Как тяжелые металлы ухудшают здоровье почвы и растений. ПДК /ОДК

Сегодня, продолжая тему тяжелых металлов в почве, мне бы хотелось привлечь ваше внимание к нормированию содержания загрязняющих веществ в почвах – какая методология используется для определения Предельно-допустимых концентраций, почему был введен параметр Ориентировочные допустимые концентрации.

Нормирование качества окружающей природной среды и регулирование антропогенного воздействия – центральная идея экологической доктрины РФ (2002) и Федерального закона РФ от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». Экологическое нормирование рассматривается, прежде всего, как процесс установления количественных пределов, в которых допускается изменение характеристик качества нормируемого природного объекта.

Нормирование ТМ в почве затруднено в связи с тем, что она представляет собой гетерогенную систему в отличие от гомогенных систем (вода, воздух).

Медико-географический подход

В основе биогеохимического нормирования лежит медико-географический подход. Он основан на натуральных наблюдениях в таких регионах (биогеохимические провинции), где природой созданы условия избытка или недостатка тех или иных химических элементов в природных средах.

Экологическое нормирование

В настоящее время в подходах к нормированию содержания химических элементов в почвах все большее распространение получает экосистемная направленность (экологическое нормирование). Цель экосистемного нормирования состоит в том, чтобы сохранить природу в таком состоянии, когда все живые организмы имеют равное право на существование. Задача состоит в том, чтобы проверить, сохраняется ли уровень содержания того или иного вещества при любом антропогенном воздействии на экосистемы в пределах варьирования его содержания в естественных природных условиях или выходит за эти пределы. Теория экосистемного нормирования последовательна, но методология  еще дорабатывается.

Различают следующие виды экологического нормирования в зависимости от уровня: ландшафтное, биотическое, почвенное.

Нормирование содержания ТМ в почвах и растениях является важным разделом мониторинга окружающей среды, испытывающей техногенное воздействие.

Для почв оно исходит из многообразия их функций (почва – природное тело, объект и средство производства, среда обитания), для растений – учитывает агрономический (урожай) и санитарно-гигиенический (качество урожая) аспекты в производстве растительной продукции.

Периодичность мониторинга 

При мониторинге агроландшафтов концентрации ТМ в почве целесообразно определять с интервалом в пять лет в районах с вероятным техногенным воздействием и десять лет – в относительно экологически благополучных фонах.

Знание природных концентраций ТМ в почвах и растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности и принимать меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и качества растениеводческой продукции.     

Группировка загрязнённых почв по кларкам

Предлагается использовать следующую группировку почв по степени загрязнения: к слабо загрязненным относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к средне – от 10 до 30 кларков, к сильно – свыше 30 кларков.

ПДК

Нормирование содержания ТМ в почвах и растениях предусматривает установление их предельно допустимых концентраций (ПДК) и фоновых количеств.

ПДК - следует понимать такую концентрацию ТМ, которая при длительном действии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов, а также не приводит к накоплению токсических элементов в растениях и, следовательно, не может нарушить биологический оптимум для животных и человека.

Определение ПДК в почвах сводится к экспериментальному определению способности этих веществ поддерживать допустимую для живых организмов концентрацию веществ в контактирующих с почвой воде, воздухе,  растениях. Именно поэтому ПДК химических веществ для почв устанавливается не только по общесанитарному показателю (влияние на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз), как это принято для других природных сред, а еще и по трем другим показателям: транслокационному (переход нормируемого элемента в растение), миграционному водному (переход в воду) и миграционному воздушному (переход в воздух).

Классификация ПДК

Классификацию почв по степени загрязнения проводят по ПДК химических веществ в почвах и их фоновому содержанию (ГОСТ 17.4.3.06-86).

По степени загрязнения почвы следует подразделять на: 

1. сильнозагрязненные; 
2. среднезагрязненные; 
3. слабозагрязненные.

К сильнозагрязненным относят почвы, содержание загрязняющих веществ в которых в несколько раз превышает ПДК, они имеют низкую биологическую продуктивность, существенное изменение физических, химических и биологических характеристик, в результате чего содержание химических веществ в выращиваемых культурах превышает установленные нормы.

 К среднезагрязненным относят почвы, в которых установлено превышение ПДК без видимых изменений в составе почв. К слабозагрязненным относят почвы, содержание химических веществ в которых не превышает ПДК, но выше естественного фона.

