нормировние качества почвы промышленных территорий

УДК 504.53
НОРМИРОВНИЕ КАЧЕСТВА ПОЧВЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
А.С. Федотова
Читинский государственный университет, г. Чита, Россия
Развитие человеческого общества никогда не было бесконфликтным и непротиворечивым процессом. Одним из противоречий, имеющим в последнее время затяжной
характер, стало противоречие между развитием цивилизации и природной средой, в которой оно происходит. Реальная жизнь, научно-технический прогресс не только способствуют 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 биологических организмов, объединена в биосферу. Все, что потребляют люди и живые существа, они берут из биосферы. Сообщества живых организмов, обитающих на Земле, включая растения, животных и микроорганизмы, образуют с окружающей средой некое единство, то есть систему, в пределах которой осуществляется процесс трансформации энергии и вещества. Такого рода совокупность в биосфере организмов и неорганических компонентов, где осуществляется круговорот веществ, называют экосистемой. Экосистема
является элементарной функциональной единицей биосферы.
Одно из центральных мест при формировании экологической ситуации в экосистемах 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 обеспечении 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, природнохозяйственные комплексы) испытывают естественные и антропогенные воздействия.
Антропогенные воздействия на окружающую среду подлежат ограничению и нормированию. Необходимость этого ограничения и нормирования обусловлена тем, что чрезмерное 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 внимания заслуживает проблема оценки качества почв промышленно-загрязненных территорий.
В основу имеющихся сейчас разработок ПДК положены сведения о валовом содержании тяжелых металлов в почве. В системе Тейтона за предельно допустимую концен-
трацию принят верхний предел содержания тяжелых металлов, обнаруженный в нормальной 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 допустимых 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 тяжелых металлов в почвах с кларковыми значениями. Некоторые авторы допускают увеличение 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 предлагают удвоение местных фоновых содержаний тяжелых металлов в почве и установление в качестве значений ПДК. В этом случае удвоенный фон у многих тяжелых металлов окажется в пределах естественных значений их валового содержания. При таком
жестком контроле предполагается сохранение естественных свойств почвы и ее плодородия.
В России более применимыми в настоящее время являются значения ориентировочно допустимых концентраций (ОДК), утвержденные постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 27 декабря 1994 года. Предлагаемые пороговые значения различаются в зависимости от таких характеристик почв, как механический состав, гранулометрический состав, рН. Нормы разработаны и применяются, главным образом, для
оценки качества сельскохозяйственных земель. И хотя использование их для оценки качества промышленных территорий нецелесообразно, применяются именно они, поскольку 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», характерной 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 распространение 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 окрестностях 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 рассматриваемого типа. Сложность использования такой системы заключается в недостаточной
изученности почвенного покрова регионов и, как следствие, отсутствии данных о фоновых концентрациях по определенным элементам. Кроме того, при нормировании качества 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 11-102-97). Недостаток выражается в
неточности названий категорий, что приводит к некоторым противоречиям. Противоречие 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 категориям отпадает. Кроме того, сомнение вызывает отнесение сельскохозяйственных площадей 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
Фактическое содержание,
мг/кг
Восточный
Тигнинский
Харанорский
ОДК, мг/кг
По Тейтону, мг/кг
По Клоке, мг/кг
Европейский
стандарт,
Cu
Zn
Cd
Co
Pb
Ni
Mn
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
33
100
100
55
300
300
0,5
5
3
50
50
32
100
100
20
100
50
1500
-
мг/кг
Нормальное
Допустимое
Фоновое значение, мг/кг
«Восточный»
«Тигнинский»
«Харанорский»
Удвоенное фоновое значение, мг/кг
«Восточный»
«Тигнинский»
«Харанорский»
Зарубежный
стандарт
(СП 11-102-97)
1-я категория площадок,
мг/кг
Бельгия (СП 11-102-97),
мг/кг
Германия (СП 11-10297), мг/кг
5–20
100
-
0,1-1,0
5
1-10
50
0,1–2
100
10–50
50
-
3,7
8,0
17
26
36
44
-
3,1
4,6
6,2
-
22,5
300
575
920
7,4
16
34
54
72
88
-
6,2
9,2
12,4
-
45
600
1150
1840
50
150
1
-
100
40
-
36
140
0,8
20
85
35
-
200
500
2
100
100
200
-
Ковда В.А. 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 предприятия и его производственной мощностью.
Таким образом, сравнивая имеющиеся системы нормирования содержания тяжелых
металлов в почвах, более строгой можно считать значения ОДК, принятые ГН 2.1.7.02094 «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-химические, механические, химические особенности почв, подверженных влиянию техногенеза, 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.