Закруткин В.Е., Шишкина Д.Ю. Методика оценки опасности загрязнения почв подвижными формами тяжелых металлов на территории угледобывающих предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

и подвижными формами ТМ, и это является важнейшим основанием для

распространения существующих методов оценки загрязнения на мобильные

соединения химических элементов в почве.

Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими

веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или

ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве

[1].

Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами

проводится по каждому веществу с учетом следующих общих закономерностей:

 Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание

контролируемых веществ в почве (С) превышает ПДК, что может быть

выражено коэффициентом опасности К

(К

ПДК

= С/ПДК (1)

Опасность загрязнения тем выше, чем больше К

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 [1].

Таким образом, основными критериями оценки моноэлементного

загрязнения выступают класс опасности химического элемента и уровень его

превышения ПДК. Величины ПДК подвижных форм исследуемых химических

элементов в почве и классы опасности приведены в табл. 32.

Шкала оценки загрязнения почв в зависимости от класса опасности

элемента и кратности превышения его содержания по отношению к ПДК

представлена в табл. 33.

Таблица 32

ПДК химических элементов в почве и классы их опасности [4, 7]

Химические элементы

Класс опасности

ПДК, мг/кг

Свинец

6,0

Цинк

23,0

Мышьяк

–

Кадмий

–

Кобальт

5,0

Никель

4,0

Медь

3,0

Хром

6,0

Ванадий

III

–

Марганец

III

140,0

Несомненным преимуществом этой шкалы является ранжирование уровней

загрязнения на 5 градаций, что дает возможность сопоставлять степень

загрязнения с общей экологической обстановкой территории, которая также

оценивается пятью категориями – от удовлетворительной до катастрофической

[2].

Буферность почв по отношению к ТМ прямо пропорционально зависит от

степени гумусированности, карбонатности и содержания глинистых частиц в

почве (гранулометрический состав). В пределах Восточного Донбасса

максимальной буферностью обладают наиболее гумусированные карбонатные

глинистые почвы – черноземы обыкновенные, минимальной – пески и почвы

легкого гранулометрического состава [57]. Таким образом, почвы изучаемого

региона по опасности загрязнения образуют следующий ряд: черноземы

обыкновенные карбонатные > черноземы южные > смытые и намытые почвы

балок > супесчаные почвы > пески.

Оценка полиэлементного загрязнения почв выполняется на основе двух

показателей, разработанных при сопряженных геохимических и геогигиенических

Таблица 33

Шкала оценки уровней загрязнения почв [15]

Экологическая

ситуация

Уровень

загрязнения

Классы опасности

о1

о2

о3

Удовлетворительная

Минимальный

< 1

Напряженная

Слабый

1–1,5

1–2

1–3

Критическая

Средний

1,5–2

2–3

3–5

Кризисная

Сильный

2–3

3–5

5–10

Катастрофическая

Максимальный

> 3

> 5

> 10

* – Ко1, Ко2, Ко3 – для элементов 1, 2, 3 классов опасности

исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками

загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации

химического вещества (К

), который определяется отношением фактического

содержания определяемого вещества в почве (C

) в мг/кг почвы к региональному

фоновому (С

= С

/С

, (2)

и суммарный показатель загрязнения (Z

, СПЗ). Суммарный показатель

загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-

загрязнителей и выражен формулой:

= ∑(K

+ … + K

) – (n–1), (3)

где n – число элементов, содержание которых превышает региональное

фоновое больше чем в 2 раза;

– коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения [1].

Рекомендуемые нами региональные фоновые содержания подвижных форм

химических элементов в почвах Восточного Донбасса представлены в табл. 34.

Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю

проводится по оценочной шкале (табл. 35). Градации оценочной шкалы

разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения,

проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв. В случае

опасного загрязнения почв общая экологическая ситуация оценивается как

кризисная, а при чрезвычайно опасном – как катастрофическая [2].

Таблица 34

Региональные фоновые содержания химических элементов (С

) в почвах

Восточного Донбасса

Элемент

Свинец

0,4

Никель

0,35

Цинк

0,32

Медь

0,1

Мышьяк

0,15

Хром

0,12

Кадмий

0,03

Ванадий

0,12

Кобальт

0,1

Марганец

10,5

Изначально Z

разрабатывался как показатель уровня загрязнения почв

населенных пунктов, однако дальнейшие эколого-геохимические исследования

Таблица 35

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по

суммарному показателю загрязнения [1]

Категория

загрязнения почв

Величина Z

Изменение показателей здоровья населения в

очагах загрязнения

Допустимая

Менее 16

Наиболее низкий уровень заболеваемости

детей и минимальная частота встречаемости

функциональных отклонений

Умеренно опасная

16-32

Увеличение общей заболеваемости

Опасная

32-128

Увеличение общей заболеваемости, числа

часто болеющих детей, детей с хроническими

заболеваниями, нарушениями

функционального состояния сердечно-

сосудистой системы

Чрезвычайно опасная

Более 128

Увеличение заболеваемости детского

населения, нарушение репродуктивной

функции женщин (увеличение токсикоза

беременности, числа преждевременных родов,

мертворождаемости, гипотрофий

новорожденных

показали возможность его применения и в других условиях. В настоящее время

СПЗ широко используется для эколого-геохимической оценки почв различного

хозяйственного освоения [9].

Рассчитанный по формуле (3) СПЗ не учитывает класс опасности, т.е.

степень токсичности элементов, что не позволяет отличить педогеохимический

аномалии, образованные сильнотоксичными веществами, от аномалий,

сформированных слаботоксичными веществами [10]. Поэтому некоторые

методические указания [4] рекомендуют использовать более экологичный

показатель – суммарный показатель токсичного загрязнения (СПТЗ), который

рассчитывается по формуле:

СПТЗ =

)1(







nКК

TС

, (4)

где К

– коэффициент токсичности химического элемента.

Для того, чтобы сохранить традиционную шкалу СПЗ (табл. 35) при

подсчете СПТЗ элементам первого класса опасности присвоен коэффициент

токсичности, равный 1,5, элементам второго класса К

, равный 1,0, элементам

третьего класса К

, равный 0,5. Так как СПТЗ проявляет очень сильную

зависимость от числа учитываемых элементов (n), желательно, чтобы число

исследуемых элементов было постоянным. При подсчете СПТЗ учитываются

только те элементы, у которых К

больше 2.

Следует подчеркнуть, что СПТЗ является более информативным

показателем по сравнению с К

, поскольку, во-первых, он отражает кумулятивное

загрязнение, во-вторых, его применение не ограничивается 7 металлами, а

распространяется на весь спектр элементов, для которых определен региональный

фон. Поэтому именно СПТЗ рекомендуется в качестве приоритетного

критерия оценки опасности загрязнения почв.

Помимо основных показателей загрязнения почв подвижными

соединениями химических элементов (К

, К

и Z

), рекомендуется при изучении

почв сельхозугодий (пашен, садов, огородов) в качестве дополнительных

использовать агрохимические показатели – нормативы обеспеченности почв

подвижными формами микроэлементов (табл. 36).

Таблица 36

Классификация почв по содержанию ПФ микроэлементов

Микроэлементы

Содержание, мг/кг

низкое

среднее

высокое

Медь

< 0,20

0,21–0,5

0,51–3,0

Цинк

< 2,0

2,1–5,0

5,1–23,0

Марганец

< 10,5

10,6–20,0

20,1–140,0

Кобальт

< 0,15

0,16–0,30

0,31–5,0

Ниже приводится рекомендуемая схема оценки опасности загрязнения почв

ПФ ТМ, основанная на разработанных критериях.

