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 ОС по всем видам загрязняющих ингредиентов.

В качестве такого показателя предложена интегральная оценка риска загрязнения почв.

Оценка риска содержит количественное выражение опасности загрязнения почв для человека и ОС 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. 1.

Рис. 1. Алгоритм анализа и управления рисками для почв

Система нормирования поступления загрязняющих веществ в экосистемы основывается на исопльзовании ПДК и ориентирована на человека. Однако она не обеспечивает защиты природным экосистемам. Ее применение необходимо, но недостаточно. Решение этой проблемы предложено в работах Е. Л. Воробейчика, А. М. Степанова, А. С. Яковлева и ряда других авторов.

Концепция критических нагрузок тесно связана с представлениями об устойчивости экосистем, и в первую очередь почв. Концепция базируется на количественной оценке уровня воздействия одного или нескольких загрязнителей, ниже которого (в соответствии с современными методам исследования) не обнаруживается значительного вредного воздействия на специфические чувствительные элементы ОС с целью выявления порогового уровня концентрации, превышение которого обусловливает появление негативных последствий.

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, в свою очередь, 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. Таким образом достигается двуединая цель — определение риска для человека и экосистем. В качестве примера можно привести наиболее важных реципиентов и основные пути миграции металлов (рис. 2) для условной экосистемы.

Рис. 2. Наиболее важные реципиенты экосистемы и основные пути миграции металлов в экосистеме

Рассматривая в качестве реципиента почвы во внимание принимают характер землепользования и структуры 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 на здоровье населения.

Важнейший момент - оценка критического (порогового) значения, определяющего допустимый уровень поступления загрязняющего вещества в экосистему, при котором гарантированно устанавливается пороговая концентрация загрязняющего вещества (например, металла) в почве или почвенном растворе или продукции растениеводства. 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. 3).

Рис. 3. Процессы в почвах, учитываемые в равновесных моделях

Так, 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 были рассчитаны для кальцинированных глинистых почв, а наиболее высокие - для кислых песчаных почв.

В качестве исходных данных для модели необходима информация относительно объемов и состава промышленных выбросов загрязняющих веществ, объемов внесения удобрений в почвы сельхозугодий, характеристики гидрологического режима, растительности, почв и др. параметры, влияющие на миграционные потоки загрязняющих веществ в рассматриваемой экосистеме и свойства реципиента. 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:

• концентрация металлов в почве является равновесной, т.е. не изменяется с течением времени, поскольку количество металлов, поступающих в почву, эквивалентно их выносу;

• 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 полевых 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 - это в целом соответствует действительности, поскольку метод предназначается для верхнего слоя почвы, где вертикальная водная миграция имеет место в подавляющем большинстве случаев. Однако модель неприменима к плохо дренируемым почвам с близким залеганием грунтовых вод вследствие анаэробиоза, способствующего осаждению тяжелых металлов в виде сульфидов. Кроме того, для модели характерны некоторые неопределенности, возникающие при расчете критических нагрузок. Они связаны, прежде всего, с различиями в пороговых значениях вредных веществ. Также они возникают, например, из-за допущений, что равновесие устанавливается в гомогенной среде, а также в результате пространственной неоднородности в распределении металлов и главным образом вследствие ограниченности или отсутствия знаний.

Дата добавления: 2014-11-29