Нормировние качества почвы промышленных территорий

УДК 504.53

НОРМИРОВНИЕ КАЧЕСТВА ПОЧВЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Читинский государственный университет, г. Чита, Россия

Развитие человеческого общества никогда не было бесконфликтным и непроти-воречивым процессом. Одним из противоречий, имеющим в последнее время затяжной характер, стало противоречие между развитием цивилизации и природной средой, в кото-рой оно происходит. Реальная жизнь, научно-технический прогресс не только способ-ствуют повышению уровня развития жизни человечества, но и обусловливают некоторые неприятности, связанные с ухудшением качества среды обитания.

Вся природа Земли, связанная с жизнедеятельностью человека и прочих биоло-гических организмов, объединена в биосферу. Все, что потребляют люди и живые суще-ства, они берут из биосферы. Сообщества живых организмов, обитающих на Земле, вклю-чая растения, животных и микроорганизмы, образуют с окружающей средой некое един-ство, то есть систему, в пределах которой осуществляется процесс трансформации энер-гии и вещества. Такого рода совокупность в биосфере организмов и неорганических ком-понентов, где осуществляется круговорот веществ, называют экосистемой. Экосистема является элементарной функциональной единицей биосферы.

Одно из центральных мест при формировании экологической ситуации в экосис-темах занимают почвы. В настоящее время многие исследователи обращают внимание на пути взаимодействия почвенной среды и связанных с ней составляющих биоценоза – низшей и высшей растительностью, животным миром, поверхностными и подземными водами, атмосферным воздухом. Одна из важных функций почв заключается в обеспе-чении постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. По отношению к окружающей среде и человеку почва выполняет еще одну функцию – протекторную. Обладая способностью поглощать и удерживать в себе различные загрязняющие вещества, связывая их химическим или физическим путем, почва, тем самым, служит своеобразным фильтром, предотвращающим поступление этих соединений в природные воды, растения и далее по пищевым цепям в организмы животных и человека. Однако возможности почвы в этом отношении не безграничны, а уровень техногенного влияния все возрастает, поэтому все чаще наблюдаются случаи опасного загрязнения почв и отравления людей.

Биосфера в целом и ее отдельные структурные элементы (экосистемы, природно-хозяйственные комплексы) испытывают естественные и антропогенные воздействия. Антропогенные воздействия на окружающую среду подлежат ограничению и нормиро-ванию. Необходимость этого ограничения и нормирования обусловлена тем, что чрез-мерное вмешательство человека в биосферные системы нарушает их сбалансирован-ность и внутренние связи. Экологически допустимые нагрузки не должны нарушать механизмы компенсации и саморегуляции естественных процессов, протекающих в природной среде экосистем. Их негативное воздействие не должно выходить за рамки экологического резерва. Чрезмерная антропогенная нагрузка на природную среду, к сожалению, не всегда может быть определена.

Необходимо отметить недостаточно хорошо разработанную систему нормативов в области охраны почвенной среды как связующего компонента экосистемы. Особого вни-мания заслуживает проблема оценки качества почв промышленно-загрязненных тер-риторий.

В основу имеющихся сейчас разработок ПДК положены сведения о валовом содер-жании тяжелых металлов в почве. В системе Тейтона за предельно допустимую концен-трацию принят верхний предел содержания тяжелых металлов, обнаруженный в норма-льной почве. Позднее была предложена система Клоке. В ней за основу взяты обычные содержания тяжелых металлов в почве и для некоторых из них, например, для мышьяка, молибдена, никеля за ПДК принят верхний предел. Для большинства тяжелых металлов допускаются ПДК, превосходящие верхнюю норму в несколько раз. Предполагается, что такие значения ПДК позволят получать гигиенически чистую растительную продукцию. Недостатком данных систем является большая разница между нижними и верхними значениями содержания тяжелых металлов в нормальных почвах.

В большинстве случаев, оценивая качество почвы, исходят из ориентировочно допу-стимых концентраций (ОДК) того или иного компонента. Вторым возможным вариантом может быть сравнение фактических концентраций с кларковыми значениями. Широкое распространение в настоящее время получает сравнение фактического содержания тяже-лых металлов в почвах с кларковыми значениями. Некоторые авторы допускают уве-личение содержания тяжелых металлов в почве, до уровня двух кларков, что сможет обеспечивать, по их мнению, сохранение почвы в группе незагрязненных почв. Однако ориентация на кларки, представляющие собой средние содержания тяжелых металлов в породах (почвах) мира или крупного региона, малоперспективна, поскольку в данном случае исчезают локальные особенности химического состава объектов исследования. Более точную оценку, как предполагают другие исследователи, позволит дать сравнение с фоновыми значениями, установленными для определенного типа почвы с учетом его генетических особенностей, условий и факторов почвообразования. Поэтому они пред-лагают удвоение местных фоновых содержаний тяжелых металлов в почве и устано-вление в качестве значений ПДК. В этом случае удвоенный фон у многих тяжелых метал-лов окажется в пределах естественных значений их валового содержания. При таком жестком контроле предполагается сохранение естественных свойств почвы и ее пло-дородия.

В России более применимыми в настоящее время являются значения ориенти-ровочно допустимых концентраций (ОДК), утвержденные постановлением Госкомсан-эпиднадзора России от 01.01.01 года. Предлагаемые пороговые значения разли-чаются в зависимости от таких характеристик почв, как механический состав, грануло-метрический состав, рН. Нормы разработаны и применяются, главным образом, для оценки качества сельскохозяйственных земель. И хотя использование их для оценки ка-чества промышленных территорий нецелесообразно, применяются именно они, поско-льку других надежных данных для большого спектра элементов пока не существует.

В июне 2003 года было проведено опробование отвалов, образованных в результате добычи угля на предмет содержания в них тяжелых металлов. Опробование проводилось на территории трех крупных разрезов Читинской области: «Восточный», «Тигнинский», «Харанорский». Точки отбора проб выбирались в зависимости от «розы ветров», харак-терной для каждого из районов, с учетом преобладающего среднегодового направления ветра.

Сравнение полученных данных с данными существующих на настоящий момент систем нормирования качества почвы показало отсутствие ненормируемого содержания тяжелых металлов в исследуемом почвенном покрове (см. таблицу).

Определенной системы нормирования для оценки промышленно загрязненных территорий, действующей на территории России, встречено не было. Большое распро-странение получает система, основанная на сравнении с фоновыми или удвоенными фоновыми значениями концентраций элементов в почвах и породах отдельно взятого региона. Такой метод позволяет учесть местный геохимический фон. Так, например, в исследуемом случае полученные фактические данные по содержанию никеля в окре-стностях угольного разреза «Харанорский» оказались выше нормативных значений ОДК. Сравнение с фоновой концентрацией никеля в каштановых почвах, подверженных воздействию предприятия, показало отсутствие какого-либо загрязнения (см. таблицу). Объясняется это тем, что повышенное содержание никеля характерно для почв рассмат-риваемого типа. Сложность использования такой системы заключается в недостаточной изученности почвенного покрова регионов и, как следствие, отсутствии данных о фоно-вых концентрациях по определенным элементам. Кроме того, при нормировании ка-чества промышленных территорий возникает необходимость учета не только валовых (общих) концентраций какого-либо элемента в почве, но и подвижных форм элементов, так как именно подвижные формы участвуют в дальнейшем продвижении по трофическим цепям и показывают таким образом, вовлеченными в биологический круговорот. К сожалению, норма-тивные данные о подвижных формах тяжелых металлов разработаны для ограниченного их числа. Для большинства элементов эти данные отсутствуют.

Проведенный анализ различных систем нормирования, в том числе и зарубежных, показал отсутствие строгой дифференциации почв по различным видам пользования. А именно этот фактор определяет выбор тех или иных нормативных значений при оценке уровня загрязнения почв. К примеру, почвы сельскохозяйственного пользования, занятые под выращивание культурных растений, нуждаются в более строгом подходе при оценке степени их загрязненности.

Более детальной в этом плане является система нормирования зарубежных стран. Согласно этой системе, качество обследованных территорий соответствует требуемым нормам для 1-й категории площадок. Преимущество такой системы состоит в том, что она позволяет разделять почвы в зависимости от вида использования на ряд категорий (1, 2, 3), из которых приоритет отдается категории 1, куда отнесены территории, обладающие «различными функциями». (СП ). Недостаток выражается в неточности названий категорий, что приводит к некоторым противоречиям. Противо-речие заключается в определении территорий с «различными функциями», поскольку к ним можно отнести и детские площадки (2-я категория), и спортивные площадки (2-я категория), и площади складского пользования (3-я категория), и сельскохозяйственные площади (2-3-я категория), а также сочетание названных категорий площадок в рамках одной территории. При таком подходе необходимость разделения территорий по кате-гориям отпадает. Кроме того, сомнение вызывает отнесение сельскохозяйственных пло-щадей к 3-й и 2-й категориям. Более целесообразным было бы их отнесение к 1-й категории, так как эти земли являются более требовательными к содержанию в них различного рода загрязняющих веществ.

Сравнение фактических концентраций тяжелых металлов в почвах прилегающих территорий разрезов «Восточный», «Харанорский», «Тигнинский» с данными некоторых систем нормирования качества почвы

Элемент	Cu	Zn	Cd	Co	Pb	Ni	Mn
Фактическое содержание, мг/кг Восточный Тигнинский Харанорский	4,89 3,97 11,31	19,4 13,9 25,6	0,02 0,04 0,06	4,05 3,31 10,03	5,53 3,12 13,17	6,07 3,59 22,32	226,4 176,6 255,7
ОДК, мг/кг	33	55	0,5	-	32	20	1500
По Тейтону, мг/кг	100	300	5	50	100	100	-
По Клоке, мг/кг	100	300	3	50	100	50	-
Европейский стандарт, мг/кг Нормальное Допустимое	5–20 100	- -	0,1-1,0 5	1-10 50	0,1–2 100	10–50 50	- -
Фоновое значение, мг/кг «Восточный» «Тигнинский» «Харанорский»	3,7 8,0 17	26 36 44	- - -	3,1 4,6 6,2	- - -	- - 22,5	300 575 920
Удвоенное фоновое зна-чение, мг/кг «Восточный» «Тигнинский» «Харанорский»	7,4 16 34	54 72 88	- - -	6,2 9,2 12,4	- - -	- - 45	600 1150 1840
Зарубежный стандарт (СП ) 1-я категория площадок, мг/кг	50	150	1	-	100	40	-
Бельгия (СП ), мг/кг	36	140	0,8	20	85	35	-
Германия (СП ), мг/кг	200	500	2	100	100	200	-

в статье «Загрязнение биосферы чуждыми химическими соединениями» приводит данные, принятые в Западной Европе для оценки оптимального и терпимого содержания в почвах элементов, понижающих плодородие почв. Учитывая данную классификацию загрязнения почв, можно сказать, что содержание металлов в почвах исследуемых территорий находится в пределах нормы (см. таблицу). Исключение составляет содержание свинца, его содержание по данным трех контрольных образцов находится за пределами нормального значения (0,1…2), но не превышает допустимого (100 мг/кг). Если на разрезах «Восточный» и «Тигнинский» содержание металлов близко к мини-мальному порогу, то для Харанорского месторождения характерно приближение значений к максимальным. Так, например, нормальное содержание кобальта составляет 1…10 мг/кг, для Харанорского месторождения оно составляет 10,03. Таким образом, можно считать содержание микроэлементов (тяжелых металлов) в отходах Харанорского угольного разреза потенциально высоким. Вероятно, это объясняется масштабами пред-приятия и его производственной мощностью.

Таким образом, сравнивая имеющиеся системы нормирования содержания тяжелых металлов в почвах, более строгой можно считать значения ОДК, принятые ГН 2.1.7.020-94 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Ориентировочно допустимые концентрации ОДК тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, мг/кг)» и значения, принятые из расчета удвоенной фоновой концентрации того или иного элемента в почве.

В настоящее время исследователи-почвоведы приходят к выводу о необходимой разработке почвенно-экологического подхода при оценке качества почвы. Для этого необходимо изучать генетические особенности почв каждого отдельно взятого региона или какой-либо малой территории (промышленный район) таких показателей, как кислотность почвенной среды, механический состав (супесь, песок, суглинок), тип почв и условия их формирования, поскольку именно эти показатели являются основными при определении состояния почвенной среды как основы для существования и формирования элементов биосферы, связанных с ней.

При реализации такого подхода приоритетной становится система нормирования, исходящая из фоновых значений. Чаще всего применяются удвоенные фоновые значения того или иного элемента. Преимущество такой системы состоит в том, что она позволит учесть генетические особенности почв каждого региона, так как концентрация элементов в почве зависит от их концентрации в материнской породе, а содержание элементов в материнской породе, в свою очередь, зависит от геологических условий формирования отдельной местности. Недостатком при сравнении с фоновыми значениями является недостаточная изученность почв отдельных регионов и их свойств и, как следствие, отсутствие данных по некоторым элементам. Кроме этого, ОДК не разработаны для всех элементов (в исследуемом случае это кобальт), поэтому наличие данных о фоновых значениях позволит оценить степень загрязнения исследуемого почвенного покрова. Для более полной оценки качества почвенной среды необходимо учитывать физико-хими-ческие, механические, химические особенности почв, подверженных влиянию техно-генеза, условия их образования и особенности использования. Также необходимо учесть тот факт, что токсичность многих элементов зависит не только от их концентрации, но и от формы их нахождения в среде.