При нормировании ТМ в системе почва-растение предлагается различать концентрации губительные (летальные), сублетальные или снижающие урожай и толерантные, которые не влияют на рост, развитие и биомассу растений. Следует также выделять концентрации, ведущие к накоплению элементов в растениях до уровня ПДК. При этом, в первую очередь, следует руководствоваться подвижными формами микроэлементов: водорастворимыми, обменными, кислоторастворимыми.

В связи с загрязнением агроландшафтов, становится необходимым изучение предельных нагрузок ТМ на растения с учетом особенностей климата и почв региона . Возрастает актуальность экологической экспертизы почв.

Для земель различного функционального назначения критерии оценки экологического состояния должны учитывать особенности воздействия почв каждой зоны на здоровье человека и состояние изучаемого объекта. Так, в агротехногенной зоне предъявляются следующие требования: отсутствие загрязнения сельскохозяйственной продукции выше ПДК, отсутствие токсического воздействия на животный мир, отсутствие поверхностного смыва и выщелачивания в водные объекты, отсутствие превышения ПДК загрязнителей в приземном воздухе за счет вторичного загрязнения почвенной пылью .

Данные по ПДК многократно уточнялись, дополнялись и к настоящему времени достаточно стабильны.

ОДК

На следующем этапе для ряда химических элементов были разработаны ОДК (ориентировочно допустимые концентрации) этих элементов для почв, различающихся по важнейшим свойствам (по кислотности и гранулометрическому составу). Разработаны они были не на основе стандартизованного экспериментального метода, а на обобщении имеющихся сведений о взаимо-связи между уровнем нагрузки на почвы, состоянием почв и сопредельных сред.

В основу группировки почв по устойчивости к ТМ, в первую очередь, положены их кислотно-щелочные условия, а также было принято во внимание распространение основных геохимических ассоциаций почв на территории России. Наибольшую площадь распространения имеют геохимические ассоциации почв с кислой и нейтральной реакцией среды с подразделением на 2 группы:

1. почвы с очень кислой и кислой реакцией (рН водной вытяжки < 5);
2. почвы со слабокислой и нейтральной средой (рН 5–7).

Кроме того, важен учет гранулометрического состава, особенно для почв первой группы, которые были разбиты на две подгруппы по гранулометрическому составу:

1. песчаные и супесчаные почвы, обладающие наименьшей устойчивостью к загрязнению;
2. суглинистые и глинистые почвы, относительно более устойчивые к загрязнению .

Значения ОДК для некоторых ТМ  представлены в СанПиН 2.1.7.573-96.

Важно отметить, что исследования по разработке норм продолжаются.

Вот лишь небольшой пример – были проведены исследования по нормированию содержания тяжелых металлов в черноземе.

Установлено, что практически для каждого сельскохозяйственного растения должен быть установлен свой ОДК тяжелых металлов в почве. Однако при эколого-токсикологической оценке почв и картировании удобнее использовать единые ОДК подвижных форм тяжелых металлов в почве. В качестве таких ОДК, на  взгляд исследователей , целесообразно использовать уровни, при которых происходит загрязнение продукции наименее толерантных сельскохозяйственных культур. По результатам исследований, за ОДК подвижных форм свинца, цинка, кадмия в черноземе типичном тяжелосуглинистом с рН > 4,8 можно принять соответственно 19; 74 и 0,7 мг/кг. ОДК подвижной меди составляет не менее 100 мг/кг. Установив для каждой сельскохозяйственной культуры безопасный уровень содержания тяжелых металлов в почве, можно путем подбора наиболее толерантных к накоплению их растений даже на загрязненных почвах получать экологически безопасную продукцию.

Справочная информация:

Кла́рковое число́ (или кларки элементов, ещё чаще говорят просто кларк элемента) — числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре, гидросфере, Земле, космических телах, геохимических или космохимических системах и др., по отношению к общей массе этой системы.

 

При подготовке сообщения были использованы следующие литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

• Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96 "Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. N 46)
• ТРАНСЛОКАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АГРОЛАНДШАФТАХ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ ПОД
• ВЛИЯНИЕМ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ, Троц Н.М., 2018
• Нормирование содержания тяжелых металлов в черноземе, Лукин С.В., Лисецкий Ф.Н.
• ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ,  Водяницкий Ю.Н.,  Ладонин Д.В.,  Савичев А.Т., 2012

Буду благодарна за комментарии к посту. Что нового вы для себя почерпнули?