169826 (Роль і значення ґрунтів в боротьбі з забрудненням. Екологічне нормування техногенних забруднень)

Роль і значення ґрунтів в боротьбі з забрудненням. Екологічне нормування техногенних забруднень

Основні джерела техногенного забруднення ґрунтового покриву викиди промислових підприємств через атмосферу (пил, дим, аерозолі), що мають велику зону поширення, а також тісний зв'язок просторового розсіювання з фізико-географічними умовами регіону. Крім промислових викидів, забруднення ґрунтового покриву певною мірою може бути наслідком застосування в сільськогосподарському виробництві пестицидів й добрив (які містять ртуть, мідь, цинк й ін.) або використання для зрошення освітлених, але забруднених важкими металами побутових і промислових стічних вод.

Заходи, спрямовані на обмеження забруднення грунтів, є також засобами зниження подальшого забруднення всієї біосфери. Один з дійових заходів з зменшення забруднення ґрунтів - нормування вмісту в них шкідливих речовин, що надходять різними шляхами: зрошення побутовими і промисловими стічними водами, застосування осадів, що утворюються на очисних спорудах, осідання на поверхню ґрунту різних речовин промислових викидів в атмосферу, складування твердих промислових відходів, неправильне захоронення шлаків і, нарешті, застосування пестицидів і мінеральних добрив, що містять домішки в сільському господарстві.

Існуюючі підходи щодо нормування техногенних забруднень у ґрунті, основані на оцінці впливу кількості забруднювача на комплекс показників за тими або іншими критеріями. Обґрунтування вибору критерію оцінки - важливий момент, що визначає дієвість встановленого нормативу.

В залежності від властивостей грунту й сучасної динаміки ґрунтових процесів, техногенні забруднювачі, що попадають в ґрунт розкладаються, виносяться за межі ґрунтового профілю, втрачають токсичність або, навпаки, накопичуються в доступних формах, перетворюються в більш токсичні сполуки, порушують нормальне функціонування ґрунтової біоти, а отже, і всієї ґрунтової системи.

З погляду ґрунтознавців і агрохіміків, нормування техногенного забруднення, зокрема пестицидів, варто здійснювати з урахуванням токсиколого-гігієничних характеристик препаратів на основі еколого-агрохімічних критеріїв, до яких віднесені: тривалість збереження препаратів у ґрунті, їх дія на ґрунтову біоту і ферментативні процеси, характер пересування по ґрунтовому профілю, ступінь надходження в культурні рослини, фітотоксичну дію через ґрунт.

На аналогічних критеріях побудоване гігієнічне нормування хімічних речовин у ґрунті. Не вдаючись у деталі принципу гігієнічного нормування хімічних речовин у ґрунті, відзначимо, що поряд з вивченням стабільності речовини в різних типах ґрунтів, її впливу на мікробіоценоз, умов метаболізму, необхідно визначити ступінь і умови її міграції в навколишньому середовищі.

Хімічні речовини, що попадають тим або іншим шляхом в екосистему, знаходяться в постійному русі, переходячи з однієї форми в іншу: з повітря — у ґрунт, рослини; з води - у ґрунт, донні відкладення, водну фауну і флору і, нарешті, із ґрунту — у повітря, поверхневі і підземні джерела води, в рослини, що вирощуються на ґрунті. Ґрунт найбільш інтенсивно циркулює забруднення, що надходять на його поверхню й, утримуючи частину з них, віддає інше контактуючим середовищам з різною енергією, що залежить від різноманітних причин. Накопичений в цій області науковий досвід дозволяє зробити висновок, поки що у всіх випадках експериментальної розробки гранично допустимих концентрацій (ГДК) у ґрунті забруднювачів лімітуючим показником, була транслокація (перехід) речовини з ґрунту у рослини (додаток 2). У цьому плані становить інтерес кількість нормованої речовини, що переходить з ґрунту в рослини, її дія на організм у концентраціях, що знаходяться в цих умовах у рослинах, підсилюючих явище транслокації, залежність між ступенем акумуляції речовини в ґрунті, рослинах й інших компонентах ландшафту.

