Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. Определение уровня суммарного загрязнения почв Показатели биологической активности почвы

Широко применяется ПХЗ-10 - формализованный суммарный показатель химического загрязнения вод. Он рассчитывается как сумма значений концентраций, нормированных на ПДК рыбохозяйственных водоемов, для 10 загрязняющих веществ с максимальным превышением ПДК.

Расчет ПХЗ-10 проводится по 10 соединениям, максимально превышающим ПДК, по формуле:

ПХЗ-10 = С 1 /ПДК 1 + С 2 /ПДК 2 + С 3 /ПДК 3 + ...+ С 10 /ПДК 10 ,

где С i - концентрация i-го химического вещества в воде;

ПДК, - норматив для рыбохозяйственных водоемов;

Коэффициент донной аккумуляции (КДА) определяют по формуле:

КДА = Сдо/Св,

где Сдо, Св - концентрации загрязняющих веществ соответственно в донных отложениях и воде.

Коэффициент накопления в гидробионтах Кн рассчитывают по формуле:

К н = С г /С в,

где С г - концентрация загрязняющих веществ в гидробионтах.

Усредненные значения критической концентрации (мг/л) некоторых загрязняющих веществ составляют:

медь 0,001 -0,003

кадмий 0,008 - 0,02

цинк 0,05 - 0,1

хлорированные углеводороды:

полихлорбензолы 0,005

бенз(а)пирен 0,0005

При оценке состояния водных экосистем достаточно надежными показателями являются характеристики состояния и развития всех экологических групп водного сообщества. На практике оценка этих индикаторов представляет значительные сложности из-за нарушения рядов наблюдений и малого числа точек наблюдений. Основные показатели по фито- и зоопланктону, а также по зообентосу, характеризующие степень деградации пресноводных экосистем, представлены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

Критерии оценки состояния пресноводных экосистем*

В системе Роскомгидромета для оценки состояния поверхностных водных объектов применяют индекс загрязнения воды (ИЗВ). С его помощью сравнивают водные объекты между собой, характеризуют изменения качества воды.

Индекс загрязнения воды есть сумма нормированных к ПДК значений концентрации шести главных поллютантов: в качестве обязательных - биологическое потребление кислорода (БПК5) и растворенный кислород, а также четыре ингредиента с максимальными значениями. Оценка качества воды базируется на сравнении со шкалой из семи градаций: от «очень чистая» (ИЗВ < 0,3) до «чрезвычайно грязная» (ИЗВ > 10,0). Она дополняется санитарными показателями (коли-индекс, патогенные микроорганизмы).

Сокращение ресурсов поверхностных вод. В качестве основного показателя степени истощения водных ресурсов принята норма безвозвратного изъятия поверхностного стока - предельно допустимый объем безвозвратного изъятия, составляющий 10 -20 % среднемноголетнего значения естественного стока. Она включает безвозвратное водопотребление в коммунальном хозяйстве, промышленности, теплоэнергетике, сельхозводоснабжении, орошении и промышленном рыбоводстве с учетом потерь на испарение, межбассейновой переброски стока рек и др. Оценка объема безвозвратного изъятия стока проводится для замыкающих створов рек.

Загрязнение подземных вод. Побочно загрязнение хозяйственных объектов характеризуют концентрацией загрязняющих веществ и площадью области загрязнения подземных вод на участках зоны влияния. Оценивают содержание нитратов, фенолов, тяжелых металлов, нефтепродуктов, хлорорганики, бенз(а)пирена.

Загрязнение и деградация почв. Выбор критериев экологической оценки состояния почв определяется спецификой их местоположения, генезисом, буферностью, а также разнообразием их использования. В оценке экологического состояния почв основными показателями степени экологического неблагополучия являются критерии физической деградации, химического и биологического загрязнения, площадь выведенных из землепользования угодий в результате деградации почв (эрозия, дефляция, вторичное засоление, заболачивание). За комплексный показатель загрязнения почвы принимают фитотоксичность.

Признаком биологической деградации почв является снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о котором можно судить по уменьшению уровня активной микробной биомассы, а также по более распространенному, но менее точному показателю - дыханию почвы. Кратность превышения предельно допустимых норм загрязняющих веществ в почве оценивают по их подвижным (растворимым) формам. Радиоактивное загрязнение оценивают по мощности экспозиционной дозы (мкР/ч) и степени радиоактивного заражения (Бк/м2).

Для оценки химического загрязнения широко используют показатель суммарного загрязнения почв Zc. Значения этого показателя табулированы для восьми элементов: Си, Zn, Pb, Cd, Ni, Fe, Со, Hg, а категории загрязнения, сопоставленные с показателями здоровья населения, были утверждены в 1989 г. Главным санитарным врачом СССР в качестве нормативного документа. С тех пор оценка загрязнения почв по значениям Zc выполняется некорректно (для произвольного набора поллютантов).

