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=ΣК 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
| Категории загрязнения | Содержание в почве | |||||
| 1 класс опасности | 2 класс опасности | 3 класс опасности | ||||
| Органическое соединение | Неорганическое соединение | Органическое соединение | Неорганическое соединение | Органическое соединение | Неорганическое соединение | |
| Чистая | от фонового значения до ПДК | от фонового значения до ПДК | от фонового значения до ПДК | от фонового значения до ПДК | от фонового значения до ПДК | от фонового значения до ПДК |
| Допустимая | 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 | |
| Умеренно опасная | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до K max | ||||
| Опасная | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до K max | от 2 до 5 ПДК | от ПДК до K max | > 5 ПДК | > K max |
| Чрезвычайно опасная | > 5 ПДК | > K max | > 5 ПДК | > K max |
Где K max – максимальное значение допустимого уровня содержания элемента по одному из четырех показателей вредности.
Таблица 6.4 – Параметры оценки степени химического загрязнения
| Элемент | Ед. изм. | Допустимые уровни, мг/кг в зависимости от типа почв и показателя кислотности | K max | Фоновые содержания* | ||
| песчаные и супесчаные | суглинистые и глинистые pH <5,5 | суглинистые и глинистые pH>5,5 | ||||
| Неорганические загрязнители | ||||||
| 1 класс опасности | ||||||
| Ртуть (Hg) | мг/кг | 2,1 | 33,3 | 0,03 | ||
| Свинец (Pb) | мг/кг | 19,11 | ||||
| Мышьяк (As) | мг/кг | 2,62 | ||||
| Кадмий (Cd) | мг/кг | 0,5 | 1,0 | 2,0 | - | 0,17 |
| Цинк (Zn) | мг/кг | - | 43,10 | |||
| 2 класс опасности | ||||||
| Никель (Ni) | мг/кг | - | 15,30 | |||
| Медь (Cu) | мг/кг | - | 18,0 | |||
| Органические загрязнители | ||||||
| Бенз(а)пирен | мг/кг | 0,02 | - | - | ||
| Нефтепродукты | мг/кг | - | - | - |
* - 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.
| № пробы | Тип почвы | Содержание элемента, мг/кг | pH | Z c | ||||||||
| Hg | Pb | As | Cd | Zn | Ni | Cu | Нефте-про- дукты | Бенз(а)-пирен | ||||
| Глубина отбора 0,0-0,2 м | ||||||||||||
| 1-1-298 | супесь | 0,012 | 15,3 | 0,38 | <0,05 | 32,5 | 2,8 | 10,5 | 26,0 | 0,036 | 7,4 | <1 |
| 2-1-298 | суглинки | 0,048 | 68,8 | 1,0 | 0,25 | 160,0 | 6,0 | 45,0 | 116,0 | 0,113 | 7,0 | 7,7 |
| 3-1-298 | суглинки | 0,021 | 34,0 | 0,74 | 0,16 | 95,0 | 4,0 | 19,8 | 106,0 | 0,042 | 6,4 | 1,3 |
| 4-1-298 | суглинки | 0,017 | 32,0 | 0,77 | 0,11 | 98,0 | 5,0 | 20,0 | 92,0 | 0,033 | 7,1 | <1 |
| Глубина отбора 0,2-1,0 м | ||||||||||||
| 1-2-298 | супесь | 0,035 | 29,0 | 0,63 | 0,12 | 122,5 | 9,0 | 20,5 | 134,0 | 0,412 | 7,5 | 2,2 |
| 2-2-298 | суглинки | 0,037 | 52,0 | 0,97 | 0,25 | 140,0 | 10,0 | 38,0 | 116,0 | 0,235 | 7,4 | 5,8 |
| Глубина отбора 1,0-2,0 м | ||||||||||||
| 1-3-298 | супесь | 0,043 | 40,0 | 0,69 | 0,21 | 110,5 | 16,0 | 25,0 | 87,0 | 0,228 | 7,2 | 4,0 |
| 2-3-298 | суглинки | 0,032 | 45,0 | 0,86 | 0,25 | 97,0 | 19,3 | 24,0 | 134,0 | 0,189 | 7,3 | 4,1 |
| Глубина отбора 2,0-3,0 м | ||||||||||||
| 1-4-298 | супесь | 0,028 | 42,0 | 0,45 | 0,28 | 35,0 | 18,0 | 30,0 | 73,0 | 0,080 | 7,4 | 2,6 |
| 2-4-298 | суглинки | 0,033 | 42,0 | 0,63 | 0,27 | 84,0 | 19,0 | 30,0 | 69,0 | 0,060 | 7,2 | 4,0 |
| Глубина отбора 3,0-4,0 м | ||||||||||||
| 1-5-298 | суглинки | 0,022 | 7,8 | 0,35 | 0,053 | 32,0 | 4,5 | 9,3 | 37,0 | 0,042 | 6,8 | <1 |
| 2-5-298 | суглинки | 0,018 | 12,0 | 0,44 | 0,074 | 76,0 | 4,5 | 10,0 | 40,0 | 0,038 | 7,4 | <1 |
| ДУ | супесь | 2,1 | 2,0 | 0,5 | - | 0,02 | - | <16 | ||||
| ДУ | суглинки | 2,1 | - | 0,02 | - | <16 |
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.
