă la reglarea temperaturii corpului omenesc.

Apa contribuie la fenomenele osmotice din plante si are o deosebită importanță în procesul de fotosinteză. În jurul surselor de apă s-au dezvoltat o mare diversitate de biocenoze si chiar civilizația umană a fost atrasă si s-a stabilit în aceste zone.

De asemenea apa este folosită pentru alimentarea si îngrijirea animalelor, a adăposturilor

pentru animale, pentru irigații, consumul fiin si în acest caz semnificativ.

O statistică a O.N.U. arată că asistăm la o crestere a consumului de apă în lume, crestere

care se produce în progresie geometrică sii care a determinat ca în unele zone ale pământului

să se resimtă acut lipsa de apă.[RUSU Tiberiu, 2008]

2.2. DOMENIILE DE UTILIZARE A APEI

În raport cu resursele de apă relativ limitate, cerințele de apă ale omenirii au cunoscut o

crestere continuă, de la 1,4 miliarde m3 in anul 1950 la circa 20,40 miliarde m3 în anul 1989,

din care:

11% apă potabilă pentru populație și domeniul public

44% apă potabilă și industrială pentru agenți economici

45% apă pentru irigații, zootehnie și piscicultură.

Creșterea de peste 155 de ori a cerintelor de apă reflectă în mare parte dezvoltarea economico-socială fără precedent a omenirii, dar și în același timp ne atrage atenția asupra menținerii unor situații de utilizare nerațională, dar și a risipei de apă.

Aceste situații sunt generate atât de perpetuarea unor tehnologii de fabricație mari consumatoare de apă în industrie, în raport cu cele utilizate în alte țări, respectiv folosirea unor norme exagerate de apă la irigarea culturilor, de pierderi de apă în rețelele de distribuție și de risipa de apă, cât si de insuficienta dotare cu sisteme de măsurare a cantităților de apă prelevate si evacuate, ca și de lipsa unui sistem de pârghii economice de constrângere în vederea economisirii apei.

Cresterea consumului de apă a fost însoțită de o crestere a cantităților de apă uzată, fără ca acest lucru să fie corelată cu dezvoltarea si modernizarea instalaților de epurare în vederea cresterii capacităților și a calității procesului de epurare, concomiten cu asigurarea necesarului de apă de calitate.

Pentru a putea cunoaste resursele de apă si a modalităților de a le proteja, se impune cunoașterea circuitului apei în natură. Circuitul apei în natură este de fapt un proces foarte complex. Din punct de vedere al evaluării și al protejării apei trebuiesc urmăriți cel puținpatru factori:

-localizarea diferitelor forme sub care se găseste apa( ghețari, ape de suprafață, spe subterane, ape meteorice etc)

-procesul de trecere a apei în diverse stări de agregare

-sectoarele mari utilizatoare si consumatoare de apă

-natura activităților ce pot polua apele.

Factorii care alcătuiesc baza circuitului apei în natură sunt: evaporarea, condensarea și precipitațiile. Din imensa cantitate de apă care se ridică sub formă de vapori de pe suprafața oceanului planetar, o însemnată parte este transportată deasupra continentelor, unde condensează și cade sub forma de ploi, zăpezi, grindină. Dar, după ce ajunge la suprafața uscatului, apa din precipitații, urmează diferite căi:

-o parte, se scurge fie în oceanul planetar, fie în locuri mai joase fără ieșire la mare, constituind procesul scurgerii de suprafață sau scurgerea superficială;

-o alta parte se infiltrează în scoarța terestră, unde, dacă întâlneste un strat impermeabil înclinat, se scurge prin porii rocilor de deasupra, în direcția pantei acestuia, constituind scurgerea subterană, ce poate ajunge uneori până în oceane si mări.

În afară de apa care prin infiltrație pătrunde în sol, apele subterane pot să provină din ape fosile, bine conservate în timp, în diverse straturi geologice etanse sau pot să fie asa numitele ape juvenile, sintetizate în profunzimea scoarței terestre.

Ținând cont de toți factorii implicați si care pot influența circuitul apei în natură, dar si de utilizarea apei în diferite domenii de activitate, circuitul apei în natură poate să fie reprezentat cu aproximație ca în figura 2.1

Fig. 2.1. Circuitul apei în natură

2.3.APA ȘI SOLUȚIA SOLULUI

Apa reprezintă unul din constituenții esențiali ai solului. Aceasta participă la alterarea chimică a mineralelor și formarea mineralelor argiloase, a sărurilor, dezagregarea rocilor primare, la deplasarea reacțiilor chimice în sol, precum și la asimilarea substanțelor nutritive de către plante. Apa provine în sol din precipitații și din irigații. Solul posedă capacitatea de reținere a apei prin hidratare sau prin absorbția la suprafață a particulelor. Cantitatea de apă ce depăseste capacitatea de reținere a solului străbate profilul de sol până întâlneste un strat impermeabil sau stratul de apă subterană.

În sol, apa are o importanță deosebită, ea contribuind într-o formă sau alta la toate procesele pedogenetice, fie că este vorba de alterarea mineralelor, fie că este mijloc de transport pentru diverse substanțe, fie că organismele vegetale sau animale nu pot trăi fără apă, de ele fiind legate procesele de bioacumulare si formare a humusului.

Indiferent de sursă (precipitații, irigații, pânza freatică) în sol apa este supusă unor forțe care determină miscarea ei si cantitatea acesteia. În funcție de cantitatea de apă din sol, apa se prezintă sub forme ce disting forțele de reținere în sol, mobilitatea si participarea la diferite procese. Asupra apei din sol acționează forțe precum:

– Forța gravitațională ( favorizeză deplasarea apei spre orizonturile inferioare)

– Forțele capilare

– Forțele hidrostatice sau de presiune

– Forțele osmotice ( guvernează deplasarea apei prin membranele plantelor).

Apa se gasește în sol sub formă chimică, apa de hidratare în rețeaua cristalină a mineralelor din sol sau sub formă de grupări hidroxil. În afară de apa legată chimic există și apă fizică aflată fie în stare de vapori, legată sau liberă.

2.4.CLASIFICAREA APELOR DE SUPRAFAȚĂ SI A APELOR SUBTERANE

Sunt mai multe criterii de clasificare a apelor. Aceste criterii sunt:

1. Din punct de vedere administrativ apele pot fi clasificate astfel:

a) Ape internaționale: reprezintă acele ape care impreună cu statul roman sunt riverane și cu alte state. Aceste ape intră sau trec prin granițele naționale.

b) Ape teritoriale: reprezintă acele ape care sunt cuprinse între porțiunea țărmului țării noastre în spre larg. Întinderea și delimitarea acestora se stabilesc prin legea națională.

c) Ape naționale: sunt reprezentate de râuri, canale și lacurile navigabile interioare, fluviile, pârâurile. Mai sunt reprezentate și de apele răurilor si fluviilor de frontieră de la malul țării noastre care sunt stabilite prin anumite tratate internaționale.

2. Din punct de vedere al asezării apelor,apele pot fi clasificate astfel:

a) Ape de suprafață: sunt acele ape care pot fi gasite atât în miscare, cum ar fi apele curgătoare, cât și stând în acelasi loc, cum sunt lacurile.

b) Ape subterane: sunt acele ape care impreună cu precipitațiile atmosferice si cele provenite din condensarea vaporilor din subsol formează acumulări de ape la o adâncime oarecare si nu sunt vizibile la suprafață.

3. Din punct de vedere al situării obiectivelor si destinației, apele pot fi clasificate astfel:

a) Resurse de apă dulce: acestea sunt apele de suprafață si cele subterane.

b) Apa pentru populație: apa dulce necesară vieții si ambianței asezărilor umane.

c) Apa potabilă: aceasta este apa care poate fi băută. Această apă este reprezentată de apele de suprafață sau cele subterane care pot fi tratate fizico-chimic sau microbiologic.

d) Apa uzată menajeră

e) Apa pentru industrie: apa utilizată în activitățile industriale pentru a putea fi create produse noi.

f) Apa uzată industrial

g) Apa pentru agricultură: sau pe scurt, apa pentru irigații, provenite din apele de suprafață.

2.5.IMPORTANȚA ȘI CALITATEA APELOR

Considerată multă vreme ca o sursă inepuizabilă a naturii, apa se dovedeste a nu fi disponibilă în cantități suficiente si de o calitate corespunzătoare nevoilor de folosire, în anumite perioade si în anumite regiuni ale Terrei.

Cerințele firesti si permanente de apă duc la cresterea substanțială si neîntreruptă a consumului de apă, care nu mai poate fi satisfăcut întotdeauna în regimul natural al surselor de apă, impunându-se astfel realizarea de baraje, lacuri de acumulare, derivații si canale magistrale etc.

Se constată – în acelasi timp – o crestere a valorii pagubelor produse de inundații, care face necesară executarea de lacuri de acumulare pentru atenuarea viiturilor, regularizări de albii, efectuarea lucrărilor de întreținere a albiilor cursurilor de apă etc.

Resursele de apă, de suprafață și subterane, sunt monopol natural de interes strategic. Stabilirea regimului de folosire a resurselor de apă, indiferent de forma de proprietate, este un drept exclusiv al Guvernului, exercitat prin autoritatea publică centrală din domeniul apelor. În considerarea importanței pe care o prezintă apa, legiuitorul român statuează că regimul de exploatare a apelor subterane, a lacurilor, zonelor umede și ariilor protejate, a zonelor de protecție sanitară, precum și regimul privind navigația pe cursurile de apă naturale sau artificiale, pe apele maritime interioare și pe marea teritorială, ca și lucrările, construcțiile sau instalațiile aferente sunt supuse prevederilor legii cadru și reglementărilor specifice.

CAPITOLUL 3. POLUAREA SOLURILOR SI A APELOR. PROCEDEE DE DEPOLUARE

3.1.FORME ȘI CAUZE ALE POLUĂRII SOLURILOR ȘI A APELOR

SUBTERANE

Prin poluare se înțelege acțiunea de introducere directă sau indirectă în mediul înconjurător, prin activitatea umană, a unor substanțe care poate cauza un pericol potențial pentru sănătatea omuluisi poate deteriora resursele biologice și ecosistemele.

Se consideră poluant orice substanță solidă, lichidă sau gazoasă, sau de orice formă de energie, care dacă este introdus în mediu poate modifica echilibrul constituenților acestuia si aduce daune organismelor vii.

Poluarea solului se datorează îndepărtării și depozitării neigienice a reziduurilor lichide și solide rezultate din diferite activități umane, a dejecțiilor animale,cadavrelor acestora, a deșeurilor industriale sau a utilizării necorespunzătoare a unor substanțe chimice în practica agricolă. Nu se vor considera forme de poluare coroziunea solului, excavarea solului, eruptiile vulcanice etc, deoarece acestea se încadrează la noțiunea de degradare sau deteriorare a mediului.