Изменения геологической среды. Геодинамические показатели деформации геологической среды с экологическими последствиями могут быть представлены в форме интенсивности и масштаба проявления современного напряженно-деформированного состояния верхних частей литосферы. Эти показатели определяются параметрами критических скоростей деформации и масштабом ожидаемого сейсмического эффекта. При оценке аномальных техногенных деформаций в качестве предельного критического уровня геодинамического воздействия объектов используют значение относительной деформации 0,00001. Этот уровень деформации может быть достигнут в локальных зонах в течение 15 - 30 лет, что соизмеримо с минимальными сроками эксплуатации особо ответственных объектов и сооружений. Нарушение их функционирования может привести к критическим экологическим последствиям. Уровень деформации 0,0001 приводит к таким нарушениям геологической среды, которые можно отнести к зонам геологического бедствия.

Деградация наземных экосистем. Оценка степени деградации наземной экосистемы проводится по критериям, которые определяют негативные изменения в структуре и функционировании экосистем и учитывают их пространственную дифференциацию по степени нарушенности, а также динамику процессов деградации. При оценке экологического состояния территории учитывают как площадь проявления негативных изменений (так как при равной степени деградации участка возможность восстановления обратно пропорциональна его площади), так и пространственную неоднородность распределения участков разной степени деградации на исследуемой территории. Скорость деградации экосистем рассчитывается по рядам наблюдений за 5 - 10 лет.

Фитоценозы и флора. Растительность как биотический компонент любой природной экосистемы играет решающую роль в структурно-функциональной организации экосистемы и определении ее границ. Фитоценоз не только весьма чувствителен к нарушениям окружающей среды, но и наиболее наглядно отражает изменение экологической обстановки территории в результате антропогенного воздействия. Индикаторы оценки состояния растительности различаются в зависимости от географических условий и типов экосистем. При этом учитывают негативные изменения как в структуре растительного покрова (уменьшение площади коренных ассоциаций, изменение лесистости), так и на уровне растительных сообществ и отдельных видов (популяций): изменение видового состава, ухудшение ассоциированности и возрастного спектра ценопопуляций.

Плотность популяции видов-индикаторов - один из важнейших показателей состояния экосистемы, высокочувствительный к основным антропогенным факторам. В результате антропогенного воздействия плотность популяции «отрицательных» видов- индикаторов снижается, а «положительных» видов-индикаторов - возрастает. Пороговым значением антропогенной нагрузки следует считать снижение (или повышение) плотности популяции вида-индикатора на 20 %, а критическим значением - на 50 %.

Одним из существенных параметров популяции является возрастной аспект - доля участия особей разных возрастных состояний. Возрастные состояния устанавливают на основании комплекса морфологических признаков или абсолютного возраста в тех случаях, когда его определение не представляет особых затруднений.

Состояние растительности можно рассматривать как индикатор уровня антропогенной нагрузки на природную среду обитания (повреждение древостоев или хвои техногенными выбросами, уменьшение проективного покрытия и продуктивности пастбищной растительности). Изменение проективного покрытия происходит в результате антропогенного воздействия на растительность разных типов, главными из которых являются механическое нарушение фитоценоза (выпас, рекреация и т.д.) и химическое воздействие, приводящее к изменению жизненного состояния видовых популяций через изменение процессов метаболизма и водного баланса.

Уменьшение запаса древесины основных лесообразующих пород свидетельствует о процессе деградации лесных экосистем в результате неудовлетворительной лесохозяйственной деятельности. Лесные пожары приводят к деградации значительных площадей лесных экосистем. Обширные гари, на которых лес не восстанавливается в течение как минимум 10 лет, являются признаком необратимых изменений в экосистеме.

Изменения качественных и количественных характеристик растительного покрова могут быть объективно интерпретированы только в сравнении с естественным состоянием растительных сообществ. При этом под фоновыми понимают относительно ненарушенные участки, аналогичные по своим природно-ландшафтным характеристикам исследуемой территории.

Зооценозы. Критерии и индикаторы состояния животного мира рассматривают на уровне зооценоза или отдельных популяций животных. При расчете изменений разнообразия как критерия оценок состояния зооценоза в целом необходимо учитывать, что данный критерий связан с оценкой обилия, а численность многих животных подвержена циклическим изменениям. За временной шаг для оценки принимают десятилетние периоды сравнения. Индикатором могут быть как массово гнездящиеся птицы, так и, напротив, относительно редкий вид, имеющий экотопически узкий диапазон условий обитания (например, черный коршун). При оценке изменения плотности популяции видов - индикаторов антропогенной нагрузки необходимо учитывать их различную реакцию на воздействие: популяции устойчивых видов будут увеличивать свою численность, а популяции видов, чувствительных к антропогенной нагрузке, - уменьшать ее.