Целью работы является оценка степени химического загрязнения почвы анализируемой территории.
В задачи работы входит:
1. Сравнение содержания загрязняющих веществ в почве с ПДК;
2. Расчёт коэффициентов содержания химических элементов почве (К с ) и суммарного показателя загрязнения (Z c );
3. Определение степени загрязнения, анализируемой территории;
4. Определение культур, которые можно выращивать на данной территории и мероприятий, необходимых для снижения степени загрязнения.
Методические материалы. Оценка загрязнённости почв проводится раздельно для территорий, где выращивают сельскохозяйственные растения, и для населённых пунктов.
Для определения степени загрязнения почв сельскохозяйственных угодий фактическое содержание в них химических загрязняющих веществ сравниваются с ПДК и транслокационным коэффициентом. ПДК П – это концентрация химического вещества в пахотном слое почвы (мг/кг почвы), которая не должна оказывать прямого или косвенного – отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды, здоровье человека и на самоочищающуюся способность почвы. Допустимая концентрация веществ в почвенном слое (ПДКп) устанавливается с учетом его фоновой концентрации, стойкости и токсичности. Опасность загрязнения почв определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты.
ГОСТ 17.4.3.06-86 – «Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ» определяет четыре разновидности ПДКп в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды:
Ктв – транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений;
Кма – миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу;
Кмв – миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные воды и другие водные объекты;
Кос – общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.
Почвы сельскохозяйственного назначения по степени загрязнения химическими веществами разделены на следующие категории: допустимые, умеренно опасные, опасные и чрезвычайно опасные. По схеме оценки почв устанавливается категория загрязнения и возможность сельскохозяйственного использования (таблица 9).
Оценка уровня химического загрязнения почв населённых пунктов проводится по показателям, разработанным при сопряжённых геохимических и гигиенических исследованиях окружающей среды городов. К таким показателям относятся коэффициент концентрации химического элемента К с и суммарный показатель загрязнения Z с. Коэффициент концентрации определяется как отношение реального содержания элемента в почве C i к фоновому С ф :
где Ci - концентрация вещества, Сфi - фоновая концентрация вещества.
Так как почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывается суммарный показатель загрязнения, отражающий эффект воздействия группы элементов:
где, n - количество загрязнителей
На основании расчета Z c существует оценочная шкала градации степени загрязнения почвы. В ее основе - исследования о состоянии здоровья человека.
1. Допустимое Z c < 16 - наиболее низкий уровень заболевания детей и минимум функциональных отклонений.
2. Умеренно опасное 16≤ Z c < 32 - увеличение общего уровня заболеваемости.
3. Опасное 32 ≤ Z c < 128 - увеличение общего уровня заболеваемости, увеличение числа детей с хроническими заболеваниями, увеличение нарушений сердечно-сосудистой системы.
4. Чрезвычайно опасное Z c ≥128 - увеличение заболеваемости детей, нарушение репродуктивной функции женщин.
Контрольные вопросы
1. Как рассчитывается коэффициент концентрации химического элемента для оценки уровня химического загрязнения почв?
2. Как рассчитывается суммарный показатель загрязнения длч оценки уровня химического загрязнения почв?
3. Оценочная шкала степени загрязнения почв (суммарные показатели загрязнения и состояние здровья человека.