Principalele forme si cauze ale poluării solurilor sunt:

Poluarea solurilor în funcție de natura ei se clasifică astfel:

fizică: – produsă de zgomot (poluarea sonoră), de substanțe radioactive (poluare radioactivă) sau de apa caldă, praf, particule de cărbune;

chimică: – produsă de compusii gazosi din industrie (ionii unor metale grele, pesticidele folosite în agricultură, detergenții);

biologică: – rezultată din infestarea mediului cu agenți patogeni și germeni proveniți din fermentații, eutrofizarea apelor.

2. După modul de răspândire, poluarea solurilor este:

a. punctiformă sau locală datorată deversării și depozitării necontrolate a unor substanțe poluatoare, precum și exploatării defectuoase a instalațiilor de extracție a apelor subterane, pe un spațiu relativ redus.

b. liniară care se manifesta de-a lungul soselelor, căilor ferate, cursurilor de apă, canalelor de evacuare a apelor uzate etc.

c. difuză, care rezultă în urma aplicării îngrasămintelor și produselor fitosanitare, prin poluarea masivă a atmosferei etc.

3. După acțiunea în timp a poluării, aceasta poate avea caracter:

a. permanent

b. accidental

4. În funcție de activitățile care generează poluarea solurilor și apelor subterane, pot fi identificate patru forme principale de poluare:

a. Poluarea domestică este în principal rezultatul deseurilor solide și lichide provenite din activitatea domestică ori din activitatea unor unități de servicii neracordate la un sistem special de tratare a deseurilor.

b. Poluarea industriala poate avea cauze foarte variate, cele mai frecvente fiind legate de depozitele de deseuri, de apele industriale uzate și de redepunerile din atmosferă.

c. Poluarea agricolă este adesea o poluare difuză și se datorează în mare masură utilizării neraționale în agricultură a unor substanțe chimice de sinteză (îngrăsăminte, fitohormoni și pesticide) pentru obținerea unor cantități superioare de produse agro-alimentare. Poluarea agricolă se poate prezenta uneori și sub formă de poluare accidentală în cazul stocării și deversării pe terenuri agricole a carburanților, îngrăsămintelor lichide, produselor fitosanitare etc. Alte forme ale poluării solurilor sunt depozitele necontrolate de dejecții animale sau produse de vidanjare, cadavre de animale, produse chimice sau farmaceutice perimate etc.

d. Poluarea prin transport se manifestă de-a lungul căilor de transport si comunicație terestre, navale și aeriene.

În fig. 3.1. Este reprezentat un exemplu de poluare a solurilor și a aapelor subterane prin activități antropice.

Fig. 3.1.Exemplu de poluare a solurilor și a apelor subterane prin activități antropice (Sursa: http://www.acuz.net/html/Sistemul_biogeochimic.html, ultima accesare 10.10.2013 )

3.2.EFECTELE NEGATIVE ALE POLUĂRII SOLURILOR

Impactul poluanților asupra omului în cadrul mediului ambiant este deosebit de complex și cuprinde un sir de etape, mai mult sau mai puțin distincte, succesive sau simultane. Organismele supuse unor concentrații mici de poluanți și pe o durată redusă, fac față expunerii prin mobilizarea sistemelor de detoxifiere. Expunerea de lungă durată însă si la concentrații ridicate conduce aproape întotdeauna la maladii, cancer si, în cazuri extreme, la moarte.

În cazul solurilor poluate, vectorii de transfer ai poluanților sunt lanțurile trofice sol-plantă-om, sol-plantă-animal-om, contactul direct în timpul muncilor agricole, contactul solului cu leziuni cutanate deschise sau indirect, contactul prin intermediul apei și al alimentelor.

Dintre substanțele chimice aplicate pe sol care au efecte dăunatoare asupra sănătății omului amintim dioxina-substanță folosită la fabricarea erbibicidelor si DDT-ul3. Datorită caracterului lor lipofilic, a capacității de legare de proteine si a perturbărilor de eliminare renală, aceste substanțe au toxicitate cumulativă pentru om, au efecte mutagene și cancerigene. De asemenea metalele grele –Pb, Cd, Hg- sunt reținute în cortexul renal, în ficat și în oase.

Germenii patogeni ajung în sol si în apele subterane ca urmare a depozitării neigienice a materiilor fecale, a cadavrelor și a produselor organice alterate. Unii germeni patogeni au o rezistență redusă în contact cu solul.

Acolo unde condițiile de salubrizare sunt defectuoase, se răspândesc cu mare usurință parazitozele intestinale. Ouale acestor paraziți din sol ajung în organismul uman prin intermediul mâinilor murdare, al zarzavaturilor și fuctelor nespălate, prin praf, etc.

Expunerea la radiații ionizante precum și inhalarea prafului purtător de elemente radioactive conduc la efecte somatice și efecte genetice asupra organismelor.

Efectele somatice includ leziuni ale unor organe și sisteme, stare generală alterată, urmate de sindrom hematologic, sindrom imunologic și sindrom digestiv. Din punct de vedere clinic distingem cataracta, leucemie, cancer cutanat, cancer pulmonar, cancer osos, adică, scurtarea duratei medii de viață.

Efectele genetice includ malformații grave sau minore, avort spontan, moartea embrionului, etc. Menționăm că detasarea riguroasă a acestor efecte este greu de făcut deoarece există în mod normal o iradiere naturală care, conform cercetărilor din ultimii ani este responsabilă de cel puțin o treime din totalul defectelor genetice.

3 DDT-ul este un insecticid care a fost folosit din anii 1940 ca un toxic de contact. Datorită efectului său eficient în combaterea insectelor și toxicității reduse față de mamifere ca și costului relativ redus de producere a fost folosit pe scară largă timp îndelungat. Dezavantajul DDT-ului constă în stabilitatea chimică, remanenței și efectului de cumulare în sol, alimente și corpul uman.

3.3.MIGRAREA POLUANȚłILOR ÎN MEDIUL SUBTERAN

Deversarea unui poluant lichid pe suprafața unui sol conduce, de obicei, la formarea în zona nesaturată a unui corp de impregnare, datorat în cea mai mare parte fenomenelor de convecție, dispersie, adsorbție, precipitare și activitate biologică. Direcția și viteza de deplasare ale poluantului depind în principal de vâscozitatea acestuia, de morfologia terenului și de permeabilitatea solului și a rocilor din acoperisul acviferului. Principala forță care acționează asupra poluantului este gravitația. Prin urmare, dacă solul este permeabil, poluantul se înfiltrează în sol după o componentă verticală. De asemenea, se înregistrează și o impregnare laterală cu poluant, datorată dispersiei, care este controlată de porozitatea solului. Avansând spre acvifer poluantul poate fi filtrat de către particulele solului, poate fi adsorbit, volatilizat, precipitat, biodegradat și într-o măsură mai mică, hidrolizat, oxidat și redus. El poate fi oprit, de asemenea, de către o barieră impermeabilă.

Procesele fizice, chimice și biologice care se desfăsoară într-un sol supus poluării au de cele mai multe ori ca rezultat reținerea poluantului și transformarea parțială sau totală a acestuia, astfel încât inconveniențele poluării să se diminueze în mod considerabil.

În afara proprietăților calitative ale solului, foarte important pentru protecția apelor subterane este latura cantitativă, respective grosimea solului și a stratelor petrografice situate deasupra pânzelor freatice. Importanța acestei laturi rezidă în faptul că solul și rocile situate în acoperisul acviferelor se comportă față de poluanți ca o veritabilă coloană cromatografică, asigurând reținerea și redistribuția stratigrafică a acestora pe verticală. Nu trebuie însă ignorat faptul că poluanții reținuți de sol pot fi desprinși uneori din matricea de reținere și antrenați spre apele subterane și superficiale sub acțiunea motrică a apelor provenite din precipitații. Modelarea integrală de ansamblu a fenomenelor multiple și complexe, legate de migrarea poluanților în zona nesaturată, înregistrează în prezent dificultăți greu de surmontat. Din această cauză, în practica depoluării, specialistii aplică metode empirice de estimare a formei corpului de impregnare cu poluanți, a adâncimii maxime de pătrundere a poluanților, a volumului de poluanți reținuți în zona nesaturată, a timpului necesar poluanților pentru a ajunge la acvifer etc.

Factorii principali luați în considerare pentru estimarea migrării poluanților în zona nesaturată sunt :

– textura

-structura zonei nesaturate

-porozitatea și permeabilitatea

precum și :

-vascozitatea

-solubilitatea poluanților.

-volatilitatea

În fig.3.2. este prezentată migrarea poluanților în zona nesaturată.

Fig.3.2. Migrarea poluanților în zona nesaturată(Sursa: Micle și Neag, 2009)

3.4.COMPORTAREA METALELOR GRELE ÎN SOL ȘI APĂ

Metalele grele influențează în mod deosebit vegetația,sănătatea animalelor și implicit cea a omului. Grupa metalelor grele include metalele cu densitate mai mare de 5. Interesul pentru aceste metale se datorește importanței pe care acestea o au ca microelemente în nutriția plantelor. Dintre metalele grele care fac parte din grupa microelementelor pot fi enumerate: fierul, manganul, cuprul, zincul, molibdenul, nichelul, seleniul, cobaltul, borul (Fe, Mn, Cu,Zn, Mo, Ni , Se , Co, B) . Tot din categoria metalelor grele fac parte și metalele toxice : plumb, mercur, cadmiu, arsen ( Pb, Hg, Cd, As). Acestea sunt cunoscute ca fiind deosebit de periculoase, chiar și în cantități limitate, pentru sănătatea animalelor și a omului.

Sursele de poluare care generează preponderent deșeuri ce conțin metale grele sunt diverse ramuri ale industriei, transporturile, iar în agricultură acestea pot fi întâlnite, în varietăți si cantități diferite, în apele și nămolurile zootehnice. Ele pot apărea în sol si ca urma reutilizării în agricultură a unor surse de fertilizare ,amendare precum și datorită folosirii de pesticide. Emisiile de la mijloacele de transport, aplicarea pe teren a nămolurilor de la stațiile de epurare , irigarea cu ape uzate , deșeurile și reziduurile provenite de la exploatațiile miniere si latforme industriale,fertilizarea și amendarea solurilor,aplicarea de îngrăsăminte organice și utilizarea pesticidelor au determinat ocrestere a concentrației de metale grele în soluri. Aspectul cel mai important privind poluarea cu metalele grele la nivelul solului îl reprezintă combinația, forma sub care se găsesc aceste metale grele în sol.

