от ICE56 | skachatreferat.ru
Московский Государственный Университет Инженерной Экологии
Кафедра экологии.
Реферат
на тему:
" Проблемы загрязнения почвенного покрова"
Выполнила:
студентка группы И-44
Докудовская В.В.
Проверила: Крюкова Е.Н.
Москва 2012 г.
“ Серьезной ошибкой является
забвение той простой истины, что
город должен
создаваться для человека.
О самой раковине заботятся
больше,
чем о живущем в ней организме. “
К.Доксиадис, греческий архитектор
1. Оценка опасности загрязнения почв
Прежде чем рассмотреть методы оценки загрязнения почв необходимо познакомиться с некоторыми показателями и положениями, определяющими степень опасности загрязняющих веществ, а также дающих оценку опасности загрязнения почв.
Принцип нормирования химических веществ в почве значительно отличается от принципов, положенных в основу нормирования их в водоемах, атмосферном воздухе, пищевых продуктах. Попавшие в почву химические вещества поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения (в последнем случае по биологической цепи почва –человек). Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но и последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред.
Установление ПДК загрязняющих веществ в почве находится в первоначальной стадии, поэтому к настоящему времени установлены ПДК лишь для 30 вредных веществ, преимущественно ядохимикатов.
В связи с тем, что вредные вещества поступают в организм человека по пищевым целям, установлены допустимые остаточные количества (ДОК) пестицидов в почве, пищевых и кормовых продуктах (таблица 1).
Таблица 1 «ПДК и ДОК некоторых веществ в почве»
|Вещество |ПДК, мг/кг |ДОК, мг/кг |
|Хлорофос |0,5 |1,0 |
|Карбофос |2,0 |1,0 |
|Прометрин |0,5 |0,1 |
|Полихлоркамфер |0,5 |0,1 |
|Гексахлорциклогексан |1,0 |1,0 |
Результаты гигиенических исследований загрязненных почв позволяют оценивать степень опасности загрязнения вредными веществами по уровню их возможного воздействия на системы «почва – растение», «почвы – микроорганизмы, биологическая активность», «почвы – грунтовые воды», «почва – атмосферный воздух» и опосредованно – на здоровье человека. С гигиенической позиций опасность загрязнения почвы определяется уровнем возможного ее отрицательного влияния на контактирующие среды, пищевые продукты и непосредственно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.
И именно ПДК химических веществ в почве является основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почв вредными веществами.
Для оценки загрязнения опасности почвы выбор химических веществ – показателейзагрязнения – проводится с учетом:
• специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химических элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона (таблица 1);
• приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве и их классов опасности;
• характер землепользования.
Если нет возможности учесть весь комплекс химических веществ, загрязняющих почву, оценку проводят по наиболее токсичным веществам, то есть относящиеся к наиболее высокому классу опасности.
При отсутствии в документации класса опасности химических веществ, приоритетных для почв исследуемого района, их класс опасности J может быть определен по следующей формуле:
[pic],
где А – атомный вес соответствующего элемента; S – растворимость в воде химического соединения, мг / л; М – молекулярная масса химического соединения, в которое входит данный элемент; a - среднее арифметическое из шести ПДК химических веществ в разных пищевых продуктах (мясо, рыба, фрукты, хлеб, овощи).
При оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать следующее:
• опасность загрязнения тем больше, чем выше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве по сравнению с ПДК;
• опасность загрязнения тем больше, чем выше класс опасности контролируемых веществ;
• буферность почвы, влияющую на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды.
Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов в свою очередь определяется:
• эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы;
• роль загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и при ее непосредственном контакте с человеком;
• Значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха.
Оценка уровня загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанных при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованияхокружающей среды городов. Такими показателями являются коэффициент концентрации химического вещества Кс и суммарный показатель загрязнения Zс, равный сумме коэффициентов концентраций химических элементов:
[pic],
где n – число суммируемых элементов.
Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Zс, отражающую дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов, как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, оксид углерода, оксиды азота), проводится по оценочной шкале, приведенных в таблице 2. Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территории с различным уровнем загрязнения почв.
Таблица 2. Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения Zс
|Категория загрязнения почв |Значение Zс |Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
|Допустимая |Менее 16 |Наиболее низкий уровень заболевания детей и минимальная частота встречаемости |
| | |функциональных отклонений |
|Умеренно опасная |16 … 32 |Увеличение уровня общей заболеваемости |
|Опасная |32 … 128 |Увеличения уровня общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с |
| | |хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой |
| | |системы |
|Чрезвычайно опасная |Более 128 |Увеличения уровня общей заболеваемости детского населения, женщин с нарушением |
| | |репродуктивной функции(увеличение числа преждевременных родов и др.). |
2. Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы
Предельно допустимая концентрация ядовитых веществ (ПДК) в воде, почве, продуктах питания в настоящее время является основой мониторинга вредных веществ в окружающей среде. Однако следует отметить, что превышение ПДК химических веществ в исследуемых субструктурах служит лишь косвенным показателем их токсичности. Не всегда удается установить прямую зависимость между содержанием загрязнителя в среде и ее пригодностью для обитания живых организмов. Почва может быть сильнозагрязненной, но нетоксичной или слаботаксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса.
Наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почвы является биотестирование. Показателем степени токсичности при биотестировании служит изменение выбранной тест-функции биоиндикаторного организма при его взаимодействии с пробой среды. Успешное применение биотестирования для диагностики состояния экосистемы во многом зависит от правильного подбора тест-объекта.
В качестве биоиндикаторов могут быть использованы животные, растения, микроорганизмы. Уровень организации тестируемой биологической системы может варьировать от доклеточного (макромолекулы) до надорганизменного (сообщества). Большенство исследователей полагает, что применение единственного биологического параметра для целей биотестирования ненадежно из-за разнообразных механизмов отклика тест-организма на различные антропогенные загрязнения. Наиболее полный анализ интегральной токсичности достигается при применении набора биотестов с использованием различных тест-организмов при контроле их биологических параметров.
