Uncertainty in the evaluation of total contamination of soil with heavy metals

Abstract

Spatial variability in metal content in soils can lead to an unreasonably overestimated or underestimated level of contamination in an area, as determined by the total contamination coefficient ZС. Calculating this indicator based on sample experimental data yields only one value. For more reliable estimates, it is necessary to understand the possible range of this indicator, which describes the spectrum of reliability of contamination knowledge, ranging from low to high probability. Modeling the statistical distributions of heavy metal content under the assumption of logarithmic normality of their contents in both contaminated and background areas allows us to estimate the probability of ZС values falling into specific pollution categories. When classifying an area into a given pollution level, it is proposed to focus on the probability of obtaining individual high ZС values, even if the value itself is in a safe zone.

References

1.    Благовещенский Ю.Н. Алгоритмы статистического анализа данных, использующие логнормальное распределение // Обозрение прикладной и промышленной математики. 1997. Т. 4, вып. 4. С. 595–628.
2.    Богданов Н.А. Анализ информативности интегральных показателей химического загрязнения почв при оценке состояния территорий // Гигиена и санитария. 2012. №1. С. 10–13.
3.    Богданов Н.А., Чуйков Ю.С., Рыбкин В.С. Метод оценки состояния земель по индексу загрязнения почв // Астраханский вестник экологического образования. 2013. № 1(23). С. 102–112.
4.    Водяницкий Ю.Н. Формулы оценки суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1276–1280.  
5.    Волгин Д.А. Фоновый уровень и содержание тяжелых металлов в почвенном покрове Московской области // Вестн. Моск. гос-го областного ун-та. 2011. № 3. С.26–33.
6.    Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Тяжелые металлы: Экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород, 2005. 165 с.
7.    Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М., 1995. 320 с.
8.    Дмитриев Е.А. Теоретические и методологические проблемы почвоведения. М., 2001. 374 с.
9.    Ежегодник. Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2005 году / Под ред. Л.В. Сатаевой. М., 2006. 131 с.
10.    Ежегодник. Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2018 году. Обнинск, 2019. 118 c.
11.    Ильин В.Б., Сысо А.И., Байдина Н.Л. и др. Фоновое количество тяжелых металлов в почвах юга Западной Сибири // Почвоведение. 2003. № 5. С. 550–556.
12.    Карпухина Н.Ю., Карпухин М.М., Самсонова В.П.и др. Пространственная изменчивость содержания тяжелых металлов в агросерой почве в масштабе сельскохозяйственного угодья // Агрохимия. 2012. № 8. С. 57–65.
13.    Касимов Н.С., Битюкова В.Р., Кислов А.В. и др. Проблемы экогеохимии крупных городов // Разведка и охрана недр. 2012. № 7. С. 8–13.
14.    Касимов Н.С., Власов Д.В., Кошелева Н.Е. и др. Геохимия ландшафтов Восточной Москвы. М., 2016. 276 с.
15.    Кунаков К.О. Противоречия в законодательстве и оценка категорий загрязнения почв тяжелыми металлами на стадии инженерно-экологических изысканий // Вестн. гос-ой экспертизы. 2017. № 3(4). С. 96–99.
16.    Ладонин Д.В. Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2016. 42 с.
17.    Лебедев С.В., Агафонова Е.К. Эколого-геохимическая оценка загрязнения окружающей среды по данным мониторинга содержания тяжёлых металлов в почвогрунтах и снежном покрове (на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга) // Вестн. СПбГУ. Науки о Земле. 2017. Т. 62, вып. 4. С.357–369.
18.    Матинян Н.Н., Рейманн К., Бахматова К.А.и др. Фоновое содержание тяжелых металлов и мышьяка в пахотных почвах северо-запада России // Вестн. СПбГУ. 2007. Сер. 3, вып. 3. С. 123–133.
19.    Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами / Под ред. Н.Г. Зырина и С.Г. Малахова. М., 1981. 109 с.
20.    Мотузова Г.В., Карпова Е.А. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия. М., 2013. 302 с.
21.    МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Методические указания (утв. Минздравом РФ 07.02.1999).
22.    Околелова А.А., Минкина Т.М., Мерзлякова А.С.и др. Достоверность оценки загрязнения почв тяжелыми металлами [Электронный ресурс] // http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/27.pdf (дата обращения: 25.12.2025)
23.    Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М., 1990. 335 с.
24.    Самсонова В.П. Пространственная изменчивость почвенных свойств. М., 2008. 156 с.
25.    Спиридонова И.В. Оценка накопления тяжелых металлов в почвах урбаноландшафтов Волгограда: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Ростов-на-Дону, 2009. 26 с.  
26.    Толкач Г.В., Позняк C.С. К вопросу о применимости показателей содержания тяжелых металлов в почвах лесных экосистем Брестского района для оценки степени загрязненности // Экологический вестник. 2016. № 4(38). С. 28–36.
27.    Salminen R., Chekushin V., Tenhola M. et al. Geochemical Atlas of the Eastern Barents Region. Elsevier Science, 2004.548 р.
28.    Soil sampling for environmental contaminants. IAEA-TECDOC-1415. IAEA. VIENNA. 2004. 81 р.
29.    Webster R., Olivier M.A. Geostatistics for environmental scientists. 2001. Wiley, Chichester, р. 37–103.