Metalele grele se găsesc în soluția solului sub formă de ioni sau complecși.Între metalele grele aflate în soluția solului și cele reținute pe suprafața coloizilor se stabilește un echilibru dinamic. Rezistența solului la poluarea cu metale grele este dependentă de capacitatea de tamponare a acestuia. Solurile cu capacitate mare de adsorbție (conținut ridicat de argilă și materie organică) rețin aceste elemente în orizonturile superioare. În aceste soluri cantitatea de compusi toxici care poate fi absorbită de către plante în apele subterane este mai mică decât în solurile nisipoase sau acide.

Riscul de poluare a solului și plantelor depinde de structura și caracteristicile solului, specia, forma chimică si combinațiile metalelor grele în sol. Prezența altor elemente în sol pot influența solubilitatea acestora prin efect de contracarare (reacții de complexare, absorbție, adsorbție, desorbție).

Cantitatea accesibilă de metal greu din sol și condițiile climatice influențează de asemenea asupra gradului de poluare.Efectele dăunătoarea ale metalelor grele depind de mobilitatea lor în sol adică de solubilitatea combințiilor în care se găsesc acestea.

Factorii edafici care influențează mobilitatea si accesibilitatea metalelor grele pentru plante sunt: textura, reacția, conținutul de materie organică, capacitatea de schimb cationic și drenajul solului.

Conform legislației din România, concentrațiile maxime admise pentru ionii de metale grele în apă nu trebuie să depășească anumite valori. În tabelul 3.1. sunt prezentate concentrațiile maxime de metale grele admise în corpul uman conform unor reglementări internaționale elaborate de OMS (2002) și USEPA (2002), precum și afecțiunile pe care le pot genera în corpul uman cu consecințe nefavorabile asupra sănătății.

Tabelul 3.1. Concentrații maxime admise (CMA) în corpul uman (OMS; USEPA, 2002)

3.5.SCHEMA GENERALĂ DE DEPOLUARE A SOLURILOR ȘI A APELOR DE

SUBTERANE

Schema generală de depoluare a solurilor și a apelor subterane include:

Depoluarea în situ a solurilor

Pomparea și tratarea apelor subterane

Tratarea efluenților gazoși

Izolarea în situ

Depoluarea pe sit/în afara sitului a materialelor excavate

În fig.3.3 am prezentat o schemă generală a depoluării solurilor și a apelor subterane.

Fig.3.3.Schema genarală de depoluare a solurilor și a apelor subterane

3.6.CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE DEPOLUARE A SOLURILOR ȘI A

APELOR SUBTERANE

Depoluarea cuprinde întreaga gamă de tehnici curative menite să neutralizeze sau să blocheze fluxul de noxe generatoare de poluare. Criteriile folosite în clasificarea metodelor de depoluare a solului sunt reprezentatede către locul de aplicare în raport situl poluant și principiile tehnice de depoluare folosite.

În funcție de locul de aplicare,în raport cu situl poluant,se disting 3 categorii de metode de depoluare:

– metode aplicabile în afara sitului;

– metode aplicabile pe sit;

– metode aplicabile „în situ."

În funcție de natura procesului, ce stă la baza metodei de depoluare folosite, se deosebesc:

– metode fizice de depoluare a solului;

– metode chimice de depoluare a solului;

– metode termice de depoluare a solului;

– metode biologice de depoluare a solului.

Metodele fizice reprezintă categoria cea mai extinsă în ceea ce priveste aplicabilitatea practică.Această metodă se deosebește astfel:

– bazată pe imobilizarea fizică a poluanților:

-prin izolare (etansare, blocare hidraulică);

-prin stabilizare sau inertare;

-bazată pe extracția fizică a poluanților din mediul contaminat: excavare, pompare, extracție de gaze sub vid, injecție de aer cu presiune,flotație etc.

Metodele chimice-aplicate pentru distrugerea, separarea, neutralizarea sau transformarea poluanților în urma unor reacții chimice specifice, ca de exemplu:

– extracția chimică

-oxidarea

-reducerea

-precipitarea

Metodele termice au ca principiu de bază extracția, distrugerea sau imobilizarea poluanților prin supunerea materialului contaminat la temperaturi ridicate,ca de exemplu:

-incinerarea

-desorbția termică

-vitrificarea mediului contaminat.

Metodele biologice-degradează poluanții prin intermediul activității microorganismelor(bacterii, ciuperci, etc.) în condiții aerobe sau anaerobe, ca de exemplu:

-bioreactorul

-biodegradarea în vrac (compostarea)

-biodegradarea în situ

-biolixivierea

-bioacumularea

Ultimele două procese nu presupun distrugerea poluanților ci doar separarea lor din mediul contaminat.

3.7.MIJLOACE DE PREVENIRE A POLUĂRII SOLURILOR ȘI A APELOR

SUBTERANE

Mijloacele de prevenire a poluării solurilor si apelor subterane pot fi :

• Legislativ-reglementare;

• Instituționale;

• Conceptual-tehnice

• Aplicativ comportamentale.

Cel mai important rol în cunoasterea și aplicarea mijloacelor de prevenire a poluării îl au instituțiile de stat( Ministerul Mediului, Garda de Mediu, Agențiile Regionale de Mediu),managerii intreprinderilor, mijloacele mass-media etc.

În categoria mijloacelor legislative- reglementările de prevenire a poluării solurilor și apelor subterane se încadrează:

– Legea nr. 137/29.12.1995- Legea protecției mediului

– Ordinul nr. 708/01.10.2004 pentru aprobarea Normelor tehnice privind protecția mediului și în special a solurilor, când se utilizează nămolurile de epurare în agricultură

– Ordonanța de urgență nr. 152/10.11.2005 privind prevenirea si controlul integrat al poluării.

– Ordonanța de urgență nr. 195/22.12.2005 publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 1196 din 30/12/2005 privind protecția mediului, ce cuprinde măsurile privind prevenirea si controlul integrat al poluării (Capitolul XI-Protecția solului, subsolului și a ecosistemelor terestre).

– Legea nr. 138/27.04.2004- Legea îmbunătățirilor funciare.

– Ordinul nr. 756/3.11.1997 al Ministerului Apelor, Pădurilor si Protecției Mediului prin care este stabilit nivelul concentrației acceptabile pentru diferiți poluanți în sol, în conformitate cu reglementările internaționale.

Prevenirea poluării captărilor de apă subterană se asigură prin stabilirea în jurul acestori captări a unor zone de protecție dimensionate după criterii precise sau calculate pe baza unor metode empirice.În România s-au instituit trei zone de protecție față de factorii de poluare:

Zona I de protecție sanitară cu regim sever ( se determină timp de minim 20 de zile pentru orice picătură de apă presupus a fi contaminată care s-ar infiltra la limita zonei si ar ajunge la locul de captare)

Zona II de protecție sanitară cu regim de restricție (cuprinde zona I si asigură protecția față de contaminarea bacteriană și impurificarea chimică)

Zona III de protecție hidrologică (are rolul de a asigura protecția față de orice substanță greu degradabilă sau nedegradabilă).

CAPITOLUL 4. MONITORIZAREA CALITĂȚII APELOR ȘI A SOLURILOR

4.1. ASPECTE GENERALE PRIVIND ACTIVITATEA DE MONITORING

Pentru termenul ”monitoring” (controlul calității mediului) există două sensuri: unul ecologic și unul tehnologic.

În sens ecologic, monitoring-ul ecologic reprezintă sistemul de supraveghere sistematică și continuă a stării mediului și a componentelor sale sub influența factorilor naturali și antropici.

În sens tehnologic, monitoring-ul integrat reprezintă un sistem complet de achiziție a datelor privind calitatea mediului, obținut pe baza unor măsurători sistematice, de lungă durată, la un ansamblu de parametrii și indicatori, cu acoperire spațială și temporală care pot să asigure posibilitatea controlului poluării.

În țara noastră s-a acceptat și este consacrată sintagma monitoring integrat, dar se folosește și formula monitoring ecologic/integrat.

Monitoring-ul ecologic/integrat urmărește:

– realizarea unui sistem integrat de înregistrări metodice;

– evaluarea cuantificată a structurilor si a modului de funcționare a proceselor ecologice;

– compararea stării mediului cu intensitatea activităților socio-economice;

– modelarea situațiilor constatate;

– prognozarea sensului, a tendințelor și schimbărilor care au loc.

Problema fundamentală a monitoring-ului ecologic/integrat constă în preîntâmpinarea –cât mai devreme posibil – a acțiunilor negative rezultate din activitățile umane. Pentru aceasta trebuie apreciat sensul în care reacționează mediul, evoluția subsistemelor care îl compun,totul efectuându-se pe bază de analize detaliate, sistematice, de lungă durată. Este necesar ca monitoring-ul ecologic/integrat să fie abordat sistemic, holistic, în concordanță cu complexitatea proceselor din natură.

Obiectivele monitoring-ului ecologic/integrat pot fi cu caracter general, cu caracter specific și cu caracter prospectiv.

Principiile de realizare a monitoring-ului ecologic/integrat sunt de trei tipuri:

– principii instituționale-care vizează activitatea instituțiilor care sunt abilitate să organizeze și să desfăsoare monitoring ecologic/integrat;

– principii stiințifice-care constituie baza, fundamentarea stiințifică a activității de protecția mediului;

– principii operaționale-care relevă modul concret în care se lucrează în monitoring-ul ecologic/integrat.

4.2.MONITORIZAREA STĂRII DE CALITATE A SOLURILOR

Furnizarea datelor necesare pentru a stabili principalele cauze care generează fenomenele de poluare a solului, precum și fundamentarea măsurilor de prevenire, recuperare și/sau ameliorare, se face prin sistemul de monitoring a stării de calitate a solurilor.

În România, începand cu anul 1977, potrivit recomandarilor UNEP (Națiunile Unite pentru Mediul Înconjurator) și a O.M. Agriculturii nr. 111/1977, a fost instituit primul Sistem de Monitoring al Stării de Calitate a Solurilor agricole din România, ca parte integrantă a Sistemului Național al Calității Mediului Înconjurator.

Începând cu anul 1992, în vederea integrării pedologiei românești în circuitul internațional al informației, s-au pus bazele unui sistem de monitoring al solurilor armonizat cu cel al U.E. Adaptarea acestui nou sistem se face de către ICPA si ICAS. si are la bază următoarele criterii :

• Repartiția spațială în grila a siturilor de observație ;

• Stabilirea densității rețelei de observație ;

• Stabilirea unui set lărgit de indicatori monitorizați ;

• Periodicitatea investigațiilor de teren și de laborator dupa o metodologie unitară.

