При оценке экологического состояния почв/грунтов очень важным представ¬ляется оценка содержания как естественных элементов и соединений, так и соединений-ксенобиотиков. Оценка загрязненности почв и грунтов проводится путем сравнения (сопоставления) содержания загрязняющих элементов и веществ в изучаемых почвах, с их фоновым содержанием с одной стороны, и с другой - с их предельно-допустимым содержанием (ПДК).
ПДК какого-либо вещества в почве — это концентрация, не вызывающая при длительном воздействии на почву и растения патологических изменений (аномалий) в ходе биологических процессов, не приводящая к накоплению токсических элементов в растениях и не представляющая опасность для здоровья и жизни человека. Значения ПДК определяют экспериментально, как правило, на песчаных почвах, по нескольким показателям вредности, в основном для валовых форм, что не позволяет сделать вывод о мощности потока и доступности загрязняющих веществ растениям. Это делает применение таких стандартов спорным как с экологической, так и экономической точки зрения. Более того, в настоящее время практически везде признается, что покомпонентная оценка экосистем не дает удовлетворительных результатов. Необходимы комплексные экосистемные нормативы, которые могли бы охарактеризовать состояние рассматриваемой экосистемы в целом.
Поскольку гигиеническая опасность той или иной концентрации загрязняющих веществ зависит от почвенных условий, создание унифицированных норм ПДК встречает значительные трудности. Не случайно, в настоящее время установлены ПДК всего лишь немногим более сотни веществ, по которым контролируется качество почв.
Принципы нормирования химических веществ в почвах тоже отличаются от таковых для водоемов, атмосферного воздуха, пищевых продуктов. Это связано, главным образом, с тем, что в основе норматива ПДК для почвы положено опосредованное ее воздействие на организм человека через продукты питания.
Прямое поступление вредных веществ из почвы в организм человека ограничено и чаще всего происходит через другие среды, сопредельные с почвой. Так, поступление загрязняющих веществ в организм человека про¬исходит по путям: почва-растение-человек, почва-растение-животное-человек, почва-вода-человек, почва-атмосферный воздух-человек.
Поэтому вопрос оценки загрязненности почв на основе ПДК весьма непрост. В настоящее время во многих урбанизированных регионах России, и особенно в Москве, состояние почв и грунтов, оцененное по принятым санитарно-гигиеническим методам (ПДК), близко к критическому, когда содержания многих загрязняющих веществ превышают эти ПДК от нескольких до десятков раз. Кроме того, эта ситуация осложняется пространственной неоднородностью содержания загрязняющих веществ и дискретностью источников загрязнения.
Перечень показателей химического загрязнения почв и грунтов определяется исходя из приоритетности компонентов химического загрязнения в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния», СанПиН № 2.1.7.1287-03 «Санитарно-Эпидемиологические требования к качеству почвы», ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения».
Классы опасности химических элементов и веществ в почвах и грунтах
В настоящее время в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» химическое исследование почв и грунтов при проведении инженерно-экологических изысканий включает в себя стандартный и расширенный перечень показателей.
Стандартный перечень химических исследований почв и грунтов включает в себя определение:
- содержания тяжелых металлов 1 и 2 класса опасности: свинца (Pb), кадмия (Cd), цинка (Zn), ртути (Hg), меди (Cu), никеля (Ni) и мышьяка (As);
- содержания 3,4-бенз(а)пирена и нефтепродуктов.
Расширенный перечень исследований проводится при наличии определенных специфических источников загрязнения почв и грунтов путем определения более полной номенклатуры загрязняющих химических веществ. Выбор показателей химического загрязнения зависит от предполагаемого состава загрязняющих веществ с учетом характера источника загрязнения почв и грунтов.
Основным критерием оценки уровня загрязнения почв и грунтов химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических элементов (веществ) в почвах и грунтах (ГН 2.17.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» и ГН 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве»).
Для эколого-геохимической оценки состояния почв и грунтов используются следующие показатели:
- коэффициент концентрации относительно ОДК (ПДК), характеризующий превышение содержания элемента в почвах и грунтах над его ОДК (ПДК). Коэффициент концентрации относительно ОДК(ПДК) равен отношению содержания элемента в исследуемом объекте к его ОДК(ПДК):
К ОДК(ПДК) =С i /ОДК(ПДК), - коэффициент концентрации (К сi) относительно фона, характеризующий интенсивность техногенной аномалии. Коэффициент концентрации равен отношению содержания элемента в исследуемом объекте к его фоновому содержанию
К сi = С i / С ф, где
С i — фактическое содержание i-го химического элемента в почвах и грунтах, мг/кг;
С фi — фоновое содержание i-го химического элемента в почвах и грунтах, мг/кг.
