Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка региональных и локальных нормативов содержания химических веществ в почве по биологическим показателям

Сведения об участнике
ФИО
Колесников Сергей Ильич
ФИО (на английском языке)
Kolesnikov Sergey
Название организации
Южный федеральный университет
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биотестирование в нормировании и токсикологическом контроле
Название доклада
Разработка региональных и локальных нормативов содержания химических веществ в почве по биологическим показателям
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Аннотация
Для установления региональной или локальной ПДК необходимо проведение полевого или лабораторного моделирования загрязнения соответствующей почвы соответствующим загрязняющим веществом. Схема опыта должна включать контроль (незагрязненную почву с фоновой концентрацией загрязняющего вещества) и не менее 3 вариантов с различными дозами загрязняющего вещества от 2 до 10 фонов. Повторность каждого варианта не менее 3-х. Через 30 суток после загрязнения из всех вариантов опыта отбирают образцы почвы. В каждом образце почвы определяют шесть биологических показателей: общая численность бактерий, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность, длина корней редиса. Повторность каждого анализа не менее 6-ти. На основе указанных биологических показателей рассчитывают интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы. Для этого значение каждого из шести показателей в незагрязненной почве принимают за 100% и по отношению к нему выражают в процентах значения в вариантах с загрязненной почвой. Затем определяют среднее значение шести показателей в вариантах с загрязненной почвой. Полученные значения ИПБС выражены в процентах к фону (к 100%). Далее определяется уравнение регрессии, отражающее зависимость снижения значений ИПБС от содержания в почве загрязняющего вещества. По этому уравнению рассчитывается концентрация загрязняющего вещества, при которой ИПБС снижается на 10% от контроля, что свидетельствует и нарушении целостных биогеоценотических функций почвы.
Ключевые слова
Химическое загрязнение, региональные нормативы, биологические показатели, экологические функции почв.
Введение

В настоящее время для многих загрязняющих веществ (элементов) не разработаны экологически безопасные нормы их содержания в почве (например, нефть и нефтепродукты, многие тяжелые металлы и т.д.). Для тех веществ, для которых нормативы установлены, значения этих нормативов (ПДК и ОДК) носят общий («глобальный») характер. Они разработаны, как правило, либо для «почвы в целом» (ПДК), либо для «крупных групп почв» (ОДК), сходных по основным свойствам почвы, определяющим их устойчивость к загрязнению (гранулометрический состав, рН и др.). Однако значения этих нормативов часто оказываются несостоятельными в силу как объективных, так и субъективных причин. Целесообразно создание методики, позволяющей устанавливать «региональные» и «локальные» нормативы содержания в почве загрязняющих веществ (элементов) с учетом местных эколого-геохимических особенностей территории.

В последнее время и в России, и за рубежом, при оценке состояния окружающей среды и нормировании ее качества экологический подход стал доминирующим. Нами предлагается оценивать степень негативного воздействия химического загрязнения на основе «эмерджентного» подхода по степени нарушения экологических и хозяйственных функций, выполняемых почвой в природной экосистеме, агроэкосистеме или урбосистеме. Это возможно благодаря тому, что нарушение (срыв) экологических функций почвы происходит в определенной очередности в зависимости от силы антропогенного воздействия. Сначала нарушаются информационные функции, затем биохимические, физико-химические, химические и целостные, и в последнюю очередь физические функции почвы. 

Методы и материалы

В качестве критерия степени нарушения экофункций предлагается использовать интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы, определенный на основе набора наиболее информативных биологических показателей, первыми реагирующими на антропогенное воздействие.

Для установления региональной или локальной ПДК необходимо проведение полевого или лабораторного моделирования загрязнения соответствующей почвы соответствующим загрязняющим веществом. Схема опыта должна включать контроль (незагрязненную почву с фоновой концентрацией загрязняющего вещества) и не менее 3 вариантов с различными дозами загрязняющего вещества от 2 до 10 фонов. Повторность каждого варианта не менее 3-х.

Наиболее информативным сроком экспозиции является 30 суток. Через 30 суток после загрязнения из всех вариантов опыта отбирают образцы почвы. В каждом образце почвы определяют шесть биологических показателей: общая численность бактерий, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность, длина корней редиса. Повторность каждого анализа не менее 6-ти.