Наиболее очевиднымикритериями выбора тест-организмов являются простота работы и точность получаемых в результате тестирования данных. Под простотой понимается легкость выделения тест-организма из природных источников, его хранения, размножения, постановки пробы на токсичность, обработки и интерпритации полученных результатов. Точность в данном случае – это наличие однозначных, ярко выраженных изменений тестируемой функции индикаторного организма в результате воздействия интересующего загрязнителя.
Во некоторых случаях для оценки токсичности почвы необходимо в качестве тест-объектов брать микроорганизмы. Достоинства микробиологических тестов обусловлены следующими причинами. Благодаря небольшим размерам микробные клетки имеют относительно большую поверхность контакта с окружающей сркдой, что определяет их высокую чувствительность к происходящим в ней изменениям. Высокие скорости роста и размножения микроорганизмов дают возможность за сравнительно короткий срок проследить за воздействием любого неблагоприятного фактора на протяжении десятков и даже сотен поколений. К тому же они компактны и в большинстве случаев не требуют значительных материальных затрат для поддержания жизнедеятельности. Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективной областью исследований.
К недостаткам микробиологических тестов следует отнести достаточно высокую способность микроорганизмов к образованию устойчивых мутантных штаммов, что может в некоторых случаях приводить к получению недостоверных результатов.
Один из простых в исполнении и информативных способов оценки микроботоксичности загрязненных почв – это учет численности микроорганизмов, которая, как правило, достаточно легко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. Так, к примеру, в случае загрязнения почвы нефтью на основе данного показателя можно не только судить о степенизагрязненности, но и о потенциальной возможности почвы к восстанолению. Но определение общей численности бактерий в этом случае в качестве показателя токсичности может быть рекомендовано для сильнозагрязненных почв, так как в зависимости от своей концентрации, нефть способна как стимулировать, так и угнетать развитие микроорганизмов.
В природных экосистемах микроартроподы, являющиеся почвенными безпозвоночными, широко используются для мониторинга на уровне комплекса видов. На территории с интенсивной антропогенной нагрузкой они часто остаются единственной группой, по которой можно судить о степени воздействия на почву. Почвенные ногохвостки (коллемболы) очень чувствительны к воздействию органических веществ, поэтому их можно с успехом применять при определении интегральной токсичности загрязненных почв, в частности тест-показателем может служить процент выживщих особей коллембол, продолжительность их жизни, поведенческие реакции.
Описанные выше тесты доступны и просты в исполнении, не требуют сложного лабораторного оборудования и могут быть рекомендованы исследователям разных уровней подготовки. Их преимущество является также то обстоятельство, что работы ведуться с объектами, типичными для почвенной среды обитания в естественных условиях. Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично в зависимости от целевого назначения исследований. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую колличественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв.
3. Биодиагностика техногенного загрязнения почв
Высокая чувствительность почвы к любым негативным и позитивным воздействиям позволяет использовать биологические показатели в качестве параметров биомониторинга.
Биологическая активность — производная совокупности абиотических, биотических и антропогенных факторов почвообразования. В почве зоо- имикробоценозы объединяются в единую систему с продуктами их жизнедеятельности— внеклеточными и внутриклеточными ферментами, а также с абиотическими компонентами почвы.
Основные положения предлагаемой методологии следующие:
• одновременное изучение показателей биологической активности почвы;
• выявление наиболее информативных эколого-биологических показателей и возможного интегрального показателя экологического состояния почвы;
• учет пространственной и временной вариабельности биологических свойств почвы;
• использование сравнительно-географического и профильно-генетического подходов для оценки состояния почвы.
Исследование состояния деградированных почв будет наиболее полным в том случае, если будут определены:
o прямые показатели загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами (валовое содержание тяжелых металлов, содержание их подвижных форм, содержание нефтепродуктов, мощность загрязненного слоя);
o показатели устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами и нефтепродуктами (емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями, содержание гумуса, реакция среды);
o Биологические показатели изменения свойств почвы под воздействием металлов-загрязнителей и нефтепродуктов (активность почвенных ферментов, например инвертазы, каталазы, интенсивность выделения углекислого газа, целлюлозоразлагающая способность, общая численность почвенных микроорганизмов, структура микробоценоза и др.).
Для практических целей определение всего комплекса показателей весьма трудоемко и требует дорогостоящего оборудования. Более целесообразно определять показатели, объективно отражающие уровень и последствия загрязнения.
Общие закономерности изменения свойств почвы по мере возрастания содержания загрязняющих веществ могут быть сформулированы только на основе экспериментальных материалов. В результате многолетних исследований установлены наиболее информативные показатели биологической активности почвы для биодиагностики и биомониторинга. К ним относятся, прежде всего, биохимическиепоказатели, поскольку они лучше коррелируют с уровнем загрязнения и имеют меньшее варьирование в пространстве и во времени по сравнению с микробиологическими. Из изученных рекомендуется использовать ферментативную активность—активность каталазы, которая является одним из показателей стабилизации почвенных условий. Ее изменение связано с загрязненностью и буферной способностью почвы (рис. 1).
[pic]
При слабом загрязнении происходит стимуляция окислительно-восстановительных процессов.
В проведенных исследованиях активность каталазы была максимальной при коэффициенте Zc концентрация загрязняющих веществ, равном 2 – 8, при Zc = 32 и более она практически не проявлялась.
При коэффициенте Zc равном 2 – 8, уровень загрязнения является допустимым, при 8 – 32 – средним, при 32 – 64 – высоким, при Zc > 64 – очень высоким.
Из всех изученных ферментов каталаза наиболее чувствительна, поэтому ее активность может быть использована в качестве критерия оценки восстановления функций почв.
Было установлено, что наиболее информативным показателем экологического состояния техногенно загрязненных почв является интегральный показатель биологического состояния (ИПБС). При расчете ИПБС максимальное значение каждого показателя в выборке принимается за 100 % и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в других пробах, то есть относительный показатель
Б1 = Б / Бmax ґ 100%,
где Б – значение показателя в пробе; Бmax – максимальное значение показателя.
Затем определяется среднее значение показателя
Бср = (Б1 + Б2 + Б3 + … + Бn) / n,
где n – число показателей.
Интегральный показатель биологической активности рассчитывается по формуле
ИПБС = (Бср / Бср max) ґ 100%,
При диагностике за 100% принимается значение каждого показателя в незагрязненной почве.
Интегральный показатель биологического состояния почвы для всех уровней загрязнения находится в прямой зависимости от содержания в ней тяжелых металлов (рис. 2).
[pic]
Влияние степени загрязнения на биологические процессы в почве целесообразно определять по отклонению активностивнеклеточных биологических процессов от контроля согласно экотоксикологическим нормативам: <10% - мало опасный, 25 – 50 – опасный и > 50% - очень опасный уровень влияния.
Различные типы почв при одинаковом характере и степени загрязнения проявляют различную устойчивость. Для серой лесной почвы средний уровень загрязнения уже очень опасен, в этом случае восстановление биоценотических функций затруднено или практически невозможно. В черноземе выщелоченном снижение ИПБС на 50% происходит только при высоком уровне загрязнения.
Результаты биомониторинга техногенно загрязненных почв могут широко применяться при оценке воздействия на окружающую среду, экологическом нормировании загрязнения почв, прогнозировании экологических последствий какой-либо хозяйственной деятельности на данной территории, проведение экологической экспертизы, аудита и сертификации предприятий.
Состояние почвенного покрова города Москвы
Мегаполисы, крупнейшие города, городские агломерации и урбанизированные районы - это территории глубоко измененной антропогенной деятельностью природы. Выбросы крупных городов изменяют окружающие природные территории. Инженерно-геологические изменения недр, загрязнение почв, воздуха, водных объектов проявляется на расстоянии в 50 раз большем, чем радиус агломерации. Так, атмосферное загрязнение Москвы распространяется на восток (благодаря западному макропереносу) на 70-100 км, тепловое загрязнение и нарушение режима выпадения атмосферных осадков прослеживается на расстоянии 90-100 км, а угнетение лесных массивов - на 30-40 км.
Отдельные ореолы загрязнения вокруг Москвы и других городов и поселков Центрального экономического района слились в единое гигантское пятно площадью 177900 кв.км - от Твери на северо-западе до Нижнего Новгорода на северо-востоке, от южных границ Калужской области на юго-западе до границ Мордовии на юго-востоке. Пятно загрязнения вокруг Екатеринбурга превышает 32,5 тыс.кв.км; вокруг Иркутска - 31 тыс. кв.км.
Чем выше уровень научно-технического прогресса, тем сильнее нагрузка на окружающуюсреду. Один житель США в среднем потребляет ресурсов в 20-30 раз больше, чем средний гражданин Индии.
В почвенном покрове города преобладают урбаноземы - почвы с нарушенным строением профиля, несогласованным залеганием горизонтов, наличием антропогенных горизонтов с высокой степенью загрязнения тяжёлыми металлами и органическими веществами, строительного и бытового мусора.
Мощность антропогенно-преобразованной толщи составляет от нескольких сантиметров до одного и более метра. Отмечено снижение мощности прогумусированной части почв до 2-4 см. Озеленённость городских почв характеризуется как средняя и высокая и превышает 40% , оставаясь стабильной в сравнении с предыдущими годами.
Щёлочно-кислотные условия. Основная часть обследованных почв (73%) характеризуется нейтральной и близкой к нейтральной реакцией среды (рН 6,6 – 7,5), что способствует снижению скорости миграции тяжёлых металлов (ТМ). В 25% случаев отмечена слабокислая и сильнокислая реакция среды, такие почвы расположены в парках и лесопарках города.
Захламлённость городских почв составляет от 5 до 70%. Сильно захламлены почвы на территории Нагатинского затона. Кроме того, существенный процент мусора на поверхности почв (более 20%) отмечен на территории природных парков и заказников Воробьевы горы, Лосиный остров, Москворецкий.
Каменистость почв в городе составляет около 70%. Высокая каменистость и наличие щебёночных включений негативно сказывается на росте растений.
Запечатанность почвенного покрова остаётся высокой и достигает 90% в центральной части города. Среднее значение запечатанности городских почв составляет 58,6%. Минимальный процент запечатанности около 2% характерен для территорий парков, скверов и лесных массивов
Общая характеристика почвенного почв Москвы
Озелененность городских почв характеризуется как удовлетворительная, и остается стабильной и неизменчивой по сравнению с предыдущими годами.
Большинство исследованных участков характеризуются высокой степенью озелененности, достигающей 100% на территориях парков и лесопарков.Ниже 40% степень озелененности опускается лишь в четверти точек опробования за этот год. Площадки с озелененностью порядка 25% и менее встретились на 15% исследуемых территорий и все они относятся к селитебным территориям и промзонам.
Захламленность территории, исследованной при опробовании почв за 2008 г., в целом не превышает 30%. Мусор обнаружен на поверхности в 75% пунктах мониторинга. Минимальным процентом захламленности (0-5%) характеризуются территории природных парков, а также ухоженные газоны в центре города (Бережковская и Космодамианская набережные, газон на ул. Свободы). Наиболее замусоренная поверхность (20-30%) среди исследуемых пунктов наблюдения отмечена в пределах жилой застройки (ул. Голубкинская, ул. Инженерная, ул. Шипиловская). Основная же часть пунктов опробования характеризуется небольшим процентом захламленности 5-10%, причем следует отметить, что в точках, располагающихся на территории промзон и пустырей, мусор проникает и в верхний почвенный слой, где также были отмечены различные антропогенные включения и большое количество камней.