Фоновые содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах (мг/кг)
| Почвы | Zn | Cd | Pb | Hg | Cu | Со | Ni | As |
| Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные | 28 | 0,05 | 6 | 0,05 | 8 | 3 | 6 | 1,5 |
| Дерново-подзолистые суглинистые и глинистые | 45 | 0,12 | 15 | 0,10 | 15 | 10 | 20 | 2,2 |
| Серые лесные | 60 | 0,20 | 16 | 0,15 | 18 | 12 | 35 | 2,6 |
| Черноземы | 68 | 0,24 | 20 | 0,20 | 25 | 25 | 45 | 5,6 |
| Каштановые | 54 | 0,16 | 16 | 0,15 | 20 | 12 | 35 | 5,2 |
| Сероземы | 58 | 0,25 | 18 | 0,12 | 18 | 12 | 40 | 4,5 |
- суммарный показатель загрязнения (Z c), характеризующий эффект воздействия группы элементов. Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов
Z с = К ci + … + К cn — (n — 1) , где
n - количество учитываемых химических элементов;
К ci - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения, превышающий единицу.
Оценка опасности химического загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами и мышьяком проводится по суммарному показателю загрязнения (Zc) (таблица 4.10). Для расчета Z c следует использовать не менее семи химических элементов — Pb, As, Cd, Zn, Hg, Cu, Ni.
Оценочная шкала уровней химического загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами и мышьяком по суммарному показателю загрязнения (Zс)
Оценка опасности химического загрязнения почв и грунтов веществами органического происхождения проводится исходя из его ПДК (или допустимого уровня) и класса опасности. Для органических соединений их фоновое содержание в почвах и грунтах приравнивается к 0,1ПДК
Оценочная шкала уровней химического загрязнения почв и грунтов веществами органического происхождения
| Содержание | Категория загрязнения почв и грунтов | ||
| Класс опасности
вещества |
1 класс | 2 класс | 3 класс |
| > 5 ПДК | Чрезвычайно опасная | Чрезвычайно опасная | Опасная |
| От 2 до 5 ПДК | Опасная | Опасная | Умеренно опасная |
| От 1 до 2 ПДК | Допустимая | Допустимая | Допустимая |
При многокомпонентном загрязнении оценка уровня химического загрязнения почв и грунтов допускается по наиболее токсичному веществу с максимальным содержанием в почвах и грунтах. В таблице приведен пример установления категории загрязнения с учетом всех показателей загрязнения.
Почвы и грунты, характеризующиеся чрезвычайно опасной категорией загрязнения, в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.1287-03, подлежат вывозу и утилизации на специализированных полигонах.
Отнесение отходов к классу опасности для окружающей природной среды осуществляется на основании показателя К, который характеризует степень опасности отходов при его воздействии на окружающую природную среду и определяется расчетным путем, в соответствии с Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды, утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001 № 511, по следующей формуле:
К=К 1 + К 2 +……+ К n ,
где: К – показатель степени опасности отходов для окружающей природной среды;
К 1 , К 2 , К n – показатели степени опасности отдельных компонентов отходов, рассчитанные по уравнению: К i = С i / W i
С i — фактическое содержание загрязняющего химического компонента в почве (грунте), мг/кг;
W i – коэффициент степени опасности i-го компонента опасных отходов, мг/кг;
n — число определяемых загрязняющих химических компонентов.
Решение об отнесении почв/грунтов к классу опасности отходов определяется по величине индекса опасности по таблице 4.12.
При оценке качества почв в практике экологического нормирования широко используется показатель суммарного загрязнения почв (Z C). Расчет производится по уравнению
Z C = - (n -1),
где C i – фактическое содержание загрязняющего вещества в почве; C iФ – фоновое содержание вредного вещества в почве или его ПДК (ОДК); n – количество аномальных (превышающих фоновые содержания или ПДК) веществ.
Определение категории загрязнения производится по показателю суммарного загрязнения почвы (табл. 26). Все градации имеют привязку к качественной характеристике здоровья населения, проживающего на изучаемой территории.
Необходимо иметь в виду, что численное значение Z C при условии загрязненности почв зависит от состава и количества ингредиентов, используемых в расчетах. Увеличение количества поллютантов приводит к завышению результата. Первоначально авторами этого показателя (Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др.) предлагался перечень металлов (Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Fe, Co, Hg), содержания которых следует использовать при расчетах. Позже в различных рекомендациях по оценке степени загрязнения почв это условие не учитывалось, что снижает информативность и достоверность рассчитываемого по свободному перечню поллютантов суммарного показателя загрязнения почв, особенно при проведении сравнительного анализа. Кроме того, данный подход не позволяет учитывать современные разработки по токсикологии веществ. Поэтому использование величины Z C в сравнительном плане целесообразно лишь на уровне региональных и территориальных исследований, проводимых по единой методике.
Таблица 26 . Оценка экологического состояния почв
При размещении, проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации объектов различного назначения, в том числе и тех, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на состояние почв, в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» проводится изучение почв с использованием химических и санитарно-эпидемиологических критериев (табл. 27, 28).
Таблица 27 . Классы опасности химических загрязняющих веществ
Контроль качества почв проводится на стадиях проектирования и строительства. При выборе земельного участка, выполнении проектных работ, строительстве и приемке объекта в эксплуатацию контроль осуществляется с использованием стандартного перечня показателей, который включает тяжелые металлы (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, As, Hg), 3,4-бенз(а)пирен, нефтепродукты, pH, а также рассчитанной величины Z c . Оценка качества проводится в соответствии с данными табл. 28.
Таблица 28 . Оценка степени химического загрязнения почвы и рекомендации по их использованию (по: СанПиН 2.1.7.1287-03)
| Категории загрязнения | Санитарное число Хлебникова | Суммарный показатель загрязнения (Zc) | Содержание в почве (мг/кг) | Рекомендации по | ||||||||||
| I класс опасности | II класс опасности | III класс опасности | использованию почв | |||||||||||
| Органич. соединения | Неорганич. соединения | Органич. соединения | Неорганич. соединения | Органич. соединения | Неорганич. соединения | при строительстве | ||||||||
| Чистая | 0,98 и > | - | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | от фона до ПДК | Использование без ограничений | |||||
| Допустимая | 0,98 и > | < 16 | от 1 до 2 ПДК | от 1 до 2 ПДК | от 2 фоновых значений до ПДК | от 1 до 2 ПДК | от 2 фоновых значений до ПДК | Использование без ограничений, исключая объекты повышенного риска | ||||||
| Умеренно опасная | 0,85 - 0,98 | 16 - 32 | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до К max | Использование в ходе строительных работ под отсыпки котлованов и выемок, на участках озеленения с подсыпкой слоя чистого грунта не менее 0,2 м | |||||||||
| Опасная | 0,7 - 0,85 | 32 - 128 | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до К max | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до К max | > 5 ПДК | > К max | Ограниченное использование под отсыпки выемок и котлованов с перекрытием слоем чистого грунта не менее 0,5 м. При наличии эпидемиологической опасности – использование после проведения дезинфекции с последующим лабораторным контролем | |||||
| Чрезвычайно опасная | < 0,7 | > 128 | > 5 ПДК | > К max | > 5 ПДК | > К max | Вывоз и утилизация на спе-циализированных полигонах. При наличии эпидемиологической опасности – использование после проведения дезинфекции | |||||||
К max - максимальное значение допустимого уровня содержания элемента по одному из четырех показателей вредности.
В настоящее время разработаны критерии значительного ухудшения экологической обстановки в результате использования земель сельскохозяйственного назначения с нарушением установленных земельным законодательством требований рационального использования земли. К ним относятся два показателя:
Загрязнение почв химическими веществами, при котором суммарный показатель содержания в почве поллютантов, концентрация которых выше установленных для них ПДК, равна или превышает значение 30 (данный показатель – это сумма отношений фактического содержания каждого загрязняющего вещества к величине его норматива ПДК);
Размещение отходов производства и потребления 1–4 классов опасности в пределах земельного участка на суммарной площади от 0,5 гектара и выше.
Значительное ухудшение экологической обстановки дает право изъятия у собственника земельного участка из земель сельскохозяйственного назначения в судебном порядке.
Оценка фактического состояния является ключевым направлением в рамках мониторинга окружающей природной среды. Она позволяет определить тенденции изменений состояния окружающей среды ; степень неблагополучия и его причины ; помогает принять решения по нормализации положения . Могут быть выявлены и благоприятные ситуации , указывающие на наличие экологических резервов природы.
Экологический резерв природной экосистемы есть разница между предельно допустимым и фактическим состоянием экосистемы .
Метод анализа результатов наблюдений и оценка состояния экосистемы зависят от вида мониторинга. Обычно оценка осуществляется по совокупности показателей или по условным индексам, разработанным для атмосферы, гидросферы, литосферы. К сожалению, нет унифицированных критериев даже для одинаковых элементов природной среды . Для примера рассмотрим лишь отдельные критерии.
В санитарно-гигиеническом мониторинге обычно используют:
1) комплексные оценки санитарного состояния природных объектов по совокупности измеряемых показателей (таблица 1) или 2) индексы загрязнений.
Таблица 1.
Комплексная оценка санитарного состояния водоемов по совокупности физических, химических и гидробиологических показателей
Общий принцип расчета индексов загрязнений следующий: вначале определяется степень отклонения концентрации каждого загрязняющего вещества от его ПДК, а затем полученные величины объединяются в суммарный показатель, который учитывает воздействие нескольких веществ .
Приведем примеры расчета индексов загрязнения, используемых для оценки загрязненности атмосферного воздуха (ИЗ) и качества поверхностных вод (ИЗВ).
Расчет индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА).
В практической работе используют большое количество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения атмосферы, например, на видимости атмосферы, на коэффициенте прозрачности.
Различные ИЗА, которые можно разделить на 2 основные группы:
1.Единичные индексы загрязнения атмосферы одной примесью .
2.Комплексные показатели загрязнения атмосферы несколькими веществами .
