Закономерности устойчивости почв к деградации под влиянием сельскохозяйственного использования (стр. 30 из 37)
Различают четыре разновидности ПДКп, в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды: ТВ – транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему растений в зеленую массу и плоды; МА – миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу; МВ – миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные грунтовые воды и водные источники; ОС – общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и микробиоценоз.
В случае применения новых химических соединений, для которых отсутствует ПДКп, рассчитывают временные допустимые концентрации: ВДКп = 1,23 – 0,48 ПДКпр, где ПДКпр – предельно допустимые концентрации для продуктов питания (овощных и плодовых культур), в мг/кг.
Использование для оценки загрязнения почв тяжелыми металлами суммарного
показателя загрязнения
Оценку экологической опасности, возникающей вследствие устойчивых техногенных нагрузок, проводят двумя способами.
1. С помощью педогеохимической индикации степени загрязнения почв тяжелыми металлами (Глазовская М.А., 1981). При этом, рассчитывают коэффициенты концентрации К(к) загрязнителей по формуле: К(к) = Сi/Cф, где Сi – концентрация химического элемента в загрязненной пробе, мг/кг; а Сф – фоновое содержание этого элемента, мг/кг. Чаще Сi и Сф берут для валового содержания элементов. Для загрязняющих веществ неприродного происхождения коэффициент концентрации определяют, как частное от деления массовой доли загрязняющего вещества и его предельно допустимой концентрации. Коэффициент К(к) отражает интенсивность загрязнения. При К(к) > 1 < 2 уровень загрязнения минимальный, при К(к) – 2-4 – слабый, 4-8 – средний, 8-16 – сильный, 16-32 – очень сильный, > 32 – максимальный.
2. Для оценки полиэлементных аномалий в ландшафтах используют суммарный показатель загрязнения (Z):
= å K(k) – (n – 1), где К(к) – коэффициенты концентрации ТМ > 1; n – число химических элементов с К(к) > 1. Параметр суммарной концентрации Zc отражает совокупную техногенную нагрузку на конкретный ландшафт, обусловленную влиянием всех элементов с аномально высокими концентрациями. Для них Zc > 100-120. Уровни загрязнений почв по величинам суммарного показателя концентраций соответствует таким градациям: Zc < 8 – уровень минимальный, 8-16 – слабый, 16-32 – средний, 32-64 – сильный, 64-128 – очень сильный, больше 128 – максимальный. Ниже приведена шкала опасности загрязнения почв по показателю Zc.Таблица 21
Ориентировочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному
показателю загрязнения (Zc)
Категория загрязнения: Величина : Изменение показателей здоровья населения
почв : Zc :
допустимая менее 16 наиболее низкий уровень заболеваемости детей и ми-
нимальная частота встречаемости функциональных
отклонений
умеренно опасная 16-32 увеличение общей заболеваемости
опасная 32-128 увеличение общей заболеваемости, числа часто бо-
леющих детей хроническими заболеваниями, нару-
шениями функционального состояния сердечно-со-
судистой системы
чрезвычайно опасная более 128 увеличение заболеваемости детского населения,
нарушение репродуктивной функции жизни
При одновременном присутствии нескольких вредных веществ однонаправленного действия их совместная допустимая концентрация определяется следующим выражением:
/ПДКi < 1, где Сi– концентрация i-го вещества в жизненном пространстве, ПДКi – предельно допустимая концентрация вещества в жизненном пространстве, n – число веществ.С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 + … Сп /ПДКп< 1. Предельно допустимый выброс (ПДВ) в атмосферу – С £ ПДК – Сф. Уровень воздействия токсикантов на систему определяет риск их воздействия. Риск – R = (NЧС / NO) £ RДОП, где R – риск, NЧС – число чрезвычайных событий в году; NO – общее число событий в году, RДОП – допустимый риск. Неприемлемый риск – вероятность негативного воздействия > 10-3; приемлемый - < 10-6 («Безопасность жизнедеятельности», 1999).
Для растений и почв допустимые уровни Zc отличаются. Касатиковым В.А. (1989) выявлены следующие градации степени загрязнения растений: слабое – Zc < 3 ед.; среднее – 3-10; сильное – Zc > 10 ед. Суммарный показатель загрязнения рассчитывается для элементов с повышенным уровнем транслокации в растения – Cd, Zn, Ni, Cr, Pb, Mo, Ag.
Очевидно, что отдельные токсиканты могут как увеличивать, так и ослаблять действие друг друга на изучаемый объект. В большинстве случаев, в реальных условиях эффективность действия смеси веществ несколько меньше. Чем сумма эффектов всех веществ и несколько больше, чем эффект каждого вещества. Однако, для почв и биологических объектов достаточно часто проявляется не только аддитивные эффекты взаимодействия токсикантов, но также эффекты синергизма, антагонизма, эффект сенсибилизации, независимого действия.
Аддитивное действие – это суммарный эффект смеси, равный сумме эффектов действующих компонентов. При потенцированном действии (синергизме) компоненты смеси действуют так, что одно вещество усиливает действие другого. Антагонистическое действие – эффект комбинированного действия меньше ожидаемого. Одно вещество ослабляет действие другого. При независимом действии комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого яда в отдельности. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. Сенсибилизация – это состояние организма, при котором повторное воздействие вызывает больший эффект, чем предыдущее. К веществам, вызывающим сенсибилизацию относятся бериллий и его соединения, карбонилы никеля, железа. Кобальта, соединения ванадия и т.д.
Отдельные токсичные вещества модифицируют мутагенный и канцерогенный эффекты основных загрязнителей окружающей среды посредством влияния на их метаболизм. Проницаемость для них мембран и т.д. К числу таких антропогенных факторов следует отнести насыщенность почв агрохимикатами, радиационный фон, атмосферную и магнитную загрязненность, шум, наличие тяжелых металлов, излучения промышленного происхождения. Их сочетание и в пределах допустимых уровней может привести к негативному эффекту в результате совместного воздействия. Отсюда очевидна необходимость дифференциального подхода при определении ПДК в регионах, существенно отличающихся антропогенной нагрузкой.
Буферность почв по отношению к тяжелым металлам
Буферность почв по отношению к тяжелым металлам может быть оценена по увеличению их содержания и подвижности в наиболее корнеобитаемом слое на единицу поступающего извне токсиканта. В данном случае учитываются реально протекающие процессы элюирования, миграции и аккумуляции токсикантов растительностью. С физико-химической точки зрения, буферность зависит от сорбционной емкости почв по отношению к определенным видам и формам соединений тяжелых металлов. Указанные параметры, в значительной степени, зависят от гранулометрического и минералогического состава почв, их рН и Eh, комплексообразующей способности органического вещества. При этом, рН, Eh, константы ионного обмена при поглощении тяжелых металлов почвой, константы нестойкости образующихся комплексов, произведения растворимости образующихся осадков определяют возможность закрепления тяжелых металлов в почвах и трансформацию их соединений. Количество в почве функциональных групп, ответственных за отдельные типы сорбции, определяет количество закрепляемых в почве тяжелых металлов.
В основном, устойчивость почв к загрязнению их тяжелыми металлами увеличивается при наличии в почве карбонатов, сульфатов, образующих с тяжелыми металлами осадки; при утяжелении гранулометрического состава почв, увеличении степени гумусированности, емкости поглощения, при увеличении прочности связи тяжелых металлов в образующихся комплексах, осадках, при поглощении в ППК, при промывном типе водного режима. Устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами уменьшается при развитии анаэробиозиса, при деградации растительного покрова, в депрессиях, на вогнутых склонах, при развитии эрозии, при подкислении среды.
Предельно допустимые концентрации и уровни воздействия
Нормирование химического загрязнения почв осуществляется по предельно допустимым концентрациям (ПДКп). Это концентрация химического вещества в мг в пахотном слое почвы (кг), которая не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы. Проблеме нормирования посвящены многочисленные работы Глазовской М.А., Важенина И.Г., Зырина Н.Г., Обухова А.И., Пинского Д.Л., Большакова В.А. и др.
Предельно допустимые концентрации токсикантов разработаны для почв, растений, вод (различного характера использования), воздушной среды. Как правило, выделяются ПДК для валовых форм элементов в почве, для подвижных соединений некоторых элементов, для содержания токсикантов в водах. В то же время ПДК, очевидно, будут отличаться для отдельных почв, свойств почв, видов и сортов растений, отдельных процессов метаболизма. Различаются четыре разновидности ПДК в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды: ТВ – транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в корневую систему, зеленую массу и плоды растений; МА – миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу; МВ – миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные грунтовые воды и водные источники; ОС – общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и микробоценоза. Величины предельно допустимых концентраций токсикантов для почв приведены в следующей таблице.