комплекса по коэффициенту концентрации загрязнителя
и суммарному показателю загрязнения
Оценка уровня загрязнения почв населенных пунктов проводится по двум показателям: коэффициенту концентрации отдельного вещества К с и суммарному показателю загрязнения Z c при наличии в почве нескольких загрязняющих компонентов .
Коэффициент концентрации ЗВ определяется отношением
, (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 n - число учитываемых ЗВ.
Оценка опасности загрязнения почв по найденному суммарному показателю Z c проводится с помощью табл. 5.4.
Таблица 5. 4
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю
|
Показатель Z c |
Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
|
|
I. Допустимая |
Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений |
|
|
II. Умеренно опасная |
Увеличение общего уровня заболеваемости |
|
|
III. Высоко опасная |
Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционирования сердечно-сосудистой системы |
|
|
IV. Чрезвычайно опасная |
Увеличение заболеваемости детей нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза беременности, преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных) |
Пример 5.2. Определить категорию загрязнения почвы населенного пункта химическими веществами по суммарному показателю загрязнения; дать характеристику показателей здоровья населения, проживающего на данной территории. Исходные данные приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Исходные данные
Решение :
По формуле (2) находим коэффициенты концентрации загрязняющих веществ:
К с F = 512/208 = 2,46; К сВ e = 3,7/1,5 = 2,47; K cZn = 274/41,3 = 6,63.
По формуле (3) суммарный показатель загрязнения:
Z c = (2,46 + 2,47 + 6,63) (3 1) = 9,56.
В соответствии с табл. 5.4 рассматриваемые почвы относятся к категории допустимого загрязнения и характеризуются наиболее низким уровнем заболеваемости детей и минимумом функциональных отклонений.
Задание 5.2. Определить категорию загрязнения почвы населенного пункта химическими веществами по суммарному показателю загрязнения; дать характеристику показателей здоровья населения, проживающего на данной территории. Исходные данные о содержании загрязняющих веществ в почве приведены в табл. 5.6.
Таблица 5.6
Варианты исходных данных для задания 5.2
|
Концентрация загрязняющих веществ в почве, мг/кг |
|||||||||||||
|
Фоновые концентрации, мг/кг |
|||||||||||||
|
Все варианты | |||||||||||||
Таблица 5.7
ПДК химических веществ в почве и допустимые уровни
|
Вещество |
ПДК почвы с учетом фона, |
Показатели вредности |
||||
|
Транслокационный |
Миграционный |
Общесанитарный |
||||
|
воздушный |
||||||
|
Подвижная форма |
||||||
|
Водорастворимая форма |
||||||
|
Бенз(а)пирен | ||||||
|
Изопропилбензол | ||||||
|
Альфаметилстирол | ||||||
|
Сера элементарная | ||||||
|
Вещество |
ПДК почвы с учетом фона, |
Показатели вредности |
||||
|
Транслокационный |
Миграционный |
Общесанитарный |
||||
|
воздушный |
||||||
|
Отходы флотации угля | ||||||
|
Комплексные гранулированные удобрения | ||||||
|
Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) | ||||||
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР
ГЛАВНОЕ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
ПО ОЦЕНКЕ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ХИМИЧЕСКИМИ
ВЕЩЕСТВАМИ
МОСКВА, 1987 г.
Методические указания разработаны НИИ общей и коммунальной гигиены им. А.Н. Сысина АМН СССР (проф. В.М. Перелыгин, к.м.н. Н.И. Тонкопий, к.б.н. А.Ф. Перцовская, к.х.н. В.Н. Павлов, к. с/х. н. Т.И. Григорьева, Г.Е. Шестопалова, к.б.н. Е.В. Филимонова, Н.Б. Зябкина).
Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения СССР (А.С. Пероцкая).
Институтом минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (к.м.н. Б.А. Ревич, доктор геолого-минералогических наук Ю.Е. Сает, кандидат географических наук P.С. Смирнова).
При участии:
Уфимского НИИ гигиены труда и профзаболеваний (к.м.н. Л.О. Осипова, к.б.н. Р.Ф. Даукаева, С.М. Сафонникова, Г.Ф. Максимова);
Днепропетровского медицинского института (проф. М.Я. Шелюг, к.м.н. Э.А. Деркачев, к.м.н. П.И. Лакиза, к.м.н. Б.Н. Ярошевский);
Грузинского НИИ санитарии и гигиены им. Г.М. Натадзе (д.м.н. Р.Е. Хазарадзе, Н.И. Догоднишвили, Н.Г. Сакварелидзе, Н.А. Менагаришвили, Р.Г. Мжаванадзе);
Научно-исследовательского института краевой патологии. Минздрава Казахской ССР (к.м.н. Н.П. Гончаров, к.м.н. И.А. Снытин).
Утверждаю
Заместитель Главного Государственного
санитарного врача СССР
Э.М. Саакьянц
№ 4266-87
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
ВВЕДЕНИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период до 2000 года подчеркивается необходимость реализации мер по охране окружающей среды и повышения эффективности природоохранных мероприятий («Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период до 2000 года», раздел V ).
Для решения этих задач при установлении очередности осуществления гигиенических и природоохранных мероприятий важное значение имеет ранжирование почв до степени опасности их загрязнения химическими веществами и на основании этого определение территорий, требующих первоочередных капиталовложений при осуществлении контроля за загрязнением почв, разработке комплексных мероприятий по их охране, при разработке схем районной планировки, гигиенической оценке почв в районах урбанизации и мероприятий по рекультивации земель.
Результаты гигиенических исследований почв, загрязненных тяжелыми металлами, нефтепродуктами и другими веществами позволили впервые разработать методические подходы для оценки степени опасности загрязнения почвы этими токсикантами по уровню их возможного воздействия на системы «почва - растение», «почва - микроорганизмы, биологическая активность», «почва - грунтовые воды», «почва - атмосферный воздух» и опосредованно на здоровье человека.
Настоящие методические указания предназначены для санэпидстанций, НИИ и учреждений гигиенического профиля, кафедр гигиены медицинских институтов и институтов усовершенствования врачей, учреждений агрохимической службы и других контролирующих организаций.
Использование унифицированных методических подходов будет способствовать получению сопоставимых данных при оценке уровня загрязнения почвы и возможных последствий загрязнения, а также позволит прогнозировать качество пищевых продуктов растительного происхождения. Накопление фактического материала по загрязнению почв и их опосредованного воздействия на человека дает возможность в последующем совершенствовать предлагаемые указания.
Данные указания не распространяются на оценку загрязнения почв пестицидами.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. С гигиенических позиций опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и опосредованно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.
1.2. Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является предельно-допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в почве. ПДК представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве, так как используемые при их научном обосновании критерии отражают все возможные пути опосредованного воздействия загрязнителя на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. При этом каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания веществ по каждому показателю вредности. Наименьшее из обоснованных уровней содержание является лимитирующим и принимается за ПДК вещества, так как отражает наиболее уязвимый путь воздействия данного токсиканта.
1.3. Для оценки опасности загрязнения почв выбор химических веществ - показателей загрязнения - проводится с учетом:
Специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химических элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона (приложение );
Приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве (табл. ) и их классом опасности (приложение ) («Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве», 1979, 1980, 1982, 1985, 1987 г.г.);
Характером землепользования (приложение ).
1.3.1. При отсутствии возможности учета всего комплекса химических веществ, загрязняющих почву, оценку осуществляют по наиболее токсичным веществам, т.е. относящимся к более высокому классу опасности (приложение ).
1.3.2. В случае отсутствия в приведенных документах (приложение ) класса опасности химических веществ, приоритетных для почв обследуемого района, их класс опасности может быть определен по индексу опасности (приложение ).
1.4. Отбор проб почвы, их хранение, транспортировка и подготовка к анализу осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа».
1.5. Определение химических веществ в почве проводится методами, разработанными при обосновании их ПДК в почве и утвержденными МЗ СССР, которые опубликованы в приложениях к «Предельно допустимым концентрациям химических веществ в почве (ПДК)» (1979, 1980, 1982, 1985 г.г.).
1.6. В общем плане при оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать:
а). Опасность загрязнения тем больше, чем больше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве (С) превышают ПДК. То есть, опасность загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опасности (К о) превышает 1, т.е.
К о =
б). Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемых веществ.
в). Оценка опасности загрязнения любым токсикантом должна проводиться с учетом буферности почвы*, влияющей на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды и доступность растений. Чем меньшими буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет ее загрязнение химическими веществами. Следовательно, при одной и той же величине К о опасность загрязнения будет больше для почв с кислым значением рН, меньшим содержанием гумуса и более легким механическим составом. Например, если К о вещества оказались равными в дерново-подзолистой супесчаной почве, в дерново-подзолистой суглинистой почве и черноземе, то в порядке возрастания опасности загрязнения почвы могут быть расположены в следующий ряд: чернозем Ð суглинистая дерново-подзолистая почва Ð супесчаная дерново-подзолистая почва.
* Под «буферностью почвы» понимается совокупность свойств почвы, определяющих ее барьерную функцию, обусловливающую уровни вторичного загрязнения химическими веществами контактирующих с почвой сред: растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными компонентами почвы, создающими буферность, являются тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие ее механический состав, органическое вещество (гумус), а также реакция среды - рН.
1.7. Оценка опасности почв, загрязненных химическими веществами, проводится дифференцированно для разных почв (разного характера землепользования) и основывается на 2 основных положениях:
1. Хозяйственное использование территорий (почвы населенных пунктов, сельскохозяйственные угодья, рекреационные зоны и т.д.).
2. Наиболее значимые для этих территорий пути воздействия загрязнения почвы на человека.
В связи с этим предлагаются различные схемы оценки опасности загрязнения почв населенных пунктов и почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений.
2. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ СЦЕНКА ПОЧВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
2.1. Основой оценки опасности загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений, является транслокационный показатель вредности, являющийся важнейшим показателем при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что: 1) с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70 % вредных химических веществ; 2) уровень транслокации определяет уровень накопления токсикантов в продуктах питания, влияет на их качество. Существующая разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности (табл.) и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют также дать рекомендации по практическому использованию почв загрязненных территорий.
2.2. Опасность загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений определяется в соответствии с табл. и . В табл. приведены основные принципы оценки почв и рекомендации по их использованию и снижению неблагоприятного действия загрязнений. Данные табл. являются логическим дополнением табл. и представляют необходимые сведения для ранжирования почв по уровню загрязнения в соответствии с принципами, изложенными в табл. .
Пример. Почвы территорий загрязнены никелем, содержание подвижных форм которого составляет в первой 20 мг/кг (1) и во второй - 5 мг/кг (2). На основании табл. и почва (1) должна быть отнесена к категории «чрезвычайно высокого» загрязнения, т.к. уровень содержания никеля превышает допустимые уровни содержания этого элемента по всем показателям вредности: транслокационному, миграционному водному и общесанитарному. Такая почва может быть использована только под технические культуры или полностью исключена из сельскохозяйственного использования.
Почва 2 может быть отнесена к категории «умеренно загрязненной», т.к. содержание никеля (5 мг/кг) превышает его ПДК (4 мг/кг), но не превышает допустимый уровень по транслокационному показателю вредности (6,7 мг/кг). В этом случае почва может быть использована под любые сельскохозяйственные культуры при одновременном осуществлении мероприятий по снижению доступности токсиканта - никеля - для растений.
Таблица 1
Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами
|
Характеристика загрязненности |
Возможное использование территории |
Предлагаемые мероприятия |
|
|
I . Допустимая |
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.). |
|
|
II . Умеренно опасная |
Использование под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений |
Мероприятия, аналогичные категории I . 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 |
|
|
III . Высоко опасная |
Использование под технические культуры Использование под с/х культуры ограничено с учетом растений-концентраторов |
1. Кроме мероприятий, указанных для категории I , 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 |
|
|
IV . Чрезвычайно опасная |
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 с/х рабочих и в воде местных водоисточников |
Таблица 2
Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве и допустимые уровни их содержания по показателям вредности
|
ПДК мг/кг почвы с учетом фона (кларк) |
Показатели вредности |
||||
|
транслокационный |
миграционный |
общесанитарный |
|||
|
водный |
воздушный |
||||
|
Подвижная форма |
|||||
|
Медь*) |
72,0 |
||||
|
Никель*) |
14,0 |
||||
|
Цинк*) |
23,0 |
23,0 |
200,0 |
37,0 |
|
|
Кобальт**) |
25,0 |
Более 1000,0 |
|||
|
Водорастворимая форма |
|||||
|
Фтор |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
25,0 |
|
|
Валовое содержание |
|||||
|
Сурьма |
50,0 |
||||
|
Марганец |
1500,0 |
3500,0 |
1500,0 |
1500,0 |
|
|
Ванадий |
150,0 |
170,0 |
350,0 |
150,0 |
|
|
Марганец + ванадий |
1000,0 + 100,0 |
1500,0 + 150,0 |
2000,0 + 200,0 |
1000,0 + 100,0 |
|
|
Свинец |
30,0 |
35,0 |
260,0 |
30,0 |
|
|
Мышьяк |
15,0 |
10,0 |
|||
|
Ртуть |
33,3 |
||||
|
Свинец + ртуть |
20,0 + 1,0 |
20,0 + 1,0 |
30,0 + 2,0 |
30,0 + 2,0 |
|
|
Хлористый калий (K 2 O ) |
560,0 |
1000,0 |
560,0 |
1000,0 |
5000,0 |
|
Нитраты |
130,0 |
180,0 |
130,0 |
225,0 |
|
|
Бенз/а/пирен (БП) |
0,02 |
0,02 |
|||
|
Бензол |
10,0 |
50,0 |
|||
|
Толуол |
100,0 |
50,0 |
|||
|
Изопропилбензол |
100,0 |
50,0 |
|||
|
Альфаметилстирол |
100,0 |
50,0 |
|||
|
Стирол |
100,0 |
||||
|
Ксилолы |
100,0 |
||||
|
Сернистые соединения (S ) |
|||||
|
сероводород (Н 2 S ) |
160,0 |
140,0 |
160,0 |
||
|
элементарная сера |
160,0 |
180,0 |
380,0 |
160,0 |
|
|
серная кислота |
160,0 |
180,0 |
380,0 |
160,0 |
|
|
ОФУ***) |
3000,0 |
9000,0 |
3000,0 |
6000,0 |
3000,0 |
|
КГУ****) |
120,0 |
800,0 |
120,0 |
800,0 |
800,0 |
|
ЖКУ*****) |
80,0 |
Более 800,0 |
80,0 |
Более 800,0 |
80,0 |
*) Подвижные формы меди, никеля и цинка извлекаются из почвы аммонийно-ацетатным буфером с рН 4,8 (медь, цинк), рН 4,6 (никель).
**) Подвижная форма кобальта извлекается из почвы аммонийно-натриевым буферным раствором с рН 3,5 для сероземов и рН 4,7 для дерново-подзолистой почвы.
***) ОФУ - отходы флотации угля. ПДК ОФУ контролируются по содержанию бенз/а/пирена в почве, которое не должно превышать ПДК БП.
****) КГУ - комплексные гранулирование удобрения состава N:Р:К = 64:0:15. ПДК КГУ контролируется по содержанию нитратов в почве, которое не должно превышать 76,8 мг/кг абсолютно сухой почвы.
*****) ЖКУ - жидкие комплексные удобрения состава N :P:K = 10:34:0 ТУ 6-08-290-74 с добавками марганца не более 0,6 % от общей массы. ПДК ЖКУ контролируется по содержанию подвижных фосфатов в почве, которое не должно превышать 27,2 мг/кг абсолютно сухой почвы.
3. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
3.1. Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется: 1) эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы; 2) ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и при ее непосредственном контакте с человеком; 3) значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха.
3.2. Необходимость учета эпидбезопасности почвы населенных пунктов обусловливается, как показали результаты наших исследований, тем, что с увеличением химической нагрузки возрастает эпидемическая опасность почвы. В загрязненной почве на фоне уменьшения истинных представителей почвенных микробоценозов (антагонистов патогенной кишечной микрофлоры) и снижения ее биологической активности отмечается увеличение положительных находок патогенных энтеробактерий и геогельминтов, которые были более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов.
3.3. Оценка уровня эпидемической опасности почвы населенных пунктов проводится по схеме, разработанной на основе вероятностного нахождения патогенных энтеробактерий и энтеровирусов. Критерием эпидемической безопасности является отсутствие патогенных агентов в исследуемом объекте (табл. ).
3.4. Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важна для случаев геофагии у детей при их играх на загрязненных почвах. Такая оценка разработана по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу - свинцу, содержание которого в почве, как правило, сопровождается увеличением содержания других элементов. При содержании свинца в почве игровых площадок на уровне 500 мг/кг и систематического нахождения его в почве можно ожидать изменений психоневрологического статуса у детей (War en H . V ., 1979; Dyggan M . J ., Willians ., 1977; ? 1983).
3.5. По данным изучения распределения в почве некоторых металлов, наиболее распространенных индикаторов загрязнения городов, может быть дана ориентировочная опенка опасности загрязнения атмосферного воздуха. Так, при содержании свинца в почве, начиная с 250 мг/кг, в районе действующих источников загрязнения наблюдается превышение его ПДК в атмосферном воздухе (0,3 мкг/м 3), при содержании меди в почве, начиная с 1500 мг/кг, наблюдается превышение ПДК меди в атмосферном воздухе (2,0 мкг/м 3).
3.6. Оценка уровня химического загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К с), который определяется отношением его реального содержания в почве (С) к фоновому (С ф): К с = и суммарный показатель загрязнения (Z с ).
Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов и выражен следующей формулой:
Z с = - (n - 1)
где n - число суммируемых элементов.
Анализ распределения геохимических показателей, получаемых в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна с наибольшим риском для здоровья населения (Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами, 1982).
3.7. Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z с , отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими, наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в табл. . Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.
Определение химических веществ при оценке уровня загрязнения почв рекомендуется проводить методом эмиссионного анализа.
Таблица 3
Схема оценки эпидемической опасности почв населенных пунктов
|
Объекты |
Показатели загрязнения (клеток в г. почвы): |
|||||
|
Кишечные палочки |
Энтерококки |
Патогенные энтеробактерии |
Энтеровирусы |
Гельминты |
||
|
Чистая |
1. Зоны повышенного риска: детские сады, игровые детские площадки, зоны санитарной охраны водоемов |
1 - 9 |
1 - 9 |
|||
|
Загрязненная |
10 и |
10 и |
||||
|
Чистая |
Санитарно-защитные зоны |
1 - 99 |
1 - 99 |
|||
|
Загрязненная |
100 и |
100 и |
||||
Таблица 4
Ориентировочная оценочная шкалы опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (z с )
|
Величина (z с ) |
Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
|
|
Допустимая |
Менее 16 |
Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений |
|
Умеренно опасная |
16 - 32 |
Увеличение общей заболеваемости |
|
Опасная |
32 - 128 |
Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечнососудистой системы |
|
Чрезвычайно опасная |
Более 128 |
Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных) |
Определение химических веществ при оценке уровня загрязнения почв рекомендуется проводить методом эмиссионного анализа.
Приложение 1
|
Источники загрязнения |
Тип производства |
Коэффициент концентрации (К с)* |
|
|
Более 10 |
От 2 до 10 |
||
|
Цветная металлургия |
Производство цветных металлов непосредственно из руд и концентратов |
Свинец, цинк, медь, серебро |
Олово, висмут, мышьяк, кадмий, сурьма, ртуть, селен |
|
Вторичная переработка цветных металлов |
Свинец, цинк, олово, медь |
Ртуть |
|
|
Производство твердых и тугоплавких цветных металлов |
Вольфрам |
Молибден |
|
|
Производство титана |
Серебро, цинк, свинец, бор, медь |
Титан, марганец, молибден, олово, ванадий |
|
|
Черная металлургия |
Производство легированных сталей |
Кобальт, молибден, висмут, вольфрам, цинк |
Свинец, кадмий, хром, цинк |
|
Железорудное производство |
Свинец, серебро, мышь як |
Цинк, вольфрам, кобальт, ванадий |
|
|
Машиностроительная и металлообрабатывающая промышленность |
Предприятия с термической обработкой металлов (без литейных цехов) |
Свинец, цинк |
Никель, хром, ртуть олово, медь |
|
Производство свинцовых аккумуляторов |
Свинец, никель, кадмий |
Сурьма |
|
|
Производство приборов для электротехнической и электронной промышленности |
Свинец, сурьма, цинк, висмут |
||
|
Химическая |
Производство суперфосфатных удобрений |
Стронций, цинк, фтор |
Редкие земли, медь, хром, м ышьяк |
|
Производство пластмасс |
итрий, медь, цинк, серебро |
||
|
Промышленность строительных материалов |
Производство цемента (при использовании в производстве цемента отходов металлургических производств возможно накопление в почвах также и других металлов) Производство бетонных изделий |
Ртуть, стронций, цинк |
|
|
Полиграфическая промышленность |
Шрифтолитейные заводы, типографии |
Свинец, цинк, олово |
|
|
Твердые бытовые отходы крупных городов, используемые в качестве удобрений |
Свинец, кадмий, олово, медь, серебро, сурьма, цинк |
Ртуть |
|
|
Осадки канализационных сточных вод |
Свинец, кадмий, ванадий, никель, олово, хром, медь, цинк |
Ртуть, серебро |
|
|
Загрязненные поливочные воды |
Свинец, цинк |
Медь |
|
*) К с - коэффициент концентрации химического элемента определяется отношением его реального содержания в почве (С i ) к фоновому (С ф ): К с = .
Приложение 2
Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности (по ГОСТу 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения» Госстандарт, М., 1983)
Приложение 3
Химические вещества - оценочные показатели, определяемые по СТ СЭВ 4470-84 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния» для контроля качества почв с учетом характера землепользования
|
Наименование показателей |
Применяемость показателей санитарного состояния почв |
|||||||
|
Населенных пунктов |
Курортов и зон отдыха |
Зон санитарной охраны источников водоснабжения |
Санитарно-защитных зон предприятий |
Транспортных земель |
Сельскохозяйственных угодий |
Лесных угодий |
||
|
Пестициды (остаточные количества)*) , мг/кг -1 |
||||||||
|
Тяжелые металлы**) , мг/кг -1 |
||||||||
|
Нефть и нефтепродукты, мг/кг -1 |
||||||||
|
Фенолы летучие, мг/кг -1 |
||||||||
|
Сернистые соединения**) , мг/кг -1 |
||||||||
|
Детергенты (анионактивные и катионактивные)**) , мг/кг -1 |
||||||||
|
Канцерогенные вещества**) , мкг/кг -1 |
||||||||
|
Мышьяк, мг/кг -1 |
||||||||
|
Цианиды, мг/кг -1 |
||||||||
|
Полихлоридные бифенилы, мкг/кг -1 |
||||||||
|
Радиоактивные вещества |
||||||||
|
Макрохимические удобрения*) , г/кг -1 |
||||||||
|
Микрохимические удобрения*) , мг/кг -1 |
||||||||
*) Выбор соответствующих показателей зависит от химического состава средств химизации сельского хозяйства, применяемых в конкретной местности.
**) Выбор соответствующих показателей зависит от характера выбросов промышленных предприятий.
Примечание:
Знак «+» означает, что существующий показатель обязателен для определения санитарного состояния почв;
Знак «-» - показатель не является обязательным.
Знак « ± » - показатель обязателен при наличии источника загрязнения. Менее 0,1
Не опасны
Формула расчета класса опасности (z )
z = lg
где:
A - атомный вес соответствующего элемента;
М - молекулярная масса химического соединения, в которое входит данный элемент;
S - растворимость в воде химического соединения (мг/л);
a - среднее арифметическое из шести ПДК химических веществ в разных пищевых продуктах (мясо, рыба, молоко, хлеб, овощи, фрукты);
ПДК - предельно допустимая концентрация элемента в почве.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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.);
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
| Элемент | Кларк почв (Виноградов, 1962) | ПДК, мг/кг | Показатель вредности | |||
| общеса-нитарный | трансло-кационный | миграционный водный | миграционный воздушный | |||
| Общее содержание | ||||||
| Мп | ||||||
| V | ||||||
| РЬ | ||||||
| Hg | 0,01 | 2,1 | 5,0 | 2,1 | 2,5 | |
| Подвижные соединения | ||||||
| F | ||||||
| Си | 3,5 | |||||
| Ni | ||||||
| Zn | ||||||
| Со | ||||||
| Сг |
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)
| Элемент | Нормальное содержание | Нижняя граница пороговой концентрации | Верхняя граница пороговой концентрации |
| Со | 7-30 | 2-7 | >30 |
| Си | 15-60 | 6-15 | >60 |
| Мn | 400-3000 | <400 | >3000 |
| Zn | 30-70 | <30 | >70 |
| В | 6-30 | 6-30 | >30 |
| Мо | 1,5-4 | >1.5 | >4 |
| Sr | ? | 600-1000 | |
| J | 5-40 | 2-5 | >40 |
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)
| Интегральный показатель риска Rj | Категория риска | Вероятность наступления негативных событий | Опасность загрязнения почв |
| Rj < 1 | Незначительный | -»0 | Отсутствует |
| Rj = 1-10 | Условно допустимый | 0,1 | Незначительная |
| Rj = 10-30 | Условно допустимый | 0,2 | Очень низкая |
| Rj = 30-70 | Условно допустимый | 0,3 | Низкая |
| Rj = 70-100 | Недопустимый | 0,4 | Умеренная |
| Rj = 100-250 | Недопустимый | 0,5 | Умеренно высокая |
| Rj = 250-500 | Недопустимый | 0,6 | Высокая |
| Rj = 500-800 | Недопустимый | 0,7 | Экстремальная |
| Rj = 800-1000 | Недопустимый | 0,7-0,9 | Предкризисная |
| Rj > 1000 | Недопустимый | 0,9-1 | Кризисная |
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.
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 | - | - |
Loading...