К единичным индексам относятся:
Коэффициент для выражения концентрации примеси в единицах ПДК (а) , т.е. значение максимальной или средней концентрации, приведенное к ПДК :
а = Сί / ПДКί
Этот ИЗА используется как критерий качества атмосферного воздуха отдельными примесями .
Повторяемость (g) концентраций примеси в воздухе выше заданного уровня по посту либо по К постам города за год . Это процент (%) случаев превышения заданного уровня разовыми значениями концентрации примеси :
g = (m/n) ּ100%
где n - число наблюдений за рассматриваемый период, m - число случаев превышения разовыми концентрациями на посту.
ИЗА (I) отдельной примесью - количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы отдельной примесью, учитывающая класс опасности вещества через нормирование на опасность SО 2 :
I = (Cг /ПДКсс) Ki
где I - примесь, Ki - константа для различных классов опасности по приведению к степени вредности диоксида серы, Cг - среднегодовая концентрация примеси.
Для веществ различных классов опасности Кi принимается:
Расчет ИЗА основан на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества.
Данный ИЗА используют для характеристики вклада отдельных примесей в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период времени на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различными веществами .
К комплексным индексам относятся:
Комплексный индекс загрязнения атмосферы города (КИЗА) - это количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого n веществами, присутствующими в атмосфере города :
КИЗА=
где Ii - единичный индекс загрязнения атмосферы i-ым веществом.
Комплексный индекс загрязнения атмосферы приоритетными веществами - количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы приоритетными веществами, определяющими загрязнение атмосферы в города, рассчитывается аналогично КИЗА.
Расчеты индекса загрязнения природных вод (ИЗВ) также могут быть выполнены несколькими методами.
Приведем в качестве примера метод расчета, рекомендованный нормативным документом, который является неотъемлемой частью Правил охраны поверхностных вод (1991) - СанПиН 4630-88.
Вначале измеренные концентрации загрязняющих веществ группируют по лимитирующим признакам вредности - ЛПВ (органолептическому, токсикологическому и общесанитарному). Затем для первой и второй (органолептический и токсикологический ЛПВ) групп рассчитывают степень отклонения (А i) фактических концентраций веществ (C i) от их ПДК i , так же, как и для атмосферного воздуха (A i = C i /ПДК i ). Далее находят суммы показателей А i , для первой и второй групп веществ:
где S - сумма А i для веществ, нормируемых по органолептическому (S орг) и токсикологическому (S токс) ЛПВ; n - число суммируемых показателей качества воды.
Кроме того, для определения ИЗВ используют величину растворенного в воде кислорода и БПК 20 (общесанитарный ЛПВ), бактериологический показатель - число лактозоположительных кишечных палочек (ЛПКП) в 1 л воды, запах и привкус . Индекс загрязнения воды определяется в соответствии с гигиенической классификацией водных объектов по степени загрязнения (табл.2).
Сопоставляя соответствующие показатели (S орг, S токс, БПК 20 и т. д.) с оценочными (см. табл. 2), определяют индекс загрязнения, степень загрязнения водного объекта и класс качества вод. Индекс загрязнения определяют по наиболее жесткому значению оценочного показателя . Так, если по всем показателям вода относится к I классу качества, но содержание кислорода в ней меньше 4,0 мг/л (но больше 3,0 мг/л), то ИЗВ такой воды следует принять за 1 и отнести ее ко II классу качества (умеренная степень загрязнения).
От степени загрязнения воды водного объекта зависят виды водопользования (табл. 3).
Таблица 2.
Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения (по СанПиН 4630-88)
Таблица 3
Возможные виды водопользования в зависимости от степени загрязнения водного объекта (по СанПиН4630-88)
| Степень загрязнения | Возможное использование водного объекта |
| Допустимая | Пригоден для всех видов водопользования населения практически без каких-либо ограничений |
| Умеренная | Свидетельствует об опасности использования водного объекта для культурно-бытовых целей. Использование как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения без снижения уровня химического загрязнения на очистных водопроводных сооружениях может привести к начальным симптомам интоксикации у части населения, особенно при наличии веществ 1-го и 2-го классов опасности |
| Высокая | Безусловная опасность культурно-бытового водопользования на водном объекте. Недопустимо использование как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения из-за сложности удаления токсических веществ в процессе водоподготовки. Употребление для питья воды может привести к появлению симптомов интоксикации и развитию отделенных эффектов, особенно при присутствии веществ 1-го и 2-го классов опасности |
| Чрезвычайно высокая | Абсолютная непригодность для всех видов водопользования. Даже кратковременное использование воды водного объекта опасно для здоровья населения |
В службах Минприроды РФ для оценки качества воды используют методику расчета ИЗВ только по химическим показателям, но с учетом более жестких рыбохозяйственных ПДК. При этом выделяют не 4, а 7 классов качества:
I - очень чистая вода (ИЗВ = 0,3);
II - чистая (ИЗВ = 0,3 - 1,0);
III - умеренно загрязненная (ИЗВ = 1,0 - 2,5);
IV - загрязненная (ИЗВ = 2,5 - 4,0);
V - грязная (ИЗВ = 4,0 - 6,0);
VI - очень грязная (ИЗВ = 6,0 - 10,0);
VII - чрезвычайно грязная (ИЗВ более 10,0).
