Критерии оценки состояния эколого-геохимических условий, обусловленных проявлением геохимической экологической функции литосферы

В настоящее время в России и за рубежом приоритетное распространение получили три подхода к нормированию экологически опасных токсикантов в объектах окружающей среды:

1. санитарно-гигиенический, базирующийся на величинах нормативных пре-дельно-допустимых концентраций;
2. геохимический, оперирующий величинами кларков концентраций, фоновых величин, суммарных величин токсикантов и других геохимических параметров;
3. биогеохимический, оценивающий растения как интегральный показатель со-держания токсичных элементов в почвах.

Нормативные критерии, оценивающие медико-санитарную обстановку по данным геохимических особенностей литосферы

В эколого-геологическом аспекте наиболее интересными являются подходык разработке базирующиеся на гигиеническом нормировании по показателям вредности.

Они включают серию показателей (табл. 55):

• транслокационный, лимитирующий переход нормируемого элемента в растение;
• миграционный водный, нормирующий переход токсикантов в водную среду;
• миграционный воздушный, нормирующий поступление элементов в воздушную среду;
• общесанитарный, оценивающий самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз.

Отмеченные показатели явились базовыми для первого нормативного документа, регламентирующего инженерно-экологические изыскания (СП 11-102-97), в качестве критериев оценки загрязнения почв и горных пород неорганическими и органическими веществами. На основании данных показателей разработаны градации степени загрязнения компонентов литосферы, почв и вод органическими и неорганическими веществами: (см. табл. 20-23), которые могут быть использованы в целях картографического отражения эколого-геохимического состояния литосферы.

На основе отмеченных показателей Н.З.Милащенко, Л.В.Посмитной, Н.М.Ва-рюшкиной и М.А.Высоковым предложена четырехранговая схема оценки системы «почва-растение»:

• категория допустимого загрязнения почв: содержание химических веществ в почвах превышает фоновое, но не выше ПДК. В этой зоне возможно использование почв под любые культуры;
• категория умеренно-опасного загрязнение почв, где количество химических веществ в почвах превышает ПДК при лимитирующем обще санитарном, водном и миграционном воздушном показателях вредности, но ниже ПДК по транслокационному показателю. Почвы данной зоны возможно использовать под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений;
• категория высокоопасного загрязнения почв: содержание химических веществ в почвах превышает ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности. В данной зоне использование почв под сельскохозяйственные культуры ограничено, исключаются из севооборота те растения, которые могут являться концентраторами токсичных веществ. Целесообразно использование почв под технические культуры без получения из них продуктов питания и кормов;
• категория чрезвычайно опасного загрязнения почв, содержание химических веществ в почвах превышает ПДК по всем показателям. Эта зона исключается из сельскохозяйственного использования.

Оценка качества вод питьевого назначения проводится на основании величин предельно-допустимых концентраций (см. табл. 22), по санитарно-токсикологическому признаку. Рекомендуемые критерии санитарно-гигиенической опасности загрязнения питьевой воды и источников питьевого водоснабжения детально рассмотрены в нормативных документах. Критерии оценки степени загрязнения подземных вод в зоне влияния хозяйственных объектов приведены в табл. 56.

В заключение следует отметить, что выполняемые оценки на основе ПДК в последнее время встречают обоснованные критические замечания, связанные с рядом негативных позиций. Отметим три из них.

1. В существующих ПДК не учитываются эффекты химического и биологического накопления загрязняющих веществ в недопустимо высоких концентрациях в результате перехода из среды в среду; также не учитываются их накопление в трофических цепях, превращение при миграции в более токсичные формы. Санитарно-гигиенические нормы правомерны там, где вторичные природные процессы являются неопределяющими, что существенно ограничивает возможность их применения.
2. В настоящее время сложившиеся в области гигиены и токсикологии подходы ориентированы на определение полулетальной дозы, а затем пороговых концентраций. Многочисленные зависимости «доза-время-эффект», на основании которых определяется ПДК, близки между собой в диапазоне высоких доз и существенно различаются в диапазоне низких доз.
3. ПДК устанавливаются в эксперименте на лабораторных животных, преиму-щественно на крысах и мышах. Однако именно эти виды животных являются наи более устойчивыми к химическим веществам. Адекватность экстраполяции данных на организм человека активно дискутируется в литературе. В частности, высказывается мнение, что при нормировании факторов окружающей среды в населенных местах оценочным критерием их действия на организм должны служить не патологические, а функциональные изменения, а в качестве допустимого уровня должны приниматься подпороговые величины, которые не вызывают компенсаторного напряжения функциональных систем организма.