Багаточисельні досліди показали, що рослини, вирощені на ґрунті, забрудненому різними сполуками, містять ці речовини в кількості, що перевищує їхню концентрацію в ґрунті. Таким чином, при розробці ГДК хімічної речовини в ґрунті важливо встановити інтенсивність міграції речовини з ґрунту в повітря, воду й рослини, що визначають у сукупності середовище існування. Допустимим рівнем міграції нормованої речовини з ґрунту в граничне з нею середовище може вважатися величина, що не викликає перевищення ГДК для даних середовищ. До сьогодення лімітуючим показником, який визначає рівень нормування речовин у ґрунті, є транслокаційний. Багаторазовий кореляційний аналіз ГДК у ґрунті показав, що критичні концентрації всіх забруднювачів встановлюються по транслокації в рослини.

На відміну від інших середовищ ґрунт має потужну здатність, щодо акумулювання різних забруднень. Ця суттєва обставина не тільки підсилює дію через грунт техногенних токсикантів на рослини, тварин, людей й ґрунтову мікрофлору, але може також певною мірою змінювати властивості ґрунтів. Існує, очевидно, гранична концентрація токсичних речовин (зокрема, важких металів) для кожного типу ґрунтів Скр, нижче якої вони відіграють роль поживного субстрату для рослин й мікробіологічного населення. При деякому перевищенні цієї границі починає виявлятися наявність надлишку важких металів спочатку в пригнічюючій дії на мікрофлору й рослини, потім у зміні окремих показників властивостей ґрунтів. Пригнічююча дія на ґрунтовий мікросвіт токсичних речовин є диференційованою, тому часто призводить до істотного порушення міжвидового складу мікрофлори. При концентрації токсикантів, що істотно перевищують критичні значення (Скр) виявляється їх пригнічююча дія як на всю мікрофлору, так й на властивості ґрунту.

При комплексному підході щодо встановлення обмеження для забруднювачів середовища при обґрунтуванні ГДК питання про наявність або відсутність порога дії не вважається суттєвим. Якщо при деякому значенні концентрації спостерігається помітний стрибок реакції (ефекту) (С = Скр ), то цей факт, очевидно, має бути включений й у медико-біологічну базу розроблюваного стандарту. У цьому випадку інтерес представляє ефект й для значень С не тільки в безпосередньому наближенні до Скр, але й у всьому діапазоні реально здатних зустрічатися значень С. При тривалому впливі зовсім малі концентрації багатьох домішок у ґрунті можуть дати статистично значний ефект, так що порогом "якої б то не було" дії практично є нульова концентрація ("фізіологічний фон"), подібно тому як мінімально "діючою" дозою іонізуючих випромінювань слід вважати нульову. У той же час відсутність порога дії (різкого стрибка функції склад-властивість) не може бути підставою для відсутності ГДК, так само як й наявність такого порога не може бути кінцевим доказом на користь встановлення ГДК на рівні порога. Таким чином, ГДК повинна відображати (задавати) верхню межу рівня забруднення, викиду, перевищення якого неприпустимо за комплексом критеріїв. У зв'язку із цим необхідно звернути увагу ще на один суттєвий момент. Відомо, що ґрунт як особливий вид біоценозу є не тільки засобом одержання сільськогосподарських продуктів й багатьох видів сировини, але й виконує середовищезахисні й санітарно-оздоровчі функції. Причому ефект від цього іноді перевищує ефект використання ґрунтів у сільськогосподарському виробництві. В цих умовах набуває важливості визначення меж здатності ґрунтів, до самоочищення, тобто здатність ґрунтів до накопичення й вбирання важких металів й інших речовин, що залежить від багатьох факторів. Під самоочищуючою здатністю ґрунтів розуміють природну бар'єрну функцію, що попереджає вторинний вплив забруднювачів в основному за рахунок переводу ксенобіотичних речовин у нерухомий стан (сорбція, осадження й ін.). Очевидно, що чим повніше виражений комплекс фізико-хімічних характеристик ґрунтів, тим вища його захисна здатність. Однак ці властивості даного ґрунту мають визначені параметри (границі), що характеризуються відповідними величинами (наприклад, ємність обміну). Перевищення забруднення ґрунтів понад цих параметрів призведе не тільки до зміни властивого їм комплексу фізико-хімічних властивостей, але й втраті цим ґрунтом середовищезахисної функції (функціонального призначення).