Metodologia de monitorizare este legiferată astfel :

• Ordinul 223/2002-Norme de conținut pentru studiile pedologice elaborate în vederea realizării si reactualizării periodice a Sistemului Național si Județean de

monitorizare sol-teren pentru agricultură ;

• Ordinul 244/2002-Metodologia de monitorizare sol-vegetație forestieră pentru silvicultura ;

• Ordinul 756/1997, Anexa I-Valori de referință pentru urme de elemente chimice în sol ;

• Ordinul 184/1997-, Anexa A.2.2.-Recomandări privind prelevarea probelor.

Studiile efectuate până în prezent prin activitatea de monitoring semnalează tendința generală de înrautățire a stării fizice a solurilor și de scădere a rezervelor de humus și elemente nutritive în sol.

La noi în țară a fost instituit încă, din anul 1975, Sistemul Național Integrat de Monitorizare a Calității Solurilor. Din anul 1992 s-a trecut la un nou sistem de monitorizare armonizat cu alte sisteme europene, fundamentat stiințific pe baza cercetătorilor efectuate de institutele Academiei de Stiințe Agricole și Silvice din România, în principal Institutul de Cercetări pentru Pedologie, Agrochimie și Protecția Mediului ( ICPA) Bucuresti în colaborare cu Institutul de Cercetări si Amenajări Silvice (ICAS) Bucuresti.

Sistemul de monitorizare cuprinde 942 de amplasamente (situri) reprezentative, din care 670 pe suprafețe agricole și 272 pe suprafețe cu folosință silvică. Siturile sunt amplasate într-o rețea fixă de 16×16 km. Activitatea de monitorizare a calității solului este organizată și se desfășoară pe trei nivele:

nivelul I: efectuarea de investigații în toate punctele unei rețele (grile fixe) pentru identificarea arealelor cu soluri aflate în diferite stadii de degradare, urmărindu-se periodic evoluția acestora printr-un set de indicatori obligatorii

nivelul II: se urmărește detalierea investigațiilor în situri reprezentative ale rețelei de nivel I și în puncte suplimentare (studii intensive) pentru identificarea cauzelor care produc poluarea și degradarea solurilor

nivelul III: se aprofundează cercetările prin analize de detaliu ale proceselor dăunătoare, se stabilesc sursele și amploarea proceselor de poluare, se prognozează evoluția proceselor și se elaborează măsurile de remediere și se urmăresc efectele aplicării lor.[Valer Micle,42]

4.3.MONITORIZAREA STĂRII DE CALITATE A APELOR SUBTERANE

Regimul natural al apelor subterane a suferit în timp o serie de modificări cantitative și calitative. Evidența resurselor de ape subterane la nivelul celor 11 Administrații Bazinale de Apa a fost impusă de necesitatea realizării gestiunii acestora, de gospodărirea lor integrată cu a celor de suprafață, precum și de adoptarea unei politici unitare de protecție și prevenire a introducerii directe sau indirecte a poluanților prioritari în apele subterane și stoparea sau limitarea introducerii în acvifere a altor poluanți ce vor afecta calitatea apei.

Directiva Cadru în domeniul Apelor 2000/60/CEE, privind stabilirea cadrului pentru o politică europeană în domeniul apelor, a integrat prevederile directivei apelor subterane într-un ansamblu general menit să asigure protecția calitativă și cantitativă a tuturor resurselor de apă de pe teritoriul Uniunii Europene. Ca urmare a implementării Directivei Cadru a Apei 2000/60/CEE, în România, s-a realizat zonarea sistemelor acvifere cu nivel liber și a celor cu nivel sub presiune, fiind delimitate, descrise și caracterizate 142 corpuri de apă subterană această grupare realizându-se și în scopuri manageriale.

Rețeaua de monitoring a corpurilor de apă subterană a fost astfel proiectată cu scopul de a oferi o imagine generală coerentă și cuprinzătoare a stării calitative și cantitative a corpurilor de apă subterană în cadrul fiecărui bazin hidrografic și de a detecta prezența tendințelor de creștere, pe termen lung, a concentrațiilor poluanților din cauza activităților antropogene, conform ,,Planului național de protecție a apelor subterane împotriva poluării și deteriorării” aprobat prin H.G. 53/2009, prin transpunerea Directivei Parlamentului European și a Consiliului European 118/2006/CE privind protecția apelor subterane împotriva poluării și deteriorării, (Directiva Apelor Subterane – DAS).

Din punct de vedere cantitativ, conform anexei V din Directiva Cadru Apa 2000/60/CEE, starea bună a corpului de apă subterană este atinsă atunci când nivelul apei subterane în corpul de apă subterană este astfel încât resursele de apă subterană disponibile nu sunt depăsite de rata de captare medie anuală pe termen lung. Pentru evaluarea stării cantitative a corpurilor de apă subterană s-au utilizat recomandările ghidului european în domeniu, elaborat în cadrul Strategiei Comune de implementare a Directivei Cadru, utilizându-se următoarele criterii:

• bilanțul hidric;

• conexiunea cu apele de suprafață;

• influența asupra ecosistemelor terestre dependente de apa subterană;

• intruziunea apei saline sau a altor intruziuni.

Corpurile de apă subterană se clasifică în două clase: bună si slabă, atât pentru starea cantitativă, cât și pentru cea chimică.

Formele cele mai intense de depreciere multiplă a calității apelor subterane sau identificat în zonele rurale unde, din cauza lipsei unui minim de dotări cu instalații edilitare, lipsei sistemelor de canalizare, lipsei sistemelor de alimentare cu apa potabilă, deseurile lichide ajung în acviferele freatice atât în mod direct (prin intermediul sanțurilor si rigolelor, etc.) cât și indirect, prin infiltrare lentă (de la depozitele de gunoi de grajd, gropi de deșeuri menajere improvizate, etc).

Factorii poluatori majori care afectează calitatea apei subterane se pot grupa în următoarele categorii: produse petroliere, produse rezultate din procesele industriale, produse chimice (îngrășăminte, pesticide) utilizate în agricultură ce provoacă o poluare difuză greu de depistat și prevenit, produse menajere și produse rezultate din zootehnie, metale grele, radioactivitatea, necorelarea cresterii capacităților de producție și a dezvoltării urbane cu modernizarea lucrărilor de canalizare și realizarea stațiilor de epurare, exploatarea necorespunzătoare a stațiilor de epurare existente, lipsa unui sistem organizat de colectare, depozitare și gestionarea deseurilor și a nămolurilor de epurarea apelor industriale uzate.

CAPITOLUL 5. CERCETĂRI PRIVIND DETERMINAREA CALITĂȚII SOLULUI ȘI APEI DIN ZONA TÂRNĂVENI

5.1.CADRUL NATURAL ȘI CONDIȚIILE ECOLOGICE ALE ZONEI DE RECOLTARE A PROBELOR

Platforma chimică Târnăveni este amplasată în partea de vest a municipiului Târnăveni, județul Mureș.

Platforma chimică are în vecinătate următoarele:

– la N: cartiere de locuințe aparținând municipiului Tărnăveni la o distanță de 500 m de platformă;

– la S: malul drept al râului Târnava Mică, protejat cu diguri de protecție;

– la S-V: terenuri agricole aparținând comunei Adămuș;

– la E și S-E: terenuri aflate în proprietate privată și în proprietatea municipiului Târnăveni.

Pentru cercetarea însușirilor fizice, chimice și biologice ale solului, ar trebui anual să se execute numeroase analize de laborator.

Probele de sol se recoltează din stratul superficial al solului. Recoltarea probelor de sol nu se face la întâmplare deoarece rezultatele obținute nu pot duce la o caracterizare bună a solului respectiv.

În data de 13.10.2013 s-au recoltat probe de sol, în număr de 4, pe vreme uscată, la temperaturi de aproximativ 19-230C din zone diferite ale Târnăveni-ului, din apropierea Combinatului Chimic BICAPA. S-au recoltat mai multe probe cu ajutorul unei cazmale, într-un recipient curat și uscat. Apoi s-au îndepărtat eventualele resturi vegetale (rădăcini, ierburi, frunze) și impurități (cioburi, așchii, etc.) și s-au amestecat probele pentru omogenizare. Din cantitatea totală s-a reținut o cantitate de 800 g sol reprezentând probă medie pentru fiecare probă în parte.

Fig.5.1. Recoltarea probelor de sol și cantitatea reținută pentru analizarea lor

Proba 1 (notată PS1): probă din livadă (500 m de la BICAPA)

Proba 2 (notată PS2): probă din grădina de legume (1000 m de la BICAPA)

Proba 3 (notată PS3): probă din teren agricol (700 m de la limita batalului bicromat de sodiu)

Proba 4 (notată PS4): probă de la limita batalului bicromat de sodiu

Recoltarea probelor de apă este o etapă deosebit de importantă pentru desfășurarea procesului de analiză fizico- chimică a apei, căci probele recoltate trebuie să fie reprezentative și nu trebuie să introducă modificări în compoziția și calitățile apei datorită unor tehnici defectuoase sau a unor condiții incorecte de pregătire a materialului.

Recoltarea probelor de apă începe doar după identificarea clară a sursei de apă și ținând seama de faptul că există o variație pronunțată a caracteristicilor apelor pe ore și zile, dar și pe zone, funcție de infiltrații, diluții, ploi, etc.

Pentru apele de suprafață cele mai indicate zone pentru prelevarea apei este din apropierea stațiilor hidrologice, aici putîndu-se determina și debitul râului. Se recomandă ca apa să fie prelevată de la o adâncime de 10 – 15 cm de suprafața apei, datorită vitezei apei ea fiind mai omogenă.

Recoltarea apei pentru analiza fizico-chimică se face în flacoane de sticlă sau polietilenă, prevăzute cu dop rodat sau închise ermetic. Vasele de recoltare trebuie spălate foarte bine pentru a îndepărta orice urmă de substanțe organice sau alte impurități care ar putea denatura compoziția probei.

În momentul recoltării, flaconul se va c1ăti de 2-3 ori cu apa ce urmează să fie recoltată, apoi se umple cu apa de analizat până la refuz, iar dopul se va fixa în așa fel încât să nu rămână bule de aer în interiorul vasului.

Modul recoltării probelor în funcție de sursa de apă, se face astfel:

din apele de suprafață, recoltarea se face fixând flaconul pe un suport special care îi conferă greutatea necesară pentru a părunde cu ușurință sub nivelul apei. Recoltarea se face pe firul apei, unde este cea mai mare adâncime, în amonte de orice influența a vreunui efluent și în aval, unde se realizează amestecul complet al apel receptorului cu efluentul;

din rețaua de distribuțe apa se recoltează dupăce s-a curățat robinetul cu un tampon curat, atâ pe dinafară cât ș pe dinăntru ș apoi se lasă să curgă aproximativ 5 minute apa stagnată pe conductă

în cazul distribuței intermitente, o probă se va recolta la primul jet de apă pentru a avea prima apă care circulă prin robinet și a doua probă se va lua după o oră de curgere continuă

În data de 06.04.2014 s-au recoltate probe de apă, în număr de 3, pe vreme uscată. Recoltarea s-a realizat într-un flacon de sticlă cu capac rodat. Cu ajutorul unei serinfi s-a recoltat apa și s-a filtrat urmând ca apoi probele să fie conservate timp de 72 de ore la o temperatură de 6-100C.

Fig.5.2. Recoltarea probelor de apă

Proba 1 (notată PA1):apă de suprafață din Târnava Mică-înainte de stația de epurare

Proba 2 (notată PA2):apă de suprafață din Târnava Mică-după stația de epurare

Proba 3(notată PA3):apă potabilă de la robinet-la 1000 m de BICAPA.

Pentru compararea apei potabile s-a recoltat și o probă de la robinet din cadrul laboratorului Wessling, proba 4 (notată PA4)

Fig.5.3. Locurile de unde s-au recoltat probele (harta Satelit a Târnăveni-ului)

(Sursa:https://www.google.ro/maps/@46.3229483,24.2699574,15z ultima accesare 13.10.2013)

5.2. SCOPUL, OBIECTIVELE ȘI FACTORII CERCETAȚI

Scopul acestui studiu este de a scoate în evidență calitatea solului și a apei din zona Târnăveni și de a vedea nivelul de poluare din această zonă.

Obiectivele acestui studiu sunt:

Determinarea conținutului celor șapte metale grele (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb și Zn) din probele de sol și apă recoltate

Interpretarea rezultatelor obținute

Propuneri de remediere

Factorii cercetați sunt cele șapte metale grele (As, Cd, Cr, Cu, Ni,Pb, Zn) . Aceste metale sunt foarte nocive pentru sănatatea omului și mediului înconjurător.

Metalele sunt componente naturale, care fac parte din ecosistemele globale. O parte din ele sunt esențiale pentru buna dezvoltare a plantelor și a organismelor, altele, în schimb, pot fi toxice pentru acestea, chiar și la concentrații foarte mici.

Metalele pot fi prezente în mediu într-o gamă largă de stări de oxidare și numere de coordinare, acestea fiind corelate și cu toxicitatea lor. În literatura de specialitate metalele sunt clasificate în două categorii principale: metale ușoare și metale grele. Dintre toate elementele metalice existente în natură, 53 dintre ele sunt metale grele, având densitatea mai mare de 5 g/cm3 și sunt deseori asociate cu poluarea și toxicitatea, deși, unele dintre acestea (metalele esențiale) sunt necesare organismelor vii, dar în concentrații destul de mici.

Impactul pe care îl induce prezența metalelor grele din mediu asupra sănătății umane și animale este agravat de persistența acestora, pe termen lung, în mediul înconjurător.

De asemenea solubilitatea și mobilitatea metalelor grele sunt în strânsă legătură cu procesele de adsorbție, desorbție și complexare, care, la rândul lor, depind de caracteristicile mediului în care aceste procese au loc, respectiv: pH, capacitatea de schimb cationic, conținutul de materie organică, tărie ionică, prezența altor metale grele etc.

Metalele grele nu pot fi descompuse sau distruse. Ajung în corpul nostru într-o cantitate foarte mică, o dată cu mâncarea, apa potabilă și aerul.

Efectul negativ al metalelor grele poate rezulta, de exemplu, prin interemediul apei de băut contaminate (ex: țevi de plumb), asimilarea prin intermediul lanțului trofic, etc.

5.3.METODE DE ANALIZĂ FOLOSITE

5.3.1.Metode de analiză pentru sol

Pentru determinarea azotului, fosforului, potasiului,analiză granulometrică,conținutul de humus din sol și pH-ului probele s-au analizat la Oficiul de Studii Pedologice și Agrochimice Mureș.

În cele ce urmează vom descrie modul de lucru al determinărilor deja menționate. Determinările sunt efectuate cu ajutorul materialelor și aparaturii din dotarea proprie a laboratorului, materiale și aparatură menționată pentru fiecare analiză în parte.

Determinarea azotului (N) din sol – Metoda Kjelahl

Pentru determinarea conținutului de azot total din sol a fost adoptată Metoda Kjeldahl.

În această metodă, materia organică a solului este mineralizată prin fierbere cu acid sulfuric concentrat,în prezență de catalizatori.

În acest proces sunt dezagregate și mineralele argiloase, eliberându-se amoniul neschimbabil. Azotul din materia organică și din amoniul existent în sol rămâne în extractul sulfuric sub formă de sulfat amoniu.

Procesele care au loc la mineralizarea compușilor organici ai azotului prin fierbere cu acid sulfuric – H2SO4 în prezență de catalizatori pot fi redate în mod simplificat astfel:

C6H5CH2CHNH2COOH + 21 H2SO4 = 9 CO2 + NH4HSO4 + 20 H2SO3 + 4 H2O

fenilalanină acid bioxid bisulfat de acid

sulfuric de carbon amoniu sulfuros

În condițiile de temperatură în care are loc mineralizarea după Kjeldahl, acidul sulfuros se descompune în apă și bioxid de sulf:

20 H2SO3 –> 20 SO2 + 20 H2O

Cât privește mecanismul de acține al amestecului catalitic se consideră că sulfatul de sodiu ridică punctul de fierbere al acidului sulfuric de la 3380C la circa 3750C.

Materiale necesare:

Baloane Erlenmeyer;

Balanța analitică;

Bicromat de potasiu (K2Cr2O7);

Acid sulfuric (H2SO4);

Baia de nisip;

Instalația Parnass Wagner;

Acid boric (H3Bo3);

Metoda de lucru:

Se pregătesc baloane Erlenmeyer de 100 ml. Din proba mărunțită fin se cântărește la balanța analitică aproximativ 1 g de sol. Se adaugă peste solul cântărit 5 ml de K2Cr2O7 (bicromat de potasiu) și 5 ml de H2SO4 (acid sulfuric) concentrat.

Acestea se pun pe baia de nisip (figura 5.4.) agitându-se tot timpu până la apariția fumului alb care indică de fapt prezența SO2, moment în care se consideră dezagregată proba, luându-se de pe baia de nisip. După răcirea probelor se trece la distilare.

Se distilează cu instalația Parnass Wagner în prezență de NaOH (hidroxid de sodiu) concentrat 25 ml. Proba se introduce în balonul de deasupra aparatului, se adaugă de 2 ori apă distilată fără ca solul să fie introdus în balon. Apoi se adaugă NaOH (25 ml), închizându-se robinetele. Se pune flacăra la balonul de jos în care este apă distilată.

Vaporii de azot, prin condensare, datorită refrigerentului în spirala, ajung într-un balon în partea de jos a instalației, în care s-au pus 5 ml de H3Bo3 (acid boric) 2%. Se consideră că N, este deja distilat când lichidul verde ajunge la jumătatea balonului. Se titrează cu H2SO4 de n/14.

b) Determinarea fosforului (P) din sol – Metoda Nikolav

Fosfații se extrag din proba de sol cu o soluție de acetat-lactat de amoniu la pH=3,75. Datorită pH-ului acid și capacității de complexare pentru cationii Ca2+, Al3+, Fe3+, soluția extrage P corespunzător factorului Q și cantități reduse din fosfații minerali din sol pe care îi solubilizează prin efectul de dizolvare și complexare.

Metodele adecvate pentru determinarea factorului Q sunt metodele care au la bază schimbul anionic și în acest sens corespund metodele care determină P schimbabil prin schimb izotopic și metodele care utilizează rășini schimbătoare de anioni. Prin această metodă se obțin date care se corelează cel mai bine cu P absorbit de către plante.

Anionul fosfat extras se determină colorimetric, ca “albastru de molibden”.

Materiale necesare:

Balanața analitică;

Flacoane de sticlă 250 ml;

Acetat lactat de amoniu;

Pâlnii;

Baloane Erlenmeyer;

Hârtie de filtru;

Eprubete de 10 ml;

Pipetă cu bulă;

Baloane de 100 ml;

Apă distilată;

Fotocolorimetru cu lungimea de undă 715 nm;

(NH4)6Mo7O24 – molibdat de amoniu;

Soluție amestec reducător: StCl2 – clorură stanoasă și C6H8O6 – acid ascorbic;

Metoda de lucru:

Se cântăresc 2,5 g sol trecut prin sită de 2 mm și se transferă cantitatea în flacoane de sticlă de 250 ml uscate.

Se adaugă 50 ml soluție de acetat lactat de amoniu diluție 1:10 și se agită 1,5 ore. După agitare se filtrează prin pâlnii uscate cu baloane Erlenmeyer de 100 ml cu hârtie de filtru cu porii mari (în 2-3 straturi). Dacă primele poțiuni de filtru nu sunt limpezi, se refiltrează prin aceeași hârtie de filtru, apoi se continuă filtrarea.

Din filtratul limpede se pune o parte în eprubete de 10 ml pentru potasiu, iar din rest se extrag 5 ml cu pipeta cu bulă și se pune în baloane de 100 ml. Se adaugă 25 ml apă distilată și se introduc succesiv 3 ml de (NH4)6Mo7O24*4H2O (molibdat de amoniu) apoi 2 ml soluție amestec reducător. Se aduce balonul cotat la 50 ml cu apă distilată și se omogenizează. Pentru scară se pune în baloane Erlenmeyer de 100 ml câte 5 ml soluție de acetat lactat cu amoniu, apoi adăugăm din soluția standard 1:10 câte 0,5; 1; 2; 3; 4 ml.

Se adaugă 25 ml apă distilată și succesiv mai adăugăm 3 ml de molibdat de amoniu și 2 ml de sol în amestec de reducător. Completăm la 50 ml cu apă distilată și aceasta împreună cu probele se citesc la fotocolorimetru SP-870 (figura 5.5.) cu lungimea de undă de 715 nm după 6 minute de la colorare. Intensitatea culorii este proporțională cu concentrația, conform legii lui Lambert-Beer, în intervalul de concentrații cuprinse între 0,02 – 1,20 micrograme P/ml.

Soluție amestec reducător: StCl2 (clorură stanoasă) și C6H8O6 (acid ascorbic).

c) Determinare potasiului (K) din sol – Metoda Egner-Riehm-Domingo

În litosferă, conținutul mediu de K este de aproximativ 1,9% iar în soluri de aproximativ 1,2 % . Cea mai mare parte de K existent în soluri este conținută în minerale primare (feldspați, mice) și minerale secundare (illit, vermiculit). Din această cauză conținutul de K în sol și variația pe profil sunt dependente de conținutul, compoziția și variația pe profil a mineralelor primare și a mineralelor argiloase exitente în sol (moștenite din materialul parental sau formate în timpul pedogenezei). În orizontul de suprafață, conținutul de K este relativ mai ridicat datorită procesului de bioacumulare.

