1. Цель и задачи работы. Целью работы является уметь оценить степень загрязнения почв.
Задачей работы является произвести расчет по определению интегрального показателя полиэлементного загрязнения почв, а также определить комплексный санитарно – гигиенический показатель почв.
2.Теоретическая часть. В качестве основных показателей для оценки экологического состояния земельных ресурсов используются показатели химического загрязнения почв и их санитарного состояния, показатели интенсивности развития геологических процессов.
Показатели химического загрязнения почв. Литологический состав почво-образующих пород играет существенную роль для формирования вещественного состава почв, а также замедляет, ускоряет или останавливает миграцию загрязняющих веществ по почвенному профилю. Минеральный состав глин в почвах отражает тенденцию изменения свойств в результате загрязнения: изменяются катионно-обменные и кислотно-основные свойства; окислительно-восстановительные свойства; биологическая активность почв. При определении минералогического состава почв целесообразно выделять три группы: коалинитовые, смешанно-слойные, монтмориллонитовые. Реакция почв на загрязняющие вещества различается существенно. В большей степени загрязняются почвы, содержащие в своем составе монтмориллонит или смешанно-слойные минералы, в которых содержание монтмориллонита больше 80%.
Химические элементы в почвах содержатся в живых организмах (биогенная форма нахождения), минералах, водных (почвенных) растворах (сорбированной форме), газовых смесях. Биохимические процессы, которые происходят в почвах, и процессы образования и обмена химических элементов в живых организмах взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ. Микроэлементы в почвах играют роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота.
|
|
Прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико, ограничено случаями прямого контакта с ней (производство земляных работ, почвенная пыль, игра детей в песочницах и тд.). Химические вещества попавшие в почву, поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения по биологическим цепям (почва – растение-человек, почва-растение - животное-человек и т.д.). По этому принципы нормирования ПДК химических элементов в почве значительно отличаются от принципов положенных в основу их нормирования для других компонентов природы. ПДК загрязняющих веществ в почве – максимальная разовая доля загрязняющего почву вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека (ГОСТ 17.4.1.03-84). Например, ПДК пестицидов в почве представляет собой максимальное содержание остатков пестицидов, при котором они мигрируют в сопредельные среды в количествах, не превышающих гигиенические нормативы, а также не влияют отрицательно на биологическую активность самой почвы. Помимо ПДК, в нормировании экологического состояния почв используют временный норматив – ОДК – предельно ориентировочно допустимое количество химического вещества, которое получают расчетным путем. ОДК пересматриваются каждые три года или заменяют на ПДК.
|
|
Для определения ПДК загрязняющих почву веществ используются тесты, учитывающие шесть показателей вредного воздействия: органолептический, общесанитарный, токсикологический, миграционно-водный, миграционно- воздушный и фитоаккумулятивный (транслокационный). Общесанитарный показатель вредности для почвы характеризует влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз в количествах, не изменяющих указанные процессы. Фитоаккумулятивный показатель вредности характеризует способность химического вещества переходить из пахотного слоя почвы через корневую систему растений и накапливаться в его зеленой массе и плодах в количестве, не превышающем ПДК для данного вещества в пищевых продуктах. Миграционно-водный и воздушный показатели вредности характеризуют способность химического вещества,переходить из пахотного слоя почвы в атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды в количестве, при миграции которого не происходит превышение величины ПДК в этих компонентах. В эксперименте используется эталонная дерново-подзолистая почва. Минимальная из шести допустимых концентраций принимается в качестве ПДК. Теоретически обоснована необходимость нормирования таких стабильных химических веществ: соли тяжелых металлов (свинец, мышьяк, медь, ртуть и др.) и микроэлементы (молибден, цинк, бор, ванадий и др.), которые применяются как микроудобрения в сельском хозяйстве. Таким образом, при установлении ПДК для почв реализованы как гигиенические (через токсикологический показатель), так и некоторые экологические (через другие показатели) подходы к нормированию содержания загрязняющих веществ.
|
|
Количественные показатели содержания химических веществ и их соединений в почве, зависит от вида землепользования (населенный пункт, курорты и зоны отдыха, территории предприятий сельхозугодий и тд.
В результате хозяйственной деятельности в почву попадает большое количество токсических веществ, которые имеются в почвах в небольших количествах (фоновые содержания) или вообще для почв не характерны. Загрязнение почв токсичными веществами при различных видах техногенной нагрузки, согласно ГОСТ 17.4.3.06-86 определяют по коэффициенту концентрации (Нц), который определяется по формулам:
или 
(2.1)
где С – общее содержание загрязняющего вещества; СФ – среднее фоновое содержание загрязняющего вещества; СПДК – содержание предельно-допустимых количеств загрязняющего вещества.
Интегральный показатель полиэлементного загрязнения почв определяется по формуле:
(2.2)
∑С і - сумма контролируемых загрязняющих веществ; ∑С фі - сумма предельно-допустимого (фонового) содержания загрязняющих веществ
Если: Н Cj ≤8 - почва чистая, 8 < Н Cj ≤16 – почва очень слабо загрязненная, 16 < Н Cj ≤32 – почва слабо загрязненна, 32< Н Cj ≤64 – почва загрязненная, 64 < Н Cj ≤ 128 – почва сильно загрязненная, Н Cj >128 – почва катастрофически загрязненная.
При характеристике экологического состояния почв определяется загрязнение почв на всю их мощность, с учетом динамики поступления загрязняющих веществ во времени. В настоящее время в качестве комплексного показателя токсического загрязнения почвы используется также показатель фитотоксичности. Фитотоксичность – биотестовый интегральный показатель, который отражает свойство загрязненной почвы подавлять прорастание семян, рост и развитие высших растений. Этот показатель начали применять наряду с традиционными показателями при разработке ПДК гербицидов с 1982 года.
Санитарно-гигиенические показатели. Кроме характеристики химического загрязнения почв для всех видов земель единого государственного фонда проводится контроль санитарного их состояния. Под санитарным состоянием понимается совокупность физико-химических и биологических свойств почвы, определяющих ее безопасность в эпидемиологическом и гигиеническом отношении (ГОСТ 17.4.2.01-81). Цель контроля – предупреждение загрязнения почв бытовыми и промышленными выбросами и отходами, а также веществами, целенаправленно применяемыми в сельском хозяйстве. Оценка санитарного состояния почв проводится по оценочным показателям – санитарное число, бактериальное загрязнение, санитарно-гельминтологические и санитарно энтомологические показатели (таблица 2.1).
Санитарное число – частное от деления количества почвенного белкового азота (в мг на 100 г абсолютно сухой почвы) на количество органического азота (в тех же единицах). При внесении в почву органических удобрений содержание органического азота увеличивается и, следовательно, изменяется соотношение между ним и белковым азотом.
Таблица 2.1
Комплексный санитарно-гигиенический показатель почв
| Качество почв | Число личинок и куколок мух (0,25 м2) | Число гельминтов (кг) | Число колититр | Титр анаэробов | Санитарное число |
| Чистая | >1 | >0,1 | 1-0,98 | ||
| Мало-загрязненная | до 10 | 1-10 | 1-0,01 | 0,1-0,01 | 0,98-0,85 |
| загрязненная | 10,25 | 11-100 | 0,01-0,001 | 0,01-0,0001 | 0,85-0,7 |
| Сильно-загрязненная | >25 | >100 | <0,001 | <0,0001 | <0,7 |
Присутствие некоторых микроорганизмов в почвах указывает на специфическое органическое загрязнение. В качестве показателей бактериального загрязнения почвы используют: титр кишечной палочки (В.Сolli) и титр одного из анаэробов (B.Perfin gens). Эти бактерии поступают в почву с фекалиями. Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почв является число яиц гельминтов в 1 кг почв, а санитарно-энтомологическим – наличие личинок и куколок мух на 0,25 м2 ее поверхности.
В перечень контролируемых показателей при оценке санитарного состояния почв также входят: показатели концентраций аммонийного и нитратного азота,, хлоридов, остаточных количеств пестицидов и других загрязняющих веществ (тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, фенолов, сернистых соединений), канцерогенов, радиоактивных веществ, макро- и микроудобрений.
В разрушении химических веществ в почве участвуют различные группы организмов, в том числе бактерии, грибы, актиномицеты, растения. Большинство микроорганизмов, обитающих в почвах – сапрофаги. Они не приносят вреда животным организмам, а лишь способствуют разложению мертвого органического вещества. Вместе с тем, постоянно или временно в почвах обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний – клостридии. Некоторые из них, главным образом постоянные обитатели почвы, образуют спору – плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, высокому давлению, отсутствию питательных веществ. К патогенным бактериям относятся возбудители: сибирской язвы (особенно в черноземах и каштановых почвах); газовой гангрены, столбняка, ботулизма и т.д.
Показатели интенсивности развития геологических процессов. На состояние земельных ресурсов оказывают большое влияние экологически неблагоприятные экзогенные процессы, которые часто развиваются на фоне эндогенных процессов. Экзогенные и эндогенные процессы часто взаимосвязаны друг с другом и причинно обусловлены. Степень пораженности территории геологическими процессами определяется индексом пораженности:
(2.3)
где Р – индекс пораженности; Sі- площадь участка, пораженного геологическим процессом, S – площадь территории, для которой проводится оценка.
3.Ход работы. Расчеты по определению интегрального показателя загрязнения производить по формулам 2.1 и 2.2. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.1,3.2.
Таблица 3.1
Содержание и санитарные нормы концентраций некоторых химических ингредиентов в почве, мг/кг почвы
| Ингредиент | Подвижная форма | Водо-раство-римая форма | Валовое содержание | ||||||||
| CO | F | Cr | F | Бенз(а)пирен | Кислоты (орто- ,мета-,пара-) | As | Hg | Pb | Pb+Hg | ||
| ПДК | 5,0 | 2,0 | 6,0 | 10,0 | 0,02 | 0,3 | 2,0 | 2,1 | 32,0 | 120+1 | |
| № пп задания | 3,1 | 1,5 | 4,8 | 10,2 | 0,02 | 0,9 | 2,5 | 2,0 | |||
| 9,8 | 1,9 | 5,7 | 9,6 | 0,01 | 0,2 | 2,1 | 2,2 | ||||
| 1,2 | 2,1 | 6,0 | 9,0 | 0,01 | 0,1 | 1,0 | 2,0 | ||||
| 7,3 | 2,7 | 5,9 | 8,4 | 0,02 | 0,4 | 1,7 | 2,0 | ||||
| 4,5 | 3,0 | 4,0 | 6,6 | 0,02 | 0,3 | 1,9 | 1,9 | ||||
| 6,4 | 2,0 | 7,0 | 7,8 | 0,01 | 0,4 | 2,1 | 1,8 | ||||
| 3,1 | 1,8 | 7,8 | 9,7 | 0,02 | 0,2 | 1,0 | 1,7 | ||||
| 2,3 | 1,0 | 2,9 | 10,2 | 0,02 | 0,3 | 1,0 | 2,0 | ||||
| 0,5 | 1,2 | 5,6 | 10,7 | 0,01 | 0,2 | 2,2 | 2,1 | ||||
| 7,0 | 1,7 | 6,7 | 9,9 | 0,01 | 0,4 | 2,3 | 2,1 | ||||
| 11,0 | 2,5 | 7,2 | 9,1 | 0,03 | 0,4 | 1,9 | 2,5 | ||||
| 0,9 | 3,4 | 8,4 | 9,0 | 0,04 | 0,3 | 1,8 | 2,4 | ||||
| 4,5 | 2,1 | 9,0 | 10,0 | 0,01 | 0,4 | 1,6 | 1,9 | ||||
| 7,2 | 8,0 | 12,0 | 10,8 | 0,02 | 0,5 | 1,4 | 1,8 | ||||
| 3,5 | 3,0 | 5,7 | 12,0 | 0,04 | 0,6 | 1,5 | 2,6 | ||||
| 6,0 | 1,6 | 4,2 | 14,0 | 0,01 | 0,2 | 1,9 | 2,1 | ||||
| 5,0 | 1,9 | 4,9 | 10,1 | 0,02 | 0,3 | 2,1 | 1,7 | ||||
| 4,0 | 2,0 | 5,8 | 9,0 | 0,01 | 0,2 | 2,0 | 1,8 | ||||
| 4,9 | 2,1 | 6,0 | 9,5 | 0,03 | 0,2 | 2,0 | 1,7 | ||||
| 5,9 | 3,0 | 6,5 | 9,3 | 0,04 | 0,3 | 1,7 | 1,8 | ||||
| 7,0 | 2,0 | 2,1 | 10,6 | 0,01 | 0,4 | 1,6 | 1,9 | ||||
| 0,8 | 1,7 | 2,9 | 10,1 | 0,01 | 0,7 | 1,4 | 2,0 | ||||
| 9,0 | 1,3 | 3,0 | 11,0 | 0,02 | 0,9 | 2,0 | 2,1 | ||||
| 4,0 | 0,8 | 3,7 | 12,0 | 0,03 | 0,1 | 2,7 | 2,7 | ||||
| 5,4 | 0,9 | 5,8 | 10,2 | 0,03 | 0,1 | 2,2 | 2,1 | ||||
| 3,2 | 2,4 | 8,0 | 8,7 | 0,02 | 0,2 | 2,3 | 1,9 | ||||
| 7,8 | 3,2 | 7,0 | 9,9 | 0,01 | 0,4 | 2,0 | 1,6 | ||||
| 6,5 | 7,6 | 0,5 | 9,3 | 0,01 | 0,2 | 2,1 | 1,4 | ||||
| 11,0 | 0,9 | 0,9 | 9,0 | 0,01 | 0,3 | 1,9 | 1,9 | ||||
| 3,0 | 2,7 | 6,1 | 10,0 | 0,01 | 0,4 | 1,8 | 2,0 |
Продолжение таблицы 3.1
| Ингредиент | Сернистые соединения | Другие ингредиенты | ||||||||
| Элементарная сера | Сероводород | Серная кислота | Стирол | Формальдегид | Хлористый калий | Cr5+ | Ацетальдегид | Суперфосфат (Р2О5) | ||
| ПДК | 160,0 | 0,4 | 160,0 | 0,1 | 7,0 | 0,05 | 10,0 | |||
| № пп задания | 0,3 | 0,1 | 6,5 | 0,04 | 9,8 | |||||
| 0,4 | 0,05 | 6,8 | 0,03 | 9,5 | ||||||
| 0,2 | 0,06 | 7,1 | 0,05 | 9,5 | ||||||
| 0,5 | 0,11 | 7,0 | 0,05 | 9,9 | ||||||
| 0,3 | 0,15 | 6,1 | 0,06 | 10,2 | ||||||
| 0,2 | 0,17 | 6,4 | 0,07 | 10,7 | ||||||
| 0,4 | 0,10 | 6,9 | 0,05 | 10,4 | ||||||
| 0,5 | 0,09 | 7,0 | 0,08 | 9,9 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 7,9 | 0,01 | 9,1 | ||||||
| 0,6 | 0,12 | 8,5 | 0,01 | 9,0 | ||||||
| 0,3 | 0,17 | 6,0 | 0,02 | 8,0 | ||||||
| 0,4 | 0,01 | 4,9 | 0,03 | 7,6 | ||||||
| 0,1 | 0,01 | 5,1 | 0,04 | 8,9 | ||||||
| 0,1 | 0,11 | 3,0 | 0,05 | 9,5 | ||||||
| 0,1 | 0,12 | 2,1 | 0,04 | 4,8 | ||||||
| 0,2 | 0,01 | 3,9 | 0,03 | 9,0 | ||||||
| 0,2 | 0,01 | 4,7 | 0,06 | 10,0 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 7,3 | 0,06 | 9,9 | ||||||
| 0,3 | 0,05 | 8,4 | 0,05 | 10,1 | ||||||
| 0,4 | 0,06 | 9,0 | 0,05 | 9,0 | ||||||
| 0,5 | 0,08 | 9,6 | 0,04 | 9,7 | ||||||
| 0,6 | 0,09 | 5,1 | 0,04 | 10,2 | ||||||
| 0,4 | 0,07 | 6,2 | 0,03 | 10,9 | ||||||
| 0,4 | 0,06 | 7,0 | 0,03 | 11,0 | ||||||
| 0,5 | 0,01 | 7,0 | 0,07 | 10,0 | ||||||
| 0,7 | 0,12 | 7,1 | 0,08 | 9,4 | ||||||
| 0,2 | 0,14 | 7,2 | 0,07 | 9,4 | ||||||
| 0,1 | 0,02 | 6,5 | 0,06 | 9,0 | ||||||
| 0,2 | 0,07 | 4,8 | 0,05 | 10,0 | ||||||
| 0,1 | 0,08 | 5,0 | 0,06 | 10,0 |
Таблица 3.2
Исходные данные к расчету химического загрязнения почв
| № пп задания | Число личинок и куколок мух (0,25 м2) | Число гельминтов (кг) | Число колититр | Титр анаэробов | Санитарное число |
| 0,002 | 0,001 | 0,75 | |||
| 0,8 | 0,01 | 0,99 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,65 | |||
| 0,01 | 0,0001 | 0,75 | |||
| 1,1 | 0,15 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,01 | 0,95 | |||
| 1,0 | 0,01 | 0,90 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,79 | |||
| 0,001 | 0,00004 | 0,69 | |||
| 0,01 | 0,2 | 0,60 | |||
| 0,1 | 0,1 | 0,99 | |||
| 0,001 | 0,0001 | 0,84 | |||
| 0,1 | 0,2 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,001 | 0,90 | |||
| 0,15 | 0,1 | 0,65 | |||
| 0,22 | 0,3 | 0,7 | |||
| 0,001 | 0,001 | 0,79 | |||
| 0,13 | 0,001 | 0,80 | |||
| 0,001 | 0,01 | 0,99 | |||
| 0,1 | 0,01 | 1,0 | |||
| 0,7 | 0,05 | 0,97 | |||
| 0,5 | 0,09 | 0,82 | |||
| 0,02 | 0,3 | 0,99 | |||
| 0,01 | 0,01 | 0,64 | |||
| 0,001 | 0,001 | 0,71 | |||
| 0,01 | 0,012 | 1,0 | |||
| 0,91 | 0,3 | 0,95 | |||
| 0,001 | 0,7 | 0,99 | |||
| 0,7 | 0,0001 | 0,96 | |||
| 0,1 | 0,01 | 0,89 |