Безумовно, ГДК - надзвичайно важлива точка відліку, але вона виражає підсумковий результат надходження елементів-забруднювачів у ґрунт, а потім у харчовий ланцюг, тому не дає уявлення про явища, що виникають у різних частинах системи ґрунт-рослини. Знати про них необхідно, щоб мати уявлення про буферні можливості ґрунту й ефективність роботи захисного механізму, що в свою чергу дозволить прогнозувати вплив забруднення конкретних територій на врожайність рослин, якість врожаю й давати конкретні рекомендації щодо захисту ґрунтів. Дуже важливо вивчити не тільки динаміку властивостей ґрунтів, виявити спрямованість й глибину процесів, що протікають, при різних рівнях забруднення важкими металами, але й встановити межі забруднення, при якому ґрунт зберігає властивий йому як системі комплекс фізичних й фізико-хімічних властивостей, а також зберігається як середовище існування рослинності. Одержати необхідну інформацію можна за допомогою вивчення стану ряду фізико-хімічних властивостей ґрунтів шляхом порівняння з властивостями ґрунтів – еталонів. Ґрунт - дисперсне, гетерогенне природне тіло з добре розвинутою поверхнею розділу між твердою фазою й іншими його компонентами. Власне кажучи, всі властивості ґрунтів й протікаючі в них процеси прямо або побічно, тією чи іншою мірою пов`язані з поверхневими явищами, тому що саме походження й розвиток ґрунтів супроводжуються змінами й виникненням нових міжфазових поверхонь. Тому вивчення явищ, що протікають на міжфазових поверхнях й відображають зміни, що проходять в ґрунтах, край необхідно при рішенні ґрунтозахисних задач, пошуках шляхів оптимізації й покращення властивостей ґрунтів з метою підвищення їх продуктивності, розширеного відтворення родючості. Такий підхід узгоджується з уявленнями про ґрунт як функції умов середовища й результату взаємодії ґрунтотворних факторів: властивості ґрунтів - ґрунтові процеси - фактори ґрунтоутворення. Таким чином, для розуміння сутності процесу зміни властивостей ґрунтів й їх продуктивності важливо досліджувати окремі взаємозв'язки в системі "ґрунт — фактори впливу". Спеціальний розгляд окремих залежностей між ґрунтом й елементами середовища — обов'язкова умова, що дозволяє виявити складний процес деградації ґрунтів в результаті їх хімічного забруднення, у тому числі важкими металами.

Міграція (перерозподіл) мікроелементів у ґрунтах залежить від багатьох причин: водного режиму, реакції ґрунтового розчину, вмісту в ґрунті органічної речовини, співвідношення в ньому гумінових й фульвокислот, аерації й окислювально-відновного потенціалу, гранулометричного складу й структури окремих горизонтів. Частина металів, що надійшла в ґрунт, утворить важкорозчинні форми сполук з гумусовою речовиною. Якась частина металів антропогенного походження може ввійти до складу обмінного комплексу (адсорбуватися), заміщуючи кальцій й магній. Особливість забруднення ґрунтів металами полягає в тому, що порівняно велика кількість металів у ґрунтах має природне походження. Відокремити метали антропогенного походження від природного не є можливим, що утруднює їх нормування. Протягом тривалого періоду функціонування певного типу ґрунту із властивими йому потоками речовин складались конкретні співвідношення між геохімічною поширеністю елементів й поверхневими властивостями ґрунтів. У процесі еволюції установилося квазістаціонарне співвідношення між потоками речовин й відповідними їм поверхневими явищами.

