В. Г. Макарова, А. Р. Цыганов, В. А. Кирюшин, О. В. Коновалов, И. Р. Вильдфлуш, Ю. А. Можайский, Т. Ф. Персикова, В. И. Желязко Экологические и медико-социальные аспекты охраны природной среды и здоровья населения – Минск: бит «Хата», 2002

Вид материала

Документы

Содержание 2.6. Мероприятия по реабилитации загрязненных тяжелыми металлами почв Химическое осаждение Удаление загрязненного слоя почвы Перемещение загрязненного слоя почвы Перераспределение ТМ по почвенному профилю Почвенно-экологического мониторинга

Подобный материал:

• Роль государства и граждан в охране окружающей природной среды. Экологические права, 44.33kb.
• К. И. Довбан; доктор сельскохозяйственных наук, профессор, 4142.05kb.
• Вопросы для педиатров, аттестующихся на врачебные категории по специальности «педиатрия», 93.36kb.
• Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной, 659.97kb.
• Стенограмма парламентских слушаний на тему "Охрана здоровья сельских жителей: медико-социальные, 780.52kb.
• Методика создания базы данных электронной модели рельефа. Современное состояние и экологические, 71.06kb.
• Ной и иной деятельности на окружающую среду и с обеспечением охраны и рационального, 2759.62kb.
• «О внесении изменения в смету доходов и расходов городского фонда охраны окружающей, 21kb.
• Охрана окружающей природной среды. Состояние нормативной экологической базы. Присоединение, 160.25kb.
• Опубликовано Госкомитетом по охране окружающей среды рб в Государственном докладе, 41.28kb.

Примечание.* В скобках указаны МДУ в сырье, предназначенном для производства детских и диетических продуктов; ** в стеклянной таре.

По нормам, разработанным ВОЗ, потребление тяжелых металлов с продуктами питания не должно превышать: свинца – 3 мг, кадмия – 0,4, ртути – 0,3 мг в неделю.

Таблица 30

Ветеринарно-санитарный норматив МДУ содержания тяжелых металлов (свинца, кадмия и цинка) в кормах для крупного рогатого скота (мг/кг корма естественной влажности)

Вид корма	Для молочного скота			Для откорма
	Свинец	кадмий	цинк	свинец	кадмий	цинк
Комбикорм	3,0 (1,5)	0,3 (0,2)	75	5,0 (2,0)	0,4 (0,2)	100 (50)
Зерно	2,5 (1,5)	0,3 (0,2)	50	4,0 (2,0)	0,3 (0,2)	50 (50)
Жмыхи, шроты	2,5 (1,5)	0,3 (0,2)	50	4,0 (2,0)	0,3 (0,2)	50 (50)
Отруби	2,5 (1,5)	0,3 (0,2)	75	4,0 (2,0)	0,3 (0,2)	150 (50)
Сено	1,0 (0,5)	0,25 (0,15)	30	2,0 (1,0)	0,3 (0,2)	30 (20)
Солома	1,0 (0,5)	0,20 (0,10)	20	1,5 (0,8)	0,2 (0,1)	20 (15)
Сенаж	0,8 (0,5)	0,20 (0,12)	15	1,5 (0,8)	0,2 (0,1)	15 (10)
Силос	0,6 (0,3)	0,15 (0,10)	10	1,0 (0,5)	0,1 (0,07)	10 (10)
Корнеклубне-плоды	0,6 (0,3)	0,10 (0,07)	10	0,6 (0,5)	0,1 (0,07)	10 (10)
Жом	0,6 (0,3)	0,10 (0,07)	10	0,6 (0,5)	0,1 (0,07)	10 (10)
Морковь	0,6 (0,3)	0,10 (0,07)	10	0,6 (0,5)	0,1 (0,07)	10 (10)
Зеленые корма	0,6 (0,3)	0,10 (0,07)	10	1,0 (0,5)	0,1 (0,07)	10 (10)
Допустимая суточная доза в рационе (мг)	28 (15)	5,5 (3,5)	550	40 (25)	4,5 (3,0)	450 (350)

Примечание. В скобках указаны МДУ в кормах для производства продукции детского питания.

Главным направлением защиты земель от загрязнения тяжелыми металлами остается выявление и устранение источников их поступления в почву. В этом плане первостепенное значение приобретает организация мониторинга загрязнения почв ТМ и другими токсикантами и разработка комплексных общегосударственных мероприятий по охране земель. Уменьшить поступление тяжелых металлов в растения можно с помощью разнообразных агротехнических приемов.


2.6. Мероприятия по реабилитации загрязненных тяжелыми металлами почв

культурного ландшафта


Токсичность (ТМ) в почвах приводит как к снижению урожайности, так и к загрязнению продук­ции. Для уменьшения этих негативных последствий необходимо проводить следующие мероприятия:

- выращивание специальных технических видов растений на загряз­ненных ТМ землях;

- выращивание сельскохозяйственных культур (в первую очередь овощных) в защищенном грунте (теплицах), так как основное загрязнение почвы ТМ происходит в результате выпадения загрязненных атмосферных осадков и пылевых выбросов;

- удаление ТМ из корнеобитаемого слоя почвы.

Фитотоксичность ТМ в значительной мере зависит от их подвижности в почве, а она, в свою очередь, – от почвенных свойств, вида солей металлов, а также от их формы (анионы, катионы, амфотерные элементы, которые в зависимости от рН почвы могут быть заряжены положительно или отрицательно, нейтральные формы металлов). Поэтому, исходя из конкретных условий, можно применять такие агротехнические приемы, как известкование, внесение органических и минеральных удобрений, применение природных цеолитов, а также использование биологических методов.

Известкование влияет на подвижность ТМ в результате комплекса изменений в почвенной системе на разных уровнях (физическом, химическом и биологическом). При уменьшении кислотности почвенного раствора снижается растворимость и подвижность кадмия и свинца, уменьшается потребление их растениями. То же самое относится к цинку и мышьяку. Это обусловлено тем, что известкование способствует образованию комплексных соединений органических веществ почвы с ТМ, при повышении рН тяжелые металлы (кроме As, Cd, Cr, Sr) выпадают в осадок в виде карбонатов, фосфатов; при повышении рН и увеличении содержания кальция в почве снижается активность корневых систем растений в отношении поглощения ряда ТМ.

Особенно эффективно известкование для снижения накопления свинца в сельскохозяйственных культурах. В отдельных случаях известкование позволяет в несколько раз уменьшить накопления свинца в растениях. Однако этот прием не универсален для снижения фитотоксичности ТМ. Такие элементы, как хром и молибден, в нейтральных и слабощелочных почвах более подвижны, и известкование почв может привести к обратному эффекту.

Снижается накопление ТМ в растениях и при применении минеральных удобрений. Цинк и свинец образуют с фосфатами труднорастворимые, малодоступные соединения.

По данным А.И. Фатеева (1996), локальное внесение удобрений в дозе N₆₀Р₆₀К₆₀ снижало содержание кадмия и свинца в 1,3-1,8 раза в урожае овса и гороха, что, по-видимому, связано прежде всего с возрастанием урожайности этих культур в 1,3-1,5 раза при локализации удобрений.

Применение цеолитов позволяет до 30% снизить уровень загрязнения растениеводческой продукции тяжелыми металлами. Дозы их колеблются в пределах 40-75 т/га. Цеолиты (клиноптилолит) являются емкими ионообменниками и поглощают подвижные формы Cd, Pb, Cu, Zn и тем самым снижают поступление их в растения.

Внесение в почву органического вещества повышает плодородие почвы, органическое вещество высту­пает как хороший адсорбент катионов и анионов, повышает буферность почвы и снижает концентрацию солей в почвенном растворе. Исследования НИГПИПА показали, что внесение навоза в дозе 50 т/га на дерново-подзолистых почвах снижало подвижность цинка на фоне РК на 7, меди – на 8,1, а 5 т/га соломы – на 6 и 22% соответственно.

Химическое осаждение основано на внесении в почву веществ, способствующих образованию труднорастворимых солей ТМ. Наиболее эффективен этот способ при сильном загрязнении почв, так как для образования нерастворимого осадка необходима определенная концентрация ТМ, обеспечивающая образование насыщенного раствора соли осаждаемого металла. Способ эффективен в тех случаях, когда можно ожидать соединения ТМ с анионом кислоты, образующей соль с очень низким произведением растворимости. Такими свойствами обладают большинство солей ортофосфорной кислоты с многовалентными металлами. Используются растворимые соединения ортофосфорной кислоты, что также улучшает условия внесения их в почву, обогащает ее фосфором, повышая плодородие. Некоторые ТМ образуют труднорастворимые соли с анионами серной кислоты. Иногда нерастворимые (или мало­растворимые) соли образуются при взаимодействии различных форм ТМ (например, при взаимодействии свинца с анионами хромовой и молибденовой кислот).

Использование антагонизма ионов химических аналогов основано на том, что при повышении в питательном растворе концентрации одного иона наблюдается снижение поглощения растением другого иона – «антагониста». Обыч­но используется антагонизм легких и тяжелых металлов (кальций – стронций, калий – цезий и т.д.). Способ эффективен только при определенных, относительно небольших кон­центрациях ионов.

Оказывая влияние на почвенный поглощающий комплекс (ППК), направленное на снижение подвижности металлов, нельзя добиться положительного эффекта в отноше­нии всех форм металлов, присутствующих в почвах. В част­ности, в почвах Нечерноземной зоны преобладает катионный тип обмена ионов. Их ППК удерживает катионные и амфотерные и не удерживает анионные и нейтральные формы ТМ. Поэтому для уменьшения токсичности ТМ можно использовать и другие мероприятия, например, выращивание специальных видов растений.

При этом учитывается следующее:

- различные ТМ в разной мере влияют на разные расте­ния – как в плане урожайности, так и в плане накопления металлов в тканях растений;

- в различных тканях растении накапливается различное количество ТМ. В целом, наиболее загрязненные корни, затем листья, стебли, травы или зерно. Наиболее слабо ТМ накапливают томаты, картофель;

- при невозможности получения продукции с допустимым содержанием ТМ в товарных частях растений можно выращи­вать технические культуры, а также идущие на переработку (картофель – на крахмал, спирт; сахарную свеклу – на сахар и т.д.).

Содержание тяжелых металлов в картофеле и овощах существенно снижается за счет их очистки и кулинарной обработки. Так, в результате очистки, промывки, снятия кожуры, протирки и бланшировки содержание свинца и ртути снижается на 50% в овощах и на 80-85% в картофеле, а кадмия – на 20%. Снижение содержания свинца при однократной промывке салата может достигать 30-40%. По данным Ю.В. Алексеева, содержание цинка в очищенных от кожуры клубнях снижается до 1,5 раза, свинца – в 2-6 раза, кадмия – в 1,4-3,5 раза [4].

Вынос ТМ из почвы с растительной продукцией спо­собствует ее самоочищению.

Наиболее кардинальный спо­соб ликвидации последствий загрязнения почвы – удаление из корнеобитаемого слоя ТМ. Возможны следующие способы проведения этого мероприятия.

Удаление загрязненного слоя почвы с осваиваемых площадей требует больших затрат. По­этому он применим при относительно небольших площадях загрязненных участков и при неглубоком проникновении основной массы загрязняющих веществ в почву – обыч­но при атмосферном загрязнении за счет аварийных выбросов промыш­ленных предприятий. Следует отметить, что его реализация приводит к существенной потере плодородия почвы, которое также требуется восстанавливать (в первую очередь внесени­ем органических удобрений).

Перемещение загрязненного слоя почвы в почвен­ные слои, подстилающие корнеобитаемый слой, ппроизводится путем глубокой вспашки плантажными плуга­ми. Реализация этого способа также приводит к существенной потере плодородного слоя.

Эти два способа целесообразно применять при условии исключения повторного загрязнения.

Перераспределение ТМ по почвенному профилю достигается промывкой почвы при условии распределения ТМ относительно равномерно по всему плодородному слою почвы. Однако применение этого способа связано с рядом трудностей, возникающих в связи с относительно плохой растворимостью большинства ТМ, а при промывке почвы требуется достаточно большой промежуток времени для перехода их в почвенный раствор. Промывные нормы должны быть небольшими, до­статочными только для вытеснения почвенного раствора с ТМ в слои почвы, подстилающие расчетный активный корнеобитаемый слой. Это позволит также избежать загрязнения грунтовых вод, так как основная масса соединений ТМ будет фик­сироваться почвенным поглощающим комплексом подсти­лающего слоя. Большие промывные нормы могут привести к загрязнению грунтовых вод не столь­ко соединениями ТМ, сколько другими легкорастворимыми загрязнителями, плохо фиксирующимися почвой – нитратами и т.д. Промывка должна осуществляться через достаточно большие промежутки времени для насыщения почвенного раствора ТМ (например, промывку можно приурочить к по­ливу сельскохозяйственных культур). Скорость промывки можно существенно (в несколько раз) увеличить, применяя специальные вещества, увеличивающие растворимость ТМ (подробно данный метод изложен в рекомендациях по регулированию водного режима и баланса тяжелых металлов при антропогенных нагрузках, разработанных МФ ВНИИГиМ 209).

Реабилитация загрязненных тяжелыми металлами почв должна быть тщательно подготовлена и проведена с учетом данных, полученных при выявлении степени загрязнения, количества и свойств загрязнителей и другой необходимой информации, которую можно получить с помощью экологического мониторинга земель.


Глава 3. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕГИОНАЛЬНОГО

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

КУЛЬТУРНОГО ЛАНДШАФТА


3.1. Концепция и принципы почвенно-экологического мониторинга


Осознание человеческим обществом серьезных изменений в окружающей среде, обусловленных его хозяйственной деятельностью, привело к пониманию необходимости проведения мониторинга (слежения).

Цель мониторинга состоит в своевременном выявлении критических уровней контролируемых показателей, которые станут основанием для принятия экстренных мер по предотвращению или регулированию неблагоприятных процессов. Если же те или иные показатели не достигли критического уровня, но будет установлена тенденция их к неблагоприятной динамике, то станет очевидной необходимость внесения изменений в технологические процессы.

И.П. Герасимов [56] отмечает, что мониторингом следует называть систему наблюдений за антропогенными изменениями (загрязнением) в окружающей природной среде. Основной задачей экологического мониторинга являются наблюдения за факторами воздействия и откликами (реакцией) экосистем и оценка наблюдаемых изменений в биосфере, связанных с этими воздействиями в настоящем и будущем на различных уровнях [104].

В соответствии с уровнями изменения природных процессов в зависимости от территориального охвата земель различают глобальный, региональный и локальный мониторинги.

Глобальный мониторинг проводится согласно с международной геосферно-биосферной программы (МГБП) «Глобальные изменения» [120].

Региональный мониторинг земель осуществляется в соответствии с программой Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству на пространствах, ограниченных физико-географическими, экономико-географическими, административными или иными рубежами, то есть охватывает крупные территории.

Локальный мониторинг ведется на территориальном уровне ниже регионального в рамках программы Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству [43, 104].

По направленности, задачам, комплексу методов, объектам и составу наблюдений биосферный мониторинг может быть подразделен на: почвенно-экологический мониторинг по Н.А. Муромцеву [161, 162]; агроэкологический мониторинг по ВИУА [276]; мониторинг загрязнения почв по М. С. Соколову и В. И. Терехову [222] – это мониторинги существующих систем биосферы.

