Комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов Волгоградской агломерации - Диссертация

Загрязнение окружающей природной среды (ОПС) отраслями промышленности, вызывающее ухудшение качества среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социально-экономическое значение. В совокупности с режимным контролем, осуществляемым общегосударственной службой наблюдения за загрязнением ОПС, выполненные исследования создают полную и реальную оценку ее загрязнения. Такой подход определяет: актуальность исследований; необходимость использования как традиционных, так и новых усовершенствованных методах наблюдений и контроля за загрязнением ОПС; надежность и достоверность получаемой информации и результатов ее обобщения. Объектами исследования служили: ОПС (атмосфера, почвы, растительность, человек); источники токсичного потока химического загрязнения ОПС (черная, цветная, теплоэнергетика, нефтехимическая и другие отрасли промышленности); промышленные зоны Волгоградской агломерации. Впервые проведена комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов агломерации: исследованы и определены состояние почв (надпочвенный покров) и растительности (тополь и береза повислая) в качестве чувствительных индикаторов загрязнения ОПС.Ферсман писал: «Там поставлено правильно производство, где не пропадает ни одного грамма добытой горной породы, где нет ни грамма отбросов, где ничто не улетает в воздух и не смывается водами». [6] изучены техногенные воздействия цветной и черной металлургии, теплоэнергетики на природную среду. Были предложены программы и методики, комплексных физико-географических исследований загрязнения природной среды на ландшафтной основе, разработаны принципы ландшафтной индикации загрязнения, которые совершенствовались. Принципы и методы ландшафтной индикации загрязнения природной среды отработаны на примерах воздействия медно-никелевого комбината «Североникель», медных и никелевых производств Урала, медно-молибденового Балхашского комбината, Алавердского медно-химического производства. Изучалось изменение одного или нескольких компонентов природной среды под техногенным воздействием (например, влияние загрязнения на поверхностные воды, газов - на физиологические и биохимические изменения в растениях и т.д.) [40,38,25].Человек в процессе своей деятельности ускоряет рост речных дельт (дельта Миссисипи увеличивается сейчас со скоростью 100 м/год, а в последние 300-500 лет - всего лишь 24 м/год); порождает процессы эрозии, распахивая земли (в США только за последние 100 лет в результате эрозии уничтожено 20 млн. га земли); приводит в движение пески, развевая их [9]. Новый взгляд на изменение литосферы дают наблюдения из космоса, которые позволяют оценить результаты не только непосредственных, но и косвенных видов воздействия человека на литосферу. Пожалуй, главное, что дают съемки из космоса, - это возможность оценить суммарный эффект данного воздействия, причем в крупном, региональном и даже глобальном масштабах. В этом случае по снимкам фиксируются, конечно, не сами глубинные нарушения литосферы, связанные с добычей нефти, нефтепромысловыми работами, а разнообразные попутные изменения ландшафта, и среди них такие экологически опасные, как загрязнение разлившейся нефтью почвы, в результате - поражение растительности. Таким образом, космические наблюдения позволяют по-новому оценить воздействие человека на литосферу: выявить масштабность ее преобразования человеком, точнее оценить районы наиболее интенсивного антропогенного воздействия, определить направление транспортировки вещества литосферы на большие и сверхбольшие (сотни и тысячи километров) расстояния, оконтурить зоны осаждения переносимого материала.Привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических агентов и веществ называется загрязнением. Антропогенное загрязнение спровоцировано исключительно хозяйственной деятельностью человека и в первую очередь связано с выбросами золы, пыли, оксида цинка, сернистого ангидрида, сероводорода, меркаптана, альдегидов, углеводородов, фтористого водорода, хлористого водорода, кремнефтористого натрия, радиоактивных газов и аэрозолей [25.26]. Проблема деградации окружающей среды в значительной мере связана с отрицательным воздействием неорганических веществ, среди которых наибольшую экологическую опасность создают металлы и их соединения, а также диоксид серы, оксиды азота и асбестовая пыль. В атмосфере тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной форме (ртуть). В картине свинцового отравления можно выделить ряд клинических синдромов: Изменения со стороны нервной системы, изменения системы крови, эндокринные и обменные нарушения, изменения со стороны желудочно-кишечного тракта, изменения со стороны сердечнососудистой системы, нарушения функции почек.Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельным природным о

Содержание

Введение

1. Антропогенное воздействие на природную среду

1.1 Антропогенное воздействие человека на литосферу

1.2 Антропогенное воздействие на атмосферу

1.3 Химическое загрязнение атмосферы

1.4 Эколого-геохимическая оценка урболандшафтов промышленных агломераций

1.4.1 Химическое загрязнение почвы

2. Методики исследования загрязнения окружающей среды и оценки ее качества

2.1 Ландшафтная индикация загрязнения природной среды и биотестирование

2.1.1 Методики исследования: индикаторы техногенного воздействия на геосистемы

2.2 Химические методы анализа

2.2.1 Основное оборудование и приборы, используемые для химического анализа загрязнений окружающей среды