6.1. Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК), или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве.

6.2. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществ с учетом следующих общих закономерностей:

Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превышает ПДК, что может быть выражено коэффициентом К о = С/ПДК, т. е. опасность загрязнения тем выше, чем больше К о превышает единицу.

Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность, растворимость в воде и подвижность в почве и глубина загрязненного слоя.

Опасность загрязнения тем больше, чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержания органического вещества, кислотности почвы. Чем ниже содержание гумуса, рН почвы и легче механический состав, тем опаснее ее загрязнение химическими веществами.

6.3. При загрязнении почвы одним веществом неорганической природы оценка степени загрязнения проводится в соответствии с таблицей 2 (27, 28) с учетом класса опасности компонента загрязнения, его ПДК и максимального значения допустимого уровня содержания элемента (К max) по одному из четырех показателей вредности (приложение 7).

Таблица 2

Критерии оценки степени загрязнения почв неорганическими веществами

При загрязнении почв одним веществом органического происхождения его опасность определяется исходя из его ПДК (13) и класса опасности (таблица 3).

Таблица 3

Критерии оценки степени загрязнения почв органическими веществами

6.6. При полноэлементном загрязнении оценка степени опасности загрязнения почвы допускается по наиболее токсичному элементу с максимальным содержанием почвы.

6.7. Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К с). К с определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (С i) в мг/кг почвы к региональному фоновому (Сф i):

К с =С i /Cф i

и суммарный показатель загрязнения почвы (Z с). Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов – загрязнителей и выражен формулой:

Z с =(K ci + … + K cn) – (n – 1)

n – число определяемых суммируемых веществ;

K ci – коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна, и позволяет выделить зоны риска для здоровья населения (7, 12).

6.8. Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z с, отражающему дифференциацию загрязнения почвы городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в таблице 4.

Таблица 4

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв

по суммарному показателю загрязнения (Z c)

Определение химических веществ при оценке уровня загрязнения почв населенных пунктов по Z с проводят методом эмиссионного анализа в соответствии с методическими указаниями (7, 12).

6.9. Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важная для случаев геофагии у детей при играх на загрязненных почвах. Такую оценку проводят по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу свинцу, повышенное содержание которого в почвах города, как правило, сопровождается увеличением содержания и других элементов. При систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменение психоневрологического статуса у детей (15). Безопасным считается загрязнение свинцом на уровне ПДК в почве.

6.10. Оценка почв сельскохозяйственного использования проводится в соответствии с принципиальной схемой, приведенной в приложении 6.

6.11. Для принятия административных решений о характере использования земель, в разной степени загрязненных химическими веществами рекомендуется руководствоваться РД «Порядок определения ущерба от загрязнения земель химическими веществами» (24) с учетом характера землепользования.

Основным критерием оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве.

Химическое загрязнение почвы – изменение химического состава почвы, возникшее под прямым или косвенным воздействием фактора землепользования (промышленного, сельскохозяйственного, коммунального), вызывающее снижение ее качества и возможную опасность для здоровья населения.

Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществу с учетом класса опасности компонента загрязнения, его ПДК и максимального значения допустимого уровня содержания элементов (К мах) по одному из четырех показателей вредности. Оценка степени опасности загрязнения почвы допускается по наиболее токсичному элементу с максимальным содержанием в почве.

В настоящее время в России наиболее токсичные химические элементы разделены на 3 класса опасности (СанПиН 2.1.7.1287-03):

1 класс – мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, 3,4–бенз(а)пирен;

2 класс – бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром ;

3 класс - барий, ванадий, вольфрам , марганец, стронций, ацетофенон.

По степени опасности в санитарно-эпидемиологическом отношении почвы могут быть разделены на следующие категории по уровню загрязнения: чистая, допустимая, умеренно опасная, опасная и чрезвычайно опасная.

Химическое загрязнение почв комплексом металлов оценивается по суммарному показателю химического загрязнения (Z c), являющемуся индикатором неблагоприятного воздействия на здоровье населения.

Суммарный показатель химического загрязнения определяется как сумма коэффициентов концентрации (К к) отдельных компонентов загрязнения по формуле:

Zc=ΣК к - (n-1) ,

где n - количество определяемых элементов.

Коэффициент концентрации (К к)определяется какотношение содержания элемента (С i) к фоновому его содержанию (С ф) по следующей формуле:

К к = -

По величине суммарного показателя загрязнения (Z c) почвы могут быть разделены на следующие категории:

< 16 усл. ед. - допустимая;

Усл. ед. - умеренно опасная;

Усл. ед. - опасная;

> 128 усл. ед. - чрезвычайно опасная.

