6263

3. Экологический мониторинг почв.

Почвенный экологический мониторинг — это система регулярного неограниченного в пространстве и времени контроля почв, который дает информацию об их состоянии с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза его изменения в будущем.

Различают три класса веществ-загрязнителей почв: химические, биологические и радиоактивные.

Загрязняющие вещества нормируются: в пахотном слое почвы сельскохозяйственных угодий; в почве территорий предприятий; в почвах жилых районов и в местах хранения бытовых отходов.

Гигиенические требования к почвам сельскохозяйственных угодий основываются на ПДК химических веществ в почве с учетом их лимитирующего показателя вредности и приоритетности транслокационного показателя согласно ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.

Принцип, определяющий содержание химических веществ в почве, основан на том, что поступление вредного вещества из почвы непосредственно в организм происходит в исключительных случаях и в незначительных количествах, а в основном – через контактирующие с почвой среды (воздух, воду), и через разные звенья пищевых цепей.

Допустимая концентрация веществ в почвенном слое (ПДКп) устанавливается с учетом его фоновой концентрации, стойкости и токсичности.

Согласно ГОСТу 17.4.1.03 – 84. – «Охрана природы. Почва. Термины и определения химического загрязнения»:

ПДКП – это концентрация химического вещества в пахотном слое почвы (мг/кг почвы), которая не должна оказывать прямого или косвенного – отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды, здоровье человека и на самоочищающуюся способность почвы.

ГОСТ 17.4.3.06-86 – «Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ» определяет четыре разновидности ПДКп в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды:

Ктв – транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений;

Кма – миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу;

21

Кмв – миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные воды и другие водные объекты;

Кос – общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.

Нормативы ПДКп разработаны для веществ, которые могут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые воды, снижать урожайность или ухудшать качество сельскохозяйственной продукции. Такие вещества рассмотрены в ГОСТе 17.4.1.02-83 – «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения».

Почвы сельскохозяйственного назначения по степени загрязнения химическими веществами разделены на следующие категории: допустимые, умеренно опасные, опасные и чрезвычайно опасные:

допустимая категория почв - содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не выше ПДК;

умеренно опасная категория почв - содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем общесанитарном, миграционном водном и миграционном воздушном показателях вредности, но ниже допустимого уровня по транслокационному показателю вредности;

опасная категория почв - содержание химических веществ в почве превышает их ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности;

чрезвычайно опасная категория почв - содержание химических веществ превышает ПДК по всем показателям вредности.

Таблица 3 Гигиеническая оценка почв сельскохозяйственного назначения и рекомендации по их использованию

Опасность загрязнения почв определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты.

ПДК устанавливают экспериментально в зависимости от допустимой остаточной концентрации (ДОК) в пищевых, кормовых растениях и в

23

продуктах питания. ДОК - это максимальное количество вещества в продуктах питания, которое, поступая в организм в течение всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье людей.

Для установления ПДКп экспериментально определяют:

1.допустимую концентрацию вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит нормативов ПДК для продуктов питания;

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

3.допустимую концентрацию при которой поступление вещества в поверхностные грунтовые воды не превысит ПДК для водных объектов;

4.допустимую концентрацию, не влияющую на микроорганизмы и процессы самоочищения почвы.

Оценка уровня химического загрязнения почв населенных пунктов проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими

показателями являются коэффициент концентрации химического элемента Кс и суммарный показатель загрязнения Zc.

Поскольку часто почвы загрязнены сразу несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показатель загрязнения, отражающий эффект воздействия группы элементов:

где Ксi – коэффициент концентрации i-ого элемента в пробе; n – число учитываемых элементов.

Суммарный показатель загрязнения может быть определен как для всех элементов в одной пробе, так и для участка территории по геохимической выборке.

Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Zc проводится по оценочной шкале, градации которой разработаны на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.

Загрязненность почвы органическими веществами, в частности отходами производств химических продуктов из углеводородов нефти и газа, оценивают по комплексному показателю «санитарное число».

Санитарно-химическими показателями санитарного состояния почв являются:

Санитарное число С - косвенно характеризует процесс гумификации почвы и позволяет оценить самоочищающую способность почвы от органических загрязнений.

Санитарное число С - это отношение количества "почвенного белкового (гумусного) азота "А" в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой почвы к

24

количеству "органического азота "В" в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой почвы. Таким образом, частное от деления: С=А/В. Оценка санитарного состояния почвы по этому показателю проводится в соответствии с таблицей 5.

Оценка чистоты почвы по «Санитарному числу»

практически чистая 0,98 и больше

слабо загрязненная от 0,85 до 0,98

загрязненная от 0,70 до 0,85

сильно загрязненная меньше 0,70

Химическими показателями процессов разложения азотсодержащего органического вещества в почве являются аммиачный и нитратный азот. Аммонийный азот, нитратный азот и хлориды характеризуют уровень загрязнения почвы органическим веществом. Оценку почв по этим показателям целесообразно осуществлять в динамике или путем сравнения с незагрязненной почвой (контроль).

