CC BY
597
НОРМИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ
Л.В. Левшаков
Аннотация. Рассмотрены особенности нормирования содержания тяжёлых металлов (ТМ) в почвах и почвообразующих породах и установление ПДК для разных типов почв. Представлены данные об особенностях локального содержания ТМ для почв Курской области. Предложен эффективный способ прогнозирования естественного валового содержания ТМ в пахотном слое почвы.
Ключевые слова: нормирование, тяжёлые металлы, предельно-допустимая концентрация, почвообразующая порода, коэффициент аккумуляции-рассеяния, локальное загрязнение.
Нормирование содержания валовых форм тяжелых металлов (ТМ) в почве, как справедливо указывают В.А. Черников и др. (2000), достаточно сложная задача, так как в настоящее время еще отсутствует единая методология нормирования, а также имеются определённые трудности в получении объективной информации
о состоянии экосистем.
Целью нормирования является установление критических значений поступления или наличия того или иного загрязнителя, разграничивающих состояние объекта или объектов на нормальное и ненормальное, благополучное и неблагополучное (В.А.Большаков и др,1991).
Различают несколько видов нормирования: санитарно-гигиеническое, экологическое и социальноэкономическое. В основе санитарно-гигиенического
вида нормирования представлены предельнодопустимые концентрации (ПДК) веществ и предельнодопустимый уровень воздействия (ПДУ). ПДК это такое количество вредных веществ в среде, которое практически не влияет на здоровье человека и благополучие его потомства.
Химические элементы, имеющие атомную массу более 50 единиц, относятся к тяжелым металлам (ТМ). К настоящему времени разработано значительное количество нормативов ПДК валовых форм ТМ в почве. Однако почва является сложной гетерогенной системой, и поэтому разработка единых ПДК становится практически невозможной.
По степени опасности влияния на живые организмы ТМ делят на 3 класса:
1 класс - особо токсичные - Аз, Сё, Ид, РЬ, Бе, 2п, Т1;
2 класс - токсичные - Со, N1, Мо, Си, БЬ, Сг;
3 класс - слаботоксичные - Ва, V, Ш, Мп, Бг.
Большинство химических элементов входят в состав минералов и являются минералообразующими. Процессы превращения минералов в почве самые разнообразные: выветривание, окисление, гидратация, растворение и др. В дальнейшем образуются вторичные минералы главным образом глинистые, которые определяют, минеральную часть почв.
Механизмы процессов трансформации ТМ в почвах весьма сложны и разнообразны. Однако в почвах формируется система термодинамически устойчивых в данных условиях соединений, которая в наибольшей
мере соответствует природному сбалансированному круговороту веществ. Устойчивость системы соединений химических элементов приобретена в процессе длительной эволюции почв путем последовательной смены этапов мобилизации, перемещения, аккумуляции, разрушения неустойчивых в данных условиях соединений и накопления наиболее стабильных из них.
По результатам многочисленных исследований, был представлен перечень предельно-допустимых концентраций ряда металлов в почвах с указанием лимитирующего показателя вредности, утвержденный Государственным комитетом санитарно-эпидемиоло-гического надзора РФ 19 ноября 1991 г. (№ 6229-91) (таблица 1).
В 1995 году по указанию Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, А. В. Кузнецовым, А. Н. Поляковым и др. разработаны «Методические указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства на содержание тяжелых металлов», где были показаны интервалы колебаний этих величин для суглинистых и глинистых почв (таблица 2).
Таблица 1 - Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических элементов в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (по состоянию на 01.01.1991. Госкомприрода СССР, № 02-
*- валовое содержание - ориентировочное.
**- противоречие; для мышьяка среднее фоновое содержание 6 мг/кг, фоновое содержание свинца обычно тоже превышает нормы ПДК.
Для того чтобы почве дать ту или иную экологотоксикологическую оценку необходимо иметь три параметра: гранулометрический состав почв, кислотность среды и валовое содержание тяжелого металла.
В дальнейшем рядом исследователей
Т.А.Девятовой, Ю.И.Дудкиным и др. (1996) было предложено, что при нормировании тяжелых металлов необходимо учитывать целый ряд других свойств почв, в частности буферную способность почв, выражая её через ёмкость катионного обмена.
В 1997 году В.Б.Ильин предложил буферную способность почв оценивать в баллах и исходя из этого по фоновому значению оценивать степень загрязнения почв.
1. При средней буферности (от 21 до 30 баллов) для легкосуглинистых почв предельно-допустимый
уровень накопления ТМ будет диапозон от 7 до 10 фоновых значений.
2. При повышенной буферности (от31 до 40 баллов) для суглинистых и глинистых почв богатых гумусом предельно-допустимый уровень накопления ТМ следует считать диапозон от 10 до 13 фоновых значений.
Исследования, проведенные в Тимском районе Курской области на черноземных почвах тяжелосуглинистого гранулометрического состава, показали, что среднее фоновое значение составило для свинца - 10, цинка -36, никеля - 22, меди - 14, кадмия - 0,06 мг/кг почвы. Предельно-допустимые концентрации при буферной способности равной 32 баллам должны составлять для свинца 100, цинка 360, никеля 220, меди 140, кадмия 0,6 мг/кг почвы.. Как видно из показателей только по свинцу и кадмию данные получены в пределах ПДК, по другим ТМ никелю, меди и цинку они выше показателей ПДК (таблица 2).
Исследования на данном этапе уже убедительно показали, что из-за множества почвенно-экологических факторов, влияющих на поведение ТМ, единых ПДК для различных регионов быть не может, поэтому существующие нормативы не отражают в достаточной степени экологического состояния почвы.
Наши исследования, проведенные на площади более 250 тыс. га на серых лесных и черноземных почвах Курской области показали, что содержание ТМ в почве отличаются не только на региональном, но и на локальном уровне. Встречаются отдельные микрозоны, где количество элемента выходит за пределы среднего содержания в регионе. Поэтому необходима методика установления нормированных содержаний ТМ для различных почв с учётом их физико-химических свойств.
Авторы В.Д. Муха, А. Ф. Сулима, Т. В. Карпинец, Левшаков Л.В. (патент на изобретение № 2084891 «Способ определения загрязнения почвы химическим элементом», 1997) предложили новый способ оценки загрязнения почв тяжелыми металлами. Он включает определение фонового, валового содержания тяжелых металлов индивидуально для каждого контролируемого участка на основе их содержания в почвообразующей породе и нормативных значений коэффициентов аккумуляции-рассеяния.
Основной причиной значительных локальных изменений в валовом содержании тяжелых металлов, кроме возможного антропогенного загрязнения, является изменение их содержания в почвообразующей породе. Именно она определяет минералогический состав почвы и количественный состав тяжелых металлов в том числе. Для того чтобы избежать ошибок в оценке загрязнения, целесообразно оценивать фоновое содержание тяжелого металла индивидуально для почвы каждого контролируемого участка. При этом возникает необходимость в количественном разделении воздействия естественных и антропогенных факторов на почву и прежде всего ее пахотный слой, так как загрязнение тяжелыми металлами затрагивает в основном именно его.
2333 от 10.12.90).
Наименование элемента ПДК, мг/кг с учетом фона Показатели вредности
транслока- ционный водный общесани- тарный
Сурьма 4,5 4,5 4,5 50
Марганец 1500,0 3500,0 1500,0 1500,0
Ванадий 150,0 170,0 350,0 150,0
Свинец ** 30,0 35,0 260,0 30,0
Мышьяк ** 2,0 2,0 15,0 10,0
Ртуть 2,1 2,1 33,3 5,0
Сви- нец+ртуть 20+1 20+1 30+2 30+2
Медь* 55,0 - - -
Никель* 85,0 - - -
Цинк* 100,0 - - -
Таблица 2 - _ Предельно - допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах
Группы почв ПДК с учетом фона для элементов
N1 Си 2п Аз да РЬ
Кислые (суглинистые и глинистые) рН< 5,5 40 20-40 66 33-65 110 65- 110 5 2,5-5 1,0 0,5- 1,0 65 32-65
Близкие к нейтральным (суглинистые и глинистые) рН > 5,5 80 40-80 132 66- 132 220 110- 220 10 5-10 2,0 1,0- 2,0 130 65- 130
Другим природным фактором, определяющим содержание тяжелых металлов в пахотном горизонте, имеющим, однако, меньшее значение и играющим подчиненную роль по отношению к почвообразующей породе, является само почвообразование. Оно приводит к перераспределению металлов по почвенному профилю, их биогенной аккумуляции в гумусовых горизонтах или, наоборот, рассеянию за счет элювиальноиллювиальных процессах в почвах, затрагивающих мелкодисперсную фракцию, обогащенную тяжелыми металлами. В качестве количественной характеристики почвообразования с точки зрения перераспределения тяжелых металлов по почвенному профилю можно использовать их коэффициенты аккумуляции-рассеяния относительно почвообразующей породы.
Прогноз естественного валового содержания тяжелых металлов в пахотном горизонте (СПГ) в этом случае осуществляется по формуле:
СПГ = КАР х СПП, где КАР - коэффициент аккумуляции-рассеяния для конкретного тяжелого металла; СПП - содержание этого тяжелого металла в почвообразующей породе, мг/кг.
Т аким образом, для большинства тяжелых металлов (Си, Zn, Со, РЬ), благодаря отсутствию значительных колебаний в их содержании по профилю и наличию корреляционных связей (95-99 %) с коэффициентом аккумуляции-рассеяния, возможно нормирование содержания ТМ в пахотном горизонте почвы каждого контролируемого участка.
В заключение следует отметить, что в настоящее время территории земель, подверженных антропогенному воздействию стремительно увеличиваются и поэтому решение проблемы нормирования ТМ требует значительных усилий исследователей, работающих в данной области науки.
Список использованных источников
1 Агроэкология / В.А.Черников, Р.М. Алексахин,
A.В.Г олубев и др. - М.: Колос, 2000. - 536 с.
2 Большаков, В.А. Нормирование загрязняющих веществ в почве / В.А. Большаков, Т.И.Борисочнина, Н.М. Краснова //Химизация сельского хозяйства.- 1991.- № 9.-С. 10-14.
3 Ильин, В.Б. Буферные свойства почвы и допустимый уровень ее загрязнения тяжелыми металлами / В.Б. Ильин // Агрохимия.- 1997.- № 11.- С. 73-92.
4 Муха В. Д., Сулима А. Ф., Карпинец Т. В. Левшаков Л.
B. Способ определения загрязнения почвы химическим элементом. Патент на изобретение №2084891 от 20 июля 1997 года.
5 Экологическое нормирование содержания тяжелых металлов в черноземах / Т.А.Девятова, Ю.И.Дудкин, Н.В. Стороженко, О.А. Филимонова // Тез. Междунар. симп. «Тяжелые металлы в окружающей среде».- Пущино, 1996.- С.109 - 110.
Информация об авторе
Левшаков Леонид Васильевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент декан агротехнологического факультета ФГОУ ВПО «Курская ГСХА», E-mail: leo-
levshakov@vandex. ru