В данном отчете оценка качества почвы проведена относительно допустимых уровней (ПДК и ОДК) для почвы населенных мест и относительно фоновых значений определяемых элементов.

Допустимые уровни, фоновые содержания и значения К max приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.3 – Оценка степени химического загрязнения почвы органическими и неорганическими соединениями

Где K max – максимальное значение допустимого уровня содержания элемента по одному из четырех показателей вредности.

Таблица 6.4 – Параметры оценки степени химического загрязнения

* - фоновые содержания металлов по Ленинградской области

Пробы почвогрунта отобраны в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» в количестве 12 штук, из них: 4 пробы с глубины 0,0-0,2 м с пробных площадок и послойные пробы из 2 скважин с глубин: 0,2-1,0; 1,0-2,0; 2,0-3,0; 3,0-4,0 м.

Химический анализ проб почвогрунта на содержание тяжелых металлов (Hg, Pb, Cd, Zn, Ni, Cu) и мышьяка (As) в валовой форме, нефтепродуктов и бенз(а)пирена проведен аккредитованным испытательным лабораторным центром ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии по железнодорожному транспорту» (Октябрьский дорожный филиал).

Результаты лабораторных исследований приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 – Результаты определения концентраций неорганических и органических загрязнителей в пробах почвы обследованного участка

Протокол № 8829-8840 от 10.07.2012 г.

В результате лабораторных исследований проб почвогрунта, отобранных на объекте: «Земельный участок площадью 3,2569 га, предназначенный под строительство жилого комплекса со встроенными-пристроенными помещениями, закрытой автостоянкой и двумя встроенными ТП» по адресу: г. Санкт-Петербург, Выборгский район, Лиственная улица, участок 1 (восточнее дома 1, корпус 2, литер А по улице Есенина), в соответствии с требованиями действующих нормативных документов: СанПиН 2.1.7.1287-03 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»; ГН 2.1.7.2041-06 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы»; ГН 2.1.7.2511-09 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы», «Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами» отмечается превышение допустимого уровней содержания химических веществ:

Свинца в пробах №№ 1-3-298 в 1,25 раза, 1-4-298 в 1,31 раз;

Цинка в пробах №№ 1-2-298 в 2,22 раза, 1-3-298 в 2,0 раза;

Бенз(а)пирена в пробах №№ 1-1-298 в 1,8 раза, 1-2-298 в 20,6 раза, 1-3-298 в 11,4 раза, 1-4-298 в 4,0 раза, 1-5-298 в 2,1 раза, 2-1-298 в 5,65 раза, 2-2-298 в 11,75 раз, 2-3-298 в 9,45 раза, 2-4-298 в 3,0 раза, 2-5-298 в 1,9 раза, 3-1-298 в 2,1 раза, 4-1-298 в 1,65 раза.

По содержанию химических веществ пробы почвогрунта № 2-1-298 до глубины
0,0-0,2 м, 1-2-298 и 2-2-298 (глубина отбора 0,2-1,0 м), 1-3-298 и 2-3-298 (глубина отбора 1,0-2,0 м) относятся к «Чрезвычайно опасной» категории загрязнения, пробы №№ 3-1-298 до глубины 0,0-0,2 м, 1-4-298 и 2-4-298 (глубина отбора 2,0-3,0 м), 1-5-298 (глубина отбора 3,0-4,0 м) – к«Опасной» категории загрязнения, пробы №№ 1-1-298 и 4-1-298 до глубины 0,2 м, 2-5-298 до глубины 4,0 м – к «Допустимой» категории загрязнения.

По значению суммарного показателя загрязнения пробы почвы относятся к «Допустимой» категории загрязнения.

Значения нефтепродуктов носят информативный характер и составляют от 26 до 134 мг/кг.

Задачей экологического мониторинга является оценка состояния окружающей среды на основе регулярных на­блюдений. «Ценой» при этом являются нормативы качества окружающей среды. Цель экологического нормирования - сохранение экосистемы, ее структуры и функционирования. Подходы к оценке качества окружающей среды (в том числе почв) разнятся. Одни имеют четкую антропоцентристскую направленность, то есть за «нормальную» принимается сре­да, обеспечивающая требуемое качество жизни человека. Согласно экосистемным подходам, «нормальной» следует считать такую экосистему, в которой значимые антропоген­ные нарушения отсутствуют во всех звеньях экосистемы. Это служит гарантией обеспечения сохранения живых организмов и жизни человека. Санитарно-гигиеническое нормирование состояния почв - яркий пример антропоцентристского подхода, экологическое нормирование - пример экосистемного подхода.