Запечатанность почвенного покрова города по-прежнему остается высокой. Большая часть площадок мониторинга за 2008 г. характеризуется значительной запечатанностью – более 30%. Средняя запечатанность городских почв составляет 50%. Максимальный процент запечатанности (60 и 70%) зафиксирован на территориях жилой застройки на ул. Инженерная, Крондштадтском и Осеннем бульварах, минимальный (0%) на территориях парков, лесопарков (Нескучный сад, Коломенское, Братцево).
Агрохимическая характеристика почв города
Величина рНводн.
Для фоновых зональных (дерново-подзолистых) почв характерен большой разброс показателя кислотной реакции почвенного раствора (рНводн. 4,9-6,5).
Максимальная кислотность отмечается в верхнем горизонте и снижается с глубиной.
Для городских почв одним из диагностических признаков является сдвиг реакции среды в сторону щелочных значений (рНводн. 8-9 и выше).
Обследование почв на территории города Москвы в 2008 г. показало, что основная часть почвхарактеризуется нейтральной или близкой к ней реакцией среды, значения рН колеблются от 6,6 до 7,5 (45%). Показатель кислотности остальных проб достаточно равномерно распределен по классификационным группам: количество случаев встречаемости групп очень сильнокислой и сильнокислой, среднекислой и слабокислой, слабощелочной и щелочной составляет около 16-19%. Одновременно лишь в 0,4% случаев были обнаружены почвы с сильнощелочной и очень сильнощелочной реакцией среды. Средний уровень рН в исследованных почвах составляет 6,6 единиц.
Содержание органического вещества (гумуса, Сорг.)
Природные дерново-подзолистые почвы характеризуются четко обозначенным как морфологически, так и химически гумусовым горизонтом. Он хорошо отличается по более темной окраске. Мощность колеблется от 5-10 до 15 см. Содержание гумуса составляет 1-4%. В нижележащих горизонтах (элювиальном и иллювиальном) его содержание ниже 1%.
Главное отличие городских почв от природных заключается в том, что городские почвы обычно сильно загрязнены (особенно их верхняя часть) битумно-асфальтовыми смесями, сажей, нефтепродуктами. Поэтому для городских почв правильнее говорить о содержании органического углерода (Сорг.), а не о содержании гумуса. Разделение гумуса и продуктов загрязнения требует специальных исследований, до настоящего времени методически до конца не решенных. Содержание Сорг. в городских почвах по литературным данным может колебаться от 2 до 7%.
Большая часть исследуемых почв характеризуется степенью гумусности от очень низкой до средней. Повышенное содержание органического углерода обнаружено в 8,7% случаев, высокое и очень высокое лишь в 3,9 и 3% соответственно. Среднее содержание органического углерода в исследованных почвах составляет 4,1%, что соответствует среднему уровню гумусности. Наибольшее количество Сорг. имеют почвы скверов, бульваров, озелененных газонов, что связано с повышенным агрохимическим уходом за этим типом озелененных территорий.
Содержание гумуса в почвах административных округов распределилось следующим образом: СЗАО,ЮВАО, САО, ЮАО относятся к категории с низким содержанием органического углерода (2,4-4,0%); почвы СВАО, ВАО, ЮЗАО, ЗАО соответствуют среднему уровню обеспеченности органическим углеродом (4,3-5,0%); ЗелАО и ЦАО соответствуют повышенному уровню содержания в почвах органического углерода (6,5-6,6%).
Загрязнение почв Москвы тяжелыми металлами
Особое место среди проявлений антропогенного воздействия на почвы мегаполисов принадлежит загрязнению городской территории тяжелыми металлами, поскольку быстрое самоочищение почв от металлического загрязнения до требуемого по соображениям гигиенической и экологической безопасности уровня затруднено, а во многих случаях практически невозможно.
Основными источниками тяжелых металлов в условиях города являются:
дорожно-транспортный комплекс, промышленные предприятия, неутилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы. По результатам мониторинга почвенного покрова в 2008 г. установлено, что на территории города концентрации отдельных токсичных тяжелых металлов превышают установленные санитарно-гигиенические нормативы.
Наибольшие превышения предельно-допустимых концентраций (ориентировочно-допустимых концентраций) – ПДК (ОДК), а также наибольшее количество случаев таких превышений отмечены для цинка, свинца и кадмия, являющихся элементами 1 класса опасности.
Цинк
Валовое содержание цинка в среднем по городу составляет 103 мг/кг, что почти вдвое ниже значения ОДК. Количество превышений норматива составляет 9,2%, максимальная величина превышения – 1,8 раза. Среднее содержание подвижных форм цинка (40 мг/кг) выше ПДК почти в 2 раза.
Количество случаев превышения норматива достигает 52%. По функциональным зонам валовые и подвижные формы элемента распределяются аналогичным образом – максимальные их количества характерны для почв селитебных территорий и территорий, не вовлеченных в хозяйственную деятельность, минимальные – для почв природных и национальных парков, ботанических садов.
Свинец
Валовое содержание свинца в почвах в среднем составляет 29 мг/кг, что почти в 5раз ниже ОДК, а максимальное содержание превышает норматив всего в 1,4 раза. Концентрация в почвах всех типов функциональных зон ниже норматива и колеблется от 21 до 35 мг/кг (рис. 7.4.2).
Среднее содержание подвижных форм свинца (9,4 мг/кг) выше ПДК в 1,8 раза. Количество случаев превышения норматива по подвижным формам достигает 46%. Минимальное количество подвижных форм элемента (3,6 мг/кг, ниже ПДК) характерно для лесопарков. В почвах остальных типов функциональных зон средние концентрации превышают ПДК, максимальное содержание приходится на территории, не охваченные хозяйственной деятельностью, и парки культуры и отдыха.
Кадмий
Среднее содержание в почвах кадмия составляет 0,6 мг/кг, что почти в 3 раза ниже ПДК. Превышение ПДК отмечено для 4,5% точек, максимальная степень превышения 3,3 раза. Среднее содержание подвижных форм элемента 0,4 мг/кг. Максимальное содержание элемента (валовых и подвижных форм) характерно для почв, не вовлеченных в хозяйственную деятельность (пустырей).
