Экологическое нормирование качества загрязненных почв
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 антропоцен- тристского подхода, экологическое нормирование — пример экосистемного подхода.Санитарно-гигиеническое нормирование содержания в почвах загрязняющих веществ
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 количества (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 (ПДК) 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.
Начало определению ПДК химических веществ в нашей стране положено определением ПДК загрязняющих веществ в воздухе рабочих помещений в 1925 году. В 1949 году были определены первые ПДК для атмосферного воздуха, в 1950-м — для воды. К 1971 году перечень контролируемых веществ в воздухе составлял 120 наименований. В 1989 году были разработаны ПДК более чем для 300 химических веществ, содержащихся в атмосферном воздухе, и почти 1000 нормативов для вод, используемых с различными целями. Для почв разработаны ПДК по значительно меньшему числу химических веществ (около 30). После начала перестройки в РФ определение ПДК химических веществ в природных средах приостановлено.
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.
Это узкоприкладной подход. 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 опосредованно 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 (табл. 10.3).
Таблица 10.3
Предельно допустимые концентрации химических элементов в почвах (мг/кг)
| Эле мент | Кларк почв (Вино градов, 1962) | ПДК | Показатель вредности | |||
| общеса нитар ный | трансло кацион ный | мигра ционный водный | мигра ционный воздуш ный | |||
| Общее содержание | ||||||
| Мп | 800 | 1500 | 1500 | 3500 | 1500 | |
| V | 100 | 120 | 150 | 170 | 350 | |
| РЬ | 10 | 32 | 30 | 35 | 260 | |
| Hg | 0,01 | 2,1 | 5,0 | 2,1 | 33 | 2,5 |
| Подвижные соединения | ||||||
| F | 200 | 2 | 2 | |||
| Си | 20 | 3 | 3 | 3,5 | 72 | |
| Ni | 40 | 4 | 4 | 4 | 14 | |
| Zn | 50 | 23 | 37 | 93 | 200 | |
| Со | 8 | 5 | 5 | 25 | 1000 | |
| Сг | 200 | 6 | 6 | |||
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 (табл. 10.4).
Таблица 10.4
ПДК химических веществ в почвах (мг/кг) и их лимитирующие показатели
| Вещество | ПДК (общее содержание) | Лимитирующий показатель |
| Бенз(а)пирен | 0,02 | Общесанитарный |
| Ксилол | 0,3 | Транслокационный |
| Ртуть | 2,1 | Транслокационный |
| Свинец | 32 | Общесанитарный |
| Сероводород | 0,4 | Воздушный миграционный |
| Формальдегид | 7,0 | Воздушный миграционный |
| Стирол | 0,1 | Воздушный миграционный |
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. Оно характеризует ПДК, как ту концентрацию вещества в почве, которая безопасна для живых организмов. Но критерии отрицательного влияния на них химических веществ не определены. 2. Не учтено время воздействия поллютанта. Эксперимент по 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. Не 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, гранулометрического 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 ОДК (ориентировочно допустимые количества) 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 (pH водной вытяжки