Показатели устойчивости почв на основе концепции критических нагрузок

Нормирование загрязнения почв на основе интегральной оценки риска сводится к выбору системы оценочных показателей, которые интегрируют оценку качества окружающей среды по всем видам загрязняющих ингредиентов. Один из подходов к оценке рисков основан на введении интегрального показателя и обосновывается следующими причинами¹:

• — необходимостью оценки эффективности природоохранных мероприятий для территорий любого ранга — для этого периодически необходимо проводить пространственный и временной анализ состояния окружающей среды;
• — интегральный показатель позволяет объективно оценить степень опасности загрязнения окружающей среды при одновременном воздействии ряда веществ различной массы и токсичности;
• — на основе интегрального показателя возможно определение допустимого уровня загрязнения, не оказывающего значительного вредного воздействия на живые организмы, и установление таким образом цели на достижение заданного уровня экологической чистоты региона при сложившейся промышленной инфраструктуре региона;
• — интегральный показатель качества окружающей среды исключает возможность завышенной оценки ее состояния при нерациональном природопользовании и низкой эффективности природоохранных мероприятий, т. е. гарантирует комплексный подход.

В качестве такого показателя предложена интегральная оценка риска загрязнения почв^[1][2].

Оценка риска содержит количественное выражение опасности загрязнения почв для человека и окружающей среды и в определенной мере зависит от степени его восприятия обществом, которое сильно варьирует среди различных социальных групп и слоев населения и меняется с течением времени. Алгоритм оценки риска для почвенных систем представлен на рис. 7.2.

Техногенная химическая нагрузка на экосистему не должна превышать некоторый критический уровень, выше которого появляется риск возникновения негативных последствий для отдельных ее компонентов. В качестве меры безопасного уровня воздействия предлагаются ПДК загрязняющих веществ в почве, а также критические нагрузки. При этом ПДК следует использовать при оценке риска загрязнения для здоровья населения, а критические нагрузки — для природных систем.

Рис. 7.2. Алгоритм анализа и управления рисками для почв.

Отметим, что в ряде случаев значения ПДК некоторых веществ в почве оказываются ниже их фонового содержания в данном регионе — это характерно и для отечественных, и для некоторых зарубежных нормативов. При этом фоновое содержание веществ характеризует объективное состояние почв данного региона, сформировавшихся под влиянием биологического и геологического круговоротов биосфер, а ПДК является категорией социальной, появившейся в результате загрязнения окружающей среды.

Концепция критических нагрузок тесно связана с представлениями об устойчивости экосистем, и в первую очередь почв.

Критическая нагрузка соответствует такой нагрузке, которая не ведет к последующему накоплению, например, металлов в почве. Установление критической нагрузки на почвы в первую очередь зависит от выбора реципиента, который определяется целью исследования. Так, при риске загрязнения наземных экосистем реципиентом является изучаемая экосистема, потенциально загрязняемая вредными веществами. Основное внимание фокусируется на опасности загрязнения для человека, потребляющего грунтовую воду и продукцию растениеводства из сопредельных с загрязненной почвой сред. Так достигается двуединая цель — определение риска для человека и экосистем. В качестве примера можно привести наиболее важные реципиенты и основные пути миграции металлов (рис. 7.3) для условной экосистемы.

Рис. 73. Наиболее важные реципиенты экосистемы и основные пути миграции металлов в экосистеме.

Рассматривая в качестве реципиента почвы, во внимание принимают характер землепользования и структуру почвенного покрова. Критерии качества пищевой продукции относятся только к категории пахотных земель, тогда как вторичное отравляющее воздействие на скот и наземную фауну имеет место в почвах естественных угодий и лугов. При определении критических нагрузок на почвы необходимо учитывать общую техногенную нагрузку на экосистемы: она должна быть соотнесена с воздействием на экосистемы и здоровье населения.

При этом пороговые значения содержаний тяжелых металлов, как правило, базируются на критерии общего содержания металлов в почвах, для которого установлена определенная зависимость, характеризующая безопасность почвенных организмов в верхнем горизонте.

При расчете критических нагрузок могут использоваться следующие модели расчета:

• — динамические — в основном применяются для предсказания временного периода, необходимого для достижения пороговых значений, и основаны на изменении состояния загрязняющих веществ во времени;
• — равновесные — используются для расчета концентрации тяжелых металлов в растворе и в составе адсорбционных комплексов.

В равновесной модели на основе уравнения баланса масс тяжелых металлов в почве рассматриваются все возможные процессы, влияющие на поведение металлов в почве (выветривание, выщелачивание, поглощение растениями, аккумуляция в подстилке, миграция с поверхностным стоком, процессы адсорбции и комплексообразования — рис. 7.4).

Использование критической концентрации металла в почве в равновесной модели означает, что с уменьшением константы адсорбции критическая нагрузка возрастает, поскольку аккумуляция металла снижается. В результате наименьшие значения критических нагрузок получены для кальцинированных глинистых почв, а наиболее высокие — для кислых песчаных почв.

Рис. 7.4. Физико-химические процессы в почвах, учитываемые в равновесных моделях.

В качестве исходных данных для построения модели необходимы информация об объемах и составе промышленных выбросов загрязняющих веществ, объемах внесения удобрений в почвы сельхозугодий, характеристики гидрологического режима, растительности, почв и другие параметры, влияющие на миграционные потоки загрязняющих веществ в рассматриваемой экосистеме. Если установлены реальные нагрузки на экосистему, величина, на которую они превышают критические нагрузки, является основой для проведения оценки риска загрязнения территории.

Авторы представленной концепции отмечают, что в данной модели имеются определенные допущения и ограничения^[3]:

• — концентрация металлов в составе органического вещества почвы, почвенном растворе и минеральной фазе почв является равновесной, что предполагает отсутствие процессов адсорбции/десорбции. Подобная ситуация возможна в верхнем горизонте в нолевых условиях, где равновесие может быть достигнуто в течение дня после выпадения осадков;
• — преобладание окислительных условий и перемещения металлов с водными потоками только в вертикальном или латеральном направлении соответствует действительности;
• — метод предназначается преимущественно для верхнего слоя почвы, где вертикальная водная миграция имеет место в подавляющем большинстве случаев;
• — модель неприменима к плохо дренируемым почвам с близким залеганием грунтовых вод вследствие анаэробиоза, способствующего осаждению тяжелых металлов в виде сульфидов.

Приведенная выше модель даст лишь очень приблизительное представление о критических нагрузках. Это вызвано тем, что принятые в ней ограничения по сути противоречат характеру развития большинства процессов в почвенных системах. Крайне редко формируются условия, в которых поступление и вынос элементов близки по количественным параметрам, а процессы сорбции и десорбции отсутствуют. Именно эти моменты составляют основную сложность создания моделей загрязнения и самоочищения почв.

• [1] Овчинникова И. Я, Васильевская В. Д. Критерии устойчивости почв к загрязнению приоценке экологического риска // Экологические приборы и системы. 2004. № 5.
• [2] Там же.
• [3] Овчинникова И. //., Васильевская В. Д. Критерии устойчивости почв к загрязнению приоценке экологического риска.