Мышьяк, ртуть
Средние содержания остальных элементов 1 класса опасности – мышьяка (3,8 мг/кг) и ртути (0,2 мг/кг), значительно меньше нормативов, а максимальные концентрации находятся на уровне нормативных значений. Содержания мышьяка распределяются сравнительно равномерно по всем типам функциональных территорий, а максимальное количество ртути присуще почвам скверов, бульваров и газонов.
Медь, никель Из химических элементов 2 класса опасности – меди и никеля – в загрязнении городских почв участвует только медь, особенно ее подвижные формы.
Среднее валовое содержание меди по городу (28 мг/кг) значительно ниже ОДК, а количество случаев превышения его составляет 1,5% (максимальное превышение в 1,4 раза). Среднее содержание подвижных форм элемента (2,9 мг/кг) лишь немного ниже ПДК, а максимальное (24 мг/кг) превышает ПДК в 4,6 раза. Количество превышений норматива составляет 26%. Распределение элемента по типам функционального зонирования характеризуется более высокими содержаниями валовых и подвижных форм в почвах скверов,бульваров, газонов и не вовлеченных в хозяйственную деятельность территорий и минимальными – в почвах природных и национальных парков.
Ни в одной отобранной на ППН почвенной пробе валовое содержание никеля не достигает ОДК. Средняя концентрация подвижных форм (1,2 мг/кг) почти в 3 раза ниже ПДК. Количество случаев превышения норматива составляет 4,6%, максимальная величина превышения – 5 раз. Распределение средних концентраций элемента по типам функциональных зон сравнительно равномерное.
Содержание бенз(а)пирена и нефтепродуктов в почве Москвы
Бенз(а)пирен
Являясь крупным мегаполисом с развитой инфраструктурой, город Москва располагает значительным количеством источников поступления органических загрязнителей в окружающую среду, которые подразделяются на стационарные (промышленные предприятия, ТЭЦ, крупные и мелкие отопительные системы), загрязняющие атмосферу в относительно ограниченных районах, и передвижные (транспорт), выбросы которых распространяются на значительно большие пространства. Бенз(a)пирен – вещество 1-го класса опасности, очень медленно разлагается, накапливается в почве, откуда поступает в грунтовые воды и, накапливаясь в пищевых цепях, может поступать в организм человека.
В исследуемых почвах содержание бенз(а)пирена варьирует от менее 0,001 до 6,3 мг/кг. В 63 % проб концентрации соединения превышают ПДК (0,02 мг/кг). Наиболее загрязнены почвы в центре и на востоке города. Не загрязнены почвы в основном на периферии города, особенно в южной и юго-западной его частях.
Среднее содержание бенз(а)пирена в почвах города составляет 0,32 мг/кг, что в 16 раз выше ПДК (0,02 мг/кг). Средние концентрации по всем округам, за исключением Северо-Западного, также превышают ПДК. Максимальные концентрации загрязнителя выявлены в почвах ЦАО и ЮВАО, минимальные – в почвах СЗАО.
Из функциональных зон наиболее высокие содержания загрязнителя зафиксированы в промзонах и на селитебных территориях, не загрязнены почвы природных, национальных, дендрологических парков и ботанических садов.
Нефть и нефтепродуктыПоступление в почву компонентов нефти и нефтепродуктов вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик почвы, что приводит к снижению и даже полной утрате почвенного плодородия. Кроме того, углеводороды нефти способны образовывать в процессе трансформации токсичные соединения, обладающие канцерогенной, тератогенной и мутагенной активностью. Разложение нефтепродуктов почвенными бактериями происходит крайне медленно.
Содержание нефтепродуктов в исследуемых почвах варьирует в широких пределах – от 5 до 5100 мг/кг. В 53% проб, отобранных в 2008 г., концентрации превышают норматив (300 мг/кг).
На площади города наблюдается чередование участков с загрязненными и незагрязненными почвами. Участки с повышенными концентрациями загрязнителя располагаются в основном вблизи границ Центрального административного округа, а также к северо-западу, востоку и юго-востоку от него, это связанно с наличием множества источников поступления в окружающую среду (автотранспорт, промышленные предприятия). Незагрязненные почвы распространены преимущественно на периферии города, особенно в пределах южного и западного секторов и Лосиного острова, а также в виде более мелких участков по всей его территории.
Среднее содержание нефтепродуктов в почвах составляет 754 мг/кг, т.е. в 2,5 раза выше ПДК. Среднее содержание в почве всех округов, за исключением Северо-Западного, также выше ПДК. Максимальные средниеконцентрации установлены в почве округов ВАО и ЮВАО, в меньшей мере округов ЦАО и ЗАО, минимальные – в почве СЗАО.
Из функциональных зон наиболее высокие содержания нефтепродуктов зафиксированы в промзонах, несколько меньше на селитебных территориях и территориях, не вовлеченных в хозяйственную деятельность (пустыри). Не загрязнены почвы природных, национальных, дендрологических парков и ботанических садов – среднее содержание ниже ПДК.
Эколого-геохимическая и агрохимическая характеристика почв вблизи транспортных магистралей Москвы
Одной из задач мониторинга почв является выявление особенностей их загрязнения вблизитранспортных магистралей. Для этого было заложено 16 профилей в крест простирания четырех основных кольцевых магистралей города
Проектная длина профилей составляла 250 м с отбором проб почв в точках 5, 10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 м от магистралей. На практике только в районе МКАД удалось пройти все профили такой длины. Ввиду близкого расположения жилых застроек к автотрассам длина профилей, заложенных на внутригородских кольцевых трассах, варьировалась от 30 до 250 м.
Пробы почв отбирались из верхнего, гумусового горизонта по методу «конверта» при стороне конверта 1-2 м, что позволяло снизить влияние случайных факторов локального загрязнения почв.
Большая часть площадок, на которых проводились исследования профилей, представляет собой засеянные газонной травой открытые участки, часто с растущими деревьями.