В понятиях этих терминов указывается на то, что это сложная проблема и ее следует понимать как научную информационную. Информация должна быть базовой, оперативной и сигнальной [128]. Более расширенно толкует мониторинг К. Рейли [208]: это не только оценка, контроль и прогноз состояния компонентов биосферы, но и аргументированные рекомендации, и действенные меры по предотвращению нежелательных последствий хозяйственной деятельности человека. Научной базой для проведения мониторинговых исследований являются экополигоны на базе стационарных опытов [132].

До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды; в меньшей степени тяжелые металлы. В настоящее время интерес к ним повысился в связи с фактами острых токсичных эффектов, вызванных промышленным загрязнением Hg, Cd, Se, Pb в системе «воздух – почва – вода –растение – человек» [55, 95, 154].

На земле не остается территорий, которые в той или иной степени не подвергались бы загрязнению химическими элементами. Около 15% территории России относится к зонам экологического неблагополучия. Наиболее объективным критерием, по которому можно отличить благополучную местность от территории кризиса, является здоровье человека. Там, где растет заболеваемость – зоны экологического неблагополучия, а если растет смертность – это уже зоны бедствия [264].

Из 92 встречающихся в природе химических элементов 81 обнаружен в организме человека. Микроэлементы Fe, J, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, Se, Mn, As, F, Si, Li признаны эссенциональными, то есть жизненно необходимыми. Предполагают, что Cd, Pb, Ru, Sn также жизненно необходимы. Любой элемент в зависимости от концентрации может положительно или отрицательно влиять на здоровье человека [124, 264]. Металлы, поступая в клетку в концентрациях, превышающих биотические, оседают на поверхности хромосом, индуцируя при этом химические и электрохимические процессы, которые вызывают изменения в структуре нуклеиновых кислот [11, 124, 222], могут изменять ход нейрохимических процессов, вызывать изменения в эндогенных биохимических процессах [238].

В программе глобального мониторинга [34, 272], принятого ООН, в начале фигурировали Pb, Cd, Hg. Уже в 1975 г. было рекомендовано, помимо трех указанных выше металлов, вести наблюдения за Cu, Zn, Ni, Co, Ag, Cr, Mn, V, Mo [4]. В 1980 г. к ним добавлены Sn, W, Sb, As, Se. Ю. В. Алексеев [14] считает наиболее опасными Hq, Cd, Pb, Ni, Cr. Б.Я. Ягодин с соавторами [264] отмечают, что биофильные микроэлементы Cu, Zn, Mo, Mn в высоких концентрациях становятся токсичными не только для растений. Они имеют особое экологическое, биологическое и здравоохранительное значение.

При организации глобального (биосферного) экологического мониторинга используются следующие основные фундаментальные принципы [25, 60, 151, 152, 165, 193]:

1. Комплексность, которая включает регулярные долговременные наблюдения за уровнем загрязнения природных сред и сопутствующие физико-химические, биологические, агрохимические и другие виды исследований, а также предусматривает изучение оценки ответной реакции биоты на антропогенное воздействие.

2. Блочность организации и построения мониторинга состоит в том, что применяется единая методика и исследования ведутся на стационарных (реперных) участках, где представлены основные типы почв. Учитываются взаимодействия блок-компонентов агросистемы «грунтовые воды – почва –растения – вода – животные – человек».

Существуют три вида загрязнения земель: агрогенный, гидрогенный и аэрогенный.

Аэрогенный перенос загрязнений является самым мощным способом воздействия на экосистему, так как он непрерывно действующий.

На схеме (рис.6) отображено воздействие антропогенных факторов на экосистему. Она подчеркивает сложность взаимосвязанных процессов, требует контроля взаимодействующих компонентов биосферы: атмосферы, педосферы, гидросферы, естественного и агробиоценоза.

При проведении мониторинга следует учитывать все эти факторы загрязнения в комплексе.