питьевой воды, допустимая концентрация, мг/кг – более 0,1 – 0; (0,1-0,01) – 1;
(0,01-0,001) – 2; менее 0,001 – 3
летучесть
соединения не улетучиваются – 0; улетучиваются, но концентрация насыщения
ниже максимально допустимого предела – 1; равна максимально допустимому пределу – 2; равна пределу токсичности – 3
токсичность для холоднокровных животных (ЛД50) мг/кг
более 1000 – 1; (200-1000) – 2; (50-200) – 3; менее 50 –4
способность накапливаться в организме теплокровных животных
коэффициент бионакопления более 5 – 0; (3-5) – 1; (1-3) –2; менее 1 – 3
При суммарном количестве баллов по всем показателям 21 и более – очень токсичные
Препараты; 21- 14 – среднетоксичные; 13 и ниже – относительно слаботоксичные препараты.
Значительное изменение свойств почв происходит под влиянием тяжелых металлов, содержащихся в сточных водах и осадках, вносимых на поля. Существующий принцип расчета доз основан на том, что после внесения компонентов на основе осадков сточных вод суммарное содержание токсиканта в почве (с учетом рассеивания в пахотном слое) не должно превышать ПДК – предельно допустимой концентрации валового содержания исследуемых токсикантов. При этом, в ряде случаев. вводятся эмпирические коэффициенты, учитывающие содержание гумуса, рН, гранулометрический состав (Касатиков В.А., 1989). Директивами Европейского сообщества (ЕС) в 1986 году определены обязательные нормы при внесении ила в почвы сельскохозяйственного использования.
Таблица 31
Допустимые концентрации тяжелых металлов в почвах и илах (рН=6-7)
Элемент : В почве, мг/кг : В иле, мг/кг :Максимальное поступление, кг/га/год
Hg 1-1,5 10-25 0,10
Cd 1-3,0 20-40 0,15
Zn 150-300 2500-4000 30
Pb 50-300 750-1200 15
Cu 50-140 1000-1750 12
Ni 30-75 300-400 3
Cr - - -
Наиболее высокие уровни загрязнения почв тяжелыми металлами (цинком до 500-1000 мг/кг) установлены для городов с цветной и черной металлургией. Почвы вокруг перерабатывающих заводов загрязнены углеводородами, сероводородом, серой, вокруг машиностроительных заводов и химических предприятий – свинцом, медью, хромом, железом. Техногенные ореолы в почвах формируются в течение 20-50 лет, при минимальной продолжительности загрязнения 5-10 лет, а для мышьяка и цинка – 1-2 года. Существенные дополнения в предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в почвах внесены, в связи с тем, что фоновое содержание их в отдельных почвах отличается. Так, например, фоновое содержание токсикантов в отдельных почвах существенно отличается от среднего в России. Так, например, фоновое – нормальное содержание свинца (в мг/кг) составляет в тундрово-глеевых почвах – 15-29; в дерново-подзолистых – 6-15; серых лесных – 10-25; черноземах – 13-28; каштановых – 18-26; красноземах – 20-28.
Корректировка ПДК обусловлена также тем, что, в зависимости от гранулометрического состава, рН среды и других свойств почв, негативное действие тяжелых металлов на биоту отличается. По мнению Важенина И.Г., под ПДК для почвы следует понимать такую концентрацию химического элемента-загрязнителя, которая при длительном (многолетнем) воздействии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений в почвенной биоте и в свойствах ее абиотической части, особенно, в ППК. В связи с указанным, оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами проводится не только для валовых форм элементов, но и для их подвижных форм.
Таблица 32
Группировка почв по содержанию подвижных форм элементов-загрязнителей,
растворимых в 1н растворе НС1
Элемент : Фон: 0 : Группы почв и градации уровней загрязненности, мг/кг
: :----------------------------------------------------------------------------
: : 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6
марганец 100-150 200 400 600 800 1000 1200
хром 15-30 30 60 90 120 150 200
ванадий 10-20 20 40 60 80 100 120
цинк 5-10 16 20 40 60 80 100
никель 4-6 8 16 24 32 40 48
медь 3-5 7 14 21 28 35 42
свинец 2-3 5 10 15 20 25 30
кобальт 1-2 3 6 9 12 15 18
кадмий менее 0,1 0,2 0,5 1 1,5 2 3
Таблица 33
Группировка почв по содержанию подвижных форм тяжелых металлов,
извлекаемых ацетатно-аммонийным буферным раствором (рН=4,8)
Элемент : Фон: 0 : Группы почв и градации уровней загрязнения, мг/кг
: :------------------------------------------------------------------------------
: : 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6
марганец < 50 50 100 150 200 250 300
хром < 10 10 20 30 40 50 60
ванадий < 10 10 20 30 40 50 60
цинк < 5 5 10 15 20 25 30
никель < 2 2 4 6 8 10 12
медь < 1 1 2 3 4 5 6
свинец < 0,8 0,8 1,5 2,3 3,2 4 5
кобальт < 0,5 0,5 1 1,5 2 2,5 3
молибден < 0,3 0,3 0,5 1 1,5 2 2,5
кадмий < 0,1 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0
*) молибден определяется в оксалатной вытяжке по Григу.
