Воздейсвие, % 100
-
Возможны
фактор некоторые
безопас- повреждения
ности
критическая
нагрузка ■ 1 1 1 1 1 1 / 1 / 1 / -и^-
Выпадения
Выбор рецептора
I
Определение критических концетраций
I
Выбор модели расчета
I
Сбор исходных данных
I
Расчет критических нагрузок
I
Сравнение с существующим поступлением
Рис. 2. Схема расчета критических нагрузок тяжелых металлов на экосистемы.
0
Рис. 1. Иллюстрация концепции критических нагрузок.
Концепция критических нагрузок предусматривает достижение максимальной экологической выгоды при сокращении выбросов поллютантов, поскольку показывает оценку дифференцированной чувствительности различных экосистем к поступлениям поллютантов. Расчеты и картографирование критических нагрузок позволят создавать оптимизационные эколого-экономические модели с соответствующей оценкой минимальных экономических вложений для достижения максимального экологического эффекта в масштабе как всего города и его частей, так и в региональном масштабе для учета трансрегионального или трансграничного загрязнения [3, 8].
Метод критических нагрузок используется во всех странах ЕС, в США, Канаде, ряде азиатских стран в качестве нормативного при оценке комплексного антропогенного воздействия на различные экосистемы, включая городские. Как базовый он применяется также в конвенции ООН о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.
Известно, что тяжелые металлы (ТМ), особенно, такие как свинец, ртуть и кадмий, являются приоритетными поллютантами во многих городских экосистемах. Для уменьшения этих антропогенных нагрузок на окружающую среду с учетом биогеохимических свойств экосистем также необходимо применение методологии критических нагрузок.
Критические нагрузки для ТМ рассчитываются для каждого отдельного элемента. Соответственно, критическая нагрузка представляет собой такое поступление ТМ, которое не вызывает увеличения его концентрации в различных компонентах городской окружающей среды (почвы, почвенные растворы, грунтовые и поверхностные воды, макроорганизмы, растения, животные
и человек) выше установленных критических уровней, таким образом предотвращая значительное вредное воздействие на наиболее чувствительные элементы биогеохимической пищевой цепи [7].
В зависимости от типа воздействия в качестве наиболее чувствительных элементов в наземных и водных экосистемах могут быть самые разные организмы, от почвенных микроорганизмов до человека.
Применение международной методологии критических нагрузок, направленное на сокращение поступления поллютантов в наземные и водные экосистемы города, может быть использовано в качестве нормативной базы для комплексного природопользования в различных мегаполисах, в том числе и Москве. Этот подход позволяет также учитывать воздействие поллютантов на человека как компонент урбоэкосистем. Критические нагрузки представляют комплексные экологические нормативы, которые следует применять для оценки состояния городских экосистем и их слагаемых компонентов (почвы, воды, растительность, воздух, человек).
При расчетах критических нагрузок основное внимание должно быть уделено выбору рецептора, установлению критических концентраций, методам расчета (моделям), наличию исходных данных и оценке источников неопределенности [9].
Следующая схема характеризует процесс расчета критических нагрузок как для наземных, так и пресноводных экосистем (рис. 2).
Выбор рецептора. В общем виде, рецептор представляет собой рассматриваемую экосистему, актуально или потенциально загрязняемую тяжелыми металлами.
Выбор рецептора является первым шагом при расчете критических нагрузок (см. рис. 2). При этом важно определить положение защищаемого компонента экосистемы в биогеохимических це-
Рис. 3. Упрощенная схема биогеохимической пищевой цепи в наземных экосистемах.
Рис. 4. Упрощенная схема биогеохимической пищевой цепи в водных экосистемах.
пях. Упрощенная схема различных звеньев биогеохимической цепи для тяжелых металлов в наземных экосистемах показана на рис. 3. Основное внимание обычно уделяется воздействию на человека, потребляющего питьевые воды или выращиваемые сельскохозяйственные продукты (токсикологический риск), или на экосистему в целом (экотоксикологический риск).
Во всех типах экосистем воздействие на почвенную биоту, растения (фитотоксичность) и грунтовые воды является наиболее значимым (табл. 1). Для агроэкосистем (если они присутствуют в черте мегаполиса) наиболее важным критерием является качество сельскохозяйственной продукции, тогда как для парковых и условно-природных экосистем наиболее значимым является возможное вторичное отравление животных и почвенной фауны. Почвенные микробы и почвенная фауна рассматриваются как самые чувствительные к поступлению ТМ, хотя уровень воздействия зависит от конкретного металла.
При рассмотрении водных экосистем, рецепторы соотносятся с донными организмами, водной фауной (птицы и млекопитающие) и человеком, употребляющим в пищу рыбу с высоким содержанием тяжелых металлов (рис. 4).
В качестве основного рецептора при расчетах критических нагрузок рассматривается водосбор озера или пруда. Это связано с тем, что модели для рассмотрения водосборов являются относительно простыми и основаны на предположении, что водоем (озеро) в условиях города гомогенно перемещен. Более сложные модели должны использоваться для расчета критических нагрузок в морях или больших озерах с горизонтальными течениями и/или наличием термальной стратификации.
Критические концентрации. Оценка критических концентраций для выбранного рецептора является вторым шагом при расчетах критических
нагрузок тяжелых металлов (рис. 2). Поскольку критические нагрузки соотносятся с концентрацией отдельных металлов в звеньях пищевых цепей, то выбор критических концентраций является наиболее важным шагом при расчетах. Эти критические концентрации зависят от типа рассматриваемого воздействия металла и приемлемого уровня воздействия.
Эффект-ориентированные величины критических концентраций для почв и грунтовых вод разрабатываются в различных странах для множественных целей [11]. Большая часть этих величин устанавливается в виде критериев для охраны водоисточников, защиты растительных и животных популяций, сохранения надлежащего качества пищи и, в итоге, для защиты здоровья человека. Практически для всех рецепторов (рис. 3 и 4) критические концентрации устанавливаются в зависимости от оцениваемых экотоксикологических рисков при прохождении через трофические цепи.
Таблица 1. Возможные рецепторы в трех основных видах городских наземных экосистем
Экосистемы
Рецептор услов-но-при-родные парковые газоны
Почвенные микробы + + +
Растения
Фитотоксичность + + +
Качество с/х продукции - - +
Наземная фауна + + +
Домашние животные + + +
Грунтовые воды + + +
Поверхностные воды + + -
Таблица 2. Критические концентрации тяжелых металлов при многофункциональном использовании почв
Страна Критические концентрации элементов, мг/кг
РЬ Cd Щ Си 7п № Сг
Дания 40 0.3 0.1 30 100 10 50
Швеция 30 - 0.2 - - - -
Финляндия 38 0.3 0.2 32 90 40 80
Голландия 85 0.8 0.3 36 140 35 100
Германия 40 0.4 0.1 20 60 15 30
Швейцария 50 0.9 0.8 50 200 50 75
Чехия 70 0.4 0.4 70 150 60 130
Россия 32 2 2.1 55 100 85 90
Ирландия 50 1 1 50 150 30 100
Канада 25 0.5 0.1 30 50 20 20
Таблица 3. Критические концентрации тяжелых металлов при многофункциональном использовании поверхностных вод
Критические концентрации элементов, мкг/л
РЬ Cd Си 7п № Сг
Швеция 1.2 0.09 - 2.1 9 9 1
Дания 3.2 5 - 12 110 160 10
Норвегия 0.6 0.05 - 1.1 4.5 1.5 0.45
Англия 10 - - 5 10 5 5
Голландия 11 0.34 0.23 1.1 6.6 1.8 8.5
Германия 5 1 0.1 - - - -
Чехия 50 5 1 100 50 150 50
Россия 1.0 5 0.01 1 10 10 1
Канада 1.0 0.2 0.1 2 30 25 2
США 3.2 1.1 0.01 1.2 110 160 11
ВОЗ 10 3 1 - - 20 50
Таблица 4. Критические концентрации тяжелых металлов в почве как функция использования земель в Германии
Использование
Критические концентрации элементов, ррт
земель РЬ Cd Щ Си 7п № Сг
Многофункциональное 100 1 0.5 50 150 40 50
Детские площадки 200 2 0.5 50 300 40 50
Дворовые сады 300 2 2 50 300 80 100
С/х земли 500 2 10 50 300 100 200
Рекреационные зоны 500 4 5 200 1000 100 150
Промышленные зоны 1000 10 10 300 1000 200 200
В табл. 2, 3 и 4 приведены примеры критических концентраций, установленных для различных целей в Европе и Северной Америке.
Критические концентрации, установленные для почв с учетом их многофункционального использования, находятся в довольно широких интервалах: например 25-100 дл РЬ, 0.3-2 для Cd, 0.1-1.0 для 30-70 для Си, 50-200 для 2П, 10-85 для № и 20-130 для Сг, несмотря на сходные эко-токсикологические подходы, используемые для установления критических концентраций в раз-
личных странах. Это указывает на различное понимание многофункционального использования почв и различия в прикладном использовании этого показателя. Например, в России используется преимущественно наименьшая величина, разработанная для сельскохозяйственного использования почв. В ряде стран критические концентрации тяжелых металлов устанавливаются в зависимости от вида использования земель. Пример, показанный для Германии, характеризует резкое возрастание величин критических концен-
траций при переходе от множественного использования земель к индустриальному (табл. 4).
Гигиенические стандарты для содержания растворенных тяжелых металлов в поверхностных водах также широко варьируют в разных странах, особенно, для цинка и никеля.
Методы для установления эффект-ориентированных критических концентраций. Рассмотрим методы для определения критических концентраций для почв, основанных на оценке прямых эко-токсикологических воздействий на растения и микроорганизмы. Также оценим и косвенные подходы (модели биогеохимических пищевых цепей) для определения критических концентраций ТМ в почве, основанные на тех критических концентрациях, что уже установлены для наземной фауны, таких как величины ПДК для целевых организмов.
Прямое воздействие на почвенные организмы и растения. Как прави
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.