Моделирование загрязнения чернозема свинцом с целью установления экологически безопасной концентрации
На каждый квадратный метр суши в течение года атмотехногенным путем в среднем выпадает 5.6—9.5 мг свинца [16]. Однако главная опасность для городских ландшафтов заключается не только и не столько в больших концентрациях поступления свинца в почвы. За тот же период к уже имеющимся запасам, например, марганца, прибавляется почти в 2 раза больше, чем свинца. Тем не менее, экологическая опасность наличия свинца в почвах в 43 раза больше, чем того же марганца.
Такое, на первый взгляд парадоксальное, свойство свинца связано с его крайне низким исходным содержанием в почвах — 10 мг/кг (среднее содержание марганца в почвах в 85 раз больше и составляет 850 мг/кг). В целом химические элементы с низкими природными концентрациями в почвах (ртуть—0,01 мг/кг, селен— 0,06 мг/кг, кадмий—0,5 мг/кг, мышьяк—5 мг/кг и др.), но широко вовлекаемые в современный техногенный круговорот, являются наиболее экологически опасными. Соответственно, небольшими являются и требуемые техногенные поступления этих элементов, достаточные для глубокого преобразования природы урбанизированных территорий.
В России был установлен лишь один норматив, определяющий допустимый уровень загрязнения почвы вредными химическими веществами — ПДК для пахотного слоя почвы. Принцип нормирования содержания химических соединений в почве основан на том, что поступление их в организм происходит преимущественно через контактирующие с почвой среды. Основные понятия, касающиеся химического загрязнения почв, определены ГОСТом 17.4.1.03-84. Охрана природы. Почвы. Термины и определения химического загрязнения.
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.
Нормативы ПДКп разработаны для веществ, которые могут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые воды, снижать урожайность или ухудшать качество сельскохозяйственной продукции.
В настоящее время в Институте экологии человека проводятся исследования, направленные на обоснование индивидуальных нормативов ПДКп для различных типов почв. Таким образом, в ближайшее время следует ожидать того, что особенности миграции и трансформации вредных веществ в почвах будут отражены в системе нормирования.
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.
Коэффициент концентрации определяется как отношение реального содержания элемента в почве С к фоновому Сф:
Кс=С/Сф.
Поскольку часто почвы загрязнены сразу
несколькими элементами, то для них рассчитывают суммарный показатель загрязнения, отражающий эффект воздействия группы 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.
Таблица 1
Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю
| Kатегории загрязнения почв | Величина Zс | Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
| Допустимая | меньше 16 | Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений |
| Умеренно опасная | 16-32 | Увеличение общего уровня заболеваемости |
| Опасная | 32-128 | Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хрони-ческими заболеваниями, нарушениями функционирования сердечно-сосудистой системы |
| Чрезвычайно опасная | больше 128 | Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза при беременности, преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных). |
Глава 2. Загрязнение городских почв свинцом: источник поступления, особенности накопления, перспективы оздоровления
На каждый квадратный метр суши в течение года атмотехногенным путем в среднем выпадает 5.6—9.5 мг свинца [16]. Однако главная опасность для городских ландшафтов заключается не только и не столько в больших концентрациях поступления свинца в почвы. За тот же период к уже имеющимся запасам, например, марганца, прибавляется почти в 2 раза больше, чем свинца. Тем не менее, экологическая опасность наличия свинца в почвах в 43 раза больше, чем того же марганца.
Такое, на первый взгляд парадоксальное, свойство свинца связано с его крайне низким исходным содержанием в почвах — 10 мг/кг (среднее содержание марганца в почвах в 85 раз больше и составляет 850 мг/кг). В целом химические элементы с низкими природными концентрациями в почвах (ртуть—0,01 мг/кг, селен— 0,06 мг/кг, кадмий—0,5 мг/кг, мышьяк—5 мг/кг и др.), но широко вовлекаемые в современный техногенный круговорот, являются наиболее экологически опасными. Соответственно, небольшими являются и требуемые техногенные поступления этих элементов, достаточные для глубокого преобразования природы урбанизированных территорий.
Поэтому неудивительно, что именно вышеназванные химические элементы являются приоритетными загрязнителями городских почв и среди них свинец занимает особое положение. Как показывает выборочный анализ в 14 городах России с высоким уровнем загрязнения, во всех случаях наблюдается достоверная техногенная концентрация свинца и во всех случаях в рядах техногенной концентрации свинец находится в первой тройке приоритетных загрязнителей.
Детерминированность урбопедотехногенных аномалий по отношению к свинцу характерна в том числе и для города Тюмени. Данные экологопедогеохимических исследований с отбором и последующим спектральным и атомно-абсорбционным анализом проб на 999 пунктах наблюдений в пределах городской черты показали, что средняя концентрация свинца в почвах города в 3,5 раза превышает фоновую. В центрах аномалий эта величина может расти до 10—15- кратных размеров.
Основные источники поступления свинца в почвы города
Сравнение средних общемировых концентраций (кларков) химических элементов в почвах с соответствующими региональными фоновыми показателями свидетельствует, что природные почвы региона обеднены оловом и литием, обогащены цинком и никелем. Концентрация свинца в зональных почвах соответствует общемировым нормам. Следовательно, высокие концентрации свинца в почвах в г. Тюмени связаны исключительно с его техногенными поставками.
Основными техногенными поставщиками свинца являются промышленность и транспорт.
До начала 90-х годов, до повального спада промышленного производства, вклад промышленности в загрязнения городской среды свинцом был преобладающим. По сути, настоящая проблема свинцового загрязнения почв города Тюмени была создана в течение нескольких предыдущих десятилетий совместными «усилиями» более чем 180 промышленных предприятий - потенциальных источников свинца, условно объединенных в 9 промышленных узлов. Воздействие промышленных узлов как концентрированных, мощных источников загрязнения на экосистемы города в первую очередь определяется специализацией основных производственных предприятий.
Все промышленные узлы города (за исключением промузлов Южный и Затюменский) имеют в своей структуре значительную долю (16-38%) предприятии стройиндустрии, которые создают предпосьлки для повсеместного загрязнения свинцом городских экосистем. Доля свинца, например, в выбросах цехов готового кирпича, бетонно-смесительных и керамзитовых цехов весьма значительна и превышает фоновое значение в 10-100 раз. Наибольшее число предприятий стройиндустрии (завод керамзитового гравия, заводы ЖБИ, ПО «Сантехкомплект») сосредоточено в Юго-Восточном промузле.
Большая доля (около 50%) предприятий машиностроения и металлообработки, в Затюменском (аккумуляторный, механический, электромеханический и ремонтно-механический заводы), Центральном (станкостроительный завод, завод строймашин) промышленных узлах при преобладании ветров западного и юго-западного направлений предопределяет сильное техногенное загрязнение почв свинцом в западной и центральной частях города. Этому способствуют высокие концентрации свинца (в 100 - 1000 раз выше фона) в выбросах и сточных водах предприятий машиностроения и металлообработки.
Возрастание в 90-х годах экологической роли транспорта в загрязнении свинцом городских почв связано не только с началом снижения производственного потенциала промышленности, но и с абсолютным ростом автомобильного парка, насчитывающего около 200 тыс. единиц, и, соответственно, транспортных потоков в городе. Уровень автомобилизации населения г. Тюмени в 1998 г. составил 170 легковых автомобилей на 1000 человек при предельном для крупного города показателе 180 на 1000 человек.
Экологические последствия высокого темпа автомобилизации города (прирост с 1991 по 1998 г., составил 1,5 раза, в т. ч. легкового—1,7 раза) усугубляются тем, что при острой недостаточности магистральных улиц, проходящих по селитебной зоне (1,48 км/км2 при норме 2,2—2,4 км/км2), при сообщении между районами города с коэффициентом непрямолинейности 2,0 транспортные потоки концентрируются в основном на нескольких центральных улицах города: Республики, Мельникайте, Челюскинцев, Мориса Тореза, Герцена, загружая их до состояния регулярных заторов [17]. Режим движения в заторах в несколько раз увеличивает вероятность загрязнения свинцом атмосферного воздуха, городских почв.