Оценка уровня химического загрязнения почвы проводится по показателям, разработанным в геохимических и геогигиенических исследованиях. Такими показателями являются:
· коэффициент концентрации химического вещества (К i) ,
К i = С i /С фi
где С i – фактическое содержание определяемого вещества в почве, мг/кг;
С фi – региональное фоновое содержание вещества в почве,мг/кг.
При наличии ПДК i для рассматриваемого типа почв , К i определяют по кратности превышения гигиенического норматива , т.е. по формуле
К i = С i /ПДК i
· суммарный показатель загрязнения Zc , который определяется по сумме коэффициентов концентрации химических веществ :
Zc = ∑ K i – (n-1)
Где n – число загрязняющих веществ в почве, Кi - коэффициент концентрации.
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почвы по суммарному показателю представлена в табл. 3.
Таблица 3
Экологический мониторинг имеет особое значение в глобальной системе мониторинга окружающей среды и, в первую очередь, в мониторинге возобновляемых ресурсов биосферы. Он включает наблюдения за экологическим состоянием наземных, водных и морских экосистем .
В качестве критериев , характеризующих изменения состояния природных систем, могут быть использованы: сбалансированность продукции и деструкции ; величина первичной продукции , структура биоценоза; скорость круговорота биогенных веществ и др. Все эти критерии численно выражаются различными химическими и биологическими показателями. Так, изменения в растительном покрове Земли определяются изменением площади лесов.
Почва
i Химические соединения, содержащиеся в почве, разделяют на естественные и посторонние .
К веществам, всегда имеющимся в естественной почве, но концентрация, которых может возрастать в результате антропогенной деятельности, относятся, например металлы – свинец, ртуть, кадмий, медь и др. Повышенное содержание свинца может быть вызвано поглощением из атмосферы за счет выхлопных газов автотранспорта, в результате внесения удобрений, пестицидов и т.п. Мышьяк содержится во многих естественных почвах в концентрации примерно 100 млн -1 , однако его содержание может увеличиваться до 500 млн -1 . Ртуть в обычных почвах содержится в количестве от 90 до 250 г/га; за счет средств протравливания зерна ежегодно ее содержание может увеличиваться на 5 г/га; примерно такое же количество попадает в почву с дождем.
Качественные и количественные изменения при длительном пребывании в почве посторонних органических химических веществ и механизмы их перераспределения в почве до настоящего времени не изучены ни для одного из таких веществ.
В процессе превращения органических веществ (рисунок 2) в почве большую роль играют как абиотические, так и биотические реакции, протекающие под воздействием, находящихся в почве живых организмов, а также свободных ферментов.
Образование неэкстрагируемых или связанных остатков чужеродных веществ в почве в значительной мере определяет ее качество на длительный период времени.
В соответствии с современным уровнем знаний возможны следующие виды связи в неэкстрагируемых остатках ксенобиотиков, находящихся в почве:
¨ включение в слоистую структуру глинистых материалов;
¨ нековалентное включение в пустоты гуминовых макромолекул; то же при участии водородных связей, ван-дер-ваальсовых сил, взаимодействием с переносом заряда;
¨ ковалентное включение за счет связей с мономерами и встраиванием в гуминовую макромолекулу.
Ковалентные связи наиболее вероятны для веществ с реакционноспособными группами, подобными мономерами гуминовых веществ, в частности для фенолов и ароматических аминов.
Связанные остатки химических веществ в почве в процессе микробиологического разложения и длительного превращения гуминовых материалов могут снова освобождаться и тем самым становиться биологически активными по отношению к растениям. До тех пор пока они не минерализуются или каким-либо образом не будут участвовать в углеродном обмене, их рассматривают как посторонние для окружающей среды вещества.
Поскольку часто почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показатель загрязнения Z c , отражающий эффект воздействия группы элементов:
где К сi - коэффициент концентрации i -ого элемента в пробе; n - число учитываемых элементов.
Суммарный показатель загрязнения может быть определен как для всех элементов в одной пробе, так и для участка территории по геохимической выборке.
Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Z c проводится по оценочной шкале, градации которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв (таблица 9).
Таблица 9 - Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв
| Категории загрязнения почв | Величина Z | Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
| Допустимая | меньше 16 | Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений |
| Умеренно опасная | 16-32 | Увеличение общего уровня заболеваемости |
| Опасная | 32-128 | Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сердечно-сосудистой системы |
| Чрезвычайно опасная | больше 128 | Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза при беременности, преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных) |
Одним из основных источников загрязнения почв являются кислотные дожди. В течение десятилетий кислотные загрязнения действуют на буферную емкость почвы. В отношении многих почв отмечается вымывание катионов, важных для питания растений, сорбционно-связанных с коллоидными частицами почвы, и в результате они мигрируют в глубинные слои, становясь недосягаемыми для корней растений. Поэтому, даже если рН почвы остается постоянным, плодородие почвы падает. Продолжающееся закисление почвы можно определить, например, по понижению концентрации ионов Fe 2+ и Mg 2+ , а также алюминия Al 3+ .