Materiale necesare:

Balanța analitică;

Baloane cotate;

Fotometru;

Metoda de lucru:

Metodele de extracție pentru K accesibil (mobil) urmăresc extracția K schimbabil. Cum prin definiție K schimbabil reprezintă cantitatea de K eliberată prin schimb cu cationii unor soluții de săruri neutre și metodele de extracție pentru K accesibil (mobil) folosesc aceste soluții. Cea mai largă utilizare o are soluția 1n de acetat de amoniu pH 7. Extracțiile cu soluții de acizi diluați la rece și cu timp scurt de contact, deplasează cantități de K comparabile cu cele extrase de acetat de amoniu, astfel că pentru scopuri practice se consideră că se extrage aceeași formă de K. Prin toate metodele, în soluția de extracție este trecut atât K schimbabil cât și K solubil. Cum pentru solurile nesalinizate (total săruri solubile în extract apos 1:5 sub 0,1 %) valoarea K solubil este foarte mică, nu se consideră această formă separat.

După extracția K, dozarea se face în soluția obținută prin fotometrie de emisie (figura 5.6.). Metoda este considerată de referință deoarece etrage în întregime K schimbabil. Fiind laborioasă, aplicarea ei se restrânge la situațiile în care este necesară determinarea și a celorlalți cationi schimbabili sau calcularea gradului de saturație în K a complexului adsorbativ.

Conținutul de K accesibil (mobil) se exprimă în ppm și se calculează cu formula:

KNH4Ac, ppm =(a-b)V/ m,

unde:

a= conținutul de K din probă, citit pe curba de etalonare, în micrograme K/ml;

b= conținutul de K din roba oarbă, citit pe curba de etalonare, în micrograme K/ml;

V= volumul soluției din balonul cotat din care s-a făcut determinarea, în ml;

m= masa probei de sol folosită la extracție, în g.

d) Analiza granulometrică

Textura solului este dată de conținutul procentual cu care fracțiunile granulometrice cu diametrul mai mic de 2 mm (argilă, lut sau praf și nisip), participă în definirea unei probe de sol. Particulele cu dimensiuni cuprinse între anumite limite au proprietăți specifice, formând o categorie de particule, respectiv grupe sau fracțiuni granulometrice. Cu cât gradul de mărunțire este mai avansat, cu atât suprafața și numărul particulelor este mai mare.

Prin alcătuirea granulometrică se determină procentual proporția cu care particulele primare componente ale fazei solide, silicatice, a solului, clasate pe categorii de mărime, intră în alcătuirea solului. Prin material silcatic se înțelege partea minerală a solului fără carbonați și hunus. Aportul hunusului este neglijat, deci inclus materialului silicatic atunci când nu depășește un conținut de 5%.

Alcătuirea granulometrică se determină pe probe uscate la aer, omogenizate, mojarate și trecute prin sita cu ochiurile de 0,2 mm (fig 5.7.). Materialul mai mic de 0,2 mm este cunoscut sub denumirea de pământ fin.

Determinarea alcătuirii granulometrice comportă următoarele două grupe de operații principale:

tratarea probelor de sol;

separarea fracțiunilor granulometrice.

Materiale necesare:

pipetă tip Kubiena sau Kohn;

balanță analitică cu precizie de 0,01 g;

cilindru de sedimentare cotat la 1000 cm3 având diametrul interior de minimum 60 mm;

sită cu diametrul ochilor de 0,2 mm;

baie de apă;

baie de nisip;

etuvă electrică;

termometru;

cronometru;

exsicator cu clorură de calciu;

fiole de cântărire din sticlă;

capsule din sticlă sau porțelan;

balon Erlenmeyer;

pahar Berzelius;

hârtie de filtru;

pâlnie cu diametru de 100 mm;

sticlă de ceas cu diametrul de 100 mm;

stropitor;

eprubete.

Modul de lucru:

Din proba de sol pregătită, se cântăresc la balanța analitică cu precizie de 0,01 g – 10 g sol pentru soluri cu textură mijlocie sau fină și 20 g sol pentru soluri cu textură grosieră. Se ia o sită cu ochiurile de 0,2 mm diametru ce se așează într-o pâlnie de mărimea corespunzătoare, deasupra unui cilindru de sedimentare de 1000 cm3, în prealabil spălat cu apă distilată.

Se agită bine suspensia de sol din balonul Erlenmeyer, pentru ca solul să se desprindă de fundul vasului și apoi conținutul se răstoarnă pe sită spălând balonul bine cu apă distilată.

Se continuă spălarea sitei cu apă distilată până ce lichidul din cilindru ajunge aproape la cota 1000 cm3. Se ridică sita și se spală pereții pâlniei aducând lichidul din cilindru la cotă.

Nisipul rămas pe sită se trece cu ajutorul unui curent puternic de apă într-o capsulă de porțelan. Apa din capsulă se decantează, îndepărtând fibrele de celuloză, rămase de la hârtia de filtru, iar nisipul ce rămâne în capsulă este trecut într-o fiolă de cântărire în prealabil tarată.

Se usucă în euvă la temperatura de 1050C, timp de circa 2 ore, se răcește în exsicator și se cântărește cu precizie de 0,01 g. prin diferența față de tară se obține cantitatea de nisip (ml).

Pentru separarea nisipului grosier în două sau mai multe fracțiuni se utilizează site având ochiurile de mărime corespunzătoare cu fracțiunile alese. Cernerea se face pe materialul uscat.

Particulele cu dimensiuni cuprinse între anumite limite au proprietăți specifice, formând o categorie de particule, respectiv grupe sau fracțiuni granulometrice. Cu cât gradul de mărunțire este mai avansat, cu atât suprafața și numărul particulelor este mai mare.

e) Determinarea conținutului de humus al solului – Metoda oxidării și dozării titrimetrice (Walkeley și Black, var. Gogoașă)

În ultimele decenii s-au întreprins numeroase cercetări cu privire la natura și căile de formare a substanțelor humice din sol (Kononova M.M., 1968, Flaig W. și colab.), 1975 și 1977, Oprea C.V. și colab., 1985, Felbeck G.T., 1965, haider K. și colab., 1975). Materia organică moartă, rămasă la suprafață sau în orizontul de suprafață, după parcurgerea ciclului biologic al plantelor, este descompusă și resintetizată de către microorganisme în produși complecși cunoscuți sub denumirea de acizi humici.

Humusul este principalul rezervor de substanțe nutritive din sol, care pune la dispoziția plantelor, prin intermediul apei, elementele nutritive, necesare creșterii și dezvoltării acestora.

Noțiunea de humus, este indisolubil legată de fertilitatea solului, influențând totodată proprietățile fizice, chimice și biologice ale solului.

În laborator, pentru determinarea humusului sunt utilizate atât metode directe cât și metode indirecte.

Determinarea carbonului organic din humus, prin metoda oxidării și dozării titrimetrice (Walkeley și Black, var. Gogoașă).

Principalul constituent al humusului (C organic) este oxidat de anhidridă dicromică în exces , în prezența acidului sulfuric concentrat , la cald, oxidarea este favorizată de căldura degajată de amestecul dintre soluția normală de și H2SO4 la o temperatură de 100°C.

Cantitatea de anhidridă dicromică, folosită pentru oxidare, este apoi utilizată în calculul conținutului de C organic. Excesul de anhidridă dicromică este titrat cu soluție de sare Mohr 0,2 n, în prezența ortofenantroilinei sau a difenilaminei, ca indicator de oxido-reducere.

În prezența ortofenantrolinei, virajul de culoare este de la albastru la roșu, iar în acidul difenilaminei, virajul de culoare este de la albastru-violaceu la verde murdar. Reacția care stă la baza metodei este:

Metoda implică parcurgerea a două etape de determinare:

oxidarea C organic

dozarea propriu-zisă a C organic

Materiale necesare:

balanța analitică;

vas Erlenmeyer;

biuretă;

bicromat de potasiu;

cilindru gradat;

sticlă de ceas;

baie de apă;

Modul de lucru:

La balanța analitică, se cântăresc 0,1-1 g sol (în funcție de conținutul de humus, respectiv proba va conține minim 15-20 mg C organic). Solul este trecut cantitativ într-un vas Erlenmayer termorezistent de 250 ml, picătură cu picătură, cu ajutorul unei biurete.

Se adaugă peste sol 10 cmc (ml) soluție normală de bicromat de potasiu . Cu mare atenție, cu ajutorul unui cilindru gradat, se toarnă prin prelingere pe pereții vasului un volum de 20 cmc (ml) de H2SO4 concentrat. Pentru realizarea unui amestec intim, între soluția de oxidare și particulele de sol, vasul Erlemayer se agită cu atenție, după care se acoperă cu o sticlă de ceas și se trece pe o baie de apă, adusă în prealabil la fierbere, unde se lasă timp de 20 minute, astfel încât, temperatura în vasul de oxidare ajunge la 95-98°C.

Timpul de menținere a balonului Erlenmayer, pe baia de apă este relativ, în funcție de textura probei de sol analizată (30 minute pentru sol argilos; 15 minute pentru sol nisipos).

După expirarea timpului de fierbere, balonul Erlenmayer este lăsat timp de 15-20 minute să se răcească la temperatura camerei, după care se adaugă cu atenție (prin prelingere pe pereții vasului) 100-200 cmc (ml) apă distilată se acoperă cu sticla de ceas și se lasă la răcit, deoarece în vasul de reacție se realizează o temperatură mai mare de 50°C, care micșorează sensibilitatea reacției de titrare. Simultan cu proba(le) de analizat se realizează și o probă martor (probă oarbă), care va parcurge aceleași etape, va conține în schimb numai reactivi (10 ml concentrat) fără proba de sol.

f)Analiza pH-ului

Pentru analiza pH-ului s-au adoptat comparativ două metode :

metoda colorimetrică a pH-ului (cu benzi etalon de hârtie) ;

pH-metru digital.

În determinarea colorimetrică a pH-ului sunt utilizați indicatori reprezentați de substanțe organice cu caracter de acizi slabi sau baze slabe, ale căror soluții apoase își modifică culoarea în anumite intervale caracteristice de pH, numite domenii de viraj. Modificările de culoare ale indicatorilor sunt rezultatul unor transformări reversibile de structură, datorate schimbării gradului de disociație a indicatorului.