С целью исследования вертикального распространения химических соединений на каждой из 16 площадок были заложены почвенные разрезы глубиной от 50 до 110 см. Разрезы располагались на расстоянии 10 метров от проезжей части. При отборе образцов из почвенных разрезов производилось описание, как ландшафтно-экологических условий местности, так и физико-механических свойств почв.
По результатам мониторинга выявлены некоторые различия в распределении загрязняющих веществ около МКАД и около городских кольцевых трасс, связанные с тем, что в первом случае основным источником поступления загрязняющих веществ в почвы является МКАД, тогда как на территории города помимо автодорог существует (или существовало) множество других источников загрязнения, повлиявших на состояние почв. .
Почвы такого крупного мегаполиса, как Москва, представляют собой специфическое образование, сформировавшееся при активном участии хозяйственной деятельности человека. На большей части города естественный почвенный покров практически уничтожен, ненарушенные почвы сохранились лишь в городских лесах и лесопарках. Процессы почвообразования затрагивают лишь верхние слои почв. Зеленые насаждения скверов, бульваров и газонов создаются наискусственно гумусированных почвенных субстратах мощностью от 30 до 100 см.
Городские почвы содержат самые различные включения строительного мусора, бытовых отходов (битого кирпича, камня, осколков стекла и т.д.). Строительный мусор насыпных почв является слабым источником минерального питания деревьев, оказывает влияние на степень проникновения в почву влаги, воздуха и ее температурный режим.
Следует отметить, что современное состояние почвенного покрова города обусловлено влиянием различных источников загрязнения. Главными загрязнителями почв в Москве являются выбросы промышленных предприятий, ТЭЦ, бытовые отходы и автотранспорт. Значительно и на большую глубину происходит загрязнение почв у автозаправочных станций и нефтебазы. Существенными источниками загрязнения почвенного покрова города являются промышленные и бытовые отходы. Особую опасность для городских почв представляют несанкционированные свалки, где скапливаются строительные отходы и грунты, твердые бытовые отходы, металлолом, отходы различного происхождения. Выбросы вредных веществ в атмосферу от автотранспорта и стационарных источников в черте города составляют более 1,2 кг/м² в год. Они являются наиболее мощным источником загрязнения почвенного покрова. Содержание тяжелых металлов, к примеру, максимально в почвах газонов, разделяющих двухстороннее движение на автомагистралях.
Таким образом, среди главных загрязнителей почв г. Москвы можно выделить следующие: ртуть, кадмий, свинец, цинк, медь. Городские почвы содержат повышенное количество тяжелых металлов в верхних искусственно созданных слоях. Практически все почвы г. Москвы имеют высокие концентрации загрязняющих веществ по сравнению с фоновыми. Распределены эти опасные для здоровья человека загрязнители крайне неравномерно. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами почвы Восточного, Юго-Восточ-ного, Центрального округов Москвы. Средне загрязненными можно считать почвы Южного, Северного, Северо-Западного округов столицы. Менее всего загрязнены почвы Юго-Западного и Западного округов города.
Весьцентр Москвы также сильно загрязнен тяжелыми металлами. Они встречаются в почве, траве газонов, листьях деревьев, детских песочницах. Основными загрязни-телями грунтов являются серебро, свинец и цинк. Среднее содержание серебра в десятки раз выше, а свинца и цинка – от нескольких до десятков раз. Менее интенсивно, но практически повсеместно накапливаются в грунтах олово, медь, хром. Грунты отдельных участков города отличаются избыточными концентрациями стронция, бария, никеля, вольфрама, кадмия. Распределение тяжелых металлов по почвенному разрезу неравномерно. Так, в поверхностном слое из-за замены почвы на газонах содержание тяжелых металлов несколько ниже, чем в целом в корнеобитаемом слое.
Сильно загрязнены почвы восточной части города. Здесь сосредоточена основная часть промышленных зон. Среди главных загрязнителей почвенного покрова можно выделить серебро, медь, цинк, вольфрам, висмут, свинец. Концентрация этих элементов превышает фоновые содержания от 4 до 40 раз.
Концентрации ртути в почве города составляют от 0,05 до 5,0 мг/кг. Загрязнены ртутью в основном почвы центральной и юго-восточной части города.
Загрязнение почвенного покрова свинцом зафиксировано на 8 % площади столицы.
Содержание меди в почвах города более чем на 70% территории города превышает ПДК. Сплошь загрязнены медью почвы Центрального, Северо-Восточного, Восточного, Юго-Восточного и Южного округов. Основными источниками поступления меди в почву являются предприятия цветной металлургии, транспорт, процессы сварки, сжигания углеродных топлив и т.д.
Загрязнение почв цинком, превышающее 1ПДК, отмечено на 35% площади Москвы. Максимальная концентрация этого металла наблюдается в промышленных районах и на крупных транспортных развязках.
На 5,4% территории города зафиксировано превышение предельно допустимой концентрации кадмия. Загрязнение почв кадмием имеет как точечный, так и площадной характер.
В целом по городу территория Москвы относится к умеренно опасной категории загрязнения почв тяжелыми металлами.Следует также выделить гигиенические проблемы, связанные с загрязнением почвы отходами производства и потребления, а также твердыми бытовыми отходами. Особо неблагоприятная ситуация с почвами по микробиологическим и санитарно-химическим показателям сформировалась в селитебной (жилой) зоне г. Москвы.
Практически не сохранилось естественных почв, а сформировались своеобразные искусственные почвы, которые продолжают изменять свою структуру: нарушается пористость, обеспечивающая увлажнение и аэрацию, нарушается равновесие между ее составными элементами, мелкие растительные и животные организмы плохо развиваются, деградируют, гибнут, переставая выполнять важнейшие функции рыхления почвы, разложения органических веществ, их минерализации и приведения в усвояемую растениями форму и т.п. Мощность и плодородие насыпных почв в городе во многих случаях недостаточны, а относительная влажность значительно ниже, чем у естественных ненарушенных почв, что существенно влияет на развитие растений, ослабляет их и уменьшает устойчивость к загрязнителям. Эрозия почв, чрезмерное уплотнение ее поверхностного слоя способствуют быстрому высыханию и ослаблению вегетации растений. Частые механические нарушения почвенного слоя также ухудшают ее характеристики.
Очевидно, что наличие в почве нескольких металлов значительно усиливает их действие. Загрязнение почвы металлами может происходить очень быстро, а вот его удаление занимает длительное время. По данным некоторых исследований, например, для уменьшения концентрации кадмия в почве всего вдвое, понадобится 1000 лет. Большие проблемы ожидают ученые от постепенного «ожелезнения» поверхности земли, вызванного коррозией и износом металлических деталей и оборудования.
Загрязнение почвы горючесмазочными материалами приобретает катастрофические размеры. Применение этилированного бензина, содержащего свинец, является причиной еще большего накопления в почве соединений свинца.
Большой проблемой в городе стала судьба листопада. Закопка опавших листьев с деревьев икустарников, растущих у автомагистралей, приводит к ежегодному поступлению свинца в почву. В то же время вывоз листвы за город приводит к возникновению зоны вторичной концентрации свинца, который может попасть в продукты питания.
Результаты исследований показали, что отдельные виды растений оказывают свойственное только им влияние на химический состав почвы и обладают определенной избирательной способностью поглощения загрязнителей. Умелое использование древесных растений позволяет проводить на умеренно загрязненных почвах их биологическую рекультивацию.
. Во многих странах площадь урбанизированных земель превышает 10% общей территории. Так, в США она составляет 10,8%, в Германии - 13,5%; в Голландии 15,9%. Использование земель под различные сооружения существенно влияет на биосферные процессы. С урбанизированных территорий поступает в 1,5 раза больше органических веществ, в 2 раза больше соединений азота, в 250 раз больше диоксида серы и в 410 раз больше окиси углерода, чем с сельскохозяйственных районов.
Экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. и в 25% городов с населением от 250 тыс. до 500 тыс. чел. По существующим оценкам, около 1,2 млн. человек в городах России живут в условиях резко выраженного экологического дискомфорта и около 50% городского населения России - в условиях шумового загрязнения.
Одной из актуальнейших проблем урбоэкологии является проблема загрязнения городских почв - урбоземов. На ней я и решил остановиться.
Городские почвы (урбоземы).
Городские почвы отличны от естественных по химизму и водно-физическим свойствам. Они переуплотнены, почвенные горизонты перемешаны и обогащены строительным мусором, бытовыми отходами, из-за чего имеют более высокую щелочность, чем природные их аналоги. Почвенный покров крупных городов отличается также и высокой контрастностью, неоднородностью из-за сложной истории развития города, перемешанности погребенных разновозрастных исторических почв и культурных слоев.Так, в центре Казани почвы формируются на мощном культурном слое - наследии прошлых эпох, а на окраинах, в районах нового строительства, почвообразование развивается на свежих насыпных или перемешанных грунтах.
Естественный почвенный покров на большей части городских территорий уничтожен. Он сохранился лишь островками в городских лесопарках. Городские почвы (урбоземы) различаются по характеру формирования (насыпные, перемешанные), по гумусированности, по степени нарушенности профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло, токсичные отходы) и т.д. Для большинства же городских почв характерно отсутствие генетических горизонтов и наличие различных по окраске и мощности слоев искусственного происхождения. До 30-40% площади жилых застроенных зон занимают запечатанные почвы (экраноземы), в промышленных зонах преобладают химически загрязненные индустриземы на насыпных и привозных грунтах, вокруг АЗС формируются интруземы (перемешанные почвы), а в районах новостроек - почвоподобные тела (реплантоземы).
Особый вклад в ухудшение химических свойств почв вносят "снегоносы" - применение зимой солей в целях быстрого освобождения дорожных покрытий от снега. Для этого обычно используют хлористый натрий (поваренную соль), что ведет не только к коррозии подземных коммуникаций, но и к искусственному засолению почвенного слоя. В результате в городах и вдоль автомагистралей появились такие же засоленные почвы, как где-нибудь в сухих степях или на морских побережьях (как оказалось, существенный вклад в засоление придорожных почв в последние годы вносят мощные машины типа джипов, которые, идя на большой скорости, разбрызгивают лужи на дорогах далеко в стороны). Предлагаемые безвредные для растений заменители соли (например, фосфорсодержащая зола) не нашли в России широкого применения. Благодаря повышенному поступлению из атмосферы карбонатов кальция и магния почвы имеют повышенную щелочность (их pH достигает 8-9), они обогащены также сажей (до 5% вместо нормальных 2-3%).
Основная часть загрязняющих веществ поступает вгородские почвы с атмосферными осадками, с мест складирования промышленных и бытовых отходов. Особую опасность представляет загрязнение почв тяжелыми металлами.
Городские почвы имеют повышенное содержание тяжелых металлов, особенно в верхних (до 5 см), искусственно созданных слоях, которые в 4-6 раз превышает фоновое. За последние 15 лет площадь земель, сильно загрязненных тяжелыми металлами, возросла в городах на треть и уже охватывает места новостроек. Например, сильно загрязнен тяжелыми металлами, особенно веществами 1-го и 2-го класса опасности, исторический центр Москвы. Здесь обнаружено высокое загрязнение цинком, кадмием, свинцом, хромом, никелем и медью, а также бензапиреном, обладающим сильнейшими канцерогенными свойствами. Они найдены в почве, листьях деревьев, траве газонов, детских песочницах (дети, играющие на детских площадках в центре города, получают свинца в 6 раз больше, чем взрослые). Значительное содержание тяжелых металлов обнаружено в Центральном парке культуры и отдыха. Это объясняется тем, что парк был разбит в начале 1920-х годов на месте мусорных свалок за Москвой-рекой (в 1923 г. здесь проводилась Всероссийская сельскохозяйственная выставка).