Независимо от выделения ионов Al 3+ и других катионов, в том числе и тяжелых металлов, изменение рН почвы может приводить и к другим изменениям. Так, снижение рН препятствует развитию микроорганизмов так же, как это происходит в несозревших гумусовых почвах. К подобным организмам относятся, в частности, грибы Mykorrhiza , которые способствуют усвоению минеральных веществ корнями растений. Ощутимым результатом разрушения микроорганизмов почвы является нарушения ее нормального дыхания. Низкие значения рН способствуют присоединению анионов к железосодержащим коллоидным частицам в почве, так как протоны сообщают комплексам положительный заряд. У фосфатов возможен обмен их кислотных остатков с ОН –группами на поверхности коллоидных частиц, при этом фосфатные остатки связываются и дальнейшее усвоение фосфора растениями становится невозможным.
Закисление почвы оказывает большое влияние на многие, но не все металлы. При увеличении кислотности становятся подвижными кадмий, свинец и цинк, и наиболее легко усваиваются растениями и животными. Наряду с закислением почв и увеличением содержания в них тяжелых металлов и пестицидов, почвы могут содержать полихлорированные бифенилы в концентрациях до 100 мг на 1 кг сухой массы. Они очень медленно распадаются в почве, и по этой причине в ней накапливаются.
& Примером такого загрязнения является выращивание зерновых культур с высоким естественным содержанием селена. В этом случае сера в таких аминокислотах как цистеин, метионин, замещается селеном. Образовавшиеся "селеновые" аминокислоты могут привести к отравлению животных и человека. Недостаток молибдена в почве приводит к накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов начинается последовательность реакций, которые могут инициировать у теплокровных организмов развитие онкологических заболеваний.
❐ Таким образом, антропогенные химические вещества, попадающие в окружающую среду – воздух, воду, почву могут быть индифферентными, нежелательными или токсичными.
5.2 Классификация чужеродных загрязнителей – ксенобиотиков
☞ Чужеродные вещества, поступающие в человеческий организм с пищевыми продуктами и имеющие высокую токсичность, называют ксенобиотиками или загрязнителями . К ним относятся:
1) металлические загрязнения (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, олово, цинк, медь и др.);
РАБОТА 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА И ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
Цель работы: определение категории загрязнения почв по наличию в них повышенных концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) и, на основе этого, оценка влияния суммарного загрязнения на здоровье населения.
Задание
(Приложение 11)
5.2. Определить уровень загрязнения почвы населенного пункта и оценить влияние суммарного загрязнения на здоровье населения.(Приложение 12)
5.3. Сделать краткие выводы.
Порядок выполнения работы
5.1. При оценке опасности загрязнения почв загрязняющими веществами (ЗВ) необходимо учитывать следующие закономерности (табл.5.1, 5.2):
1 Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание ЗВ в почве (обычно выражается концентрацией вещества С i , мг/кг), т.е., чем больше значение коэффициента К i превышает единицу; коэффициент опасности определяется следующим образом:
К i =С i / ПДК i (5.1)
2 Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности ЗВ. Отнесение ЗВ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к тому или иному классу опасности зависит от свойств ЗВ, в частности, от их способности накапливаться в организме, нарушать работу различных систем и органов, токсичности и др. Примеры ЗВ различных классов опасности приведеныв таблице 5.1;
Отнесение химических веществ, попадающих в почву, к классам опасности (по ГОСТ 17.4.1.02-83)
Таблица 5.1.
3 Опасность загрязнения тем выше, чем ниже буферные свойства почв. Это свойство почвы поглощать загрязнение из окружающей среды и прочно фиксировать его в почве зависит от содержания в почве органического вещества (гумуса почвы), кислотности почвы, механического состава, водного режима и ряда других свойств почвы. Буферность почвы определяет ее барьерную функцию, которая, в свою очередь, обусловливает уровни вторичного загрязнения химическими веществами сред, контактирующих с почвой: растительности, атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод.
Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами
Таблица 5.2.
| Категория загрязненности почв | Характеристика загрязненности | Возможное использование территории | Предлагаемые мероприятия |
| I. Допустимая | Содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не выше ПДК | Использование под любые культуры | Снижение уровня воздействия источников загрязнения почвы. Осуществление мероприятий по снижению доступности токсикантов для растений (известкование, внесение органических удобрений) |
| II. Умеренно опасная | Содержание химических веществ в почве превышает ПДК при лимитирующем общесанитарном, миграционном водном и миграционном воздушном показателях вредности, но ниже допустимого уровня по транслокационномупоказателю | Использование под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений | Мероприятия, аналогичные категории I. При наличии веществ с лимитирующим миграционным водным и миграционным воздушным показателями проводится контроль за содержанием этих веществ в рабочих зонах и в воде местных водоисточников |
| III. Высоко опасная | Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности | Использование под технические культуры. Использование под сельскохозяйственные культуры ограничено с учетом растений - концентраторов | Кроме мероприятий, указанных для категории I, обязательный контроль за содержанием токсикантов в растениях- продуктах питания и кормах. При необходимости выращивания растений -продуктов питания - рекомендуется их перемешивание с продуктами, выращенными на чистой почве |
| IV. Чрезвычайно опасная | Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК в почве по всем показателям вредности | Использование под технические культуры или исключение из сельскохозяйственного использования. Лесозащитные полосы | Мероприятия по снижению уровня загрязнения и связыванию токсикантов в почве. Контроль за содержанием токсикантов в зоне дыхания сельскохозяйственных рабочих и в воде местных источников |
ЗАДАНИЕ 5.1. Определить категорию загрязнения почвы и возможность её использования.(Приложение 10-11)
ПРИМЕР 5.1 (Варианты задач для задания 5.1 даны в приложении 11 ).
На определенном участке территории установлено присутствие в почве меди с солесодержанием подвижных форм, равном 3,2 мг/кг, и свинца с концентрацией 25 мг/кг. Определить категорию загрязненности почвы и возможность ее использования для выращивания сельскохозяйственной продукции; установить характер возможного использования данной территории и мероприятия по снижению токсического воздействия почвенных загрязнений.
Решение
На основании данных приложения 10 находим: ПДК меди с учетом фона - 3,0 мг/кг; ПДК свинца с учетом фона - 30,0 мг/кг. Допустимые уровни содержания:
По транслокационному показателю вредности - меди - 3,5 мг/кг; свинца- 30,0 мг/кг
По миграционному водному показателю вредности - меди - 72,0 мг/кг; свинца - 260,0 мг/кг;
По общесанитарному показателю вредности - меди -3,0 мг/кг; свинца - 30,0 мг/кг.
На основании полученных данных составим таблицу :
Таблица 5.3.
ВЫВОД: Исходя из комплексной оценки загрязненности почвы (по худшему показателю), устанавливаем, что категория ее загрязненности - умеренно опасная .
Данная территория может использоваться под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений и проведения мероприятий по снижению доступности для них имеющихся токсикантов, т.е. меди и свинца.
ЗАДАНИЕ 5.2.Определить уровень загрязнения почвы населенного пункта и оценить влияние суммарного загрязнения на здоровье населения. (Приложение 12)
Оценка уровня загрязнения почв населенных пунктов проводится по двум показателям: К с - коэффициенту концентрации отдельного вещества и
Z c - суммарному показателю загрязнения - при наличии в почве нескольких загрязняющих компонентов.
Коэффициент концентрации ЗВ определяется отношением
Кс = С/С ф (5.2)
где С - реальная концентрация данного химического вещества в почве, мг/кг;
С ф - фоновая концентрация в почве данного вещества, мг/кг.
Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций загрязняющих почву химических элементов:
| (5.3) |
где п - число учитываемых ЗВ.
Оценка опасности загрязнения почв по найденному суммарному показателюZ c проводится с помощью данных табл.5.4.
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения Z c
Таблица 5.4
| Категория загрязнения почв | Показатель Z c | Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
| I. Допустимая | Менее 16 | Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений |
| II. Умеренно опасная | 16-32 | Увеличение общего уровня заболеваемости |
| III. Высоко опасная | 32-128 | Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сердечнососудистой системы |
| IV. Чрезвычайно опасная | Более 128 | Увеличение заболеваемости детей, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза беременности, преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных) |
ПРИМЕР 5.2 (Варианты задач для задания 5.2 приведены в приложении 12 .)
Необходимо определить категорию загрязнения почвы населенного пункта химическими веществами по суммарному показателю загрязнения, на основании чего дать характеристику показателей здоровья населения, проживающего на данной территории.
Исходные данные приведены в табл.5.5. Фоновые концентрации загрязняющих веществ в почве даны в приложении 12.
Таблица 5.5.
Решение
По формуле (5.2) находим коэффициенты концентрации загрязняющих веществ:
К cF = 470/208 = 2,3;
К сВе = 4,9/1,5 = 3,3;
K cZn = 255/41,3 = 6,2.
По формуле (5.3) определим суммарный показатель загрязнения:
Z c = (2,3 + 3,3 + 6,2) - (3 - 1) = 9,8.
ВЫВОД В соответствии с данными табл.5.4 рассматриваемые почвы относятся к категории допустимого загрязнения и характеризуются наиболее низким уровнем заболеваемости детей и минимумом функциональных отклонений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (необходим письменный ответ)
1. Перечислите основные источники загрязнения почв.
2. Какие виды загрязнений почв наиболее опасны для человека? Для функционирования экосистемы?
3. Дать определение ПДКп.
4. Дать определения понятиям: миграционный водный показатель загрязнения среды, миграционный воздушный показатель загрязнения среды, общесанитарный показатель загрязнения, транслокационный показатель загрязнения.
5. Что такое коэффициент концентрации загрязняющего вещества в почве?
6. Что такое суммарный показатель загрязнения почвы? Зачем он определяется?
Приложение 10
ПДК химических веществ в почве и допустимые уровни содержания по показателям вредности
| Вещество | ПДК почвы с учетом фона, мг/кг | Показатели вредности | |||||
| Транслокационный | Миграционный | Общесанитарный | |||||
| водный | воздушный | ||||||
| Подвижная форма | |||||||
| Сu | 3,0 | 3,5 | 72,0 | - | 3,0 | ||
| Ni | 4,0 | 6,7 | 14,0 | - | 4,0 | ||
| Zn | 23,0 | 23,0 | 7,0 | ||||
| Со | 5,0 | 25,0 | >1000 | - | 5,0 | ||
| Водорастворимая форма | |||||||
| F | 2,8 | 2,8 | - | - | 5,0 | ||
| Валовое содержание | |||||||
| Sb | 4,5 | 4,5 | 4,5 | - | |||
| Mn | - | ||||||
| V | - | ||||||
| Mn+V | 1000+100 | 1500+150 | 2000+200 | - | 1000+100 | ||
| Pb | - | 30,0 | |||||
| As | 2,0 | 2,0 | - | 10,0 | |||
| Hg | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 2,5 | 5,0 | ||
| Pb+Hg | 20+1,0 | 20+1,0 | 30+2,0 | - | 30+2,0 | ||
| КСl Нитраты Бенз(а)пирен Бензол Толуол Изопропилбензол Альфаметилстирол Стирол Ксилолы H 2 S S элементарная H 2 S0 4 Отходы флотации угля Комплексные гранулированные удобрения (КГУ) Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) | 0,02 0,3 0,3 0,5 0,5 0,1 0,3 0,4 | 0,2 3,0 0,3 3,0 3,0 0,3 0,3 >800 | 0,5 10,0 | - - 0,3 0,3 0,5 0,5 0,1 0,4 0,4 - - >800 | 0,02 50,0 50,0 50,0 50,0 1,0 1,0 | ||
Приложение 11
Варианты задач для задания5.1
| Вариант | Токсикант | Концентрация, мг/кг | Вариант | Токсикант | Концентрация мг/кг |
| Никель | 8,0 | Бенз(а)пирен | 0,4 | ||
| Медь | 75,0 | Никель | 13,0 | ||
| Цинк | 20,0 | Бензол | 0,25 | ||
| Фтор | 4,0 | Кобальт | 1300,0 | ||
| Кобальт | 12,0 | Толуол | 0,45 | ||
| Ванадий | 120,0 | Марганец | 2000,0 | ||
| Фтор | 1,5 | Изопропилбензол | 2,5 | ||
| Мышьяк | 8,0 | Сурьма | 55,0 | ||
| Сурьма | 46,0 | Изопропилбензол | 4.0 | ||
| Ртуть | 2,8 | Никель | 12,0 | ||
| Марганец | 3000,0 | Альфаметилстирол | 0,4 | ||
| Мышьяк | 3,0 | Нитраты | 400,0 | ||
| Ванадий | 115,0 | Стирол | 0,2 | ||
| Цинк | 38,0 | КГУ | 650,0 | ||
| Свинец | 240,0 | Ксилол | 92,0 | ||
| Никель | 3,5 | Кобальт | 75,0 | ||
| Свинец | 42,0 | Сероводород | 150,0 | ||
| Сурьма | 10,0 | Фтор | 3,0 | ||
| Мышьяк | 4,0 | Элементарная сера | 190,0 | ||
| Свинец | 60,0 | Бенз(а)пирен | 0,4 | ||
| Ртуть | 3,5 | Серная кислота | 145,0 | ||
| Цинк | 20,0 | Сурьма | 5,0 | ||
| Нитраты | 150,0 | ОФУ | 8000,0 | ||
| Медь | 65,0 | Бензол | 44,0 | ||
| Бенз(а)пирен | 0,15 | КГУ | 600,0 | ||
| Свинец | 39,0 | Толуол | 98,0 |
Приложение 12
Варианты задач для задания 5.2
| Вари- ант | Концентрация загрязняющих веществ в почве, мг/кг | |||||||||||
| Li | Be | S | V | Сr | Со | Ni | Сu | Zn | Cd | Hg | Pb | |
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | 0,3 | - | ||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,1 | ||||||
| - | - | - | - | - | 0,09 | - | ||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,07 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,15 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | 0,03 | - | ||||||
| - | - | - | - | 0,6 | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,8 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| . | - | - | - | - | - | 0,02 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,4 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,08 | ||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | |||||||
| Фоновые концентрации, мг/кг | ||||||||||||
| все | 23,5 | 1,5 | 63,5 | 8,4 | 23,2 | 15,3 | 41,3 | 0,7 | 0,01 | 11,5 |
Загрузка...