Санитарно-гигиеническое нормирование. При санитарно-гигиеническом нормировании состоя­ния окружающей среды под «нормой» понимается такое состояние окружающей среды, которое не оказывает от­рицательного влияния на здоровье человека. Санитарно-гигиеническим критерием качества окружающей среды служат предельно допустимые концентрации (ПДК) химиче­ских веществ в объектах окружающей среды. ПДК соответ­ствуют максимальному содержанию химического вещества в природных объектах, которое не вызывает негативного (прямого или косвенного) влияния на здоровье человека (включая отдаленные последствия). Гигиена - раздел прак­тической медицины, изучающей влияние внешней среды на здоровье человека. Санитария - практическая сторона гигиенического направления медицины.

Предполагается, что предельно допустимые количе­ства химических элементов в воде, воздухе, почве, кормах, сельскохозяйственных продуктах не представляют опасности для человека, а среда, отвечающая санитарно-гигиеническим нормам, не ухудшает здоровья человека, как одного из видов живых организмов.

Практическое определение ПДК химических веществ в почвах и других природных средах проводится в лабо­раторных условиях путем выявления взаимосвязи между состоянием живых организмов и содержанием химических веществ в окружающей их среде (воде, воздухе, пищи). Эксперимент ведется по типу: «доза - эффект», т. е. про­слеживается изменение состояния опытных растений и животных при меняющемся уровне содержания различ­ных химических веществ в среде. Установлен (Коваль­ский, 1974) общий вид зависимости между состоянием любых организмов (растения, животные) и концентрацией различных веществ в окружающей их среде. Всегда существует зона оптимального содержания химических веществ в окружающей среде, обеспечивающего наибо­лее благоприятные условия для живых организмов. При отклонении от этой оптимальной области содержания хи­мических веществ в сторону снижения содержания этих веществ (недостаточность элементов, обеднение ими сре­ды) или в сторону повышения (избыточность элементов, в том числе загрязнение ими среды) всегда наблюдается нарушение и ухудшение состояния организмов, вплоть до их гибели.

Основным токсикологичес­ким показателем является общий санитарный показатель, в качестве которого используется параметр ЛД 50 - доза химического вещества, которая вызывает гибель 50 % под­опытных животных. По полулетальной дозе вещества в воздухе, которым дышат животные, в воде и пище, кото­рую они потребляют, определяют допустимое для живых организмов содержание веществ соответственно в воде, воздухе, продуктах питания.

Но с почвой прямые контакты человека несущественны или не имеют места вообще. Контакт почвы с организ­мом человека происходит опосредо-ванно по цепочкам: почва - растение - человек; почва - растение - живот­ное - человек; почва - воздух - человек; почва - вода - че­ловек. Определение ПДК химических веществ в почвах фактически сводится к экспериментальному определению способности этих веществ поддерживать допустимую для живых организмов концентрацию веществ в контактиру­ющих с почвой воде, воздухе, растениях.

Именно поэтому ПДК химических веществ для почв устанавливается не только по общесанитарному показателю, как это принято для других природных сред, а еще и по трем другим показателям: транслокационному, миграционному водному и миграционному воздушному (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Предельно допустимые концентрации химических элементов в почвах

Транслокационный показатель определяют по способ­ности почв обеспечивать содержание химических веществ на допустимом уровне в растениях (тест культурами служат редис, салат, горох, фасоль, капуста и др.). Соответственно миграционный водный и миграционный воздушный - по способности обеспечивать содержание этих веществ в воде и в воздухе не выше ПДК (в качестве объекта лабораторного исследования использовали образец верхнего горизонта дерново-подзолистой почвы).

Норматив для почв устанавливается по наименьшему из всех экспериментально найденных показателей. Напри­мер, для общего содержания ванадия в почве установлен уровень ПДК, равный 150 мг/кг, в то время как этому уровню соответствует только общесанитарный показатель, а водный миграционный равен 350 мг/кг почвы. ПДК содер­жания подвижных соединений цинка в почве измеряется 23 мг/кг, этот уровень установлен по общесанитарному показателю, при этом миграционный водный показатель равен 200 мг/кг.

Уровни ПДК, установленные по разным показателям, отражают как токсичность химических веществ, так и до­минирующий механизм их распространения в природных средах. Например, для бенз(а)пирена и ртути лимитирую­щим показателем является общесанитарный, для мышья­ка - транслокационный, для хлористого калия - водный, для сероводорода - воздушный (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - ПДК химических веществ в почвах и их лимитирующие показатели

Однако санитарно-гигиенические нормативы качества почв не лишены недостатков. Основной состоит в том, что условия модельного эксперимента определения ПДК и ес­тественные условия разнятся довольно существенно. Назовем некоторые из них.

1. Существует неопреде­ленность в определении понятия ПДК химических веществ для почв. Она характеризует ПДК как ту концентрацию вещества в почве, которая безопасна для живых организмов. Нокритерии отрицательного влияния на них химических веществ не определены.