Большую роль в этом загрязнении имеют не только стационарные (промышленные (в первую очередь, металлургические) предприятия, но и мобильные источники, особенно автотранспорт, количество которого с увеличением размеров города постоянно повышается. Если 15-20 лет назад атмосферу городов загрязняли в основном промышленность и энергетика, то сегодня "пальма первенства" перешла к "химическим фабрикам на колесах" - автотранспорту, на долю которого приходится до 90% всех выбросов в атмосферу. Так, например, каждая третья московская семья имеет автомобиль ( в Москве более 3 млн. автомобилей), причем около 15% из них - устаревшие "иномарки". Значительная их часть ввозится в страну с демонтированными антитоксическими системами. 46% всех эксплуатируемых в Москве автотранспортных средств имеют возраст свыше 9 лет, т.е. превысили срок амортизации. К числу приоритетныхзагрязнителей атмосферы, а, следовательно, и почвы, поступающих с отработанными газами автомобилей, относятся свинец и бензапирен. Содержание их в почвах многих городов значительно превышает предельно допустимые нормы. В почвах 120 городов России в 80% обнаружено превышение ПДК свинца, около 10 млн. городских жителей постоянно контактируют с загрязненной свинцом почвой.
Показатели химического загрязнения почвенного покрова некоторых бульваров, входящих в Бульварное кольцо Москвы, представлены в следующей таблице.
|Бульвар |Cu |Ag |
|до 16 |неопасный |Наиболее низкий уровень заболеваемости детей. Минимальная частота |
| | |встречаемости функциональных отклонений |
|16-32 |малоопасный |Увеличение общей заболеваемости |
|32-128 |опасный |Увеличение общей заболеваемости детей и взрослых, числа детей с |
| | |хроническими заболеваниями, нарушений функционального состояния |
| | |сердечно-сосудистой системы |
|более 128 |высокоопасный |Увеличение общей заболеваемости детей и взрослых, числа детей с |
| | |хроническими заболеваниями, нарушений функционального состояния |
| | |сердечно-сосудистой системы, детородной функции женщин |
Извлечение загрязняющих веществ из почвы
Извлечение примесей токсичных химических веществ (антропогенного происхождения) из почв, донных отложений, твердых химических и бытовых отходов и др. относится к наиболее трудным стадияманалитического процесса определения загрязняющих веществ в твердых образцах. Главными способами извлечения загрязняющих веществ из почвы являются [1]:
термодесорбция
жидкостная экстракция
экстракция в микроволновом поле
экстракция субкритической водой
сверхкритическая флюидная экстракция
парофазный анализ
Также к способам очистки почв относятся обработка их в устройствах различного типа подогретыми водными растворами в присутствии поверхностно-активных веществ или других химических реагентов, экстракция нефтепродуктов из почв различными растворителями, в том числе вакуумная экстракция и др., к их числу можно отнести также известкование загрязненных нефтью грунтов – обработку грунта негашеной известью в количестве 0,5-5% от массы разлитого нефтепродукта, в результате чего образуется твердый продукт, прочно удерживающий нефтепродукты в виде комплексных соединений.
Методом очистки грунта, не требующим выемки, является электрохимическая обработка. При электрохимическом методе в загрязненную почву погружаются электроды, к которым подводится постоянный электрический ток. Метод основан на том, что большинство почв содержит в порах между частицами то или иное количество водных растворов солей и поэтому обладает электропроводностью. Многие загрязняющие вещества растворяются в почвенной воде и под воздействием электрического поля перемещаются в направлении к электродам, осаждаются на них и затем извлекаются. В зависимости от свойств почвы перемещение загрязняющих веществ может происходить вследствие миграции или электроосмоса, или по обоим механизма одновременно. Основным преимуществом электрохимического метода очистки является его применение для малопроницаемых (глинистых) почв и возможность извлечения самых разнообразных загрязнителей, включая металлы и органические соединения.
биовентиляция
В США самым распространенным методом очистки загрязненных почв и грунтовых вод является биовентеляция. Сущность его заключается в том, что в загрязненную зону через специальные вертикальные или горизонтальные скважины нагнетается воздух вколичестве, достаточном для снабжения кислородом почвенных бактерий, разлагающих органические соединения до СО2 и воды. Под действием потока воздуха жидкие загрязнения вместе с потоком воздуха транспортируются через почву. К моменту достижения ими поверхности большая часть загрязнений успевает разложиться под действием бактерий. Тем самым значительно снижается загрязненность отходящих газов и уменьшаются затраты на его очистку.
Никакие достижения науки и техники не предотвратят экологическую катастрофу, если реальный сдвиг в отношении человека к природе не станет доминантой формирования новой экологической культуры и этики. Под экологической культурой понимается изменение мировоззрения каждого человека от современного антропоцентрического на более прогрессивное - биоцентрическое.
Список использованной литературы
1. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов: Практическое руководство / Ю.С. Другов, А. А Родин. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007-424с.: ил. - (Методы в химии)
2. Оценка степени загрязнении почвы химическими веществами. Ч.I. Тяжелыми металлами пестицидами. М.: Минприроды РФ, 2009.
3. Определение органических веществ в почвах и отходах производства и потребления. Сборник методических указаний. МУК 4.1.1061-4.1.1062-01. Издание официальное. М.: Минздрав Росии. 2009.
4. Ревелль П.,Ревелль Ч. - Среда нашего обитания, кн.2. Загрязнение воды и воздуха. Пер. с англ., М.: Мир, 1995, с.296.
5. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение,
утилизация, переработка. - М.: Фиар-Пресс, 2008. - 236 с.
6. Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод утилизация отходов. - М.: Издательство ассоциации строительных Вузов. - М.: 2006. - 296 с.
7. Краснянский М.Е., Утилизация и рекуперация отходов. - М.: КНЬ, 2005. - 228 с.
8. Сметанин В.И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. - М.: 2010. - 96 с.
9. Доклад «Экология Москвы » 2011
Do'stlaringiz bilan baham: |