4. Сущность показателя допустимой концентрации загрязняющих веществ (ПДКп)
5. Перечислите четыре разновидности ПДКп в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды.
Таблица 9
Гигиеническая оценка почв сельскохозяйственного назначения и рекомендации по их использованию
| Категория загрязненности почв | Характеристика загрязненности почв | Возможное использование территории | Рекомендации по оздоровлению почв |
| 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 и т.п.) |
| Умеренно опасная | Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем общесанитарном, миграционном водном и миграционном воздушном пока-зателях вредности, но не ниже допустимого уровня по транслокационному показателю | Использование под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений | Мероприятия аналогичные категории 1. При наличии веществ с лимитирующим миграционным водным или миграционным воздушным показателями проводится контроль за содержанием этих веществ в зоне дыхания с/х рабочих и в воде местных водоисточников |
| Высоко опасная | Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем транслокацион-ном показателе вредности | Использование под технические культуры, использование под с/х культуры с учетом растений-концентраторов | 1. Кроме мероприятий, указных для категории 1, обязательный контроль за содержанием токсикантов в растениях продуктах питания и кормах. 2. При необходимости выращивания растений продуктов питания рекомендуется их перемешивание с продуктами, выращенными на чистой почве. 3. Ограничение использования зеленой массы на корм скоту с учетом растений-концентраторов |
| Чрезвычайно опасная | Содержание химических веществ превышает ПДК в почве по всем показателям вредности | Использование под технические культуры или исключение из сельскохозяйственного использования. | Мероприятия по снижению уровня загрязнения и связыванию токсикантов в почве. Контроль за содержанием токсикантов в зоне дыхания с/х рабочих и в воде местных водоисточников |
Пример задания. Дать анализ степени загрязнения почвы тяжёлыми металлами, исходя из данных, приведённых в таблице 10.
I. Санитарно-химические показатели санитарного состояния почв:
Основным санитарно-химическим показателем является санитарное число , которое косвенно характеризует процесс гумификации почвы и позволяет оценить самоочищающую способность почвы от органических загрязнений.
Санитарное число - частное от деления количества почвенного белкового азота (азота гумуса) в мг в 100,0 абсолютно сухой почвы к общему содержанию органического азота в тех же единицах. Почва считается чистой, если санитарное число приближается к 1.
II. Биогеохимические показатели:
Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве (табл. 3).
Коэффициент концентрации химического вещества (К с ) . К с определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (С i )
в мг/кг почвы к ПДК (табл. 3) с учетом регионального фонового (С пдк):
K c = C i / C пдк
Суммарный показатель загрязнения (Z с ), который равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выражен формулой: Z c = Σ (K ci + … + K cn) – (n - 1),
где n - число определяемых суммируемых веществ;
К сi - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.
Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по санитарному числу, суммарному показателю загрязнения (табл. 2).
Таблица 2
Оценка степени химического загрязнения почвы
Таблица 3
Предельно-допустимые концентрации экзогенных химических веществ
| Наименование веществ | ПДК, мг/кг | Класс опасности |
| Металлы | ||
| Ванадий | ||
| Кобальт (подвижная форма) | 5,0 | |
| Медь (подвижная форма) | 3,0 | |
| Никель | 4,0 | |
| Ртуть | 2,1 | |
| Свинец | ||
| Хром | 6,0 | |
| Цинк | ||
| Неорганические соединения | ||
| Нитраты | ||
| Мышьяк | 2,0 | |
| Сероводород | 0,4 | |
| Фосфор (суперфосфат) | ||
| Фториды (водорастворимая форма) | ||
| Ароматические углеводороды | ||
| Бензол | 0,3 | |
| Изопропилбензол | 0,5 | |
| Ксилолы | 0,3 | |
| Стирол | 0,1 | |
| Толуол | 0,3 | |
| Удобрения и ПАВ (поверхностно-активные вещества) | ||
| Жидкие комплексные удобрения с добавками марганца | ||
| Азотно-калийные удобрения | ||
| ПАВ | 0,2 | |
| Бенз(а)пирен | 0,02 | |
| ДДТ | 0,05 |
Оценка показателей санитарно-эпидемиологической безопасности почвы
I. Санитарно - бактериологические показатели
1. Косвенные, характеризуют интенсивность биологической нагрузки на почву. Это - санитарно-показательные организмы группы кишечной палочки (коли-индекс) и фекальные стрептококки (индекс энтерококков).
2. Прямые санитарно-бактериологические показатели эпидемической опасности почвы - обнаружение возбудителей кишечных инфекций (возбудители
кишечных инфекций, патогенные энтеробактерии, энтеровирусы). Концентрация колифага в почве на уровне 10 КОЕ/г и более свидетельствует об инфицировании почвы энтеровирусами.
Число яиц геогельминтов (аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомид и др.), яиц биогельминтов (описторхов, дифиллоботриидов и др.), а также цист кишечных патогенных простейших (криптоспоридий, изоспор, лямблий, балантидий, дизентерийной амебы).
II.Санитарно - энтомологические показатели
Наличие синантропных мух и их личинок является прямым показателем загрязнения почвы и позволяет судить о загрязнении почвы отдельными видами отбросов и неудовлетворительном состоянии очистки в целом или определенных ее этапов (табл. 4). На территории населенных мест в общественных и частных домовладениях, пищевых и торговых предприятиях, пунктах общественного питания, в зоопарке, местах содержания служебных и спортивных животных), мясо- и молочных комбинатах и т.п. наиболее вероятными местами выплода мух являются скопления разлагающихся органических веществ и почвы вокруг них на расстоянии до 1 м.
Таблица 4
Оценка степени эпидемической опасности почвы
| Категория загрязнения почв | ОМЧ, г | Индекс БГКП | Титр анаэробов, г | Патоген. бактерии | Яйца гео-гельминтов, экз/кг | Личинки /куколки мух в почве с S20×20 см |
| Чистая | Менее 1000 | 1 - 10 | ≥ 0,1 | |||
| Умеренно опасная | Десятки тысяч | 10 - 100 | 0,1-0,001 | до 10 | до 10 / 0 | |
| Опасная | Сотни тысяч | 100 - 1000 | 0,001-0,0001 | до 100 | до 100 / 10 | |
| Чрезвычайно опасная | Миллионы | 1000 и выше | < 0,0001 | > 100 | > 100 / > 10 |
Здоровой почвой называют легкопроницаемую, крупнозернистую незагрязненную почву, если содержание глины и песка в ней составляет 1:3, отсутствуют возбудители болезней, яйца гельминтов, а микроэлементы содержатся в количествах, не вызывающих эндемические заболевания.
Результаты обследования почв учитывают при разработке мероприятий по их рекультивации, профилактике инфекционной и неинфекционной заболеваемости, схем районной планировки и в др. целях (табл. 5).
| Категории загрязнения почв | Рекомендации по использованию почв |
| Чистая | Использование без ограничений |
| Допустимая | Использование без ограничений, исключая объекты повышенного риска |
| Умеренно опасная | Использование в ходе строительных работ под отсыпки котлованов и выемок, на участках озеленения с подсыпкой слоя чистого грунта не менее 0,2 мИспользование под любые культуры при условии контроля качества с/х продукции |
| Опасная | 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 (дезинвазии) по предписанию органов госсанэпидслужбы с последующим лабораторным контролемИспользование под технические культуры. Использование под с/х культуры ограничено с учетом растений концентраторов |
| Чрезвычайно опасная | Вывоз и утилизация на специализированных полигонах. При наличии эпидемиологической опасности - использование после проведения дезинфекции (дезинвазии) по предписанию органов госсанэпидслужбы с последующим лабораторным контролемИспользовать под технические культуры или исключить из с/х использования. Лесозащитные полосы |
1. На основании данных ситуационной задачи оценить:
1) физические свойства почвы и ее способность к самоочищению;
2) степень загрязнения почвы химическими веществами;
3) санитарное состояние почвы.
2. Дать заключение о степени загрязнения и опасности почвы данного участка, указать рекомендации о возможном использовании данной почвы.
Ситуационные задачи по оценкестепени загрязнения и опасности почвы
| Показатель Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Механический состав | |||||
| Посторонние примеси, % | |||||
| Частицы песчаные >0,01 мм, % | |||||
| Частицы глинистые <0,01мм,% | |||||
| Химический состав | |||||
| Свинец, мг/кг | 0,03 | 0,09 | |||
| Медь, мг/кг | 0,11 | 0,45 | 0,17 | ||
| Фториды, мг/кг | 0,8 | 3,2 | 0,1 | ||
| Ксилолы, мг/кг | - | - | 4,6 | - | 0,6 |
| Нитраты, мг/кг | - | - | |||
| ПАВ, мг/кг | 0,12 | 0,4 | - | 0,28 | - |
| ДДТ, мг/кг | 0,5 | - | - | - | 0,3 |
| Бенз(а)пирен, мг/кг | - | 0,14 | 0,7 | 0,02 | 0,08 |
| Общее число бактерий в 1 г. | 3 10 4 | 6,8 10 5 | 2 10 5 | 6 10 4 | 2,3 10 3 |
| Коли-титр, г | 7,6 | 0,05 | 0,012 | 0,01 | |
| Титр анаэробов, г | 0,1 | 1,0 | 0,001 | 0,0005 | 0,3 |
| Число яиц гельминтов | - | - | - | ||
| - | - | - | |||
| Показатель Вариант | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Механический состав | |||||
| Посторонние примеси, % | 0,5 | 0,9 | |||
| Частицы песчаные>0,01 мм,% | |||||
| Частицы глинистые>0,01мм,% | 12,5 | 17,1 | |||
| Химический состав | |||||
| Общее содержание органического азота в 100,0 г почвы, мг | |||||
| Содержание азота гумуса в 100,0 г | 8,5 | ||||
| Свинец, мг/кг | 2,6 | 24,5 | |||
| Медь, мг/кг | 0,9 | 0,6 | 0,02 | 2,1 | 3,6 |
| Фториды, мг/кг | 0,25 | 5,4 | 0,2 | ||
| Ксилолы, мг/кг | - | 2,8 | - | 0,05 | |
| Нитраты, мг/кг | |||||
| ПАВ, мг/кг | 0,1 | - | 0,06 | 0,12 | 0,01 |
| ДДТ, мг/кг | - | - | 3,8 | 0,7 | |
| Бенз(а)пирен, мг/кг | - | 0,15 | 0,1 | 0,002 | 0,4 |
| Показатели санитарно-эпидемиологической безопасности почвы | |||||
| Общее число бактерий в 1 г. | 3,1 10 4 | 4 10 5 | 1,2 10 5 | 5,2 10 3 | 1,3 10 4 |
| Коли-титр, г | 0,006 | 0,3 | 0,03 | 0,8 | 0,02 |
| Титр анаэробов, г | 0,008 | 0,02 | 0,5 | 0,016 | 0,08 |
| Число яиц гельминтов | - | - | |||
| Число личинок и куколок мух на 25 м² | - | - |
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.);
| Показатель | Зона экологического бедствия | Зона чрезвычайной экологической ситуации | Удовлетворительная ситуация |
| Основные показатели: ПДК и ПХЗ-10 | |||
| Химические вещества классов опасности: | |||
| 1-2-го, ПДК | > 10 | 5-10 | |
| 3-4-го, ПДК | > 100 | 50-100 | |
| 1-2-го, ПХЗ-10 | > 80 | 35-80 | |
| 3-4-го, ПХЗ-10 | > 500 | ||
| Дополнительные показатели | |||
| Запахи и привкусы, баллы | > 4 | 3-4 | |
| Нефть и нефтепродукты | Пленка темной окраски, занимающая 2 /з обозримой площади | Яркие полосы или пятна тусклой окраски | Отсутствуют |
| pH | 5,0-5,6 | 5,7-6,5 | > 7,0 |
| ХПК (химическое потребление кислорода), мг Ог/л | 20-30 | 10-20 | < 5,0 |
| Растворенный кислород, % насыщения | 10-20 | 20-50 | > 80 |
| Нитриты, ПДК | > 10 | > 5 | < 1 |
| Нитраты, ПДК | > 20 | > 10 | < 1 |
| Соли аммония, ПДК | > 10 | > 5 | < 1 |
| Фосфаты, ПДК | > 0,6 | 0,3-0,6 | < 0,05 |
| Минерализация, доли регионального уровня | 3-5 | 2-3 | Региональныйуровень |
| КДА | > 10 4 | 10 3 -10 4 | |
| К„ | > 10 5 | 10 4 -10 5 |
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.
