Контроль качества и экологической безопасности почв и урбаноземов

- © И.Г. Лисицкая, В.И. Петухов,

2013

УДК 631.41:504.75

И.Г. Лисицкая, В.И. Петухов

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЧВ И УРБАНОЗЕМОВ

Предложена шкала экологического нормирования загрязняющих веществ в почвах Приморского края, в которой за норматив приняты максимальные значения содержания элементов, которые встречались в исследованных почвах, при условии, что взятая концентрация элемента в почвах не вызывала негативных явлений в экосистеме.

Ключевые слова: шкала экологического нормирования, загрязняющие вещества, оценка загрязненности почв.

Проведение инженерно-экологических изысканий, предшествующих строительным работам, обязательно включает геоэкологическое опробование и оценку загрязненности почв. При выполнении этих работ мы столкнулись с рядом особенностей и проблем, связанных как с экологическим нормированием экзогенных химических веществ, так и с выполнением их количественного химического анализа.

Обычно аналитический контроль объектов окружающей среды базируется на сопоставлении результатов химического анализа с нормируемыми величинами концентраций контролируемых веществ. Научно-техническое нормирование определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воздействия в воздух, воду, почву. Почва до 1972 года была единственным элементом биосферы, в котором не нормировалось содержание химических загрязнений. Нормирование содержания загрязняющих веществ в почве является чрезвычайно сложным из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды. Почва представляет собой малодинамичную, многофакторную систему, меняющуюся на небольших климато-ландшафтных территориях, что обуславливает наличие видов, типов и подтипов почв, стандартизировать которые ранее не представлялось возможным из-за отсутствия необходимых исследований, а также соответствующих экспериментальных и математических моделей.

Предложено множество шкал экологического нормирования загрязняющих веществ, прежде всего, тяжелых металлов, в почвах. И в целом по России, и в дальневосточном регионе определенные успехи достигнуты в области исследования и нормирования агрогенного горизонта почв. Между тем влияние человека на почву в последнее время стало настолько значительным, что ученые выделили особый фактор почвообразования - антропогенный, а в 2000 году впервые в классификационную систему почв России включены антропогенно-преобразованные почвы [1]. На территориях городов, строительных и производственных площадок крупных промышленных организаций, почвы изменяются так значительно, что полностью теряют свойства естественных почв. Нарушаются устойчивые, сложившиеся веками, связи в природных системах. Собственно, почву большого города уже нельзя считать почвой. Долгое время ученые-почвоведы даже не считали нужным изучать почвы городов, считая, что они слишком обезображены человеком. Основным отличием городских почв от почв характерных для данной природной зоны является наличие почвенного горизонта "урбик" (от латинских слов игЬиэ, игЬапиэ-город). Это поверхностный насыпной, перемешанный горизонт, часть культурного слоя с примесью урбоантропоген-ных включений (строительно-бытового мусора, промышленных отходов и т.д.). Его верхняя часть более или менее прогумуси-рована в зависимости от функциональной принадлежности территория (промзона, селитебная зона, парки и скверы) и возраста. Ученые назвали городские почвы «урбанозем» [2], а точнее - урбаноземы, поскольку образцы, отобранные на разных участках, могут иметь совершенно разные характеристики и химический состав. Сегодня их роль еще недостаточно изучена и во многом игнорируется, но в этом направлении уже активно выполняются фундаментальные и прикладные научные исследования [3]. При морфологическом исследовании почв выделяют основные типы почвенных профилей, характерные для городских территорий, на которые могут накладываться другие особенности, например, формирование твердых покрытий (экраноземы), значительное химическое загрязнение (хемоземы); предлагается классификация городских почв, в которой выделяют три основных блока, а также классы, типы, подтипы и виды [4]. Авторы выпущенного в 2000 году карто-

графического издания «Экологический атлас Москвы» [5] полагают, что техногенный эффект в московском почвообразовании настолько силен, что позволяет выделить совершенно новые азональные типы почв: в числе московских почв выделены не только урбаноземы, но также слабо- и малогумусные инду-стриземы и даже некроземы (почвы кладбищ).

