CC BY
69
УДК 631.423
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
М.В. Дабахов, к.б.н., Е.В. Дабахова, д.б.н., В.И. Титова, д.с.-х.н.
Нижегородская ГСХА, e-mail: mvd1969@yandex.ru
На основе анализа геохимической обстановки техногенных ландшафтов предложен и апробирован подход к комплексной оценке степени загрязнения почв тяжелыми металлами. На практическом материале результатов мониторинга почв и с помощью методов биотестирования проведено сравнение предлагаемого показателя с общепринятым суммарным коэффициентом загрязнения (Zc).
Ключевые слова: оценка степени загрязнения, суммарный коэффициент загрязнения, тяжелые металлы, биотестирование почв.
SYSTEMATIC APPROACHES TO THE INTEGRATED ASSESSMENT OF SOIL POLLUTION
BY HEAVY METALS M.V. Dabakhov, E.V. Dabakhova, V.I. Titova
The authors of the article proposed and approach to the integrated assessment of the degree of heavy metals pollution of the soils approved on the basis of the analysis of the technogenic landscapes geochemical situation. On the practical material of the results of soils monitoring and biological testing methods the comparison is carried out of the original index with the conventional summary contamination factor (Zc).
Keywords: the estimation of the degree of contamination, summary contamination factor, heavy metals, biological testing methods of the soils.
Существующая практика оценки экологического состояния почвенного покрова основана на применении предельно допустимых значений (ПДК, ОДК) содержания элементов в почвах, а также на расчете суммарного коэффициента загрязнения [1, 2]. В то же время эта система не соответствует условиям, складывающимся на урбанизированных территориях, поскольку первый показатель не позволяет учесть характер загрязнения, почвенные условия и специфику землепользования на оцениваемых территориях, а второй является чисто геохимическим и не может применяться для оценки соответствия состава почв экологическим требованиям к землям различного функционального назначения [3, 4].
Это несоответствие может быть устранено на основе интегрального показателя, который включает в себя расчет кратности превышения концентраций отдельных загрязняющих веществ в сочетании с весовыми коэффициентами, характеризующими степень вредности отдельных элементов. В качестве таковых могут быть использованы ПДК, полученные экспериментальным путем, или иные обоснованные значения. Интегральный показатель (приведенный суммарный коэффициент концентрации), учитывающий информацию о содержании в почве токсичных элементов, их фоновом значении и санитарно-гигиенических нормативах, можно рассчитать по формуле [5]: п
D = 2 [Ci/Ciф0н X К], 1=1
где D - приведенный суммарный коэффициент концентрации; С; - фактическая концентрация ьго элемента; С;фон - фоновая концентрация ьго элемента; п - количество загрязнителей; К; - коэффициент относительной опасности ьго элемента, обратно пропорциональный ПДК (ОДК), то есть 1/ПДК.
При этом, если содержание элемента или соединения равно или ниже фонового, отношение С;/С;фон следует считать равным единице.
Для удобства использования полученный по формуле результат следует перевести в закрытую 100-бальную шкалу. Для этого показатель Б необходимо соотнести с коэффициентом, соответствующим незагрязненной почве (т.е. почве, имеющей оценку 100 баллов). Поскольку концентрация элементов в незагрязненной почве будет равна или ниже фоновой, коэффициент для нее можно рассчитать по формуле:
п
Do = 2 К, ^=1
где D0 - приведенный суммарный коэффициент концентрации для незагрязненной почвы (оценочный балл равен 100); п - количество загрязнителей; К; - коэффициент относительной опасности ьго элемента.
Тогда интегральный оценочный балл загрязнения почвы можно определить следующим образом:
D5 = D0 X 100 / D, где Бб - интегральный оценочный балл (от 0 до 100 баллов); D0 - приведенный суммарный коэффициент концентрации для незагрязненной почвы (оценочный балл равен 100); D - приведенный суммарный коэффициент концентрации.