Коэффициент концентрации определяется как отношение реального содержания элемента в почве С к фоновому Сф:

Kc C Cф

Мониторинг почвы тесно сопряжён с биологическим мониторингом, в частности с фитоаккумуляционными нормативами. Выделяют такие интегральные показатели как фитотоксичность (свойство почвы подавлять рост и развитие высших растений) и генотоксичность (способность влиять на структурно-функциональное состояние почвенной биоты).

Практическая работа 3

Мониторинг и оценивание загрязнения почв

Цель работы – ознакомиться с алгоритмом мониторинга почв на примере расчета интегральных геохимических и гигиенических показателей загрязнения почвы

Загрязнение почв количественно оценивают по суммарным показателям двух видов.

Первый вид - показатели, характеризующие геохимический уровень загрязнения и рассчитываемые по формулам

где КСj коэффициенты концентрации вещества в почве, равные С j / Сфрj, а С j и Сфрj соответственно средняя и фоновая региональная концентрация j-го вещества; m число определяемых веществ.

25

Второй вид показателя Н*СПДК, характеризующий гигиенический уровень загрязнения и рассчитываемый по формуле

где КОj - коэффициент опасности j-го вещества, учитывающий его ПДК -

СПДК.

Задание.

Рассчитать суммарные показатели загрязненности почв (Zc, индекс загрязненности почв /ИЗП/ и гигиенический индекс) для разных районов и техноземов, провести сравнительную оценку показателей и степени (уровней) загрязнения объектов.

4. Мониторинг водных объектов

Под экологическим мониторингом воды подразумеваются комплексные систематические исследования (отслеживание за реальным положением, оценивание, анализирование, прогнозирование), где непрерывно контролируются качественные и количественные характеристики качества водной экосистемы, и как на нее воздействуют разнообразные факторы: естественные и человеческая хоз. деятельность (антропогенное влияние).

В настоящее время государственный мониторинг водных объектов проводят Федеральное агентство водных ресурсов, Федеральное агентство по недропользованию, Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Федеральная служба по надзору в сфере природопользования

Государственный мониторинг водных объектов (Росгидромет ведет наблюдения на 4 тыс. пунктах - на реках, озерах и водохранилищах) включает поверхностные воды суши, морей, водохозяйственные системы и сооружения (в том числе водохранилища).

Объектом мониторинга окружающей природной среды является оценка ее качества и уровня загрязнения как необходимого условия для принятия научно обоснованных решений об эффективности природоохранных мер.

При проведении мониторинга используются сведения, полученные в результате наблюдений за водными объектами и водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, а также сведения, полученные в результате наблюдений собственниками водных объектов, водопользователями и недропользователями. Ведение мониторинга осуществляется на основе унификации программных (информационных и технических) средств, обеспечивающих совместимость его данных с данными других видов мониторинга окружающей среды.

Мониторинг водных объектов представляет собой систему регулярных

гидрогеохимическими, санитарно - химическими, микробиологическими, паразитологическими, радиологическими и токсикологическими показателями их состояния, сбор, обработку и передачу полученной информации в целях своевременного выявления негативных процессов, оценки и прогнозирования их развития, выработку рекомендаций по предотвращению вредных последствий и определению степени эффективности осуществляемых водохозяйственных мероприятий.

Целями государственного мониторинга водных объектов являются:

-своевременное выявление и прогнозирование развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработка и реализация мер по предотвращению негативных последствий этих процессов;

-оценка эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов;

-информационное обеспечение управления в области использования и охраны водных объектов, в том числе в целях государственного контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов.

Вмониторинге водных объектов можно выделить представленные на рис. 2 подсистемы.

Рисунок 2. Подсистемы в мониторинге водных объектов

Исходя из поставленных целей выделяют следующие виды мониторинга:

-режимный;

-оперативный (при возникновении опасных ситуаций);

-специальный.

Внастоящее время основную информацию о качестве поверхностных вод суши получают в рамках режимных наблюдений. Фоновые наблюдения

27

практически проводятся по программе режимных. Оперативные наблюдения развиты слабо, они базируются на режимных наблюдениях с дополнительным оперативным проведением работ в случае выявления чрезвычайных ситуаций. Этот вид мониторинга требует своего развития.

Все пункты наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков делят на 4 категории, определяемые частотой и детальностью программ наблюдений.

Назначение и расположение пунктов контроля определяются правилами наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков.

Пункты первой категории располагают на средних и больших водоемах и водотоках, имеющих важное народнохозяйственное значение:

в районах городов с населением свыше 1 млн. жителей;

в местах нереста и зимовья особо ценных видов промысловых рыб;

в районах повторяющихся аварийных сбросов загрязняющих веществ;

в районах организованного сброса сточных вод, в результате которых наблюдается высокая загрязненность воды.

Пункты второй категории устраивают на водоемах и водотоках в пределах следующих участков:

в районах городов с населением от 0,5 до 1 млн. жителей;

в местах нереста и зимовья ценных видов промысловых рыб (организмов);

на важных для рыбного хозяйства предплотинных участках рек;

в местах организованного сброса дренажных сточных вод с орошаемых территорий и промышленных сточных вод;

при пересечении реками Государственной границы;

в районах со средней загрязненностью воды.

Пункты третьей категории располагают на водоемах и водотоках:

в районах городов с населением менее 0,5 млн. жителей;

на замыкающих участках больших и средних рек;

в устьях загрязненных притоков больших рек и водоемов;

в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается низкая загрязненность воды.

Пункты четвертой категории устанавливают:

на незагрязненных участках водоемов и водотоков,

на водоемах и водотоках, расположенных на территориях государственных заповедников и национальных парков.

Наблюдения за качеством воды ведут по определенным видам программ, которые выбирают в зависимости от категории пункта контроля. Периодичность проведения контроля по гидробиологическим и гидрохимическим показателям устанавливают в соответствии с категорией пункта наблюдений. При выборе программы контроля учитывают целевое использование водоема или водотока, состав сбрасываемых сточных вод, требования потребителей информации.

Наблюдения по обязательной программе на водотоках осуществляют, как

28

правило, 7 раз в год в основные фазы водного режима: во время половодья – на подъеме, пике и спаде; во время летней межени – при наименьшем расходе и при прохождении дождевого паводка; осенью – перед ледоставом; во время зимней межени.

В водоемах качество воды исследуют при следующих гидрологических ситуациях: зимой при наиболее низком уровне и наибольшей толщине льда; в начале весеннего наполнения водоема; в период максимального наполнения; в летне-осенний период при наиболее низком уровне воды.

Сокращенную программу наблюдений за качеством поверхностных вод по гидрологическим и гидрохимическим показателям подразделяют на три вида:

Первая программа предусматривает определение расхода воды (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, концентрации растворенного кислорода, удельной электропроводности, визуальные наблюдения.

Вторая программа предусматривает определение расхода воды (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, рН, удельной электропроводности, концентрации взвешенных веществ, ХПК, БПК5, концентрации 2–3 загрязняющих веществ, основных для воды в данном пункте контроля, визуальные наблюдения.

Третья программа предусматривает определение расхода воды, скорости течения (на водотоках), уровня воды (на водоемах), температуры, рН, концентрации взвешенных веществ, концентрации растворенного кислорода, БПК5, концентрации всех загрязняющих воду в данном пункте контроля веществ, визуальные наблюдения.

Гидрохимические показатели качества природных вод в пунктах контроля сопоставляют с установленными нормами качества воды.

При оценки качества воды различных источников используют следующие нормативные показатели.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-

питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) – это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для

рыбохозяйственных целей (ПДКвр) – это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

При интерпретации результатов мониторинга состояния водной среды важно знать, к какому типу водных объектов отнесены река, озеро, водохранилище, и использовать для оценки ситуации соответствующие нормативы.

Для воды установлены предельно допустимые концентрации более чем

29

960 химических соединений, которые объедееинены в три группы по следующим лимитирующим показателям вредности (ЛПВ): санитарнотоксикологическому (с.-т.); общесанитарному (общ.); органолептическому

(орг.).

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр

– Кi и повторяемости случаев превышения Нi, а также общий оценочный балл –

Bi:

где Сi – концентрация в воде i-го ингредиента; ПДКi – предельно допустимая концентрация i-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения; NПДКi – число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту; Ni – общее число измерений i-го ингредиента.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды.

Также оценка качества воды и сравнение современного состояния водного объекта с установленными в прошлые годы характеристиками проводятся на основании индекса загрязнения воды по гидрохимическим показателям (ИЗВ). Этот индекс представляет собой формальную характеристику и рассчитывается усреднением как минимум пяти индивидуальных показателей качества воды. Обязательны для учета следующие показатели: концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН и биологическое потребление кислорода БПК5:

1 n C

ИЗВ i

n i 1 ПДКi .

ПХЗ-10 (показатель химического загрязнения). Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение химическими веществами наблюдается сразу по нескольким веществам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Его расчитывают только при выявлении зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия.

Расчет ведут по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК, по формуле:

ПХЗ-10 = С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + С3/ПДК3 + …С10/ПДК10, где С1, С2, С3 … С10 – концентрация химических веществ в воде: ПДК-

рыбохозяйственные.

При определении ПХЗ-10 для химических веществ, по которым

30