Изучение критериев оценки загрязнения почв
Цель. Изучить и приобрести практические навыки расчета некоторых критериев оценки качества почв, использующихся при проведении оценки воздействия на окружающую среду.
Общие положения. Оценка воздействия на почвенный покров
Анализ состояния почвенного покроваможет многое сказать о современной и будущей экологической ситуации в районетой или другой человеческой деятельности. Почва выполняет и важныесанитарные функции.
Главным свойством почвы является её плодородие. Это позволяет отнести почвенный покров к экономической категории производительных сил. Поэтому в земледельческих районах почва представляет особую ценность, и охрана её от загрязнения, истощения, механического разрушения и прямого изъятия – главная цель оценки планируемой хозяйственной деятельности на почвенный покров региона.Снижение плодородия почвы может происходить под влиянием различных воздействий, которые можно разделить на два типа – механические и химические.
Механические воздействия включают в себя разрушение плодородного
(гумусового) горизонта под влиянием прямого или косвенного антропогенного воздействия (прежде всего строительные работы, сопровождающиеся передвижениями тяжелой техники, ветровая и водная эрозия, активизирующаяся после уничтожения растительного покрова или неправильной распашки и др.), а также прямое изъятие земель в постоянное и временное пользование. Земли временного отвода впоследствии подлежат рекультивации.
Задача экологической оценки и прогноза заключается в том, чтобы путем всестороннего анализа планируемой деятельности подтвердить (или сформировать) оптимальное для данного проекта решения о выборе земельного участка, соотношении земель постоянного и временного отвода, методах строительства и эффективных методах рекультивации земель после завершения строительства.
Нарушения почвенно-растительного покрова могут повлечь за собой цепочку взаимосвязанных негативных экологических последствий:
- ухудшения качества и понижение уровня грунтовых вод;
- уничтожение местообитаний растений и животных или сокращение их ареалов;
- растепление многолетней мерзлоты и т. д.
Ухудшение почв является одним из наиболее сильных факторов формирования зон экологического риска, кризиса или бедствия.
Пример выделения зон экологического состояния по основным почвенным критериям приведен в табл. 1.
Таблица 1
Почвенные критерии нарушения экосистем
| ОЦЕНОЧНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ | Классы геоэкологического состояния почвы | |||
| I - норма (Н) | II - риск (Р) | III - кризис (К) | IV - бедствие (Б) | |
| Плодородие почвы (в % от потенциального) | более 85 | 85- 65 | 65-25 | менее 25 |
| Содержание гумуса (в % от первоначального) | более 90 | 90-70 | 70-30 | менее 30 |
| Площадь вторичного засоления почв (в %) | менее 5 | 5-20 | 20-50 | более 50 |
| Площадь ветровой эрозии (полн. сдутые почвы, в %) | менее 5 | 10-20 | 20-40 | более 40 |
Химические воздействия на почву, т.е. её загрязнение, осуществляемое различными источниками и способами, может носить прямой и косвенный характер.
Прямое загрязнение происходит путем непосредственного попадания загрязняющих веществ на её поверхность (свалки твердых бытовых отходов, розливы нефти, буровых растворов и др. загрязняющих жидкостей, внесение удобрений, обработка различными ядохимикатами и т. д.).
Косвенное загрязнение связано с аэрогенным выпадением загрязняющих веществ, с подпиткой загрязненными грунтовыми водами. Любой из этих видов загрязнений или несколько из них могут быть связаны с планируемым видом антропогеной деятельности.
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.
Анализ литературных публикаций по этому вопросу позволил предложить укрупненные показатели оценки техногенной загрязненности почв с количественным ранжированием значений по классам состояний, приведенным в табл. 2.
Любая почва обладает способностью к самоочищению, и является буфером между антропогенным загрязняющим воздействием на другие компоненты ландшафта, в т. ч. и в первую очередь, на живые организмы.
Основными компонентами почвы, создающими буферность, являются тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие ее механический состав, органическое вещество (гумус), а также реакция среды – рН.
