Нормирование качества окружающей среды

Экологическое нормирование антропогенного воздействия на окружающую среду представляет собой одну из самых важных экологических задач. Экологическое нормирование призвано ограничить антропогенные воздействия экологическими возможностями живых систем и нацелено на оптимизацию взаимодействия человека с природой.

Экологическое нормирование предусматривает:

• учет множественности путей загрязнения и самоочищения элементов биосферы при оценке последствий антропогенного воздействия;

• выявление наиболее чувствительных к антропогенному воздействию, «критических» компонентов биосферы;

• развитие научного подхода к нормированию антропогенных воздействий с учетом их влияния на природные экосистемы.

Основным критерием при определении допустимой экологической нагрузки является отсутствие снижения продуктивности, стабильность и разнообразие экосистем.

При нормировании антропогенных воздействий большое значение имеют приоритетные факторы (загрязнители окружающей среды).

Для предупреждения негативного воздействия загрязняющих веществ на компоненты экосистем в настоящее время применяются следующие показатели.

Летальная доза (ЛД₅₀ и ЛД₁₀₀). Опасность химического вещества характеризуют величиной зоны острого токсического действия: (ЛД₅₀ и ЛД₁₀₀) - количество токсиканта, вызывающее гибель 50% подопытных животных), чем больше эта величина, тем безопаснее данное вещество (рис.1).

Суть этих характеристик: либо все, либо половина животных погибает от полученной ими дозы токсина. Дозу определяют обычно в весо­вом количестве токсина на 1 кг живого веса объекта.

Эта доза вводится в подопытный организм чаще всего с пищей или водой. Токсичными считаются все те вещества, у которых ЛД мала. Так, у классических ядов — цианистого калия и стрихнина ЛД₁₀₀ составляет 10 и 0,5 мг/кг. Намного меньше ЛД у боевых отравляю­щих веществ, у некоторых природных токсинов растительного происхождения: 2 • 10^-4 мг/кг у майтотоксина, 5 • 10^-4 мг/кг у палитоксина, вырабатываемых микроводорослями, некоторыми типами кораллов. Все приведенные цифры характеризуют ударную летальную дозу — введенную в организм одномоментно.

 

Рис. 1. Качественная иллюстрация меры токсичности веществ: летальная доза (ЛД₁₀₀), полулетальная доза (ЛД₅₀).

 

ПДК является наиболее распространенным показателем оценки состояния объектов окружающей природной среды. Значение ПДК устанавливается органами здравоохранения. В основе установления ПДК лежат известные экологические законы: закон Либиха (минимума) и закон Шелфорда (толерантности).

Суть первого состоит в том, что веществом, присутствующим в недостатке (в минимуме) по сравнению с потребностями живого организма (например, растения), определяется жизнеспособность и продуктивность этого организма.

Суть закона толерантности состоит в том, что состояние организма зависит не только от вещества, присутствующего в недостатке, но и от вещества, присутствующего в избытке по отношению к потребностям организма. Это значит, что любой организм, в том числе и человеческий, имеет как верхний, так и нижний пределы выносливости (толерантности) по отношению к физическому или химическому фактору. Загрязняющие вещества (в большинстве случаев ксенобиотики) - это обычные экологические факторы, и экологические законы распространяются на их действие. Поэтому же пороговые значения экологического фактора, при которых в организме еще не может произойти никаких необратимых патологических изменений, принимаются в качестве ПДК.

Общепринято, что ПДК ксенобиотика должна быть безвредной для человека (популяции) при длительном употреблении продукта, его содержащего, не должна ухудшать органолептических свойств продукта и его питательную ценность, превышать концентрации, требуемые по технологическому регламенту.

ПДК - это интегральный показатель опасности химического вещества, выражаемый в миллиграммах на 1 кг или в миллилитрах на 1 л продукта.

Базисными величинами, используемыми для расчета ПДК, являются допустимая суточная доза (ДСД) и допустимое суточное поступление (ДСП) ксенобиотика.

ДСД - это максимальное количество ксенобиотика (в миллиграммах на 1 кг массы тела), ежедневное пероральное потребление которого на протяжении всей жизни человека безвредно, т. е. не оказывает неблагоприятного влияния на жизнедеятельность и здоровье настоящего и будущего поколений.

Умножая ДСД на массу тела человека, определяют ДСП (в миллиграммах в сутки) в составе пищевого рациона, в который входят суточный набор продуктов и вода (питьевая и в составе готовых блюд). Зная ДСД, ДСП и средний набор пищевых продуктов в суточном рационе, рассчитывают ПДК ксенобиотика в тех продуктах, в которых он может находиться.

Обоснование ДСД, ДСП, ПДК ксенобиотиков в пищевых продуктах проводится в ходе исследований по схеме (рис. 2), весьма трудоемкой и дорогостоящей. Как видно из схемы, первый этап - подготовительный, заключающийся в предварительной токсиколого-гигиенической оценке нормируемого токсического вещества.