Геохимические критерии

В качестве критерия оценки эколого-геохимического состояния компонентов природной среды и экологической обстановки территории чаще всего используется суммарный показатель содержания токсикантов (Z_c), так как геохимические аномалии имеют полиэлементный состав.

где К_с — коэффициент концентрации (отношение содержания химического элемента в оцениваемом объекте к его фоновому содержанию); п — число химических элементов, входящих в изучаемую ассоциацию.

По суммарному содержанию тяжелых металлов в почвах под руководством Ю.Е.Саета была разработана четырехранговая ориентировочная оценочная шкала системы «почва-человек»:

• допустимая степень загрязнения почв (Z_c < 16). Для данных местностей характерны наиболее низкие показатели детей, и частота встречаемости функциональных отклонений минимальна;
• умеренно опасная степень загрязнения . Характерно повышение уровня общей заболеваемости населения;
• пасная степень загрязнения почв (Z_c = 32-128). Отмечаются высокий уровень общей заболеваемости, рост числа часто болеющих детей, а также детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы;
• чрезвычайно опасная степень загрязнения почв (Z_c> 128). Характерно наряду с высоким уровнем заболеваемости детей нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, преждевременных родов, мертво-рождаемости, гипотрофии новорожденных).

Однако следует иметь в виду, что при использовании данного показателя не учитываются ни подразделения на классы гигиенической опасности, ни современные разработки по токсикологии химических элементов. Одна и та же степень загрязнения по суммарному показателю может быть вызвана различными тяжелыми металлами.

Объединение химических элементов в группы для оценки совместного воздействия следует делать на основе либо общности их химических свойств, либо на основе их токсикологической опасности для живых организмов. В настоящее время этот вопрос мало изучен и требует постановки специальных исследований.

Для определения степени загрязнения донных отложений германских рек тяжелыми металлами пользуются «игео-классами», или «индексами геоаккумуляции», по Г.Мюллеру (табл. 57), которые определяются на основе уравнения:

где Сn — измеренная концентрация элемента n в донных отложениях (фракция менее 0,020 мм); В,, — геохимическая фоновая концентрация элемента п (определяется по данным специальных региональных исследований), умножение ее на 1,5 осуществляется для учета природных флуктуаций
Этот показатель является основанием для подразделения донных отложений на различные классы качества (табл. 58). Данная классификация используется при составлении карт загрязнения донных отложений по каждому тяжелому металлу. Серии таких карт позволяют наиболее адекватно оценить техногенную нагрузку на речные экосистемы и выявить наиболее неблагополучные в экологическом отношении территории. В течение почти 20 лет эта система классификации находит широкое применение в Германии.
Значения концентраций основных тяжелых металлов по игео-классам (по Г.Мюллеру, 1979)

Отмеченные четырехранговые оценочные шкалы систем: «почва (порода)-человек», «почва-растение», «донные осадки-биота» коррелируют с оценкой зон экологического нарушения экосистем, по Б.В.Виноградову (зоны экологической нормы, риска, кризиса и бедствия), и классами состояния эколого-геологических условий литосферы и ее компонентов, выделяемыми В.Т.Трофимовым и Д.Г.Зилингом.

Биогеохимические критерии

В.В.Ковальским (1989,1994) и другими исследователями в геохимической экологии разрабатывается учение о нижних и верхних пороговых концентрациях, которые отражают емкость геомеостатических регуляторов системы (см предыдущую главу). Предлагается опираться на вероятностный принцип как варьирование пороговой величины в популяции. К факторам, влияющим на чувствительность организма к химическому воздействию, относятся периоды развития организма, генетические особенности, дефицит питания, наличие предрасполагающих заболеваний и индивидуальные привычки.
Развивая этот подход, В.В.Ермаков (1993-1995) предложил рассматривать растения как интегральный показатель содержания токсичных элементов в почвах и на их основе выполнять эколого-биогеохимическое районирование территории. Такие работы уже выполнены. Ранее было показано, что компоненты литосферы попадают в зону минерального питания растений (по В.И.Бгатову, 1993) и включаются в процесс миграции по трофическим цепям.

*Размер неблагополучной территории — более 20% общей площади административной единицы (село, район, город и т.д.).

Поэтому можно рассматривать растения как интегральный показатель содержания элементов в горных породах приповерхностной части литосферы и использовать предложенные В.В.Ермаковым биогеохимические показатели в качестве интегральных критериев, оценивающих состояние эколого-геологической системы при эколого-геохимическом районировании территории (табл. 59).