НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В

ПОЧВЕ

Ключевым вопросом нормирования антропогенной нагрузки на почву является оценка их загрязненности. По величине зон и уровню загрязнения выделяют фоновое, локальное, региональное и глобальное загрязнение почвы. Фоновым считается такое содержание загрязняющих веществ в почве, которое отвечает или является близким к природному химическому составу почвы. Локальным считается загрязнение почвы вблизи одного или совокупности нескольких источников загрязнения. Региональным является такое загрязнение, которое возникает вследствие переноса загрязняющих веществ на расстояние не более 40км от техногенных и не более 10км от сельскохозяйственных источников загрязнения. Глобальным называется такое загрязнение, которое возникает вследствие дальнего переноса загрязняющих веществ на расстояние свыше 1000км от каких-либо источников загрязнения.

Нормирование загрязняющих веществ в почве имеет три направления: во-первых, нормирование содержания ядохимикатов в пахотном (корнеобитаемом) слое почвы сельскохозяйственных угодий; во-вторых, нормирование накопления токсичных веществ на территории предприятия; в третьих, – нормирование загрязненности почвы в жилых районах, преимущественно в местах временного хранения бытовых отходов.

В пахотном слое почвы вредные вещества нормируются по двум показателям: предельно допустимым (ПДК_п) и временно допустимыми концентрациями (ВДК_п). Для установления ПДК_п используют данные о фоновых концентрациях исследуемых веществ, их физико-химических свойствах, параметрах стойкости, токсичности. При этом экспериментально устанавливают:

– допустимую концентрацию вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит некоторых допустимых остаточных количеств (ДОК), иначе называемых ПДК в продуктах питания (ПДК_пр);

– допустимую (для летучих веществ) концентрацию, при которой поступление вещества в воздух не превысит установленных ПДК для атмосферного воздуха (ПДК_а.в.);

– допустимую концентрацию, при которой поступление вещества в грунтовые воды не превысит ПДК для водных объектов;

– допустимую концентрацию, не влияющую на микроорганизм и процессы самоочищения почвы.

Наиболее жесткие из ряда названных показателей принимаются в качестве ПДК_п, причем сравнение идет по одноименным показателям вредности, т.е. по сходному действию разных веществ.

Таким путем нормируется содержание в почве пестицидов (веществ, применяемых для уничтожения вредителей, возбудителей болезней, сорняков) и ряда химических элементов – преимущественно тяжелых металлов, галогенов (например, хлора), а также микроэлементов. Причем содержание примесей нормируется в зависимости от вида пищевых продуктов, выращиваемых на данной почве или в данном хозяйстве (мясных, молочных, рыбных, растительных).

По степени загрязненности почвы подразделяются на сильно загрязненные, средне загрязненные и слабо загрязненные. В сильно загрязненных почвах содержание загрязнителей в несколько раз превышает ПДК. Такие почвы характеризуются низкой биологической продуктивностью и существенными изменениями их физико-химических, химических и биологических характеристик. При выращивании сельскохозяйственной продукции на таких почвах в растениях наблюдается превышение нормы токсичных веществ. Для средне загрязненных почв характерно незначительное превышение ПДК загрязняющих веществ, которое не приводит к заметному изменению их свойств. В слабо загрязненных почвах содержание вредных веществ не превышает ПДК, но превышает фоновую концентрацию.

Для оценки степени загрязнения почвы используют следующие характеристики:

1. Коэффициент концентрации загрязнения почвы

К_с= или К_с= (6.1)

где С – общее содержание загрязняющего вещества, мг/кг;

С_ф – среднее фоновое содержание загрязняющего вещества, мг/кг;

С_пдк–предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/кг.

2. Интегральный показатель поэлементного загрязнения почвы

(6.2)

где С_j – cумма контрольных загрязняющих веществ;

С_фj – сумма фонового содержания загрязняющих веществ.

3. Коэффициент обратной реакции почв на динамику загрязнения

(6.3)

где А, А_ф – параметры, которые контролируются в загрязненной и фоновой пробах.

Принципы нормирования ПДК вредных веществ в почве значительно отличаются от принципов, положенных в основу нормирования их для водоемов, атмосферного воздуха и пищевых продуктов. Разница обусловлена тем, что прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико и ограничено случаями прямого контакта с ней (ручная обработка земли, почвенная пыль, игра детей в песочницах и т.п.). Химические вещества, попавшие в почву, могут поступать 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. Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но главным образом последствия загрязнения контактирующих с почвой сред. При этом имеются в виду такие факторы, как тип почвы, механический состав, морфология, микробиоценоз, рН, температура, влажность и т.п. Обоснована также необходимость нормирования таких стабильных химических веществ, как соли тяжелых металлов (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк) и микроэлементов (цинк, молибден, медь, бор, ванадий), применяемых как микроудобрения в сельском хозяйстве.

Загрязнение почв, как и других природных сред, является комбинированным (множественным), поэтому при химическом контроле загрязнения возникает необходимость выделить приоритетные загрязняющие вещества, подлежащие контролю в первую очередь. При определении приоритетных загрязняющих веществ учитывают классы их опасности.

ПДК разрабатывают главным образом на основе принципов гигиенического нормирования химических веществ. Для почвы эти принципы заключаются в установлении таких концентраций в контактирующих с почвой средах (растениях, воде, воздухе), которые не представляют опасности для здоровья людей и не влияют отрицательно на общесанитарные показатели почвы. При этом используют следующие показатели.

1. Общесанитарный показатель вредности. Для почвы характеризуетвлияние вещества на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз в количествах, не изменяющих указанные процессы.

2. Транслокационный показатель вредности. Характеризует способность вещества переходит 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.

3. Миграционный воздушный показатель вредности. Характеризует способность вещества переходить из пахотного слоя почвы в атмосферный воздух и поверхностные водоисточники в количестве, при миграции которого не происходит превышение величины ПДК для атмосферного воздуха.

Систему контроля загрязненности почв на основе гигиенической регламентации нельзя признать совершенной. Встречаются большие трудности в интерпретации и объективной оценке загрязненности комплексом токсичных или других веществ, для которых не разработаны нормативы. В этих случаях уровень химического загрязнения сравнивают с фоновым значением.

Вопрос установления ПДК загрязняющих веществ в почвах весьма сложен. С одной стороны, почвенный покров – среда, гораздо менее подвижная, чем поверхностные воды и атмосфера, и аккумуляция поступающих в почву химических соединений может происходить в течение долгого времени, постепенно приближаясь к ПДК. Поэтому основным фактором определения ПДВ для какого-либо предприятия или группы предприятий должно быть предполагаемое время работы, в течение которого в почве прилегающих территорий накопится количество выбрасываемого загрязняющего вещества, достигающее ПДК. С другой стороны, активная микробиологическая жизнь почвы и протекающие в ней физико-химические процессы способствуют трансформации посторонних веществ, поступающих в почву, причем направление и глубина этого процесса определяются многими факторами. В ряде случаев разрушение загрязняющих веществ и их миграция столь незначительны, что ими можно пренебречь. В других случаях результаты протекания процессов деградации и миграции химических соединений в почве сопоставимы с темпами их поступления, и предел их накопления в почве обусловливается равновесием между процессом поступления загрязняющих веществ и их удалением в результате разрушения или миграции.

Таким образом, ПДК загрязняющих веществ в почвах определяются не только их химической природой и токсичностью, но и особенностями самих почв.

Почва обладает некоторыми свойствами, отсутствующими у воздушной и водной сред. Частицы почвы образуют «мелкоячеистый фильтр», который весьма эффективно задерживает твердые взвеси их вод, просачивающихся в почву. В то же время поры почвы служат копилкой питательных веществ. Всю систему «цементируют» частицы глины и гумуса, которые адсорбируют целый ряд веществ. Таким образом, почвы в течение ряда лет или десятилетий могут удерживать вредные вещества, не давая последним возможности перейти в грунтовые воды. По исчерпании адсорбционной емкости наступает проскок – внешне неожиданное загрязнение грунтовых вод даже без поступления вредных веществ. В то же время почвы обладают значительной способностью к регенерации. Многие обитатели почвы служат источником ферментов, в присутствии которых вредные вещества расщепляются быстрее, чем в воде или на воздухе.

Согласно Госстандарту, ПДК в почве – это максимальная массовая доля загрязняющего почву вещества, которая не вызывают прямого или косвенного влияния, включая отдаленные последствия, на окружающую среду и здоровье человека.

ПДК пестицидов представляет собой максимальное содержание остатков пестицидов, при котором они мигрируют в сопредельные среды в количествах, не превышающих гигиенических нормативов, а также не влияют отрицательно на биологическую активность самой почвы.

Помимо ПДК в нормировании воздействий используют временный норматив – ВДК_п (иногда называемый ОДК – ориентировочно допустимое количество), который получают расчетным путем. ВДК_п пересматривают каждые 3 года или заменяют на ПДК.

ПДК и ВДК химических веществ для почвы разработаны и утверждены примерно для 130 веществ.

Расчет ВДК_п проводится в настоящее время лишь для пестицидов. ВДК_п устанавливаются для тех препаратов, которые находятся на стадии государственных производственных испытаний, а также для пестицидов, допущенных к опытно-производственному применению, когда ПДК_п для них еще не обоснованы или экспериментальное обоснование их нецелесообразно (ограниченный объем применения, малая – менее 2-х месяцев – стойкость в почве и др.). Обязательным условием утверждения ВДК_п является наличие метода химического контроля остаточных количеств пестицидов в почве.

Расчет ВДК_п проводится на основе ПДК соответствующего пестицида в овощах или плодовых культурах по следующему уравнению:

ВДК_п=1,23+0,48^.lgПДК_пр (6.4)

Если для овощных и плодовых культур установлено несколько нормативов, то в расчет берется минимальное значение. Уравнение (6.4) позволяет рассчитывать ВДК_п при величине ПДК_пр или чувствительности метода определения, начиная от 0,003 мг/кг.

Если после установления ПДК_пр препарата в пищевых продуктах были выявлены отдельные эффекты его действия (эмбриотоксичность, мутагенность, канцерогенность), необходимо вводить в расчет коэффициент запаса, в котором учитывается степень выраженности отдельных эффектов и данные о фактическом загрязнении почв остаточными количествами препарата.

Наиболее важной в современных условиях сельскохозяйственного производства является оценка пестицидного загрязнения почв.

Пестициды включают обширную группу химических веществ различных классов и химической природы. Ежегодно в мире применяется более 1 млн т одних только гербицидов, включающих 900 наименований; почти 90% этих веществ, в конечном счете, попадает в почву.

Применение пестицидов, наряду с положительным результатом, дает ряд негативных последствий. Многие пестициды обладают кумулятивным эффектом, т.е. накапливаются в почве и в растениях, в результате чего происходит отравление людей и животных. Полагают, что свои прямые эффекты пестициды проявляют лишь в течение 1-2% времени их нахождения в окружающей среде, тогда как 98% времени они вызывают негативные эффекты вследствие загрязнения.

Проявление токсических эффектов пестицидов в почве и процессы накопления зависят от ряда фактов: объемов и сроков внесения, свойств пестицида, сорбции, механического состава и структуры почвы, наличия органического вещества, рН, влажности и др.

Ассортимент пестицидов огромен, и установление нормативов ПДК для всех их наименований требует больших финансовых затрат и времени. Так, разработка ПДК для одного пестицида может продолжаться 3…5 лет, а затраты на оценку токсичности составляют более 350 тыс долларов.

Нормативы ПДК вредных веществ в почве приведены в приложении 3.