Первичную токсикологическую характеристику ксенобиотика получают с помощью острого эксперимента на двух-трех видах модельных животных, определяют ЛД₅₀ (среднелетальную дозу), и затем с помощью расчетов устанавливают ориентировочную пороговую или подпороговую дозу вещества в хроническом эксперименте.

Второй этап - основной, в ходе хронического эксперимента опреде­ляют пороговую и максимально недействующую дозу изучаемого вещест­ва по общетоксическому действию.

На третьем этапе работы обобщают результаты исследований и обосновывают ДСД и ПДК ксенобиотика в пищевых продуктах.

Четвертый этап - наблюдения для подтверждения безопасности использования ПДК, и, если требуется, внесение поправок в гигиенические нормативы. Исследуется фактическое содержание ксенобиотика в продуктах и при наличии показаний - носительство его человеком. При использовании критерия ПДК для оценки качества продукции он отражает конечный результат уже полученной продукции. ПДК выступает опосредованным показателем антропогенного воздействия на экосистемы. Он практически не принимает во внимание структуру и состояние экосистем, особенностей технологии воздействия человека на них. ПДК загрязняющего вещества в продукции не учитывает степень воздействия его на другие компоненты экосистемы, тогда как необходимо экологическое нормирование не только нежелательных веществ в продукции, но и тех причин, которые вызывают их накопление по всей технологической цепочке сельскохозяйственного производства.

В использовании критерия ПДК существует целый ряд ограничений:

· определяется порогом влияния на здоровье человека, не имеющим никакого отношения к порогу устойчивости биоты;

· оценка может быть только предварительной, поскольку не учитывает отклик экосистем на загрязнение в зависимости от свойств почв;

· не отражает уровня техногенного загрязнения и его действия на агроэкосистему, поскольку не учитывает буферные свойства почв;

Оценка степени загрязнения ландшафта по одному из его компонентов не дает объективной картины его геохимического состояния, т.к. коэффициенты техногенной концентрации для разных элементов ландшафта могут различаться на порядок;

величина самоочищающей способности почв в пределах региона может варьировать в десятки раз.

 

При установлении ограничений на потребление загрязненной продукции необходимо учитывать:

 

· - содержание загрязнителя и период его полураспада,

· - количество потребляемой загрязненной продукции,

· - нагрузку поступления загрязнителя в организм человека,

· - кумулятивный эффект,

· - возраст и пол человека,

· - химический состав рациона.

 

 

Рис. 2. Схема гигиенических исследований по регламентированию ДСД и ПДК чужеродных веществ в продуктах питания (Курляндский Б.А., Шитиков В.К., Тихонов В.Н., 1986).

 

В основе критерия оценки качества продукции должна лежать "нагрузка" (допустимая суточная доза-ДСД) загрязняющего вещества на организм теплокровных, которая должна меняться в зависимости от возраста особи, пола, состава рациона и особенностей региона проживания, т.е. должны быть строго региональной.

В разных странах действуют свои национальные системы ПДК. Системы ПДК периодически пересматриваются.

Существуют также ускоренные и экспресс-методы нормирования, которые основаны на корреляционной зависимости между порогом хронического действия ксенобиотика и его химической структурой, физико-химическими или токсическими свойствами, определяемыми в остром или кратковременном эксперименте. Нормативы, полученные с помощью ускоренных и расчетных экспресс-методов, называются ориентировочными безопасными уровнями воздействия вредного вещества (ОБУВ). Срок действия ОБУВ - 2 - 3 года, в течение этого периода разрабатывается ПДК по обычной методике.

Биоиндикаторы. Степень загрязнения окружающей среды необходимо оценивать по наиболее чувствительным объектам биоты, а не по человеку, поскольку он стоит на более высоком уровне пищевой цепи. Используя целый ряд биохимических показателей и морфологических признаков, можно дать адекватную оценку степени загрязнения окружающей среды. Биоиндикаторы обладают целым рядом преимуществ:

 

· реагируют даже на относительно слабые нагрузки;

· суммируют действие всех без исключения биологически активных антропогенных факторов в окружающей среде;

· не исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;

· указывают места скопления в экосистемах различного рода загрязнений и возможные пути попадания веществ в пищу теплокровных;

· позволяют судить о вредности загрязняющих веществ для живой природы и человека.

 

Контрольные вопросы

1. Антропогенные изменения природной среды и техногенная миграция загрязнителей.

2. Действие токсикантов на человека и теплокровных животных.

3. Качество атмосферного воздуха: нормативы качества.

4. Модели поведения токсикантов в агроэкосистемах.

5. Нормирование качества воды: критерии качества.

6. Основные направления по предотвращению загрязнения сельскохозяйственной продукции.

7. Понятие о фоновом, региональном и локальном загрязнении.

8. Понятие ПДК и фоновый уровень. Их использование.

9. Природные процессы загрязнения воды.

10. Причины загрязнения природной среды минеральными удобрениями и химическими средствами защиты растений.

11. Промышленные загрязнения: органические и неорганические токсины.

 

ЗАНЯТИЕ 12. ПРОИЗВОДСТВО ЭКОЛОГИЧЕСКИ