Таблица 34
Группировка почв по валовому содержанию химических элементов в
окрестностях предприятий цветной металлургии
Элемент :Фон: :Знамена- : Группы почв и градации уровней загрязненности, мг/кг
:«Кларк» :тель про- :---------------------------------------------------------------------------
: 0 :гресии : 1 : 2 : 3 : 4 : 5
марганец 800 2 1600 3200 6400 12800 25600
хром 200 2 400 800 1600 3200 6400
фтор 200 2 400 800 1600 3200 6400
ванадий 100 2 200 400 800 1600 3200
литий 80 2 160 320 640 1280 2560
цинк 50 2 100 200 400 800 1600
никель 40 3 120 360 1080 3240 9720
медь 20 3 60 180 540 1620 4860
свинец 10 3 30 90 270 810 2480
кобальт 8 3 24 72 216 648 1944
молибден 2 3 6 18 54 162 486
кадмий 0,5 4 2 8 32 128 512
селен 0,1 4 0,4 1,6 6,4 25 100
ртуть 0,02 4 0,08 0,32 1,28 5 20
В последних разработках (дополнение №1 к перечню ПДК и ОДК №6229-91 – гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94) величина ОДК приводится с учетом гранулометрического состава и рН среды.
Тяжелые металлы накапливаются в организме человека. Совместно установлены синергизм и антагонизм такого комплексного воздействия. Токсичность иона свинца усугубляется недостатком по кальцию, а лития по натрию. Из-за антагонизма цинка и кадмия введение избыточных количеств первого приводит к уменьшению содержания последнего. Аналогичная ситуация возникает и при действии нескольких токсикантов на почву и растения. Однако, учет эффектов синергизма, антагонизма и других эффектов при выработке ПДК, ОДК и уровней напряженности экологических систем пока не проводятся.
Критерии экологической оценки состояния растений
Ботанические критерии нарушения экологического состояния систем имеют большое значение, так как они не только чувствительны к нарушениям окружающей среды, но и наилучшим образом прослеживают изменения деградации в пространстве. Ботанические тесты позволяют в ряде случаев оценить извне уровни загрязнения, в связи с накоплением отрицательных воздействий в растениях в течение длительного времени. Негативные изменения учитывают на разных уровнях организации: организменном (фитопатологические изменения), популяционном (ухудшение видового состава и фитоценометрических признаков) и экосистемном (изменение соотношения площадей в ландшафте). По Виноградову В.В., ботанические показатели нарушенности экосистем приведены в следующей таблице.
Таблица 35
Ботанические показатели нарушенности экосистем
Показатели : Зоны экологических
:-----------------------------------------------------------------------------------------
: нормы : риска : кризиса : бедствия
ухудшение видово- естественная уменьшение смена господст- уменьшеине оби-
го состава естест- смена доминан- обилия господ- вующих видов на лия вторичных
венной раститель- тов, субдоминан-ствующих, в вторичные, в ос- видов, полезных
ности тов и характер- особенности новном непоеда- растений практи-
ных видов полезных ви- емые сорные и чески нет
дов ядовитые
изменение ареалов отсутствие ослабление, разделение, со- исчезновение
изреживание кращение
повреждение рас- отсутствие повреждение повреждение повреждение
тительности наиболее чувст- среднечувстви- слабочувстви-
вительных ви- тельных видов тельных видов
дов (хвойных (травы, кустар-
деревьев, лишай- ники)
ников)
появление тери- отсутствие редко спорадически массово
тологических
отклонений
уменьшение ин- менее 10 10-20 25-50 более 50
декса разнообра-
зия Симпсона, %
лесистость % от более 80 60-70 50-30 менее 10
зональной
повреждение менее 5 10-30 30-50 более 50
древостоя, %
повреждение менее 5 10-30 30-50 более 50
хвои, % био-
массы
гибель посевов менее 5 5-15 15-30 более 30
в % площади
проективное по- более 80 60-80 50-30 менее 10
крытие пастбищ-
ной степной и
полупустынной
растительности
% от нормальной
В ряде районов отклонение параметров химических и биологических свойств растений от нормы обусловлено не только их антропогенным загрязнением, но и с экстремально высоким или экстремально низким содержанием в литосфере. Такие районы относятся к патогенным геохимическим аномалиям. При этом, развитие патологических изменений у биоты возможно как при избытке элементов (As, Hg, Sr, Pb и т.д.), так и в связи с пониженным содержанием F, I, Ca, Ce, а также при дисбалансе Са/Р. Металлы, поглощаемые организмами, являются как активизаторами действия ферментов (Zn, Mn, Fe, Cd, Co, Ni, Hg, Re, Cs, Li, Ca, Al …), так и ингибиторами (Be, Sr, Ba, Cd, Hg, Ni, Fe).
В соответствии с теорией пороговых концентраций Ковальского В.В., организм может регулировать свои функции только в определенных интервалах концентрации и соотношений элементов. Поэтому важным критерием состояния экологических систем являются биохимические критерии состояния растений. Биохимические критерии экологического нарушения основаны на измерениях аномалий в содержании химических веществ в растениях. Эти критерии, по Трофимову В.Т. и Ермакову В.В., приведены в следующей таблице.
Таблица 36
Биологические критерии оценки экологического состояния территорий
Химический: Степень экологического неблагополучия :Относительно удо-
элемент :--------------------------------------------------------------------------:влетворительное
: бедствие : кризис : риск :состояние - норма
концентрация микроэлементов в укосах, пастбищных растениях в растительных кормах
(мг/кг сухого вещества)
Zn меньше 2 или 2-10 или 100-500 10-20 или 60-100 2-60
больше 500
Cu меньше 0,5 или
больше 100 0,5-2 или 80-100 2-20 или 20-80 5-50
Со меньше 0,01 или
больше 50 0,05-0,01 или 5-50 0,05-0,2 или 5-10 0,2-1,0
Мо меньше 0,2 ил
больше 50 0,2-0,5 или 10-50 0,5-1,0 или 3-10 1-3
В меньше 1 или