Nuanța și intensitatea culorii soluției se schimbă în funcție de gradul de disociere al indicatorului, corespunzător cu concentrația ionilor de hidrogen din soluție (C. Teșu, I. Avarvarei, 1990). În mediul acid ionii de hidrogen se opun disocierii indicatorului – dacă acesta este acid – și soluția își schimbă culoarea corespunzător formei nedisociate, iar în mediul bazic, indicatorul disociază și virează la culoarea corespunzătoare formei disociate.

În determinările colorimetrice, intervin unele erori (eroarea de temperatură, eroarea salină, eroare de asimilare etc.). Determinarea colorimetrică a reacției solului este în general utilizată în teren, datorită simplității ei. Valorile pH-ului obținute prin utilizarea acestor metode, prezintă erori de lucru de până la unitate pH.

Metodele colorimetrice de determinare a reacției solului sunt grupate în două categorii, în funcție de aprecierea folosită și de precizia rezultatelor obținute și anume:

metode colorimetrice de teren – cea adoptată pt analiză;

metode colorimetrice de laborator.

Metoda colorimetrică de teren pentru determinarea pH-ului

Hârtia indicator se folosește la măsurarea aproximativă a reacției solului pe teren și în laborator. Aprecierea pH-lui se face comparând culoarea dobândită de hârtie – după contactul cu extractul de sol – cu scara colorată a valorilor pH anexată la ambalajul hârtiei sau chiar pe hârtie indicator. Valoarea obținută are o eroare de până la unitate pH.

Materiale necesare:

benzi test pentru pH;

pahar gradat;

filtru;

soluție de CaCl2 (0.1 n);

proba de sol (10 grame).

Mod de lucru:

Ca probă se folosește un sol fin. Se pregătește un amestec între sol și soluția de CaCl2 , într-o proporție de 10 g la 25 ml, amestecând de mai multe ori, apoi lăsându-l să stea pentru un timp (10-15 min.) ; sunt necesare cel puțin 10 minute, pentru a se realiza un echilibru în lichidul noroios. Apoi se scufundă un filtru în suspensiile de sol, astfel încât lichidul curat să fie colectat în filtru și se începe măsurarea pH-ului acestui lichid curat.

Banda de test se ține scufundată pentru 3 minute. Aprecierea se face în funcție de valorile de mai jos:

pH <-3.5 -4.5 5.5 -6.5 -7.2 -8.5 >-8.5

extrem de acid puternic acid slab acid neutru alcalin puternic

acid alcalin

Metoda pH-metrului digital

Caracteristici pH-metru digital:

pH-metru ușor de utilizat cu butoane-pictogramă;

pH rapid și de încredere – cu bara pentru stabilizarea citirii și controlul calibrării;

pentru uzul în laborator sau în teren;

text clar, lizibil pe un display iluminat de 240×160 pixeli; închidere automată în "modul economic".

Și în cadrul Universității am făcut cateva analize ale probelor de sol printre care:

Conductivitatea solului

Textura solului

Densitatea reala a solului

Umiditatea solului

Conductivitatea solului

Pentru analiza conductibilității solului s-a folosit Conductometrul digital Accumet AB 30 (fig.5.8.), din dotarea Laboratorului de Mediu al Universității Petru Maior din Târgu Mureș.

5.8. Conductometrul digital Accumet AB30

Caracteristici aparat :

este un instrument care a fost special conceput pentru a răspunde necesității efectuării măsurătorilor de conductivitate corectă și rapidă a solului și lichidelor;

este prevăzut cu două sonde din oțel inoxidabil, sub formă conică pentru masurarea directă a solului și pentru soluții îmbogățite cu îngrășământ;

Acesta măsoară atât conductivitatea solului EC (mS/cm) cât și activitatea salină (g/L).

Diferite scale pot fi selectate prin două taste pe panoul frontal.

Materiale necesare:

Pahare Berzelius ;

Hârtie de filtru ;

Soluție salină ;

Pâlnie ;

Probele de sol.

Modul de lucru :

Electro-conductivitatea (EC) solului este una din determinările cele mai simple și mai puțin costisitoare pentru agricultura de precizie.

Se pregătește soluția solului, la fel ca și în cazul determinării de pH. După decantare și filtrare, vezi figura 5.9., soluția solului este adusă în fața conductometrului și se fac citirile.

Fig.5.9. Filtrarea si soluția solului

Textura solului

Textura solului este dată de conținutul procentual cu care fracțiunile granulometrice cu diametrul mai mic de 2 mm, participă în definirea unei probe de sol.

Sunt evidențiate 10 clase texturale, care în formă simplificată pot fi reduse doar la 5. Solurile nisipoase prezintă proprietăți asemănătoare nisipului,iar cele argiloase, proprietăți asemănătoare argilei. Solurile cu textură grosieră, includ solurile nisipoase și nisipo-lutoase fiind definite prin conținut ridicat de particule nisipoase și conținut scăzut de particule argiloase și au denumirea de soluri ușoare. Solurile de textură fină, includ solurile luto-argiloase până la argiloase fiind definite prin conținut foarte mare de particule argiloase și scăzut de particule nisipoase și au denumirea de soluri grele.

Granulația solului cu particule având diametrul < 2 mm poate fi determinată atât în câmp cât și în laborator, prin testul degetului. Criteriile care deosebesc texturiile solului sunt: plasticitatea formei, gradul de granulație, coeziunea și strălucirea unei suprafețe netede.

Plasticitatea formei: testăm dacă solul poate fi modelat într-o formă stabilă prin frământare.

Gradul de granulație: granula care poate fi identificată ca și granulă individuală la frecarea solului între degete.

Coeziunea: rezistența cu care o bucată de sol presată între degete se comportă, când îndepărtezi degetele.

Strălucirea unei suprafețe netede: lovim o bucată de sol între palme până cand este netedă.Datorită reflexiei suprafeței netede împotriva luminii se poate determina daca este lucioasă.

Materiale necesare:

-apă

-burghiu sau mistrie

-probă de sol

-lupă

Modul de lucru:

Pentru determinarea texturii solului pe teren se examinează proba de sol cu lupa, cu ochiul liber, apoi se supune la câteva încercări în stare uscată și umedă.

În cazul procesului de modelare în stare uscată se ia un agregat de sol și se încearcă la pipăit între degete, apoi se sfarmă cu unghia în palmă și se freacă cu degetul prin apăsare în dosul palmei.Cu cât grăuntele este mai tare și are o cantitate mare de particule provenite din sfărâmarea completă, cu atât textura solului este mai fină, solul fiind mai greu.

În cazul procesului de modelare cu sol umed, solul se umectează și se frământă între degete până nu se mai simt agregatele structurale. Se continuă umectarea solului până când începe să se lipească de degete. Solul se frământă bine, până capătă un aspect lucios, iar apa din sol nu se scurge prin presare. Solul se modelează în dosul palmei în formă de sul și se îndoaie în formă de inel.

Grosimea sulului trebuie să fie circa 5 mm, lungimea 3-5 cm, iar diametrul inelului de 3 cm.

În fig. 5.10. este prezentată determinarea texturii solului prin ambele metode.

Fig.5.10.Determinarea texturii solului

Densitatea reală a solului

Densitatea reală a solului este numită și masa specifică și reprezintă masa unității de volum a fazei solide a solului, sau masa unei probe de sol absolut uscat, raportată la volumul său.

(g/cm3)

Unde: Mp-masa particulelor uscate

Vp-volumul de apă dislocuit de aceleași particule.

Densitatea reală se determină prin metoda picnometrică. Metoda constă în aflarea volumului dislocuit de o probă de sol cu masă cunoscută, în volumul cunoscut al picnometrului.

Cunoscând volumul total al lichidului cu care se umple picnometrul și volumul care revine aceluiași lichid după ce în picnometru s-a introdus proba de sol, prin diferența acestora aflăm volumul probei de sol.

Materiale necesare:

-proba de sol

-apă distilată

-mojar

-picnometru

-balanță analitică

-baghetă

-pâlnie

-pipetă

Modul de lucru:

Picnometrul de 100 ml, se cântărește gol(M/g), se umple la semn cu apă distilată și se cântărește(M1-g).

O probă de sol uscată la1050C și mojarat se introduce cu ajutorul unei pâlnii în picnometrul gol și uscat, la care se pune dopul și se cântărește(M2-g). Cu ajutorul unei pipete se pune apă distilată peste proba de sol până la umectarea totală a acesteia, apoi se mai adaugă un strat de apă de circa 1 cm deasupra probei. Se agită ușor pentru eliminarea aerului dintre particule sau cel mai convenabil mod este prin fierbere(5-10 minute). În timpul fierberii se urmărește ca spuma să nu iasă din picnometru. Se lasă la răcit după care se completează cu apă distilată până la semn și se cântărește (M3-g)-(picnometrul+sol+apă distilată).

Calculul se face pe principiul enunțat:

Ρw -densitatea apei distilate la temperatura respectivă.

Determinarea densității solului se face conform fig.5.11.

Fig.5.11.Determinarea densității solului

Umiditatea solului

Solul este neuniform în timp și spațiu, prin conținutul sau în apă. Cunoașterea umidității determină comportarea solului la prelucrare, forța necesară pentru acționarea diferitelor mașini, momentul optim de execuție a lucrărilor, calitatea acestora.

Metoda uscării la etuvă constă în evaporarea apei din proba de sol în cuptorul electric cu termoreglare-etuvă.

Materiale necesare:

-cristalizator

-probă sol

-balanță analitică

-etuvă

-exsicator

Modul de lucru:

Se pune proba de sol umed în cristalizator, se cântărește și se introduce în etuva reglată pentru 1050C. După 8 ore se răcește în exsicator și se cântărește cristalizatorul cu solul absolut uscat.

Uscarea la aer constă în uscarea solului umed la temperatura ambientală.

Materiale necesare:

-o foaie de hârtie

-spatulă

-probă sol

-balanță analitică

Modul de lucru:

Se cântărește bucata de hârtie după care cu ajutorul unei spatule se pune proba de sol umedă. Se cântărește din nou foaia de hârtie cu proba de sol umedă si se lasă timp de 48 de ore la temperatura laboratorului. După 48 de ore se cântărește foaia de hârtie cu solul uscat.

Păstrarea probelor pentru uscarea la aer se poate observa în fig.5.12.

Fig.5.12.Uscarea la aer a probelor de sol

În vederea determinării celor șapte metale grele din probele de sol s-a folosit metoda spectroscopiei optice de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv.

Această metodă am folosit-o atât în cazul probelor de sol cât și în cazul probelor de apă. Principiul metodei este identică doar modul de lucru diferă.

Metoda OES este folosită pentru determinarea a 70 de elemente chimice, majoritatea fiind metalice.