Выбор элементов и соединений, используемых для контроля, нужно осуществлять на основе результатов почвенных обследований. При характеристике определенного района расчет производят по фиксированному количеству приоритетных элементов. В то же время необходимо учитывать, что при рекомендуемой системе расчета даже малоопасное содержание наиболее токсичных элементов (кадмий, ртуть) значительно завысит итоговый показатель. Во избежание таких ошибок в качестве порогового целесообразно использовать значение 0,7 ПДК. Для элементов, которые имеют меньшую концентрацию в почве, отношение С/С;фон в формуле принимают равным единице.
Следует указать, что область использования предложенного показателя определяется направленностью составляющих его компонентов, в частности, весовых коэффициентов К;. При введении в расчет ПДК загрязняющих веществ показатель Бб, как это было сделано в приведенной выше формуле, приобретает санитарно-гигиеническую значимость и может использоваться для санитарно-гигиенической оценки территории. Если весовые коэффициенты элементов получены с учетом норм состояния компонентов ландшафта, предложенный критерий нужно рассматривать как комплексный показатель состояния конкретного компонента или данного ландшафта в целом.
Разработка весовых коэффициентов представляет собой отдельную достаточно сложную и трудоемкую задачу, поскольку требует учета региональных почвенно-климатических особенностей и характера землепользования территории. Важность учета характера землепользования при оценке степени загрязнения земель обусловлена ситуацией, при которой одни и те же нормативы применяют к объектам, использующимся в совершенно разных целях. В частности, санитарно-гигиенический норматив ПДК применяют для оценки качества земель как на сельскохозяйственных угодьях, так и на территориях, отводимых для строительства промышленных объектов. Очевидно, что для земель различного функционального назначения критерии оценки экологического состояния должны учитывать особенности воздействия почв каждой зоны на здоровье человека и состояние изучаемого объекта. В связи с этим к территориям предъявляют отдельные требования.
В рекреационной зоне к таковым необходимо отнести: 1) отсутствие фитотоксического эффекта загрязнителей на растительность зеленых зон, 2) отсутствие токсического воздействия на животный мир, 3) отсутствие превышения ПДК загрязнителей в приземном воздухе за счет вторичного загрязнения почвенной пылью, 4) отсутствие вторичного загрязнения водных объектов.
Основные требования в жилых и промышленных зонах следующие: 1) отсутствие фитотоксического эффекта, 2) отсутствие поверхностного смыва и выщелачивания в водные объекты, 3) отсутствие превышения ПДК загрязнителей в приземном воздухе за счет вторичного загрязнения почвенной пылью.
В агротехногенной зоне: 1) отсутствие загрязнения сельскохозяйственной продукции выше ПДК, 2) отсутствие токсического воздействия на животный мир, 3) отсутствие поверхностного смыва и выщелачивания в водные объекты, 4) отсутствие превышения ПДК загрязнителей в приземном воздухе за счет вторичного загряз-
нения почвенной пылью.
В рамках каждого из этих требований могут быть предложены пороговые концентрации металлов, из которых в качестве весового коэффициента следует рассматривать наиболее критический показатель.
Для получения окончательного результата оценки состояния почв необходимо выделение диапазонов значений по степени опасности загрязнения. В предложенной методике расчета даны следующие градации: низкий уровень загрязнения - 100-75 баллов; средний уровень - 75-50 баллов; высокий уровень - 50-25 баллов; очень высокий уровень - 25-10 баллов; чрезвычайно высокий уровень - 10-0 баллов.
Ниже даны некоторые результаты оценки экологического состояния почв, основанной на использовании двух комплексных показателей: коэффициента суммарного загрязнения и приведенного суммарного коэффициента концентрации (Об), произведенной для почв промышленной зоны Горьковского автозавода (таблица).
Сопоставление полученных значений показывает, что оба коэффициента на изучаемой территории в целом коррелируют. В то же время на ряде участков с высоким уровнем загрязнения у них имеются определенные расхождения. В частности, на площадке 2 показатель Бб соответствует высокому уровню загрязнения, в то время как расчет дал относительно низкий результат, соответствующий умеренно опасному уровню. Это расхождение связано с наличием в почве высокотоксичного кадмия.
Имеются и обратные примеры. Так, на площадке 6 показатель Бб соответствует высокому уровню загрязнения (29,5 баллов), в то время как коэффициент имеет значение, превышающее 300 единиц. Здесь были обнаружены повышенные концентрации хрома (1113,2 мг/кг), меди (500,2 мг/кг), цинка (211,5 мг/кг) и других металлов. Этот результат обусловлен тем, что значительное превышение фонового уровня было характерно для менее токсичных металлов (хром, медь).
Приведенные примеры иллюстрируют различия в результатах расчетов по двум методам, из которых первый характеризуется слабой чувствительностью к степени токсичности различных элементов, а второй (Об) обращает внимание на более токсичные металлы.
Для апробирования предлагаемого метода оценки было проведено исследование влияния степени загрязнения почвы на биологический объект, в качестве которого были проростки озимой пшеницы в лабораторном эксперименте с почвенными пластинками в чашках Петри [6]. В ходе опыта использовали пробы почв, отобранные на промплощадке ОАО «ГАЗ» и имеющие различные уровни загрязнения тяжелыми металлами.
'езультаты оценки экологического состояния почв
Номер площадки Объект Вб
1 Производство дизельных двигателей 22,8 49,0
2 Старая свалка автозавода 67,6 30,6
3 Иловые карты очистки промстоков, пл. 1 194,8 19,1
4 Иловые карты очистки промстоков, пл. 2 93,1 25,4
5 Площадка хранения металлолома 133,9 31,3
6 Центральный проезд главной промплощадки 303,6 29,5
7 Химсклад 100,1 50,4
8 Литейное производство 78,3 20,1
9 Участок переработки неметалл. отходов 494,3 5,7
Рис. 1. Зависимость всхожести семян от показателя Zc
Рис. 2. Зависимость всхожести семян от показателя D6
Полученные результаты (рис. 1) свидетельствуют, что начиная с величины 2С, соответствующей 45,6 баллам (на графике - точка 7), начинает прослеживаться тенденция снижения всхожести семян. Однако на ее фоне видна определенная вариабельность зависимости. Это может быть обусловлено указанным ранее недостатком коэффициента суммарного загрязнения - отсутствием учета токсичности отдельных металлов.
Иначе выглядит зависимость между снижением всхожести и интегральным оценочным баллом (рис. 2), где она более стабильна. Так, начиная со значения 63,7% (на графике - точка 7), которое в соответствии с предложенной градацией характеризует уровень загрязнения почвы как средний, происходит снижение значения показателя.
Тенденция нарушается лишь в одной точке (№ 9 на графике), которая расположена в зоне центрального проезда автозавода и характеризуется на фоне действия
прочих факторов очень высокой транспортной нагрузкой. Очевидно, здесь токсичный эффект обусловлен загрязнителями, не учтенными в данном исследовании, например, нефтепродуктами.
Таким образом, предлагаемый интегральный оценочный балл более объективно характеризует степень опасности загрязнения почвы, чем коэффициент суммарного загрязнения, так как зависимость между величиной Бб и откликом тест-культуры носит более четкий характер. Биотестирование почв с использованием в качестве тест-объекта семян сельскохозяйственных растений можно использовать для интегральной характеристики загрязненных почв. При этом следует учитывать, что данный метод эффективен только в диапазоне высоких концентраций металлов, превышающих порог фитотоксичности.
Литература
1. Сает Ю.Е. и др. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
2. Экогеохимия городских ландшафтов. - М.: МГУ, 1995. - 336 с.
3. Ильин В.Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в почве // Агрохимия, 2000, № 9. - С. 74-79.
4. Черных Н.А., Ладонин В.Ф. Вопросы нормирования содержания тяжелых металлов в почве // Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 5. - С. 10-12.
5. Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Некоторые подходы к экологической оценке загрязнения земельных угодий // Почвоведение, 2004, № 10. - С. 1264-1267.
6. Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Практикум по агроэкологии: Учебное пособие / Нижегородская ГСХА. - Н. Новгород, 2005. - 136 с.
