Біоіндикатори забруднення екосистем
Слива, квасоля звичайна
Ялина, сосна, люцерна
Фтористий водень (НF)
Косточкові плоди, гладіолус
Соняшник, кінський каштан
Для визначення забрудненості ґрунтів як індикатор використовують деякі види хробаків.
Біотестування – це експериментальна оцінка впливу забруднювачів на організми з чистих фонових районів. Об'єктами біоіндикаційних досліджень можуть бути окремі види флори та фауни, а також екосистеми. Наприклад, хвойні породи дерев чутливі до радіоактивного забруднення, лишайники – до важких металів, а багато представників ґрунтової фауни – до промислового забруднення. Хвойні ліси використовуються для спостережень як критичні екосистеми. Сосну використовують для виявлення забруднення окислами сірки – хвоя жовтіє.
Індикаторами відсутності деяких поживних речовин у ґрунті є зміни морфологічних ознак рослин:
Недолік зовнішні прояви елементів
азоту і сірки Листя стає блідо-зеленим
фосфору Листки набувають синювато-зеленої
і навіть червоне забарвлення
калію Забарвлення листя темно-зелене з блакитним
кальцію Затримується зростання коріння; скручуються
листя, на них з'являються хлоротичні плями
магнію Плямистий хлороз на листі (як мозаїчна)
хвороба); між жилками з'являються жовті або бурі плями. У сосни жовтіють кінчики хвоїнок
заліза Листя та хвоя стають жовтими і навіть
білими (плодові та молоді дерева)
міді Побілювання та закручування кінчиків листя;
посилення кущіння (поява у злакових
культур додаткових стебел)
цинку Розповсюдження розеткової хвороби;
Про рослини-індикатори свого часу писавО.М. Радищев: «... де росте дуб, клен, в'яз, яблонник, буковиця, полуниця, там земля добра. Береза показує убогу глину, а сосняк, ялівець, молодило – сухий супісок, очерет, мох, хвощ, осока – мокру землю та болотяну».
Принцип нормування хімічних речовин у ґрунті значно відрізняється від принципів, покладених в основу нормування їх у водоймищах, атмосферному повітрі та харчових продуктах. Хімічні речовини, що потрапили в грунт, надходять в організм людини головним чином через контактуючі з грунтом середовища: воду, повітря і рослини, надалі по харчовому ланцюгу грунт–рослина–людина (або грунт – рослина-тварина-людина). Тому при нормуванні хімічних речовин у ґрунті враховуються не тільки небезпека, яку становить ґрунт при безпосередньому контакті з нею, а й наслідки вторинного забруднення контактуючих із ґрунтом середовищ.
Встановлення ГДК забруднюючих речовин у ґрунті поки що перебуває в початковій стадії, тому до теперішнього часу встановлено ГДК приблизно 30 шкідливих речовин, переважно отрутохімікатів та важких металів. У зв'язку з тим, що шкідливі речовини надходять до організму людини за харчовими ланцюгами, то встановлено допустимі залишкові кількості (ГЗК) пестицидів у ґрунті, харчових та кормових продуктах (табл. 3.14).
Таблиця 3.14.ГДКі ДОК для деяких речовин у ґрунті
Забруднення ґрунтів в умовах міст пов'язане з утворенням промислових та побутових відходів. У зв'язку з цим санітарний контроль забруднення ґрунтів здійснюється Федеральною службою з нагляду у сфері споживання та благополуччя людини. Ця служба проводить такі заходи:
– попереджувальний нагляд за проектуванням та будівництвом споруд з очищення та знешкодженняпромислових та побутових відходів;
– поточний нагляд за своєчасним збиранням та видаленням промислових та побутових відходів, у тому числі вторинної сировини.
Крім зазначених функцій під контролем санітарної служби знаходиться транспортування небезпечних відходів, узгодження місць їхнього поховання та переробки. Санітарний стан ґрунтів цією службою оцінюється та досліджується за чотирма напрямками.
1. Санітарно-фізико-хімічні дослідження (переважно для ґрунтових фільтратів), що включають визначення: відношення загального азоту до органічного, до кислотності, біохімічного споживання кисню для окислюваності, сухого залишку сульфатів та хлоридів тощо.
2. Санітарно-ентомологічні дослідження, що включають облік чисельності синатропних мух у всіх фазах їх розвитку (дорослі, личинки, лялечки) у приміщеннях, на відкритому повітрі, ґрунті та відходах.
3. Санітарно-гельмінтологічні дослідження з метою визначення кількості яєць гельмінтів, які паразитують в органах людини, а також у місцях, які часто відвідують населення.
4. Санітарно-бактеріологічні дослідження – найбільш ґрунтовні та здійснювані за програмою повного, короткого та спеціального аналізів. При цих дослідженнях визначають насамперед присутність бактерій кишкової групи (наприклад, за допомогою колітітру). Спеціальні аналізи проводять з метою виявлення представників дизентерійної та тифозної (паратифозної) груп бактерій.
Результати гігієнічних досліджень ґрунтів, забруднених важкими металами, нафтопродуктами та іншими речовинами, дозволяють оцінювати небезпеку забруднення ґрунтів цими токсикантами за рівнем їх можливого впливу на системи «ґрунт – рослина», «ґрунт – мікроорганізми, біологічна активність», «ґрунт – ґрунтові води», "грунт -атмосферне повітря» та опосередковано на організм людини.
З гігієнічних позицій небезпека забруднення ґрунту хімічними речовинами визначається рівнем його можливого негативного впливу на контактуючі середовища (повітря, вода), харчові продукти і на саму людину, а також на активність біоти ґрунту та процеси її самоочищення. Основним критерієм гігієнічної оцінки небезпеки забруднення ґрунту шкідливими речовинами вважаються гранично допустимі концентрації хімічних речовин у ґрунті.
Для оцінки небезпеки забруднення ґрунтів вибір хімічних речовин та показників забруднення проводять з урахуванням:
– специфіки джерел забруднення, що визначають комплекс хімічних елементів, що беруть участь у забрудненні ґрунтів території, що вивчається;
– пріоритетності забруднюючих речовин відповідно до списку ГДК хімічних речовин у ґрунті та їх класів небезпеки;
- Відповідним характером землекористування.
За відсутності в документах класу небезпеки хімічних речовин, пріоритетних для грунтів ландшафту, що обстежується, їх клас небезпеки (К) може бути визначений за формулою
К = lg
де А – атомарна вага відповідного елемента;
S– розчинність у воді хімічної сполуки, мг/л;
М – молекулярна маса хімічної сполуки, до якої входить даний елемент;
а– середнє арифметичне із шести ГДК хімічних речовин у різних харчових продуктах (м'ясо, риба, молоко, хліб, овочі, фрукти);
К – клас загрози.
Мікробіологічне окислення як метод деструкції сирої нафти та нафтопродуктів набуло великого значення у вирішенні проблем очищення забруднених ґрунтів. Нафтове забруднення викликає зниження рухливих форм азоту, зниження ролі нітрифікуючих бактерій, збільшенняденітрифікації (за рахунок надлишку органіки, слаболужної реакції та низького окислювально-відновного процесу), що саме по собі небажано, тому що відбувається збіднення ґрунту азотом і призводить до зниження самоочищення. Внесення цього забруднювача в дерново-підзолистий ґрунт навіть 0,1 % від маси ґрунту знижує показники самоочищення вдвічі. Відомо, що найбільш перспективним способом видалення нафтопродуктів є біообробка, яка заснована на внесенні до ґрунту мікроорганізмів-деструкторів вуглеводнів.
Для підвищення активності ґрунтових мікроорганізмів та збільшення їх чисельності та активізації для окислення нафтопродуктів у великих дозах (80–100 т/га) вносять напівпрелий соломистий гній великої рогатої худоби або 50 м 3 /га активного мулу біологічних очисних споруд з вологістю 97–98 цілях поліпшення вологості ґрунту. Надалі з інтервалом 2 тижні проводиться розпушування ґрунту для забезпечення ґрунтової біоти киснем. Через 4 місяці залишкова кількість вмісту нафтопродуктів знизиться до такого рівня, що повторна активізація мікрофлори не призводить до подальшого зниження концентрації вуглеводнів.
Для визначення ґрунтового благополуччя існує інтегральний показник
деN– кількість спожитих субстратів для очищення ґрунту (захід різноманітності);
Nmax – кількість тестів у субстраті (47);
d- коефіцієнт рангового розподілу, що відображає стійкість субстратів. За ГОСТ 17.4.3.06-86 СТ РЕВ 5301-851 на забруднення ґрунтів нафтою: слабозабруднені – менше 1 %, середньозабруднені – 1–5 % та сильно забруднені більше 5 % від маси ґрунту.
Для оцінки ступеня споживання рослинами елементів із ґрунту, тобто їх актуальної доступності, використовується коефіцієнтбіогеохімічної рухливості
де СР - концентрація елемента в рослинах;
СП – концентрація елемента у грунті.
Здатність накопичення хімічного елемента визначається за допомогою коефіцієнта біологічного поглинання (КБП), що характеризує хімічні особливості окремих рослин:
Загалом щодо оцінки небезпеки забруднення грунтів хімічними речовинами слід враховувати таке:
небезпека забруднення тим більше, що вищі фактичні рівні вмісту контрольованих речовин, у грунті проти ГДК;
небезпека забруднення тим вища, що більше клас небезпеки контрольованих речовин;
при оцінці небезпеки забруднення будь-яким токсикантом слід враховувати буферність ґрунту, що впливає на рухливість хімічних елементів, що визначає їх вплив на контактуючі середовища.
Оцінка небезпеки забруднення ґрунтів, що використовуються у сільському господарстві, заснована на транслокаційному показнику, найважливішому при обґрунтуванні ГДК хімічних речовин у ґрунті.
Це зумовлено тим, що:
з продуктами харчування рослинного походження в організм людини надходить у середньому 70% шкідливих речовин;
рівень транслокації визначає рівень накопичення токсикантів у продуктах харчування та впливає на їх якісний склад.
Існуюча різниця допустимих рівнів вмісту хімічних речовин за різними показниками шкідливості та основні положення диференціальної оцінки ступеня небезпеки забруднених ґрунтів дозволяють дати рекомендації щодо практичного використання забруднених ґрунтів (табл. 3.15).
Таблиця 3.15.Принципова схема оцінки ґрунтів сільськогосподарського використання, забруднених хімічними речовинами