Между тем в настоящее время в России установлен лишь один норматив, определяющий допустимый уровень загрязнения почвы вредными химическими веществами - ПДК для пахотного слоя почвы. Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКп) — это концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы. В основу гигиенического нормирования экзогенных химических веществ в почве положен критерий, осознанно допускающий возможность поступления дополнительного количества химических веществ в виде примесей к естественному составу почвы в количествах, безопасных для здоровья людей и окружающей среды. Разработанные теория, методология и принципиальная схема нормирования химических веществ в почве позволили впервые создать "Методические рекомендации по установлению ПДК химических веществ в почве" (1982), на основе которых в стране разработаны и разрабатываются официальные ПДК экзогенных химических веществ. В соответствии с принятой схемой нормирование тяжелых металлов в почвах подразделяется на транслокационное (переход элемента в растения), миграционное водное (переход в воду), миграционное воздушное (переход в во дух), и общесанитарное (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз). Официально утвержденные ПДК и допустимые уровни их содержания по показателям вредности приведены в соответствующих нормативных документах, последняя редакция - МУ 2.1.7.730-99 [6]. Разработанные в 1995 г. ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) для валового содержания 6 тяжелых металлов и мышьяка позволяют получить более полную характеристику о загрязнении почвы тяжелыми металлами, так как учитывают уровень реакции среды и гранулометрический состав почвы [7].

Перечень и количество поступающих в окружающую среду загрязняющих веществ чрезвычайно велики, по некоторым оценкам, до 400 тыс. наименований, включая радионуклиды. Между тем в настоящее время обосновано порядка 100 предельно допустимых и ориентировочно допустимых концентраций приоритетных загрязнителей почвы, относящихся к различным классам химических соединений (тяжелые металлы, ПАУ, бенз(а)пирены, нитраты, пестициды). Следует особенно подчеркнуть, что на сегодняшний день отсутствуют нормативы допустимого содержания в почве даже такого распространенного и приоритетного загрязнителя, как нефть и продукты ее трансформации, что обусловливает многочисленные проблемы во взаимоотношениях между организациями, деятельность которых связана с риском загрязнения окружающей среды нефтепродуктами, затрудняет принятие обоснованных природоохранных решений.

Система нормирования для почв в РФ еще находится в стадии развития, и в настоящее время проводятся исследования, направленные на обоснование индивидуальных нормативов ПДКп для различных типов почв. Ведется такая работа и на Дальнем Востоке: накапливаются данные по содержанию микроэлементов и тяжелых металлов в пахотных почвах, получаемые геохимиками, почвоведами, агрохимиками и другими учеными и специалистами институтов ДВО РАН, ПримНИ-ИСХ, вузов и других организаций, а Приморский центр агрохимического обслуживания с 1994 г. осуществляет локальный мониторинг пахотных земель, подверженных интенсивному антропогенному воздействию. Таким образом, особенности миграции и трансформации вредных веществ в почвах Приморского края будут отражены в системе регионального нормирования.

Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществу с учетом следующих общих закономерностей:

- опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превышает ПДК;

- опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность,

растворимость в воде и подвижность в почве и глубина загрязненного слоя;

- опасность загрязнения тем больше, чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержания органического вещества, кислотности почвы.

Руководствуясь этими общими закономерностями, различные ведомства имеют разные критерии для оценки качества почв, и это рождает неоднозначность оценки, необоснованное принятие решений. Да и сама приемлемость использования имеющихся нормативов к городским почвам ставится под сомнение. Как уже отмечалось, городские почвы (урбаноземы) -это специфическое образование, сформированное при активном участии антропогенного фактора, хозяйственной деятельности. И относиться к ним нужно соответствующим образом. Нельзя применять к ним нормативы показателя качества те же, что и к сельскохозяйственным почвам. Однако в России до настоящего времени не разработаны нормативы, определяющие допустимый уровень загрязнения почв различного целевого использования: почв населенных пунктов, почв, прилегающих к промышленным предприятиям, других объектов техногенного воздействия. С точки зрения действующего законодательства, и для этих типов почв наиболее значимым остается оценка выявленных уровней загрязнения почв на основе их сравнения с ПДК, хотя разработанные ПДК для пахотного слоя почвы и оценочные шкалы опасности загрязнения являются весьма относительными и не отражают достаточно объективно экологическую ситуации в условиях города. Следует также отметить, что действующие ОДК характеризуются существенными различиями в допустимых содержаниях для различных литологиче-ских разностей пород: так для ряда элементов различия в нормативных содержаниях достигают 4 и более раз. В результате этого, пробы из песчаных разностей почво-грунтов (которые преобладают на территории населенных пунктов) могут характеризоваться превышением ОДК по свинцу, кадмию, мышьяку, цинку, в то время как для суглинистых разностей число проб с превышением ОДК незначительно. Это представляется не совсем верным в условиях урбанизированных территорий с искусственными грунтами (хотя и абсолютно верно для сельхозугодий, территорий с развитием природных типов почв): на фо-

не общего высокого содержания токсикантов (за счет техногенного привнесения) различия, связанные с литологией почв становятся не существенными.