В почве токсичные соединения могут превращаться в безвредные, в т. ч. нерастворимые формы, оседать на геохимических барьерах или, наоборот, попадая в почву в микроскопических количествах, аккумулироваться в растениях и, передаваясь по трофическим цепям, приносить вред здоровью людей. Законы самоочищения почв и трансформации вещества в них определяются факторами почвообразования (соотношением тепла и влаги, физико-химическими свойствами почвообразующих пород, положением в рельефе, характером растительности и т. д.), а также качеством и количествами ЗВ.
Таблица 2
Укрупненные показатели оценки техногенной загрязненности почвенного покрова с ранжированием значений по классам состояний
| ОЦЕНОЧНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ | Классы геоэкологического состояния почвы | |||
| I - норма (Н) | II - риск (Р) | III - кризис (К) | IV - бедствие (Б) | |
| Содержание легкорастворимых солей (вес. %) | менее 0,6 | 0,6-1,0 | 1,0-3,0 | более 3,0 |
| Содержание токсичных солей (весовых %) | менее 0,3 | 0,3-0,4 | 0,4-0,6 | более 0,6 |
| Содержание пестицидов и др. ядохимикатов (в ПДК) | менее 0,1 | 1,0-2,0 | 2,0-5,0 | более 5,0 |
| Содержание полютантов (в единицах ПДК) | менее 0,1 | 1,0-3,0 | 3,0-10,0 | более 10,0 |
| Содержание нефти и нефтепродуктов (в вес. %) | менее 0,1 | 1,0-5,0 | 5,0-10,0 | более 10,0 |
Нормирование и контроль загрязнения почв
Принцип нормирования химических веществ в почве значительно отличается от принципов, положенных в основу нормирования их в водоемах и атмосферном воздухе. Опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и непосредственно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.
Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является ПДК химических веществ в почве.
Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКп) – это концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье человека, а также на самоочищающуюся способность почвы.
Нормативы ПДКп разработаны для веществ, которые могут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые воды, снижать урожайность или ухудшать качество сельскохозяйственной продукции.
Установление ПДК загрязняющих веществ в почве находится в первоначальной стадии, поэтому к настоящему времени установлены ПДК нескольких десятков вредных веществ, преимущественно ядохимикатов (Приложение).
Для оценки опасности загрязнения почв выбор химических веществ – показателей загрязнения проводится с учетом:
- специфики источников загрязнения,
- приоритетности загрязнителей,
- характера землепользования.
Нормирование химического загрязнения почв осуществляется по пре-
дельно допустимым концентрациям. Различают четыре разновидности ПДКп в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды:
- ТВ – транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему в растение;
- МА – миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу;
- МВ – миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные грунтовые воды и водные источники;
- ОС – общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающуюся способность почвы.
Для оценки опасности загрязнения почв выбор химических веществ – показателей загрязнения проводится с учетом приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве (приложение 1) и их классом опасности, а также характером землепользования. При отсутствии возможности учета всего комплекса химических веществ, загрязняющих почву, оценку осуществляют по наиболее токсичным веществам, т. е. относящимся к более высокому классу опасности. В случае отсутствия в приведенных документах класса опасности химических веществ, приоритетных для почв обследуемого района, их класс опасности может быть определен по индексу опасности (табл. 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».
Принцип нормирования химических веществ в почве значительно отличается от принципов, положенных в основу нормирования их в водоемах, атмосферном воздухе и пищевых продуктах. Попавшие в почву химические вещества поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения, в последнем случае по биологической цепи почва – растение – человек. Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но и последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред.
С гигиенической позиции опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и непосредственно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее
самоочищения.
По степени возможного отрицательного влияния на почву, растения, животных и другие живые организмы загрязняющие вещества подразделяются на 3 класса (табл. 3).