1. Определение степени загрязнения почв отдельными элементами

(свинцом, цинком, кобальтом, никелем, хромом, марганцем, медью). Исходные

данные и порядок расчета приведены в табл. 37.

1.1. Отбираются элементы, содержание которых в данной пробе превышает

ПДК. В данном случае, это свинец, цинк, никель, медь и марганец.

Таблица 37

Содержания ПФ элементов в почвенной пробе (мг/кг) и порядок

определения уровня загрязнения

Параметры

Свинец

Цинк

Кобальт

Никель

Медь

Хром

Марганец

13,5

30,5

0,5

7,0

6,9

0,3

174,5

ПДК

6,0

23,0

5,0

4,0

3,0

6,0

140,0

2,25

1,3

–

1,75

2,3

–

1,25

Уровень

загрязнения

сильный

слабый

средний

слабый

1.2. Определяется К

отдельного элемента по формуле (1).

1.3. В зависимости от полученной величины и класса опасности элемента

(табл. 33) осуществляется оценка уровня загрязнения. Так, уровень загрязнения

цинком, никелем и марганцем охарактеризован как слабый, медью – средний,

свинцом – сильный (табл. 37).

2. Определение суммарного показателя токсичного загрязнения. Исходные

данные и порядок расчета приведены в табл. 38.

Таблица 38

Содержания ПФ элементов в почвенной пробе (мг/кг) и порядок определения

СПТЗ

Параметры

13,5

30,5

0,2

0,05

0,1

7,0

6,9

0,08

0,09

174,5

0,4

0,32

0,15

0,03

0,1

0,35

0,1

0,12

10,5

33,8

95,3

1,3

1,7

–

16,6

1,5

0,5

2.1. Отбираются элементы, содержание которых в данной пробе превышает

величину регионального фона (табл. 32), и рассчитываются их коэффициенты

концентрации (К

) по формуле (2).

2.2. По формуле (4) рассчитывается СПТЗ, причем расчет ведется лишь по

тем элементам, К

которых больше 2. В нашем случае это свинец, цинк, никель,

медь и марганец. К

каждого элемента умножается на коэффициент токсичности,

зависящий от класса опасности элемента:

СПТЗ = 1,5(К

сPb

+ K

cZn

) + 1(K

cNi

+ K

cCo

) + 0,5K

cMn

- (n -1) = 1,5(33,8 + 95,3) +

(20 + 69) + 0,5×16,6 – (5-1) = 287.

2.3. В соответствии с табл. 35 определяется категория загрязнения почв. Для

данного примера – чрезвычайно опасная.

3. Для оценки почв сельхозугодий применяются дополнительные

показатели, характеризующие уровень обеспеченности почв ПФ меди, цинка,

кобальта и марганца. С этой целью содержание металлов сравнивается с

приведенными в табл. 36 нормами обеспеченности. Исходные данные и

результаты приведены в табл. 39. Рассматриваются только те элементы,

содержание которых не превышает ПДК.

Таблица 39

Содержания ПФ элементов в почвенной пробе (мг/кг) и порядок

определения обеспеченности почв

Параметры

Медь

Цинк

Марганец

Кобальт

0,09

0,35

12,5

0,35

Обеспеченность

низкая

средняя

высокая

Библиографический список

Нормативно-методические документы

1. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: Методические

указания. МУ 2.1.7.730–99. – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора

Минздрава России, 1999. – 38 с.

2. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления

зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. – М.:

ГНТУ Минприроды РФ, 1992. – 58 с.

3. Методические рекомендации по оценке загрязнения городских почв и

снежного покрова тяжелыми металлами / В.А. Большаков, Ю.Н. Водяницкий,

Т.И. Борисочкина и др. – М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1999. – 31 с.

4. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы

химическими веществами. – М., 1987. – 23 с.

5. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в

почве: ГН 2.1.7.2042–06. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии

Роспотребнадзора, 2006. – 11 с.

6. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве

(ПДК): № 3210-85 от 01.02.85 / МЗ СССР. М., 1985.

7. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в

почве: ГН 2.1. 3041–06. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии

Роспотребнадзора, 2006. – 15 с.

8. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в

почве: СанПиН 42-128-1433–87 / МЗ СССР. М., 1988.

9. Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического

картирования масштаба 1:1 000 000 / А.А. Головин, А.И. Ачкасов, К.Л.

Волочкович и др. – М.: ИМГРЭ, 1999. – 104 с.

Литературные источники

10. Агафонов Е.В. Тяжелые металлы в черноземах Ростовской области //

Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. Материалы научно-

практической конференции. – М., 1994. – С. 22–26.

11. Анитипов М.А., Голицын М.С. Подвижные формы тяжелых металлов в

почвах и грунтах зоны аэрации // Геоэкологические исследования и охрана недр.

Обзор. – М.: ООО «Геоинформцентр», 2002. – 64 с.

12. Важенин И.Г. О разработке предельно допустимых концентраций (ПДК)

химических веществ в почве // Бюллетень Почвенного института им. В.В.

Докучаева. – 1983. – Вып. 35. – С. 3–6.

13. Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А., Макарова И.Н. О трансформации

тяжелых металлов в пахотном слое чернозема выщелоченного Западного

Предкавказья // Научный журнал КубГАУ. – 2007. – №3. – C. 1–9.

14. Геохимия окружающей среды / Ю.Е.Сает, Б.А.Ревич, Е.П.Янин и др. –

М.: Недра, 1990. – 335 с.

15. Головин А.А., Самаев С.Б., Соколов Л.С. Современные подходы к

методике эколого-геохимических исследований урбанизированных территорий //

Разведка и охрана недр. – 2004. – №3. – С. 67–73.

16.Гончаренко В.И. Ландшафтно-геохимические особенности распаханных

территорий южнорусских степей: Автореф. канд. дисс….– М., 1985. – 13 с.

17. Димиденок Ж.А., Харина С.Г. Содержание тяжелых металлов в почвах и

продукции растениеводства южной зоны Среднего Приамурья // Электронный

журнал «Исследовано в России». – 2005. – С. 419–428. http://

zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/039.pdf.

18. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический

анализ загрязняющих веществ в окружающей среде: Справочник. М.: Химия,

1989.

19. Заболотная О.Н. Геохимия марганца и хрома в агроландшафтах

Ростовской области: Автореф. канд. дисс…. – Ростов н/Д., 2005. – 25 с.

20. Закруткин В.Е. Геохимия ландшафта и техногенез. – Ростов н/Д.: Изд-во

СКНЦ ВШ, 2002. – 308 с.

21. Закруткин В.Е., Шишкина Д.Ю., Заболотная О.Н. Биогеохимия меди,

цинка и марганца в агроландшафтах Ростовской области // Проблемы геологии,

полезных ископаемых и геоэкологии юга России и Кавказа. Материалы II

международной научной конференции. – Новочеркасск, 1999. – Т. 2. – С. 42–46.

22. Зырин Н.Г., Важенин И.Г., Дубиковский Г.П., Зборищук И.Н. Состояние

и задачи картографирования микроэлементов в почвах СССР // Физиологическая

роль и применение микроэлементов. – Рига, 1976. – С.46–53.

23. Зырин Н.Г., Каплунова Е.В., Сердюкова А.В. Нормирование содержания

тяжелых металлов в системе почва-растение // Химия в сельском хозяйстве. –

1985. – № 6. – С. 45–48.

24. Зырин Н.Г., Обухов А.И. Принципы и методы нормирования

(стандартизации) содержания тяжелых металлов в почве и в системе почва –

растение // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. – 1983. – Вып.

35. – С. 7–10.

25. Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв

тяжелыми металлами // Агрохимия. – 1995. – №1. – С. 94–99.

26. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. – Новосибирск.: