Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Оценка и прогноз качества земель

Влияние техногенного загрязнения на состояние сельскохозяйственных угодий и прогноз их качества

Критерии и показатели оценки состояния земель по загрязнению

По А.И. Фатеевым выбор и обоснование критериев оценки состояния земельных ресурсов относительно загрязнения являются составной частью более глобальной проблемы - проблемы нормирования антропогенных нагрузок на экосистемы. По объективным екологотоксикологичнимы критериям можно не только определять экологическую ситуацию на конкретной территории, но и оценивать характер антропогенного воздействия на окружающую среду. Например, экологически чистые территории можно рассматривать как эталон разумного воздействия человека на почвенный покров, в то время как загрязненные сельскохозяйственные угодья - это следствие несбалансированного антропогенного воздействия на окружающую среду.

Известно, что в последнее время процессы деградации почвенного покрова, обусловленные техногенным загрязнением, усилились. Наибольшую опасность для окружающей среды представляет собой загрязнение почв радионуклидами, тяжелыми металлами и пестицидами. Уровень загрязнения ими почв может существенно различаться. Например, наиболее интенсивное загрязнение почв тяжелыми металлами отмечается вблизи источника загрязнения. С удалением от него уровень загрязнения почв уменьшается. Уровень загрязнения почв остаточными количествами пестицидов и радионуклидами в различных регионах страны также специфические отличия. Многочисленными исследованиями установлено, что в почвах действуют механизмы, которые приводят к трансформации техногенных потоков, связывание ксенобиотиков в малоподвижные и недоступные для растений формы. Однако, действуют эти механизмы в определенных пределах. Поэтому экологическая ситуация, обусловленная техногенным воздействием на почвы, может изменяться от благоприятной к катастрофической.

Исследователями ННЦ "ИГ им. А.Н. Соколовского" НААН Украины (А.И. Фатеева, Н. И. Мирошниченко, И. Киселем) предлагаются следующие критерии оценки экологического состояния земельных ресурсов:

- Содержание остаточного количества пестицидов в почвах, мг / кг;

- Содержание остаточного количества пестицидов в растительной массе, мг / кг;

- Содержание валовых форм тяжелых металлов в почвах, мг / кг;

- Содержание валовых форм тяжелых металлов в растительной массе, мг / кг;

- Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах, мг / кг;

- Плотность загрязнения почв цезием-137 и стронцием-90, Ки / км2.

В качестве критериев оценки радиационного фона выбрана плотность загрязнения земель Cs13 и Sr90. Опасность пестицидной загрязнения оценивается величинами пестицидной нагрузки и остаточных количеств биоцидов в почве и растениях. Загрязнение почв тяжелыми металлами контролируется по содержанию в почве и растениях валовых форм тяжелых металлов. Кроме этого, обязательно нужно определять в почве подвижные формы элементов-загрязнителей.

Следует иметь в виду, что оценить экологическое состояние почв, обусловленный техногенным воздействием, довольно сложно. Особенно трудно установить начало техногенной деградации, так как в этом случае в почвах существенных внешних изменений не происходит. Именно потому, что последствия техногенного влияния в большинстве случаев визуально не наблюдаются, предлагается, во-первых, использовать для диагностики такого процесса преимущественно количественные показатели, и, во-вторых, проводить вместе с грунтовыми исследованиями анализ химического состава растений, которые выращиваются на таких территориях . В данном случае эти растения рассматриваются как тест-культуры.

Наибольшие сложности возникают при интерпретации данных о загрязнении почв тяжелыми металлами. Дело в том, что ухудшение свойств почв, загрязненных тяжелыми металлами, происходит не сразу, а после достаточно длительного времени. В первую очередь это относится к черноземных почв, которые имеют по сравнению с дерново-подзолистыми почвами песчаного и супесчаного гранулометрического состава, значительно больше органического вещества и высокую впитывающие способности. Экспериментальное определение коэффициентов диффузии тяжелых металлов в черноземах показало, что они в 2-3 раза ниже, чем в дерново-подзолистых почвах.

На основании этого А.И. Обухов пришел к выводу, что черноземы страдают от последствий загрязнения значительно меньше, чем подзолистые песчаные и супесчаные почвы. Итак, в зоне черноземных почв под влиянием тяжелых металлов значительно меньше снижается уровень продукции культур и ухудшается ее качество, чем на других почвах. В то же время накопление тяжелых металлов в почвах безопасно лишь до определенного уровня, пока растение имеет возможность противодействовать им. Дальнейшее увеличение содержания в почве того или иного элемента резко отрицательно (иногда - смертельно) влияет на развитие растения. Границу нетоксичной действия на растения конкретного загрязнителя установить трудно, поскольку в реальных условиях почти всегда имеет место полиэлементных загрязнения почв. Такой характер загрязнения усложняет прогноз реакции различных сельскохозяйственных культур на загрязнение почв тяжелыми металлами. Надо отметить, что разработать единый критерий, по которому однозначно для конкретной культуры можно было бы оценить токсичные или ни почвы, загрязненные тяжелыми металлами, на наш взгляд, невозможно.