Таблица 3
Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов к классам опасности (по ГОСТ 17.4.1.02-83 "Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения")
| Класс опасности | Химическое вещество |
| I | Мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, фтор, бенз(а)пирен |
| II | Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром |
| III | Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон |
Оценка опасности почв (табл. 4), используемых для сельского хозяйства, основана на транслокационном показателе, важнейшем при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что:
- с продуктами питания растительного происхождения в организм человека попадает в среднем 70 % вредных химических веществ;
- уровень транслокации определяет уровень накопления токсикантов в продуктах питания, влияет на их качество.
Таблица 4
Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами
| Категория загрязненности почв | Характеристика загрязненности | Возможности использования территории | Предлагаемые мероприятия | |
| Допустимая | Содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не выше ПДК | Под любые культуры | Контроль уровня воздействия источников загрязнения почвы и 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 воздушном показателях вредности, но ниже допустимого уровня по транслокационному показателю | Под любые культуры при условии контроля их качества | Аналогичные мероприятиям категории 1. При наличии веществ с лимитирующим миграционным водным или воздушным показателем контроль содержания этих веществ в зоне дыхания сельскохозяйственных рабочих и в воде местных источников | |
| Высоко опасная | Содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем транслокационном показателе | Под технические культуры. Использование под сельскохозяйственные культуры ограничено учетом растений-концентраторов | Кроме мероприятий, указанных для категории 1, обязательный контроль за содержанием токсикантов в растениях- продуктах питания и кормах. При необходимости выращивания растений – продуктов питания рекомендуется их перемешивать с продуктами, выращенными на чистой почве. Ограничение использования зеленой массы на корм скоту с учетом растений-концентраторов | |
| Чрезвычайно опасная | Содержание химических веществ превышает ПДК в почве по всем показателям вредности | Под технические культуры. Лесозащитные полосы. | Мероприятия по снижению уровня загрязнения и связыванию токсикантов в почве. Контроль за содержанием токсикантов в зоне дыхания сельскохозяйственных рабочих и в воде местных источников |
Если нет возможности учесть весь комплекс химических веществ, загрязняющих почву, оценку проводят по наиболее токсичным веществам, т.е. относящимся к более высокому классу опасности.
При отсутствии в документах класса опасности химических веществ, приоритетных для почв исследуемого района, их класс опасности может быть определен по формуле (1):
(1)
где А – атомный вес соответствующего элемента; S – растворимость в воде химического соединения, мг/л; М – молярная масса химического соединения, в которое входит данный элемент; α – среднее арифметическое из шести ПДК химических веществ в разных пищевых продуктах (мясо, рыба, молоко, хлеб, овощи, фрукты); ПДК – предельно допустимая концентрация элемента в почве.
Таблица 5
Класс опасности химических веществ в почве, определяемый по индексу опасности (J)
| Характер опасности | Значение индекса | Класс опасности |
| Высоко опасны | 4,1 и более | I |
| Опасные | от 2,6 до 4 | II |
| Мало опасны | от 0,1 до 2,5 | III |
| Не опасны | Менее 0,1 | IV |
При оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать следующее:
- опасность загрязнения тем больше, чем выше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве по сравнению с ПДК,
- опасность загрязнения тем больше, чем выше класс опасности контролируемых веществ,
- при оценке опасности загрязнения любым токсикантом следует учитывать буферность почвы, влияющую на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды.
Загрязнение почвы в условиях городов и поселений связано с образованием промышленных и бытовых отходов. В связи с этим органами санитарно-эпидемиологических служб осуществляется санитарный контроль загрязнения почв, который включает предупредительный надзор за проектированием и строительством сооружений по очистке и обезвреживанию промышленных и бытовых отходов, а также текущий надзор за своевременным сбором и удалением промышленных и бытовых отходов и вторичного сырья. Под контролем санитарных и природоохранных служб находится транспортирование отходов, согласование мест их размещения и переработки.
Санитарное состояние почв оценивается по четырем направлениям:
1. Санитарные физико-химические исследования (преимущественно для почвенных фильтратов), включающие определение отношения общего азота к органическому, кислотности, биохимического потребления кислорода, окисляемости, сухого остатка сульфатов и хлоридов и т.п.
2. Санитарно-энтомологические исследования, включающие учет численности синантропных мух (нашедших близ жилья человека особо благоприятные для себя условия жизни) во всех фазах их развития (взрослые, личинки, куколки) в помещениях, на открытом воздухе, в почвах и отходах.
3. Санитарно-гельминтологические исследования в целях определения числа яиц гельминтов, паразитирующих в органах человека, в местах, часто посещаемых населением.
4. Санитарно-бактериологические исследования – наиболее обстоятельные и осуществляемые по программам полного, краткого и специального анализов. Определяют присутствие бактерий кишечной группы, представителей дизентерийной и тифозной (паратифозной) групп.
Существующая разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют дать рекомендации по практическому использованию загрязненных почв (табл. 3)
Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется:
· эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы,
- ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного загрязнения воздуха и при ее непосредственном контакте с человеком,
· значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха.
Оценка уровня химического загрязнения почв населенных пунктов проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются коэффициент концентрации химического элемента Кс и суммарный показатель загрязнения Zc.
Коэффициент концентрации химического вещества Кс определяется как отношение реального содержания загрязняющего вещества в почве к фоновому содержанию (2):
, (2)
где Сi – фактическое содержание загрязняющего вещества в почве, мг/кг;
Сфi – фоновое содержание загрязняющего вещества в почве, мг/кг.
Поскольку часто почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показатель загрязнения, отражающий эффект воздействия группы элементов определяется по формуле (3):
, (3)
где Ксi – коэффициент концентрации i -ого элемента в пробе; n – число суммируемых 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 Zс, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов, как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, оксид углерода, оксиды азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале (табл. 6), градации которой разработаны на основе изучения показателей здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.
Таблица 6
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (Zс)
| Категория загрязнения почв | Значение Zс | Изменения показателя здоровья населения в очагах загрязнения |
| Допустимая | Менее 16 | Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений |
| Умеренно опасная | 16-32 | Увеличение уровня общей заболеваемости |
| Опасная | 32-128 | Увеличение уровня общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы |
| Чрезвычайно опасная | Более 128 | Увеличение уровня общей заболеваемости детского населения, женщин с нарушением репродуктивной функции (увеличение токсикозов беременности, числа преждевременных родов) |
Регламентом проведения ГЭЭ рекомендуется рассматривать следующее.
1. Характеристика почвенного покрова в зоне воздействия объекта (плодородие, физико-химические свойства), оценка состояния почвенного покрова.
2. Ограничения по использованию земель, включая ухудшение качественного состояния земель в зоне воздействия объекта.
3. Характеристика воздействия на почвенный покров, включая загрязнение территории промышленными отходами (вид, класс опасности, токсичность, физическое состояние, объем отходов, занимаемая отходами площадь).
4. Согласованные решения по снятию, транспортировке и хранению плодородного слоя почвы и вскрышных пород при строительстве объекта.
5. Прогноз изменений свойств почв и грунтов, обусловленных:
- перепланировкой поверхности территории и созданием новых форм рельефа;
- изменением активности природных процессов;
- загрязнением территории при строительстве и эксплуатации объекта, включая загрязнение отходами строительства и временными (сопутствующими) производствами.
6. Прогноз изменений свойств почв при возникновении аварий.
7. Последствия возможных изменений почв при реализации проектных решений.
8. Мероприятия по санации загрязненных почв в зоне возможного воздействия.
9. Мероприятия по утилизации и захоронению отходов.
10. Мероприятия по инженерной защите территории от подтопления и затопления.
11. Мероприятия по восстановлению нарушенных земель (проектные решения по отводу талого и ливневого стока, техническая и биологическая рекультивации), сроки восстановления.
12. Эффективность природоохранных мероприятий по санации почв и рекультивации нарушенных земель.
13. Определение размера убытков, причиняемых основным землепользователям при реализации проекта, включая упущенную выгоду.
14. Объем природоохранных мероприятий и оценка стоимости компенсационных мероприятий и мер по рекультивации, восстановлению и охране почв, включая аварийные ситуации.
Практическая часть