Поэтому многие исследователи для экологической оценки техногенного и антропогенного загрязнения почв за отправную точку принимают фоновое содержание элементов. Фоновое содержание химических соединений и элементов в почвах - содержание, соответствующее их естественным концентрациям в почвах различных почвенно-климатических зон, не испытывающих заметного антропогенного воздействия.

Если объектом исследования являются урбаноземы, которые содержат избыточную концентрацию не одного, а целого комплекса химических элементов, то оценка уровня химического загрязнения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и гигиенических исследованиях окружающей среды городов в соответствии с [8]. Такими показателями являются безразмерные величины, отражающие превышение концентрации одного или группы химических элементов над соответствующими значениями геофонов: коэффициент концентрации химического элемента Кс и суммарный показатель загрязнения Zc.

Коэффициент концентрации химического вещества (Кс) определяется отнесением его реального содержания в почве (С к фоновому (Сф): Кс = С/Сф .

Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов и выражен формулой

^=Ё к - (п -1),

где п - число суммируемых элементов.

В научной литературе и «Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации» М, 2003. оговаривается, что п - число учитываемых химических элементов с Кс > 1.

Сущность показателя Zc в том, что он служит для обобщенной оценки воздействия металлов и других загрязнителей и

Таблица 1

Принципиальная схема оценки почв по степени загрязнения химическими веществами и рекомендации по их использованию

Категории загрязнения Суммарный показатель загрязнения 0с) Рекомендации по использованию почв

Чистая Использование без ограничений

Допустимая <16 Использование без ограничений, исключая объекты повышенного риска

Умеренно опасная 16-32 Использование в ходе строительных работ под отсыпки котлованов и выемок, на участках озеленения с подсыпкой слоя чистого грунта не менее 0,2 м.

Опасная 32-128 Ограниченное использование под отсыпки выемок и котлованов с перекрытием слоем чистого грунта не менее 0,5 м.

Чрезвычайно опасная > 128 Вывоз и утилизация на специализированных полигонах.

характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий с выделением различных классов опасности. Оценка опасности загрязнения почв по показателю 2С проводится по ориентировочной оценочной шкале. В принятом недавно СанПиН 2.1.7.1287-03 [8] шкала оценка степени химического загрязнения почвы содержит пять категорий (появилась, для объектов повышенного риска, категория «чистая»), кроме того, в этом документе даны рекомендации по использованию почв, в зависимости от степени их загрязнения (табл. 1).

Однако и о фоновом содержании химических веществ имеются противоречивые данные, приводимые исследователями результаты различаются иногда в 5-10 раз. Поэтому большое значение имеют исследования, выполняемые ДВО РАН по разработке разноуровненной системы оценки почв, созданию регионального банка данных. В [9] приведены кларки основных микроэлементов в почвах Приморского края, а также содержание валовых и подвижных форм микроэлементов и тяжелых металлов в пахотных почвах Приморья. Авторы предлагают шкалу экологического нормирования загрязняющих веществ в почвах Приморского края, в которой за норматив приняты максимальные значения содержания элементов, кото-

рые встречались в исследованных почвах, при условии, что взятая концентрация элемента в почвах не вызывала негативных явлений в экосистеме.

В рамках выполнения государственного мониторинга геологической среды значения региональных геохимических фонов по 22-м химическим элементам определял ТОО МИФ «Экоцентр» [10]. Для расчёта региональных фонов химических элементов в твёрдых компонентах геологической среды (коренных породах, грунтах, почвах, донных осадках поверхностных водотоков) «Экоцентр» использовал результаты спектрального анализа проб, отобранных на территории Приморского полигона. Для этих целей был разработан специальный алгоритм формирования фоновой выборки, позволяющий в диалоговом режиме исключать из общего массива данных заведомо аномальные содержания химических элементов. Полученные значения региональных кларков (фонов) Приморского края по всем изученным твёрдым средам использованы для построения картограмм химического загрязнения территорий Приморского края. Только при построении экологической карты г. Владивостока использованы результаты лабораторных исследований следующего количества проб: коренных пород - 735, почв - 14877, донных отложений - 1216 [11].

Специально уполномоченным федеральным органом исполнительной власти в области мониторинга загрязнения окружающей среды (в том числе почв) является федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), на территории края - Приморская гидрометслужба. Наблюдения за загрязнением почв Приморского края проводятся на базе лаборатории мониторинга загрязнения атмосферы и почв (ЛМЗАиП) Приморского центра мониторинга загрязнения окружающей среды (ПЦМС) и сети станций Приморскгидромета по двум основным направлениям:

- загрязнение почв, прилегающих к городам, токсикантами промышленного происхождения;

- загрязнение почв сельскохозяйственных угодий остаточными количествами пестицидов.

Наблюдения за состоянием загрязненных почв токсикантами промышленного происхождения проводятся ежегодно в зоне влияния одного (двух) промышленных городов края с пе-

риодичностью около 5 лет. При обследовании город рассматривается, как один большой факел, выбрасывающий загрязняющие вещества в окружающую природную среду. В отобранных образцах почв ПЦМС определяет: содержание тяжелых металлов (свинец, цинк, медь, никель, кобальт, кадмий, марганец, хром) в подвижной (кислоторастворимой и водорастворимой) формах; фториды, обменные сульфаты, рН солевой вытяжки. За последние годы обследованы почвы, прилегающие к городам Владивостоку (2010), Уссурийску (2005), Находке (2006), Артему (2007), Партизанску (2008), Лесозаводску (2009), а в 2011 году снова объектом обследования будет Уссурийск. Результаты публикуются в ежегодных сборниках, выпускаемых ДВНИГМИ.

Контроль за загрязнением почв в рамках государственного санитарно-эпидемиологического надзора осуществляет также ЦГСЭН в Приморском крае силами 26 испытательных лабораторий (центров) городских и районных Центров госсанэпиднадзора. Главное управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Приморскому краю осуществляет функции государственного экологического контроля и мониторинга силами Специализированной инспекции аналитического контроля (СИАК). Кроме того, ряд функций государственного экологического контроля и мониторинга уполномочены осуществлять также некоторые другие Федеральные структуры: Приморский округ Госгортехнадзора; Инспекция радиационной безопасности ДВО Госатомнадзора РФ; подразделения Министерства сельского хозяйства, МЧС, Минтопэнерго, и прочие. Все эти службы ведут свои банки данных о содержании загрязняющих веществ в почвогрунтах, а в качестве фоновых значений концентраций химических веществ используют региональные показатели. Фоновые участки должны выбираться на территориях, не подвергающихся загрязнению или испытывающих его в незначительной степени, однако выбор этот достаточно субъективен.

Почвенный покров наследует, прежде всего, те химические элементы, которые присущи, материнскому субстрату, т.е. поч-вообразующей породе. Вследствие выветривания и как результат выщелачивания химических элементов, последние обладают способностью к миграции с последующим осаждением их на геохимических барьерах. В итоге для почв Приморского

края характерен повышенный (по сравнению со средним по России) региональный фон тяжелых металлов [9,10], на геохимических барьерах развивается природное «загрязнение», которое колеблется в очень широких пределах. На этот фон накладывает свой отпечаток техногенное воздействие, степень влияния которого и требуется оценить при выполнении экологического обследования.

Итак, для интерпретации полученных результатов химико-аналитических исследований, выполненных в рамках инженерно-экологических изысканий, и оценки загрязненности почвог-рунтов строительных объектов, мы установили для себя систему оценочных показателей состояния загрязнения почв (табл. 2). Эта система основана на указанных выше федеральных нормативных документах и содержит гигиенические нормативы и значения фонового содержания контролируемых в почве загрязнителей.

Следует отметить, что при выборе гигиенического норматива тяжелых металлов мы принимали ПДК валовой формы элемента, поскольку именно валовое содержание характеризует общую загрязненность почвы, и, учитывая, что подвижные формы тяжелых металлов в природных условиях при длительном контакте с почвой трансформируются в фиксированные состояния. Значения ОДК были взяты для близких к нейтральным суглинистым и глинистым почвам, т.к. почвогрунты обследуемой территории относятся к этой группе. В табл. 2 для сравнения представлены также критерии экологической оценки загрязнения почв в жилых районах, используемые в Германии [12].

Значения региональных геохимических фонов (для всего Приморского полигона) взяты нами из данных государственного мониторинга геологической среды [10]. Однако мы могли использовать и другие данные: на территории Приморского края научные организации, исследовательские центры, вузы, государственные структуры получают, накапливают и анализируют материалы, характеризующие качество почв и грунтов различного функционального назначения и использования. Не удивительно, что представленные в научных публикациях, ведомственных документах, отчетах значения региональных фоновых содержаний элементов в почвах различаются. Это закономерно, однако для решения многих практических задач, для оценки экологического состояния земель широкому кругу