Предложенный рядом авторов (Балюк С.А., готовых В.Я., Фатеев А.И., 1999) такой критерий, как показатель суммарного накопления в почвах тяжелых металлов характеризует скорее структуру загрязнения, чем опасность его для отдельных сельскохозяйственных культур. К тому же растения усваивают не абстрактную сумму элементов, а каждый из них индивидуально. Вот почему использовать этот показатель в оценке фитотоксичности почвы следует достаточно осторожно. Неадекватно по отношению к растениям оценивают токсичность почв, загрязненных тяжелыми металлами, биохимические и микробиологические показатели.

Чтобы прогнозировать реакцию конкретной культуры на загрязнение почв тяжелыми металлами, прежде всего, необходимо учитывать физиолого-биохимические особенности поглощения растениями различных элементов. В.Б. Ильин указывает, что очень часто, когда почва содержит большое количество тяжелых металлов, в растения они не поступают, или поступают в небольших количествах. Очевидно, что этому препятствуют защитные механизмы корневой системы растений. Неудивительно, что наибольшее количество тяжелых металлов в условиях техногенного воздействия на почву накапливается в корнях, меньше в стеблях и листьях и мало (или совсем не накапливается) - в репродуктивных органах. К тому же, на последних этапах онтогенеза растений тяжелые металлы, транспортируются из вегетативных органов в корневую систему. Однако имеют место и факты негативного, а также летального воздействия тяжелых металлов на растения, то есть такого влияния, при котором защитный механизм растений деформируется или разрушается.

Понятно, что основой негативного воздействия на растение того или иного элемента является не сам элемент, а его количество. В.Б. Ильин справедливо считает, что в природе нет токсичных элементов, но есть их токсичные концентрации. Логично предположить, что при полиэлементных загрязнении почв наибольшую опасность для растений будет вызывать элемент, концентрация которого в почвенном растворе будет высокой. Как уровень продуктивности растений ограничивается элементом, находится в питательном растворе в минимуме, так и уровень защитных возможностей растений др действия токсикантов не может быть выше его "запаса прочности". по отношению к элементу, который доминирует среди загрязнителей. Вот почему, по мнению акад. С.Ю. Булыгина (2006), параметры вектора влияния на растение тяжелых металлов, как это ни парадоксально, определяет не алгебраическая сумма влияния каждого, отдельно взятого элемента, а уровень адаптивных возможностей культурного растения к негативному прессу элемента-токсиканта, доминирующего в структуре загрязнителей. В ответ на физиологическое пресс тяжелых металлов, растения снижают до определенного предела уровень адаптивного потенциала, и, тем самым, могут нормально функционировать - наращивать вегетативную массу и формировать генеративные органы. Это происходит в том случае, когда концентрации элементов-загрязнителей в почвенном растворе незначительны. В этом случае, на умеренно загрязненных почвах получают урожай или такого же уровня, как и на незагрязненных или на 5-10% ниже. Если в почвенном растворе концентрация тяжелых металлов (каждого из загрязнителей или одного - доминирующего) такова, что растения физиологически не могут противодействовать им - они погибают или развиваются неполноценно, что является следствием деформации или разрушения адаптивного потенциала растения к тяжелым металлам. Уровень урожая сельскохозяйственных культур на средне- и сильно загрязненных почвах может быть ниже, чем на незагрязненных на 30- 35%.

Именно с учетом соответствующих реакций растений на тяжелые металлы предлагается Для оценки состояния земель относительно загрязнения использовать не только данные по содержанию в почвах валовых и подвижных форм элементов-загрязнителей, но и данные по их содержания в сельскохозяйственных культурах.

Существующая система регламентации антропогенной нагрузки на экосистемы базируется на санитарно-гигиенических нормативах отдельных показателей. Однако такая система неэффективна в отношении защиты производительных функций почвы. Многокомпонентную выбросов производства оказывает также неэффективным контроль за соблюдением регламентов по каждому отдельному ингредиенту. К тому же, при таком подходе невозможно учесть эффекты аккумуляции загрязнителей в экосистемах, и очень сложно дифференцировать нормативы по почвенно климатическими зонами. Все это определяет необходимость разработки других подходов к регламентации техногенных нагрузок на экосистемы.

Проблемы нормирования нагрузок на экосистемы обсуждаются у нас в стране уже более двух десятилетий. Несмотря на значительное разнообразие подходов и довольно успешный опыт определения экологических нормативов загрязнения, ни одна из концепций не позволяет ответить на основные вопросы, которые возникают на практике. Отсутствует достаточно разработана методологическая база, которая дает возможность корректно получить экологические нормативы. Такая база, необходимая для оценки экологического состояния земель, должна включать сведения о:

1) нормативы уровней радиационного фона;

2) экологобезопасного и критические уровни пестицидной нагрузки и ПДК пестицидов;

3) кларки тяжелых металлов, ПДК и предельно допустимые уровни в почве загрязнителей.

Именно по такой комплексной системой и следует давать оценку состояния земель относительно загрязнения. Например, по пестицидов вполне пригодную оценку экологического состояния земель можно получить с помощью данных, характеризующих уровень пестицидной нагрузки. Однако для большей объективности необходимо иметь информацию о остаточные количества пестицидов в почвах и растениях. Уровень загрязнения почв и растительной массы остатками пестицидов определяют путем сравнения фактического содержания пестицидов в почве или в сельскохозяйственной продукции с предельно допустимыми концентрациями. В таблице 4.11 приведены ПДК некоторых пестицидов.

Таблица 4.11

ПДК пестицидов

Название пестицидов

Культура, по которой он применялся

ПДК, мг / кг

В почве

в растениях

амбуш

кукуруза

0,05

0,1

ячмень

0,25

0,2

бетанал

сахарную свеклу

0,25

0,2

ГХЦГ (сумма изомеров)

подсолнечник

0,5

0,1

2,4 Д

(Соли и эфиры)

просо, гречка

0,25-0,1

не разрешается

децис

картофель

0,01

0,01

Сумицидин

картофель

0,02

0,02

Ептам

подсолнечник

0.9

0,05

Раундап

плодовые

0,5

0,01

Тилт

пшеница, рожь, ячмень

0,2

0,1

Превышение фактического содержания остаточного количества пестицидов относительно ПДК является показателем опасной экологической ситуации.

С учетом приведенного типа экологической ситуации относительно пестицидной загрязнения земель можно ранжировать следующим образом ( табл. 4.12 ) : благоприятная, удовлетворительная, предкризисная, кризисная, катастрофическая.

Таблица 4.12

Нормативы оценок пестицидной загрязнения почв

Типы экологической ситуации

нормативы оценок

Пестицидную нагрузки, кг / га д.в.

Остаточные количества пестицидов

в почве

в растениях

благоприятная

<3

не обнаруживаются

не обнаруживаются

удовлетворительная

3-4

<ПДК

<ПДК

предкризисная

4-5

<ПДК

<ПДК

кризисная

5-6

1,1-1,5 ПДК

1,1-1,5 ПДК

катастрофическая

> 6

1,6-10 ПДК

1,6-10 ПДК

В таблице 4.13 приведены нормативы оценок экологической ситуации относительно радиоактивного загрязнения.

Таблица 4.13

Нормативы оценок плотности радиоактивного загрязнения земель, Ки / км 2

Типы экологической ситуации

Cs 157

Sr 90

благоприятная

на уровне естественного фона

на уровне естественного фона

удовлетворительная

0,1-1,0

<0,02

предкризисная

1-5

0,02-1,0

кризисная

5-15

1-3

катастрофическая

> 15

> 3

Более сложным является определение ситуации относительно загрязнения почв тяжелыми металлами. Поскольку техногенное загрязнение почвы почти всегда полиэлементных, исследователей интересовал вопрос о совокупной негативного воздействия на почву избыточных ионов. Однако, существующие предложения носят общий характер. В работах сотрудников ИМГРЭ используется так называемый суммарный показатель концентрации тяжелых металлов (Zc), который представляет собой совокупное превышение содержания исследуемых химических элементов над их фоновым уровнем. Исходя из величины Zc, разработана ориентировочная шкала оценки уровня загрязнения почвенного покрова, которая, к сожалению, может найти лишь ограниченное применение. Теоретические разработки и накопленный фактический материал позволяют предложить систему показателей для экологической оценки накопления тяжелых металлов в загрязненных почвах, основанную на соответствующих реакциях растений на тяжелых металлов.

Разработаны параметры содержания в пахотном слое тяжелых металлов, при которых условия для роста и развития сельскохозяйственных культур могут меняться от благоприятных (оптимальных) к неудовлетворительным (недопустимых). В системе оценки агроэкологических условий относительно элементов-загрязнителей использованы следующие показатели как кларки и ПДК тяжелых металлов ( табл. 4.14, 4.15, 4.16 ).

Таблица 4.14

Валовой фоновое содержание и ПДК тяжелых металлов в почвах

элемент

Кларк, мг / кг

ПДК, мг / кг

ванадий

100

150

Марганец

850

1500

хром

75

100

кобальт

8

50

никель

40

85

медь

20

55

цинк

50

100

селен

0,01

10

кадмий

0,5

3

ртуть

0,02

2,1

свинец

10

32

стронций

300

1000

Таблица 4.15

ПДК подвижных форм тяжелых металлов в почвах

элемент

ПДК, мг / кг

цинк

23

кадмий

0,7

никель

4

кобальт

5

Марганец

50

свинец

2

медь

3

хром

б

Таблица 4.16

ПДК тяжелых металлов в растениеводческой продукции

элемент

ПДК, мг / кг

цинк

23

кадмий

0,7

никель

4

кобальт

5

Марганец

50

свинец

2

медь

3

хром

б

Поскольку ПДК разработаны не для всех элементов, предложенная система двойной характер. Если для конкретного элемента показатель ПДК разработаны, то он прежде всего и используется, если нет - используется Кларк его содержания в почве ( табл. 4.17 ).

Таблица 4.17

Влияние содержания в почвах тяжелых металлов на урожай и качество сельскохозяйственной продукции

класс оценки

содержание элементов

Урожай на загрязненных почвах отношению к незагрязненных, %

Прогнозируемая оценка качества урожая

относительно кларков

относительно ПДК

1

1-2

<0,5

100

Возможно выращивание продукции для детского питания

2

2-3

0,5-1,0

100-95

Качество урожая сельскохозяйственных культур, выращиваемых соответствует санитарно-гигиеническим требованиям

3

3-4

1,0-1,5

95-90

Запрещается выращивать в открытом грунте кормовые и овощные (зеленые и листовые) культуры

4

4-5

1,5-2,0

90-85

Качество урожая кукурузы, сахарной свеклы, подсолнечника, картофеля ниже санитарно-гигиенических требований

5

5-6

2,0-2,5

85-70

Допускается выращивание отдельных сельскохозяйственных культур для использования их в качестве технической продукции

б

> 6

> 2,5

<70

Сельскохозяйственные культуры выращивать не рекомендуется

Нормативы оценок экологического состояния земель относительно их загрязнения тяжелыми металлами приведены в таблице 4.18 .

Таблица 4.18

Нормативы оценок загрязнения почв тяжелыми металлами

Типы экологической ситуации

относительно кларков

относительно ПДК

валовые формы

Подвижные формы в почве

Валовые формы в почве

в почве

в

растениях

благоприятная

1-2

<0,5

<1

<1

удовлетворительная

2-4

0,5-1,5

<1

<1

предкризисная

4-5

1,5-2,0

<1

1,1-2,0

кризисная

5-6

2,0-2,5

1,1-1,5

2,1-10

катастрофическая

> 6

> 2,5

> 1,5

> 10

Обобщенные данные о нормативов оценок экологического состояния земель, обусловленного техногенным воздействием, приведены в таблице 4.19 .

Таблица 4.19

Сводная таблица нормативов оценок экологического состояния земель, обусловленного техногенным воздействием

Тип экологической ситуации

пестициды

тяжелые металлы

Плотность загрязнения почв радионуклидами, Ки / км

нагрузка, кг / га д.в. за год

Остаточные количества (относительно ПДК)

валовые формы

подвижные формы

В

почве

В

растениях

В

почве

почве

В растениях

клерки

относительно ПДК

благоприятная

<3

не обнаруживаются

не обнаруживаются

1-2

<0.5

<1

<1

на уровне естественного фонда

на уровне естественного фонда

удовлетворительная

3-4

<1

<1

2-4

0.51,5

<1

<1

0.1-1.0

<0.02

предкризисная

4-5

<1

<1

4-5

1.5-2

<1

1.1-2,0

1-5

0.02-1,0

кризисная

5-7

1.11.5

1,1-1,5

5-6

2-2.5

1,1-1,5

2-10

5-15

1-3

катастрофическая

> 7

1.6-10

1.6-10

> 6

> 2.5

> 1.5

> 10

> 15

> 3

Известно, что в последние годы территория Украины постоянно подвергалась различным видам загрязнения. Это и атмосферные выбросы радионуклидов в результате испытания ядерного оружия и отходы при переработке материалов на предприятиях ядерно-топливного цикла, выбросы промышленных предприятий и тепловых электростанций, применение токсичных веществ в сельскохозяйственном производстве и тому подобное.

В данном учебнике приводится качественная и количественная оценка загрязнения земель Украины, которая осуществлялась специалистами ННЦ "Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского" на основании обобщения и анализа материалов научных отчетов Института агроэкологии и биотехнологии, Института почвоведения и агрохимии, бывшего Института охраны почв НААН Украины. Оценку объемов нагрузки сельскохозяйственных угодий минеральными удобрениями осуществлено на основе обобщения статистических данных о внесении минеральных удобрений на Украине в период с 1985 по 1990 pp. (Период максимальной химизации сельскохозяйственного производства).

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее