Показатель химического загрязнения. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. Оценка степени химического загрязнения почв

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

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

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

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

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

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

Таблица 2

Критерии оценки степени загрязнения почв неорганическими веществами

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

Таблица 3

Критерии оценки степени загрязнения почв органическими веществами

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

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

К с =С i /Cф i

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

Z с =(K ci + … + K cn) – (n – 1)

n – число определяемых суммируемых веществ;

K ci – коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

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

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

Таблица 4

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв

по суммарному показателю загрязнения (Z c)

загрязнения почв	Величина (Z c)	Изменения показателей здоровья
Допустимая		Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Умеренно опасная		Увеличение общей заболеваемости
		Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная		Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикозов беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных)

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

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

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

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

Лабораторная работа

«Определение уровня суммарного загрязнения почв Санкт-Петербургского региона»

При санитарно-гигиенической оценке загрязнения почвенного покрова территории применяется показатель Zc — суммарный показатель загряз-нения. Zc представляет собой сумму коэффициентов концентрации (Kc) токсикантов (загрязнителей) I, II и III классов токсикологической опасности (табл. 1) по отношению к фоновым значениям. Он рассчитыва-ется по формуле:

Zc = (Σ Kc) - (n - 1),

где Kc — коэффициент концентрации i-го химического элемента, n — число, равное количеству элементов, входящих в геохимическую ассоциа-цию.

Коэффициент концентрации (Kc) рассчитывается по формуле:

Кс = Сi/Сфон,

где Ci — фактическое содержание элемента; Сфон. — геохимический фон.

Задания:

1. Используя данные таблиц 1-3, подсчитайте суммарный показатель загрязнения почв (Zc) предложенных участков и профилей. Определите уровни загрязнения почв, результаты представьте в виде таблиц:

Участок, профиль	Коэффициенты концентрации элементов, Кс
Центр Санкт-Петербурга
Пр.I. СПб-Калище
Пр. II. СПб-Выборг
Пр. III. СПб-Кузнечное
Пр. IV. СПб-Луга
Пр. V. СПб-Волхов
Кронштадт

Участок, профиль	Суммарный показатель загрязнения, Zc	Уровень суммарного за-грязнения почв
Центр Санкт-Петербурга
Пр.I. СПб-Калище
Пр. II. СПб-Выборг
Пр. III. СПб-Кузнечное
Пр. IV. СПб-Луга
Пр. V. СПб-Волхов
Кронштадт

2. Используя знания по физической и социально-экономической гео-графии Санкт-Петербурга и Ленинградской области, сделайте выводы о факторах, определяющих уровень загрязнения почвенного покрова пред-ложенных участков и профилей.

Таблица 1. Классы опасности (токсичности) элементов

Источник: СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. — М., 2003.

Таблица 2. Результаты рентгенофлюоресцентного анализа проб почвенного покрова Санкт-Петербургского региона, 2008 г., мг/кг

Химический элемент
	Центр Санкт-Петербурга
	Пр.I СПб-Калище
	Пр. II СПб-Выборг
	Пр. III СПб-Кузнечное
	Пр. IV СПб-Луга
	Пр. V СПб-Волхов
	Пр. VI Кронштадт
Геохимический фон, Сфон

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Zc=ΣК к - (n-1) ,

где n - количество определяемых элементов.

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

К к = -

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

< 16 усл. ед. - допустимая;

Усл. ед. - умеренно опасная;

Усл. ед. - опасная;

> 128 усл. ед. - чрезвычайно опасная.

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

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

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

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.