В сучасних умовах, коли ґрунтовий покрив зазнає масових забруднень, розвиток ґрунтових процесів відбувається значною мірою під їх впливом.

Як показали багаточисельні роботи з фізики й хімії ґрунтів, останні можуть зв’язувати значну кількість йонів металів, переводячи їх у важкодоступний або недоступний для рослин стан. Виникає ситуація, коли іони металів накопичуються в ґрунті, але транслокація їх у суміжне середовище й рослини практично відсутня. Однак при цьому змінюється ряд показників фізико-хімічних властивостей ґрунтів, що забезпечують сприятливі умови живлення й росту самих рослин. У цьому випадку чисто санітарно-гігієнічний підхід до нормування забруднення ґрунтів важкими металами має деяку невизначеність. Виникає необхідність. комплексного підходу при встановленні обмежень для забруднення ґрунтів важкими металами, що включає обов'язкове визначення основних показників фізико-хімічних властивостей ґрунтів. При тривалій дії навіть незначні концентрації забруднювачів у ґрунті можуть давати статистично значимий ефект або призводити до помітного стрибка параметра тієї чи іншої властивості. Вочевидь, цей момент повинен враховуватися в медико-санітарно-гігієнічному обґрунтуванні ГДК, що відображає межу рівня забруднення, перевищення якого неприпустимо з комплексу критеріїв. При цьому важливо вивчити спрямованість процесів у різних частинах системи грунт-рослина для визначення буферних можливостей грунту й ефективності роботи захисного механізму. Це дозволить встановити межу забруднення, при якому ґрунт зберігає комплекс властивостей на рівні оптимальних умов розвитку даного виду с/г культур й одержання врожаю високого якості. Крім того, такі знання дозволяють розробляти конкретні рекомендації з вибору й здійсненню ґрунтозахисних й меліоративних заходів.

М.А. Глазовською запропоновано як критерії оцінки техногенного впливу використовувати ступінь впливу кількості забруднення на показники "нормального функціонування" ґрунтової системи: біологічна продуктивність не повинна знижуватися; у біомасі не повинні накопичуватись хімічні елементи або їх сполуки в кількостях, що порушують життєві функції; ґрунтова біота має зберігати свій корисний генофонд.

Для наукового обґрунтування гранично допустимих концентрації пропонується використовувати біологічні індикатори, за допомогою яких можна обґрунтувати гранично допустимі модулі техногенного тиску на різні ґрунти ("модуль техногенного тиску" вимірюється масою забруднювача, що надходить в одиницю часу на одиницю площі) за принципом оцінки "відповідних реакцій" ґрунтів на потоки техногенних забруднювачів, що надходять в них.

При цьому різноманітті техногенних речовин, що надходять у ґрунти М.А. Глазовська об’єднує їх за ефектом дії в дві групи: "педохімічно активні" й "біологічно активні" речовини. До педохімічно активних відносяться речовини, що впливають у першу чергу на кислотно-лужні або окислювально-відновні умови в ґрунтах й тому такі, що змінюють загальну грунтово-геохімічну обстановку. При досягненні певного порога це впливає й на біоту. Біологічно активні техногенні речовини діють перш за все на живі організми. Загальна зміна грунтово-геохімічної обстановки в цьому випадку настає не відразу, а внаслідок порушення активності ґрунтової біоти. До першого класу відносяться мінеральні кислоти, луги, вуглекислі й фізіологічно кислі солі, деякі гази (сірководень, метан). До другого — пестициди, важкі вуглеводи, поліхлорбіфеніли, токсичні мікроелементи й їхні сполуки (ртуть, миш`як, селени, свинець, кадмій, хром, нікель), радіоактивні й інші елементи, надлишковий вміст яких у ґрунтах при безпосередньому впливі на живі організми або через харчові ланцюги викликає важкі захворювання людей й тварин.