Таблица 2

Система оценочных показателей состояния загрязнения почв Приморского края

№ Показатель Гигиенический норматив Нормативный документ Фоновое содержание, Приморье / по России Допустимые концентрации вредных в-в в почвах жилых р-нов, для площадок по категориям", Германия

I II III

1. Мышьяк (Аб) ПДК 2,0 мг/кг (валовая форма) МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест> 4,77 мг/кг 10 20 40

2. Ртуть (Нд) ПДК 2,1 мг/кг (валовая форма) _п _ -/ 0,1* (по России СП 11-102-97) 0,5 1 10

3. Свинец (РЬ) ПДК 32 мг/кг (валовая форма) и _ 16,2 мг/кг 100 500 600

4. Свинец + ртуть (РЬ + Нд) ПДК (20 + 1) мг/кг (валовые формы) и _

5. Бенз[а]пирен ПДК 0,02 мг/кг и _ - - - -

6. Кадмий (Сс1) ОДК 2 мг/кг ГН 2.1.7.020-94 «ОДК тяжелых металлов и мышьяка в почве» 1,28 мг/кг 2 10 20

№ Показатель Гигиенический норматив Нормативный документ Фоновое содержание, Приморье / по России Допустимые концентрации вредных в-в в почвах жилых р-нов, для площадок по категориям , Германия

I II III

7. Медь (Си) одк 132 мг/кг _п _ 23,4 мг/кг 200 300 600

8. Хром (Сг) одк 100 мг/кг и _ 39,1 мг/кг 150 400 600

9. Цинк {2п) одк 220 мг/кг и _ 61,3 мг/кг 500 2000 3000

10. Марганец (Мп) пдк 1500 мг/кг (валовая форма) МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест> 1470 мг/кг не нормируется

11. Нефтяные углеводороды (НУ) 1000 мг/кг Методич. рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. М.: Роскомзем, 1995. - / 40 мг/кг (в среднем по России, РД 52.18.575-96) 300 3000 5000

12. Олово (Бп) не нормируется - 3,0 мг/кг 100 300 1000

* - для дерново-подзолистых суглинистых и глинистых почв средней полосы России;

** - категории площадок: I — водоохранные зоны, заповедники; II — древние речные долины; III — водоразделы

природопользователей было бы чрезвычайно полезно иметь понятную и однозначную шкалу допустимых концентраций веществ (прежде всего, тяжелых металлов), в основе которой -кларковые содержания элементов в почве. Очевидно, тут может помочь если не создание единой системы мониторинга и подсистемы мониторинга почв, то хотя бы обобщение имеющейся в некоторых организациях информации по этому вопросу, а также потребует выполнения соответствующих научно-методических разработок. Это позволит создать систему регионального экологического нормирования почв, причем почв различного целевого использования.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Классификация почв России. М., Почвенный ин-т им. Докучаева, 2000 (дискета).

2. Строганова М.Н., Прокофьева Т. В. Почва как основа устойчивости функционирования городских экосистем // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе «Экополис». -М.: РАМН, 2000. - С. 113-116.

3. Проблемы антропогенного почвообразования: Тез. докл. Междунар. конф., Москва, 16—21 июня 1997 г. в 3-х томах. / Почв. ин-т им.В.В.Докучаева. - М.:,1997.

4. Морфологическое исследование почв: Ёекции для студентов Биолого-химического факультета УдГУ / http://edu7.distedu.ru

5. Экологический атлас Москвы. - М.: АБФ/ABF, 2000. - 96 с.

6. МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест». - М.: Минздрав РФ, 1999. (Утв. 07.02.99).

7. ГН 2.1.7.020-94 «Перечень Ориентировочно допустимых количеств (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах (дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91)». - М.: Госсанэпиднадзор России, 1995. - 7 с.

8. СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы». - М.: Госсанэпиднадзор России, 2003.

9. Голов В. И. Микроэлементарный состав / Характеристика агроземов Приморья. - Уссурийск, 2002. - С. 145-155.

10. Бураго А.И., Шлыков С.А. и др. Комплект геохимических карт южной половины Приморского края масштаба 1:1 000 000 и объяснительная записка к ним / Промежуточный отчет ТОО МИФ «Экоцентр» по объекту уч. Приморский за 1994 - 1997 гг. Владивосток, 1997.

11. Экологическая карта Владивостока / http://www.fegi.ru/ecology/map/map.html

12. Bewertungskriterien fur Beurtielung kontaminierter Standorte in Berlin (Berliner Liste). Amtsblatt fur Berlin. 40 Jahrgang N65 28. Dezember 1990. ГТТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Лисицкая Ирина Георгиевна, Петухов Валерий Иванович - Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ).