Экологические исследования почв

В данном и последующих разделах приводятся описания особенностей экологических исследований отдельных геокомпонентов (В. В. Дмитриев, Г. Т. Фрумин, 2004). В последние годы появились новые обобщения, в качестве примера упомянем «Экологическое нормирование и управление качеством почв и земель» (под общ. ред. С. А. Шобы, А. С. Яковлева, Н. Г. Рыбальского, 2013).

Пункты сети наблюдений за загрязнением почв — сельскохозяйственные угодья (поля), отдельные лесные массивы зон отдыха (парки, санатории, дома отдыха) и прибрежные зоны. Например, отбор почв, в которых определяли 22 наименования пестицидов, в 1999 г. проводился в 154 хозяйствах, расположенных на территориях 34 субъектов РФ. Новые тенденции экологической оценки пестицидов при их регистрации в Российской Федерации описаны В. С. Горбатовым в упомянутой выше монографии (с. 193—195). Автор пишет о том, что с 2014 г. во всех странах ОЭСР в обязательном порядке при регистрации должны представляться данные о пестицидах (досье), подготовленные регистрантами в едином «формате ОЭСР». Это позволит регистрантам представлять одинаковые досье во все страны ОЭСР, облегчит работу государственных экспертов, снизит финансовые и временные затраты регистрантов и регистрирующих органов. В России уже сделан первый шаг на пути к досье в «формате ОЭСР» — перечень требуемых данных об экологических свойствах пестицида (Приложение 1, раздел Е «Сведений о пестициде», приказа Минсельхоза России от 10.07.2007 № 357) практически соответствует этому формату.

Наблюдением за загрязнением почв ингредиентами промышленного происхождения на территории России занимаются восемь управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Московский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Отбор проб проводится в районе 220 населенных пунктов и заповедников; в пробах определяется до 24 ингредиентов промышленного происхождения. Наблюдения за уровнем загрязнения почв, как правило, носят экспедиционный характер и выполняются в соответствии с требованиями ГОСТа 17.4.4.2—84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовка проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» на определенных площадках по регулярной сети опробования, на ключевых участках, характеризующих типичные сочетания природных условий и антропогенного воздействия, на отдельных почвенно-геохимических профилях.

Л. П. Капелькина (2013) пишет о том, что на «на сегодня отсутствуют единые международные нормативы содержания загрязняющих веществ в почвах, существуют лишь национальные стандарты, нормативы, предельно допустимые и ориентировочно допустимые концентрации для некоторых загрязняющих веществ. Международная организация по стандартизации (ИСО 11 074) характеризует качество почвы как совокупность позитивных и негативных свойств, связанных с использованием и функциями почв. Работы по установлению нормативов качества почвы в мире возглавляют ФАО и ВОЗ». Автор пишет о том, что «критические уровни содержания загрязняющих веществ в странах ЕЭС, США, Канаде, некоторых азиатских странах, отличаются от ПДК, принятых в России в десятки и сотни раз» (Л. П. Капелькина, 2013).

В РФ гигиеническим критерием оценки загрязнения почв химическими веществами являются ПДК, которые, отражая объективные закономерности взаимоотношений организма с химическим веществом почвы, позволяют предупредить отрицательное влияние токсикантов (ксенобиотиков) на контактирующие среды и здоровье человека, сохранить барьерную функцию почвы, прогнозировать возможные изменения в связи с существующим загрязнением почв. ПДК служат основой для гигиенического прогноза качества пищевой продукции растительного происхождения.

ПДК загрязняющего вещества в почве — это такая его концентрация, которая на протяжении длительного времени не вызывает каких-либо патологических изменений в почвенной биоте и в свойствах ее абиотической компоненты, особенно в почвенном поглощающем комплексе. При оценке поступления химических веществ в почву исходят из недопустимости превышения порога адаптационных возможностей почвенных организмов и порога экологической адаптационной (самоочищающей) способности почвенного покрова. По своему существу ПДК является комплексным показателем безвредного содержания химического вещества в почве, так как используемые при его обосновании критерии вредности отражают все возможные пути опосредованного воздействия токсиканта на контактирующие среды и биологическую активность почвы. При этом каждый путь воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания вредного вещества по различным показателям вредности: наименьшее из обоснованных содержание является лимитирующим и принимается за ПДК вещества, так как отражает наиболее уязвимый путь воздействия данного токсиканта.

При обосновании ПДК для почв учитывают следующие четыре лимитирующих показателя вредности: общесанитарный, миграционно-водный (способность к водной миграции), миграционно-воздушный (способность к переходу в газообразное состояние) и транслокационный (способность к переходу в растения). В зависимости от специфики вещества лимитирующие показатели вредности неодинаковы: для нефтепродуктов — миграционно-воздушный, для пестицидов — в основном транслокационный, для тяжелых металлов — общесанитарный и транслокационный. При этом разница в допустимых уровнях для каждого показателя может быть значительна, а величины ПДК для почв также варьируют в зависимости от их типа.

С гигиенических позиций опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем их возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (пищевые продукты, воду, воздух) и опосредованно на человека, а также на биологическую активность и процессы самоочищения почв. Почва имеет существенное значение как опосредованный фактор в распространении кишечных инфекций (дизентерия, тифопаратифозные заболевания, геогельминтозы, холера). Эпидемиологически почва может быть источником загрязнения поверхностных и подземных вод, пищевых продуктов растительного происхождения; определенное значение может иметь и инфицированная пыль. В табл. 115 и 116 приведены величины ПДК для некоторых химических элементов и пестицидов.

Таблица 115

ПДК химических веществ в почве (по В. В. Дмитриеву, Г. Т. Фрумину, 2004; Л. П. Капелькиной, 2013).

ПДК и ОДК содержания элементов в почвах, мг/кг (по Л. П. Капелькиной, 2013).

Таблица 7 76.

Для оценки качества почв широко применяется показатель суммарного загрязнения почв Z_c, рассчитываемый по следующей формуле:

где С, — фактическое содержание загрязняющего вещества в почве; С_гф — фоновое содержание химического вещества в почве или его предельно допустимая концентрация; п — количество аномальных (превышающих фоновое содержание или ПДК) веществ.

Для определения категории загрязнения почвы используется табл. 117, связывающая величины Z_c с показателями здоровья населения.

Таблица 7 7 7.

Оценка экологического состояния почв (по В. В. Дмитриеву, Г. Т. Фрумину, 2004).

В почве городов наиболее распространенное загрязняющее вещество — свинец, содержание которого в значительной степени определяет величину Z_c и, как правило, коррелирует с содержанием других элементов. Поэтому уровень содержания свинца в почве может служить ориентировочной оценкой суммарного загрязнения почвы. Учитывая его высокую токсичность и широкое распространение, целесообразно оценивать содержание свинца в почве по следующим критериям: при содержании свинца 250 мг/кг почвы возможно превышение его среднесуточных ПДК в атмосферном воздухе; при содержании 500 мг/кг почвы и систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок на указанном уровне следует ожидать изменение неврологического статуса у детей.

К сожалению, до настоящего времени не проводится мониторинг донных отложений в водоемах и водотоках. Загрязняющие вещества, накопленные на дне, включаются в круговорот при изменении физико-химических условий среды, при взмучивании донных отложений, а также через трофические цепи: уровень же загрязнения донных отложений многих водных объектов весьма значителен, что обусловливает вторичное загрязнение водных масс. Некоторого прогресса в этой области удалось достичь благодаря региональному нормативу «Нормы и критерии оценки загрязненности донных отложений в водных объектах Санкт-Петербурга», который распространяется на нормы и критерии загрязненности донных отложений, извлекаемых из водных объектов при проведении дноуглубительных работ и решении вопросов об их последующем использовании (намыв территорий, сброс в водные объекты, складирование в специально оборудованные отвалы с выполнением комплекса защитных мероприятий). При необходимости использования донных отложений в качестве почв эти отложения должны соответствовать требованиям регионального норматива Санкт-Петербурга «Правила охраны почв в Санкт-Петербурге» (1993). Норматив устанавливает качество донных отложений, соответствующее одному из четырех уровней загрязненности: целевому, предельному, проверочному и уровню вмешательства.

1. Целевой уровень. Если концентрации загрязняющих веществ ниже целевого уровня, донные отложения считаются чистыми. 2. Предельный уровень характеризуется тем, что концентрации загрязняющих веществ обусловливают максимально приемлемый риск как для здоровья людей, так и для окружающей природной среды. Донные отложения, в которых концентрации загрязняющих веществ находятся между целевым и предельным уровнями, считаются слабозагрязненными. 3. Проверочный уровень. При определенных условиях донные отложения, загрязненность которых ниже проверочного уровня, могут проникать в чистую водную среду. Донные отложения с концентрацией загрязняющих веществ между предельным и проверочным уровнями считаются умеренно загрязненными. 4. Уровень, требующий вмешательства. Если концентрация загрязняющих веществ превышает проверочный уровень, то донные отложения сильно загрязнены. Донные отложения с концентрацией загрязняющих веществ между проверочным уровнем и уровнем, требующим вмешательства, рассматриваются от умеренно до сильно загрязненных. Донные отложения, в которых концентрация загрязняющих веществ превышает уровень, требующий вмешательства, считаются опасно загрязненными.

Степень опасности концентраций загрязняющих веществ зависит от качественного состава донных отложений, поэтому все концентрации необходимо пересчитать на уровень стандартных донных отложений. Стандартные отложения имеют следующий состав: 10% содержания органического вещества и 25% содержания глинистой фракции (диаметр частиц < 2 мкм). Для иллюстрации в табл. 118 приведены критерии загрязнения стандартных донных отложений для металлов.

Таблица 118

Критерии загрязнения стандартных донных отложений по концентрациям загрязняющих веществ, мг/кг (по В. В. Дмитриеву, Г. Т. Фрумину, 2004).

В табл. 118 приводятся некоторые результаты загрязнения донных отложений рек г. Санкт-Петербурга (А. Ю. Опекунов, Е. С. Митрофанова, С. Санни и др., 2015).

Таблица 118

Содержание суммы веществ группы ПАУ и бенз (а)пирена в поверхностных донных осадках рек и каналов центральной части Санкт-Петербурга (по А. Ю. Опекунову, Е. С. Митрофановой, С. Санни, 2015).

Геохимики В. А. Алексеенко и Л. П. Алексеенко (2003) отмечают, что для оценки состояния крупных биокосных систем очень важны следующие эколого-геохимические показатели: 1) распространенность (содержание) химических элементов; 2) их биогеохимические особенности; 3) форма нахождения; 4) разброс элементов. Использование этих показателей позволяет перейти к характеристике изменений, происходящих в крупных системах: для оценки эколого-геохимических изменений в них, обусловленных изменением разброса химических элементов, ими предложен такой показатель, как относительный разброс элементов (ОР), рассчитываемый отдельно для каждого элемента. Необходимо величину абсолютного разброса (АР) элемента, характеризующую систему после рассматриваемого процесса, разделить на величину разброса, характеризующего систему до этого процесса: ОР = АР (2)/АР (1). Как отмечают вышеуказанные авторы, формирование осадочных пород привело к наибольшим изменениям в разбросе N, Hg, S, Se, Nb, Та, Со и I — величины их относительного разброса больше 10 раз (В. А. Алексеенко, 2000), а, например, техногенное освоение ландшафтов Ростовской области характеризуется ОР для свинца величиной всего 0,4 (в последнем случае величина АР₍₂₎ бралась для пород и почв континентов, а АР₍₁₎ равнялась абсолютному разбросу в почвах различных геохимических ландшафтов региона) (В. А. Алексеенко и др., 2002).

Для оценки эколого-геохимических изменений, происходящих в небольших биокосных системах, данные авторы предлагают использовать показатели абсолютного и относительного накопления элементов в определенной части системы, например в почвах геохимических ландшафтов. Предложенный В. А. Алексеенко в 1994 г. показатель абсолютного накопления (ПАН) показывает, какая масса того или иного химического элемента (его соединений) накопилась в результате рассматриваемых процессов на единице площади в концентрациях, превышающих региональное фоновое содержание. Вместо фонового содержания (при отсутствии данных) можно использовать кларковое или ПДК; в последнем случае оценка, хотя и будет количественная, но сохраняет все недостатки ПДК. ПАН обычно измеряется в тоннах на 1 км² для различных частей ландшафта (почвы, воды, атмосферный воздух, растения): например, В. А. Алексеенко с соавторами (2002) было установлено, что при распахивании сухих полынно-дерновинно-злаковых степей в почвах на водоразделах (элювиальные ландшафты) на каждом квадратном километре накапливается 29,4 т марганца, а при распахивании этих же степей в трансаккумулятивных ландшафтах с каждого квадратного километра выносится 10,8 т марганца.

Однако, как замечают те же авторы, для оценки степени безопасности жизнедеятельности часто недостаточно только установления ПАН: к оценке «вредности» рассматриваемых элементов нужно подходить с позиции природной распространенности элементов. Для того чтобы приблизить показатели изменения степени безопасности жизнедеятельности к природным закономерностям, В. А Алексеенко был предложен показатель относительного накопления химических элементов (ПОН), который представляет собой отношение сверхфонового количества рассматриваемого элемента (обычно в т/км²), накопившегося (вынесенного) в ландшафте (или же в какой-либо его конкретной части) за интересующее исследователя время, к региональному (местному) фоновому содержанию. ПОН можно рассматривать как частное от деления показателя абсолютного накопления на фоновое содержание в изучаемой части биосферы:

Геохимики отмечают, что значение ПОН позволяет установить последовательность мер быстрого реагирования при экологических катастрофах, провести предварительную медико-экологическую оценку загрязнения каждым из поллютантов, определить степень воздействия на безопасность жизнедеятельности каждого из загрязняющих элементов. Если учесть фоновое содержание элементов в природных ландшафтах и определить ПОН, то получим следующий ряд наиболее опасных поллютантов:

Следовательно, особое внимание следует уделять свинцу и цинку как наиболее опасным поллютантам. Предварительный анализ заболеваемости населения г. Новороссийска, выполненный В. А. Алексеенко и Л. П. Алексеенко (2003), показал, что в городе фиксируется довольно много заболеваний, провоцируемых повышенными содержаниями РЬ и Zn. Данный факт подтверждает вывод о том, что эти показатели необходимо использовать при определении норм оптимальной эколого-геохимической обстановки в отдельных регионах.

К сожалению, приводя подробную методику эколого-геохимических исследований, В. А. Алексеенко (2000) при размещении точек наблюдения и опробования предлагает использовать «квадратно-гнездовой» метод, отличающийся лишь размером ячеек при исследованиях различной степени подробности. Несомненно, что данные точки должны быть приурочены не к узлам прямоугольной сети, абсолютно не отражающей особенности рельефа, а к репрезентативным точкам, выявленным при определении и картировании структурных линий ЗП.

• [1] ПДК фтора, равная 10 мг/кг, установлена по подвижной форме, извлекаемойиз почвы 0,006 М раствором НС1 при pH почвы < 6,5 и 0,03 М K2S04 при pH почвыбольше 6,5;
• [2] ПДК фтора, равная 10 мг/кг, установлена по подвижной форме, извлекаемойиз почвы 0,006 М раствором НС1 при pH почвы < 6,5 и 0,03 М K2S04 при pH почвыбольше 6,5;
• [3] Подвижная форма кобальта извлекается из почвы ацетатно-натриевым буферным раствором с pH 3,5 и pH 4,7 для сероземов и ацетатно-аммонийным буфернымраствором с pH 4,8 для остальных типов почв;
• [4] ПДК 0,05 мг/кг — шестивалентный хром, 6 мг/кг — подвижная форма, извлекаемая ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4.8;
• [5] Пдк для никеля, меди и цинка равные 4, 3 и 23 мг/кг соответственно, обоснованы по подвижным формам металлов, извлекаемым ацетатно-аммонийнымбуферным раствором;
• [6] ОДК тяжелых металлов в почве: а) значения ОДК — для песчаных и супесчаных почв, б) — для суглинистых и глинистых почв с кислой реакцией среды, pH КС1 < 5,5, в) для близких к нейтральным суглинистых и глинистых почв со значениями pH КС1 > 5,5.
• [7] Пдк для никеля, меди и цинка равные 4, 3 и 23 мг/кг соответственно, обоснованы по подвижным формам металлов, извлекаемым ацетатно-аммонийнымбуферным раствором;
• [8] Пдк для никеля, меди и цинка равные 4, 3 и 23 мг/кг соответственно, обоснованы по подвижным формам металлов, извлекаемым ацетатно-аммонийнымбуферным раствором;