Spectrul de emisie a unui atom se obține astfel: excitarea termică a acestuia și aducerea în prealabil în stare de vapori. Prin aducerea probei la o temperatură suficient de ridicată încât moleculele acesteia să disocieze în atomi se emit spectre caracteristice fiecărui element. Spectrele atomice ale elementelor sunt determinate de electronii de valență care este una dintre proprietățile periodice.

Cea mai intensă linie din spectrul de emisie o reprezintă linia de rezonanță, ce corespunde revenirii atomilor de la prima stare de excitare la starea fundamentală.

Identificarea liniilor prin stabilirea lungimii lor de undă se constituie baza analizei calitative,iar la baza acesteia stă determinarea intensității liniei(I).

Pentru a emite toate radiațiile posibile din spectru, atomul trebuie sa absoarbă o energie cel puțin egală cu potențialul de ionizarea al său.Majoritatea elementelor au acest potențial sub 10eV. Pentru aceeași energie de excitare sensibilitatea analizei spectrale va fi mai mare pentru elementele cu energia de ionizare joasă și, evident, mai mică pentru cele cu energia de ionizare ridicată. Elementele alcaline și alcalino-pământoase se pot analiza și cu o aparatură spectrală mai simplă și anume spectrofotometrie de flacără.

Aparatura, denumită și spectrometru de emisie optică, este compusă din următoarele părți:

Sursa de excitare: flacără, arc, scânteie, descărcare aureolară, plasmă sau laser;

Sistemul de dispersie: prismă, rețea;

Sistemul de recepție, măsurare și înregistrare: fotomultiplicatori sau fotodetectori, amplificatori, placă de achiziție, calculator;

Sistemul optic de fante, fibre din sticlă și lentile care asigură traiectoria razelor de lumină prin instrument.

Cel mai simplu spectrometru este cel cu prismă.

O contribuție majoră la succesul OES a auds-o introducerea spectrometrelor cu torțe pe bază de argon unde temperaturile ridicate (6000K) permit practic excitarea oricărui element. Tehnica, denumită spectrometrie optică de emisie atomică cu plasmă cuplată inductiv (ICP – OES)este mult utilizată în ultimul timp. Este însă obligatorie dezagregarea prealabilă a probei (aducerea acesteia în soluție) și pulverizarea acesteia (ca aerosol) direct în argonul ce va intra în zona caldă (plasmă).

Fig.5.13.Sechema de principiu al unui aparat ICP-OES

Erorile acestor spectrometre sunt de 3-5%.

Sursa pentru acest tip de plasmă constă dintr-un dispozitiv compus din trei tuburi concentrice, confecționate din cuarț, fiecare deschis în partea dinspre zona caldă.

Plasma are o formă inelară (toroidală) în care proba este introdusă în partea centrală, rece, încălzindu-se pe măsură ce se apropie și intră în contact cu zona caldă.

Introducerea probei (etaloanelor) se realizează printr-o soluție (de regulă apoasă) de către un sistem de pulverizare numit nebulizor similar celui utilizat în absorbția atomică sau spectrometria în flacără, cu deosebirea că debitul este mai mic.

Nebulizatoarele sunt dispozitive care convertesc un lichid într-un aerosol, care poate fi transportat în plasmă.Procesul de nebulizare este una dintre etapele critice ICP-OES.

Un nebulizator tipic concentrice folosite pentru ICP-OES este prezentată in fig.5.14.

Fig.5.14. Nebulizator concentric folosit pentru ICP-OES

În acest nebulizator, soluția este introdusă într-un tub capilar pentru o regiune cu presiune joasă creată de un gaz care curge peste capătul capilarului. Presiunea scăzută și gazul de mare viteză se combină pentru a rupe soluția în aerosoli.

Un exemplu de pulverizator în domeniul plasmei cuplate inductiv este nebulizorul cu debit universa. Acesta crează un aerosol purtat de gazul purtător (tot argon) spre plasmă – sursa ce emite liniile spCurentul cu argon ce poartă cu sine proba sub formă de paritcule fine (cu aerosol), trece prin tubul central. Obținerea plasmei este ralizată de cele două/trei înfășurări ale unui tub de inducție prin care circulă un curent de radiofrecvență de mare putere (2KW). Un al doilea flux gazos, tot de argon ionizat, curge sub forma unuI curent elicoidal izolând termic tubul de cuarț exterior și dând stabilitate plasmei. Inițial, plasma este pornită de o scânteie realizată cu un dispozitiv auxiliar, apoi se autoîntreține.

Avantajele OES constă în sensibilitatea considerabilă, rapiditatea excepțională, reproductibilitate bună, necesarul de cantități mici de probă. Ca dezavantaj amintim: eroarea de 2,5%; exactitate relativ constantă pe tot domeniul de concentrații; posibilitatea de a analiza corect doar elementele minore. De asemenea, instrumentele pentru acest gen de analize sunt scumpe, constituind investiții serioase, pe termen lung, ale laboratoarelor de analize chimice instrumentale. ectrale.

Materiale necesare:

-probe de sol

-spatulă

-vas

-apă regală

-mineralizator

-baloane

-apă distilată

-filtru

Modul de lucru:

Pentru început am pus cu ajutorul unei spatule probe de sol într-un vas pentru uscare la aer timp de 72 de ore.

După uscarea probelor de sol se ia 1 g de sol se pune in recipiente după care se adaugă apă regală peste, după cum se vede și în fig.5.15.

Fig.5.15. Probele de sol cu apa regală

Se țin probele timp de 20 de minute după care sunt introduse în mineralizator. Mineralizatorul folosit în acest studiu este mineralizatorul Mars 5(fig.5.16).

Fig.5.16. Mineralizatorul Mars 5

După ce am scos probe de sol din mineralizator se ia câte un balon în care se pune solul+apa regală. Pentru a putea captura tot solul din recipiente se adaugă apă distilată și se toarnă în balon. Balonul se umple până la semn cu apă distilată și se filtrează soluția(fig.5.17.); după care se face o diluție.

Fig.5.17.Filtrarea soluției

Pentru a afla concentrația metalelor grele din sol se introduc probele în Autosampler Perkin Elmer S10. Principiul pe care se realizează acest lucru este următorul:

-proba pregătită corespunzător se pulverizează și se introduce cu ajutorul unui flux de argon în plasma cuplată inductiv, componenții se evaporă, se atomizează, iar atomii și ionii liberi rezultați se excită și emit fotoni cu frecvența caracteristică a elementului. Emisia luminoasă a plasmei se descompune spectral și se determină intensitatea liniilor spectrale specifice elementelor de determinat.

Aspectul unui spectru atomic de linii este prezentat în fig.5.18.

Fig.5.18. Aspectul unui spectru atomic de linii

5.3.2.Metode de analiză pentru apă

Principiul de analiză a probelor de apă se face în același mod ca în subcapitolul anterior, însă modul de lucru diferă. Echipamentul folosit este ca și în cazul anterior, spectrometru de emisie optică cu plasmă cuplată prin inducție Perkin Elmer 7300 DV(fig.5.19).

Fig.5.19. Spectometrul de emisie optică cu plasmă cuplată prin inducție Perkin Elmer

Modul de lucru:

După ce probele de apă au fost filtrate, s-au conservat timp de 72 de ore și răcite în frigider la temperaturi de 6-100C.

Pentru acidulare s-a adăugat acid azotic într-o eprubetă și apă din probele de apă. Se agită și se adaugă în recipientele cu probele de apă(fig.5.20).

Fig.5.20 Acidularea probelor

Se calibrează aparatul și se adaugă probele în Autosampler Perkin Elmer S10. Emisia luminoasă a plasmei se descompune spectral și se determină intensitatea liniilor spectrale specifice elementelor de determinat.

5.4. REZULTATELE ANALIZELOR ȘI INTERPRETAREA LOR

Acest studiu a urmărit solului și apei și determinarea a șapte metale grele (As,Cd, Cr, Cu,Ni,Pb,Zn) din probele de apă și sol.

Rezultate obținute pentru probele de sol

În urma analizelor de la OSPA rezultatele pentru azot,fosfor și potasiu sunt următoarele:

Tabel 5.1. Rezultate obținute privind concentrațiile în N,P,K al probelor de sol

Rezultatele obținute în urma analizei granulometrice sunt următoarele:

Tabel 5.2.Rezultate obținute în urma analizei granulometrice

Pentru comparație s-a folosit noul Sisteml Român de Taxonomie a Solurilor din 2013.

Tabel5.3.Valori prevăzute

Pentru conținutul de humus valorile obținute în urma analizării probelor de sol sunt trecute in tabelul 5.4.

Tabelul 5.4.Rezultate obținute privind conținutul de humus

În urma determinărilor de pH s-au obținut următoarele rezultate trecute în tabelul 5.5.

Tabel 5.5.Rezultatele determinărilor de pH

În cadrul Universității am analizat conductivitatea,textura,densitatea reală și umiditatea solurilor.

Pentru conductivitate rezultatele obținute sunt trecute în tabelul 5.6

Tabel 5.6.Rezultate ale determinării conductivității solului

Pentru textura solului am folosit ambele metode iar rezultatele sunt următoarele din tabelul 5.7.

Tabelul 5.7. Textura solului

Densitatea reală se calculează după formula:

Unde:

Ρw-densitatea apei distilate la temperatura respectivă =1 g/cm3

M-picnometru gol

M1-picnometru + apă distilată (până la semn)

M2-picnometru + sol uscat la etuvă

M3-picnometru + sol uscat + apă distilată (până la semn)

Prin densitatea reală a solului s-au obținut următoarele rezultate (tabelul 5.9.)

Tabelul 5.9. Rezultate obținute pentru densitatea reală a solului

Umiditatea se calculează după formula:

(%)

Unde:

A-cantitatea de apă din probă : (g)

a-masa fiolei cu sol umed

b-masa fiolei cu solul absolut uscat

Su-cantitatea de sol uscat din probă: (g)

c-tara fiolei

Rezultatele pe care le-am obținut pentru umiditate sunt cele din tabelul 5.8.

Tabelul 5.8.Umiditatea solurilor

În cadrul determinărilor prin metoda spectrometrului optic de emisie atomică cu plasmă cuplată inductiv, am aflat conținutul de metale grele din probele de sol.

Rezultatele obținute în urma analizelor sunt trecute în tabelul 5.9.

Tabelul 5.9.Rezultate obținute în urma analizelor

ORDIN Nr. 756 din 3 noiembrie 1997 prevede valori de referință pentru urme de elemente chimice în sol. În tabelul 5.10. Sunt prezentate aceste valori:

Tabelul 5.10. Valori de referință pentru elemente chimice în sol

Rezultate obținute pentru probele de apă

În urma analizelor probelor de apă concentrațiile de metale grele prezente în ape sunt reflectate în tabelul 5.11.

Tabelul 5.11. Rezultate obținute pentru analizele de apă