2. Не учтено время воздействия поллютанта. Эксперимент цо определению ПДК длится, как правило, не более года, но этого срока недостаточно для того, чтобы оценить отдаленные последствия влияния химических веществ на живые организмы. Чем более долгим был контакт вещества с организмом, тем ниже будет отклик организма.

3. При установлении ПДК моделируется действие на живые организмы, как правило, одного фактора, в крайнем случае, двух или трех. Но в реальных условиях организм подвергается комплексному воздействию ряда факторов, совместное действие которых во внимание не принимается.

4. Выводы, полученные на основании опы­тов с животными, переносятся без полного основания на человека. Но низшие животные (особенно крысы, мыши) более устойчивы к факторам внешней среды, чем люди. Перенесение результатов, полученных на таких животных, на человека недостаточно обоснованно и неадекватно.

5. Как правило, не учитываются генетические последствия, возможность сохранения нарушений в живых организмах ПОД влиянием химических веществ. Не учитываются инди­видуальная, наследственная и видовая чувствительность организмов, их адаптационные возможности, биологиче­ские ритмы.

6. ПДК для почв несут в себе все погрешности определения ПДК для других природных сред. Например, при разработке ПДК для вод учитывается влияние только истинно растворимой фракции этих веществ, а не всех возможных форм их нахождения (взвеси, коллоиды).

7. Не учтено, что многие поллютанты, например, тяжелые металлы, пестициды, обладают кумулятивным эффектом. Не учитывается способность химических веществ концентрироваться в трофической цепи. Химические вещества концентрируются в организме человека в большей мере, чем в организме животных, а те, в свою очередь, в боль­шей мере, чем в растениях. А это значит, что в тех случаях, когда уровни ПДК химических веществ в низших звеньях трофической цепочки не достигнуты, не исключается возможность их накопления на более высоких уровнях (и соответственно превышение ПДК).

8. Не учитывается возможность трансформации химических веществ, их накопления на различных биогеохимических барьерах.

9. Не учитывается взаимодействие химических веществ. При различных видах взаимовоздействия (аддитивность, антагонизм, синергизм) возможно образование структур более опасных, чем исходные соединения.

10. He оцени­вается в полной мере качество природных сред в целом, Например, при разработке нормативов для воды учитыва­ется воздействие любого вещества на воду, используемую в определенных целях (питьевых, рыбохозяйственных, тех­нических, рекреационных), но не рассматривается влияние этих веществ на воду как целостную природную систему, как природный ресурс.

11. Не учитываются свойства почвы. Но влияние сорбционной способности почв, содержания гумуса, кислотно-основных условий, грануло-метрического состава обусловливает способность почв к самоочище­нию. Следствием невнимания к свойствам почв является неприемлемый для использования уровень ПДК мышьяка в почвах. Этот показатель был установлен первым при разработке ПДК для почв, когда гигиенисты использовали в работе не образец почвы, а чистый песок, обладающий минимальной поглотительной способностью. В результате был установлен такой уровень ПДК мышьяка, который ниже уровня содержания элемента в большинстве почв.

Одним из этапов решения проблемы экологического нормирования был подход, основанный на определении допустимой нагрузки на почву с учетом ее буферных свойств, обеспечивающих способность почвы ограничивать подвижность поступающих извне химических веществ, способность к самоочищению. Такие подходы развиваются в России и в других странах.

Однако разработать ПДК для каждого типа почв не­возможно. Целесообразна разработка нормативов хими­ческих веществ для почвенно-геохимических ассоциаций, объединенных общностью основных физико-химических свойств, определяющих их устойчивость к химическому загрязнению.

На следующем этапе для ряда химических элементов были разработаны ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) этих элементов для почв, различающихся по важнейшим свойствам (по кислотности и гранулометри­ческому составу). Они были разработаны не на основе стандартизованного экспериментального метода, а на основе обобщения имеющихся сведений о взаимосвязи между уровнем нагрузки на почвы, состоянием почв и сопредельных сред.

В основу группировки почв по устойчивости к тяжелым металлам в первую очередь положены кислотно-щелочные условия, господствующие в тех или иных почвах. Для груп­пировки почв было принято во внимание распространение основных геохимических ассоциаций почв на территории России. Наибольшую площадь распространения имеют геохимические ассоциации почв с кислой и нейтральной реакцией среды с подразделением на две группы:

Почвы с очень кислой и кислой реакцией (рН водной вытяжки <5);

Почвы со слабокислой и нейтральной средой (рН 5-7).

В эти две ассоциации, занимающие 60-70 % площади России, войдут практически все подзолистые, дерново-под­золистые, серые лесные и часть черноземов, включая их окультуренные варианты. Важен учет гранулометрического состава почв, особенно для почв первой группы. Поэтому почвы этой группы были разбиты на две подгруппы по гранулометрическому составу:

Песчаные и супесчаные почвы, обладающие наимень­шей устойчи-востью к загрязнению;

Суглинистые и глинистые почвы, относительно более устойчивые к загрязнению химическими веществами.

По этому принципу в нашей стране были определены ориентировочно допустимые количества химических элементов в почвах (таблица 4.3). Отличие их от зарубежных в том, что они рассчитаны с учетом фонового содержания и дифференцированы в зависимости от реакции и грану­лометрического состава почв.

Таблица 4.3 - Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых метал-лов в почвах (общее содержание,мг/кг)

Уровни ОДК для одного и того же элемента для почв с разными свойствами различаются в 4 -5 раз.

Наиболее опасны ксенобиотики - вещества искусст­венной природы. Отдаленные последствия их воздействия на живые организмы неизвестны. Характер влияния искус­ственных токсикантов на живые организмы отличается от действия веществ, являющихся естественными составляю­щими почв, тем, что при изменении концентрации таких веществ во внешней среде в живых организмах не обнару­живается области стимулирования. Любые концентрации этих веществ в окружающей среде ведут к патологии. Скорость синтеза и выпуска многих из таких веществ, например пестицидов, выше скорости их нормирования. Пестицидов используется в настоящее время свыше 1000 наименований, не для всех из них есть ПДК.

При несовершенстве санитарно-гигиенических нор­мативов для содержания химических элементов в почвах, следует признать, что подходы и методы их определения имеют экологическую направленность. Эти подходы опи­раются на роль и механизмы связи почвы с другими при­родными средами.

Биогеохимическое нормирование . В основе биогеохимического нормирования лежит медико-географический подход. Он основан на натурных наблюдениях в таких регионах, где самой природой созданы "условия избытка или недостатка тех или иных химических элементов естественного происхождения в природных средах. Эти регионы называются биогеохимическими про­винциями , и результаты регулярных наблюдений в них за состоянием живых организмов, в том числе и за здоровь­ем людей, позволяют установить связь их с содержанием элементов в природных средах.

Ценность этого подхода - в опоре на фактический, а не эксперименталь-ный материал. Теоретическая основа здесь совершенно иная, чем при санитарно-гигиеническом нормировании. Предполагается, что каждому биогеохимическому таксону (ландшафту, экотопу) соответствует четкая взаимосвязь и взаимообусловленность пищевых цепей, которая складывалась длительное время. Она адаптирована к природным специфическим условиям, с которыми связана миграция и аккумуляция любых хи­мических веществ. Живые организмы реализовали все природные механизмы сопротивления внешнему воздей­ствию, их состояние соответствует химическому составу окружающей среды.

На вероятностной основе определяются верхние и нижние границы, в рамках которых состояние большинства живых организмов (животных, растений, человека) в зонах биогеохимических провинций не отклоняются от нормы, то есть где осуществляется саморегуляция системы. Но, как правило,

5 - 20 % людей или животных в эндемических райо­нах оказываются пора-женными. Чем больше содержание химических элементов превышает пороговые уровни, тем выше число пострадавших. Процесс естественного отбора при этом обостряется.

Выявлена связь между недостатком или избытком ряда элементов в природных средах и состоянием живых организмов, например, кобальтом и синтезом витамина В 12 и, как следствие, анемией при акобальтозе; Pb, Нg, Мо - и интоксикацией; F - флюорозом и другими кост­ными заболеваниями; Сu, Zn, Мn, В - и хлорозом многих видов растений; Сu - и суховершинностью растений, В - и эндемическими энтеритами; I - и эндемическим зобом; Sr - и особыми формами рахита; Ni - и кожными забо­леваниями; Se - и мышечной болезнью животных. Таким образом, состояние живых организмов в зоне биогеохими­ческих провинций служит индикатором уровня содержания химических элементов в окружающей среде.

На основе этой концепции разработаны методы био­геохимического экологического нормирования. Проведено районирование биогеохимических эндемий на принципах почвенно-географического и биогеохимического районирова­ния.

На основе биогеохимического районирования В.B. Ковальским установлены пороговые концентрации ряда хи­мических элёментов в почвах (таблица 4.4).

Таблица 4.4 - Пороговые концентрации некоторых химических элементов в почвах, мг/кг (по Ковальскому, 1964)

Проверкой эффективности используемого подхода может быть реакция живых организмов на исправление установленного дефицита добавкой дефицитного элемента. Например, введение селенита животным из биогеохими­ческой провинции не вызывало никаких отрицательных последствий, а введение животным из фоновых районов вело к нарушениям их состояния.

Статистическое нормирование. Статистический прием определения уровней допусти­мых концентраций химических веществ впочвах состоит в определении усредненных (наиболее распространенных) уровней содержания химических элементов в природных средах в естественных условиях. Теоретическая основа та­кого подхода заключается в том, что среднее содержание химических элементов в природных средах в естественных условиях соответствует условиям нормального состояния живых организмов.

К этой группе нормативов качества почв может быть от­несен показатель суммарного загрязнения почв Z с (таблица 4.5). Рассчитывают его по формуле, предложенной Ю.Е. Саетом:

Z c = (С i /C ф) - (n - 1) (4)

Таблица 4.5 - Показатель суммарного загрязнения почв Z c

Нормирование состояния загрязненных почв на основе концепции экологического риска. В связи с повышением числа катастроф природного и техногенного характера во всем мире повышается внимание к оценке риска, угрозы жизни человека, в том числе эколо­гического риска. Определение понятия дано в Федеральном законе РФ об охране окружающей среды (2002): риск от химического загрязнения почв - это нежелательные для человека и почв последствия антропогенной деятельности, «вторые могут произойти с определенной долей вероят­ности». Понятие экологического риска связано с понятием опасности, крайней степенью проявления которой является экологическая катастрофа.

Оценка экологического риска для определенного ланд­шафта вследствие загрязнения почв любыми химическими веществами проводится на основе сведений о реальной нагрузке загрязняющих веществ на почвы, их миграции в ландшафте и учете устойчивости почв к загрязнению.

При этом принимаются во внимание следующие факто­ры, характеризующие исследуемый ландшафт:

1) тип почв - характеризует кислотно-щелочные условия, содержание и тип гумуса, численность и видовой состав микрофлоры;

2) гранулометрический состав - характеризует почвенную поглотительную способность, содержание физической гли­ны и песка;

3) положение в рельефе - характеризует сте­пень геохимической подчиненности почв в ландшафте, т. е. интенсивность и направленность процессов рассеивания и аккумуляции загрязняющих веществ;

4) водный режим почв - характеризует соотношение количества осадков и испаряемости;

5) тип растительности - характеризует биологический фактор, оказывающий влияние на степень подвижности загрязняющих веществ;

6) почвообразующие породы - характеризует направление и скорость почво­образовательного процесса.

Негативный эффект влияния повышенной нагрузки на почвы оценивается по реакции чувствительных живых организмов. Чаще всего это проводится по реакции чув­ствительных микроорганизмов почвы.

Для нахождения ориентировочного показателя эколо­гического риска для почвы нужны два показателя: общей химической нагрузки загрязняющего вещества (или загряз­няющих веществ) на почвенный покров и критической нагрузки этих же поллютантов на эту территорию. Общую химическую нагрузку (кг/га или т/га) находят по массе всех потоков вещества на данную территорию. Основными источниками их на пахотных почвах чаще всего являются атмосферные выпадения и средства химизации.

Под критической нагрузкой понимается максимально безопасное для данного ландшафта количество загрязняю­щего вещества. Критическую нагрузку находят, принимая во внимание все механизмы трансформации и перераспре­деления исследуемых веществ на данной территории (вынос из верхнего слоя за счет внутрипочвенной биогенной и абиогенной миграции, поверхностный сток в сопредельные среды), а также механизмы устойчивости почв данной территории (основываясь на поглотительной способности почв, что справедливо для загрязняющих веществ любой природы, на биотической и абиотической деструкции, что справедливо для органических поллютантов).

Показатель критической нагрузки можно получить разными способами:

Экспериментально (при полевых наблюдениях, лабораторных опытах), определив парамет­ры всех процессов, влияющих на поведение исследуемых веществ в данных почвах или привлекая необходимые сведения из различных источников;

Используя суще­ствующие программы, предназначенные для вычисления критических нагрузок конкретных загрязняющих веществ по вышеназванным показателям;

По критическому со­держанию исследуемых веществ в продуктах растениевод­ства, выращенных на данных почвах;

Опираясь на ПДК химических веществ в почвах, переведя их величины из мг/кг массы вещества в кг/га площади исследуемых почв (Овчинникова, 2003).

Ориентировочный показатель экологического риска для почв можно найти как отношение общей химической нагрузки на почвенный покров к критической нагрузке этих веществ на эту же территорию.

Уровни показателя экологического риска загрязнения почв измеряются величинами, превышающими единицу. 0ни могут быть классифицированы. Один из примеров такой классификации приведен в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Классификация риска загрязнения почв (по Овчинниковой, 2003)

Нормирование на основе концепции экологического риска имеет прямой выход в практику, так как позволяет учитывать опасность загрязнения почвы при расчете ка­дастровой стоимости, при этом, чем выше риск загрязнения земель, тем ниже ее стоимость.

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)

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.