Выбор биологических показателей обусловлен следующими причинами. Общая численность бактерий характеризует состояние редуцентов в экосистеме. Бактерии рода Azotobacter традиционно используют как индикатор химического загрязнения почвы. Активность каталазы и дегидрогеназы отражают интенсивность минерализационных процессов в почве. Длина корней редиса характеризует благоприятность почвы для растений.

На основе указанных биологических показателей рассчитывают интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы. Для этого значение каждого из шести показателей в незагрязненной почве принимают за 100% и по отношению к нему выражают в процентах значения в вариантах с загрязненной почвой. Затем определяют среднее значение шести показателей в вариантах с загрязненной почвой. Полученные значения ИПБС выражены в процентах к фону (к 100%).

Почва выполняет свои экологические функции полноценно, пока не произошло снижение значений ИПБС. При его снижении в той или иной степени происходит нарушение тех или иных экологических функций почвы. 

Ранее установлено, что если значения ИПБС уменьшаются менее чем на 5 %, то почва выполняет свои экологические функции нормально, при снижении значений ИПБС на 5-10% происходит нарушение информационных экофункций, на 10-25 % — биохимических, физико-химических, химических и целостных, более чем на 25 % — физических.

Устойчивость почвы к загрязнению или иным деградационным процессам должна пониматься, прежде всего, под устойчивостью именно целостных биогеоценотических функций, таких как аккумуляция и трансформация веществ и энергии в биогеоценозе, санитарная функция, функция буферного и защитного биогеоценотического экрана, условия существования и эволюции организмов. Нарушение этой группы функций следует считать порогом устойчивости почвы к антропогенному воздействию, превышение которого чревато экологическим кризисом или даже катастрофой для экосистемы. Следовательно, ПДК загрязняющего вещества в почве можно считать такую концентрацию, при которой ИПБС снижается не более чем на 10 % по сравнению с незагрязненной почвой.

По результатам полевого и лабораторного моделирования химического загрязнения почвы определяется уравнение регрессии, отражающее зависимость снижения значений ИПБС от содержания в почве загрязняющего вещества. По этому уравнению рассчитывается концентрация загрязняющего вещества, при которой ИПБС снижается на 10% от контроля, то есть происходит нарушение целостных биогеоценотических функций почвы.

Полученные результаты

На сегодняшний день разработаны (предложены) региональные нормативы содержания тяжелых металлов, металлоидов, нефти и нефтепродуктов в основных почвах юга России:

— As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, F, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Sr, V, W, Zn в черноземах обыкновенных;

— Cr, Cu, Ni, Pb, нефти в черноземах обыкновенных, черноземах южных, черноземах выщелоченных слитых, черноземах остаточно-карбонатных; темно-каштановых, каштановых, светло-каштановых; бурых полупустынных; коричневых типичных, коричневых выщелоченных, коричневых карбонатных; желтоземах; бурых лесных кислых, бурых лесных кислых оподзоленных; серых лесных; дерново-карбонатных типичных, дерново-карбонатных выщелоченных; горно-луговых; солонцах; солончаках; песчаных;

— Cd, F, Mo, Se, Zn в черноземах обыкновенных, черноземах выщелоченных слитых; бурых лесных; серых лесных; дерново-карбонатных; горно-луговых;

— нефти, бензина, дизельного топлива, мазута в черноземах обыкновенных, черноземах выщелоченных слитых; бурых лесных; серых лесных; дерново-карбонатных; горно-луговых. 

Заключение

Предлагаемый способ разработки региональных и локальных нормативов содержания химических веществ в почве можно использовать при экологическом нормировании загрязнения почв; при разработке остаточно допустимого количества загрязняющего вещества в почве при рекультивации; при разработке путей и методов санации загрязненных почв; при прогнозировании экологических последствий хозяйственной деятельности на данной территории; при оценке риска катастроф; при проведении экологической экспертизы, паспортизации, сертификации территории или хозяйственного объекта и т.д. 

Цитируемая литература
Не заполнено
Благодарности
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (6.345.2014/K) и государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-9072.2016.11).
Название, авторы, резюме (на английском языке)

Develop of regional and local norms of the content of chemical substances in the soil using biological parameters

Kolesnikov Sergey 

Regional norms of pollutants in the main soils of South of Russia proposed.