2.3 Биологические методы анализа

2.4 Статистические методы обработки результатов исследований

3. Экспериментальная часть

Оценка воздействия загрязняющих веществ промышленных предприятий (ОВПП) Волгоградской агломерации на состояние атмосферы

3.1 Оценка воздействия промышленных предприятий Южного промузла на состояние атмосферы

3.2 Оценка воздействия промышленных предприятий Северного промузла на состояние атмосферы

4. Оценка воздействия загрязняющих веществ на почву

4.1 ОВПП Южной агломерации на почву

4.1.1 Мероприятия по благоустройству СЗЗ

4.2 ОВПП Северной агломерации на почву

5. Оценка воздействия загрязняющих веществ на растения

5.1 Оценка качества окружающей среды ОКОС по уровню ассиметрии морфологических структур растений на территории Южного промузла Волгоградской агломерации

5.2 ОКОС по уровню ассиметрии морфологических структур растений на территории Северного промузла Волгоградской агломерации.

6. Экологические последствия загрязнения окружающей природной среды (ОПС) для здоровья населения и вопросы риска

Выводы

Литература

Рассмотрена устойчивость различных ландшафтов к воздействию загрязняющих веществ от производств черной и цветной металлургии, энергетических комплексов. Обосновано применение ландшафтной индикации загрязнения природной среды как одного из основных направлений в изучении техногенных воздействий. Оценена экологическая опасность загрязнения лесных ценозов и сельскохозяйственных земель, намечены пути предотвращения неблагоприятных последствий.

Для научных работников в области охраны природы, лесного и сельского хозяйства, географов, биологов, экологов.

Актуальность темы диссертации. Волгоградская агломерация является крупнейшим на юге России сосредоточением предприятий-гигантов различных отраслей промышленности. Подавляющее большинство промышленных предприятий (ПП) городской и прилегающей территории не отвечает современным требованиям экологической безопасности. Оборудование многих производств морально и физически устарело, в результате чего опасные соединения поступают в атмосферу, водоемы и почву. Загрязнение окружающей природной среды (ОПС) отраслями промышленности, вызывающее ухудшение качества среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социально-экономическое значение. Отсюда особую актуальность приобретают исследования по изучению экологических изменений ОПС и их последствий, а также по разработке рекомендаций, ориентированных на их предупреждение.

Комплексные исследования загрязнения ОПС направлены на получение важной и до настоящего времени отсутствующей или неполной информации, необходимой для принятия решений по обеспечению экологической безопасности для нынешних и будущих поколений людей. К таким исследованиям относятся согласованные во времени и пространстве наблюдения за уровнем загрязнения в различных компонентах ОПС в промышленных районах с интенсивной антропогенной нагрузкой. В совокупности с режимным контролем, осуществляемым общегосударственной службой наблюдения за загрязнением ОПС, выполненные исследования создают полную и реальную оценку ее загрязнения. Такой подход определяет: актуальность исследований; необходимость использования как традиционных, так и новых усовершенствованных методах наблюдений и контроля за загрязнением ОПС; надежность и достоверность получаемой информации и результатов ее обобщения.

Представленные в работе результаты исследований выполнены в соответствии с планом научно-исследовательских работ ВОРАЕН и ВОЛГУ (2001-2008 гг.).

Объектами исследования служили: ОПС (атмосфера, почвы, растительность, человек); источники токсичного потока химического загрязнения ОПС (черная, цветная, теплоэнергетика, нефтехимическая и другие отрасли промышленности); промышленные зоны Волгоградской агломерации. В пределах последней при выборе конкретных объектов учитывались: концентрация промышленных объектов на единицу площади, объемы выбросов (сбросов), токсичность выбрасываемых в атмосферу и сбрасываемых в водные объекты вредных веществ, уровень загрязнения, общая численность и заболеваемость населения в том или ином районе.

В мониторинге техногенных воздействий выделена и детально рассмотрена практически не изученная проблема (теория, методика, практика) - ландшафтная индикация загрязнения ОПС: биотическая компонента и надпочвенный покров.

Цель и задачи исследований - эколого-геохимическая комплексная оценка состояния урболандшафтов (почв и растительности) в местах загрязнения ОПС и разработка практических рекомендаций по их реабилитации на основе создания целевых постоянно-действующих экологических моделей-карт территории Волгоградской агломерации.

Для достижения указанных целей предусматривалось решение следующих задач: · Проанализировать: состояние изученности проблемы; причины загрязнения ОПС Волгоградской агломерации; состояние здоровья населения города, подверженного антропогенному воздействию ПП;

· Определить уровень критической нагрузки на ландшафт техногенного воздействия ПП для оценки их влияния на атмосферу, почву и растения;

· Выполнить комплексные исследования по качественной и количественной оценке экологического состояния ландшафтов промышленных районов;

· Определить степень загрязнения ОПС по состоянию ландшафта: по тяжелым металлам (ТМ) в системе почва-растение и газообразным выбросам ПП в атмосфере;

· Составить электронные экологические карты ПП с прилегающими к ним территориями;

· Составить прогноз состояния экосистем и разработать мониторинг техногенных воздействий на ландшафт;

· Разработать практические рекомендации по снижению антропогенного воздействия ПП на ОПС и здоровье человека.

Научная новизна. Теоретически разработана, методически обоснована и практически подтверждена возможность комплексной эколого-геохимической оценки состояния урболандшафтов Волгоградской агломерации.

Впервые проведена комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов агломерации: исследованы и определены состояние почв (надпочвенный покров) и растительности (тополь и береза повислая) в качестве чувствительных индикаторов загрязнения ОПС.

Дана качественная и количественная оценка негативного воздействия ПП на здоровье населения города и прилегающих районов. Разработаны методы снижения такого воздействия на урболандшафты Волгоградской агломерации.

Впервые выполнено экологическое картографическое оделтрование и на его основе созданы статистические и динамические постоянно-действующие модели (карты) загрязнения урболандшафтов Волгоградской агломерации.

Новизна полученных результатов исследований по теме диссертационной работы подтверждена двумя авторскими свидетельствами и одной заявкой на изобретения.

Основные положения, выносимые на защиту: · Комплексная качественная и количественная эколого-геохимическая оценка состояния урболандшафтов Волгоградской агломерации с высоким уровнем антропогенного воздействия, а также степени опасности для ОПС, жизни и здоровья населения;

· Диагностика источников поступления токсикантов в урболандшафты и степени загрязнения ими ОПС (по ТМ в системе почва-растение и газообразным выбросам ПП в атмосфере) по наиболее чувствительным индикатором - по изменению состояния почвенной биоты и по уровню угнетения березы повислой, тополя и других растений;

· Эколого-геохимическое картографическое моделирование (распределение химических элементов и их соединений в природных средах, депонирующих загрязняющие вещества; снижение стабильности развития растений);

· Разработанные методы, мониторинг и рекомендации реабилитации загрязненных почв.

Практическая значимость. Полученные в работе объективные данные, выводы и предложения могут найти применение: при прогнозировании изменений ОПС до наступления угрожающей ситуации; для оценки степени антропогенной нагрузки на ОПС и возможных последствий химического загрязнения атмосферы и почвенного покрова; для определения перспектив дальнейшего использования пораженных почв и выдать адресные практические рекомендации по снижению негативного эффекта техногенного загрязнения ОПС для сохранения темпов устойчивого развития региона, а также здоровья населения Волгоградской агломерации. Созданные электронные постоянно действующие эколого-геохимические карты как отдельных административных единиц, так и всей агломерации в целом позволяют широко использовать результаты многолетних наблюдений и обобщений для принятия судьбоносных социально-экономических решений для города и прилегающих районов архитекторами, градостроителями и чиновниками.

Результаты выполненных исследований применимы в любом регионе России и по этой причине могут служить основой для разработки: соответствующих положений экологического законадательства и важнейшей характеристика объекта конституционного права граждан на благоприятную ОПС; учебных пособий для студентов геоэкологов, экологов, природопользователей, экономистов.

Полученные результаты используются в курсах лекций в Волгоградском государственном университете: «Промышленная экология и экологический менеджмент» (2004 г.), «Экология и автотранспорт» (2004 г.), «Сертификация и аудит» (2004 г.), «Химия и окружающая среда» (2005 г.).

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена в период 2000-2007 годы на материалах авторских исследований (более 80%). Ее непосредственное участие в работе нашло отражение при: постановке проблемы и путей ее решения, разработке научно-методического подхода к решению поставленных целей и задач, организации и проведении комплексных экологических исследований, обработке, анализе и обобщении полученных результатов, составлении электронныз карт урболандшафтов рассмотренных территорий.

Апробация. Материалы исследований докладывались на международных научно-практических конференциях: «Проблемы экологической безопасности России» (1, Волгоград, 2007), «Современные проблемы утилизации отходов» (Волгоград, 2007), «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (V, волгоград, 2007), международная научно-практическая конференция «взаимодействия НИУ и социума в решении задач АПК» РАСХН, июль 2007 Астраханская обл. с. Соленое Займище, «Россия периода реформ: актуальные проблемы корпоративного менеджмента» (X и XI, Волгоград, 2007); на МЕЖВУЗОВСКИХ конференциях «Материалы круглого стола» и «Эколого-экономические аспекты развития региона» (Волгоград, 2007).

Публикации. Автором опубликовано более 30 (110 п.л.) работ, из которых по теме диссертации 28, в том числе 4 учебных пособия для студентов ВУЗОВ. Лично автору принадлежит более 40 печатных листов. Основное содержание диссертации, выводы и рекомендации опубликованы в 10 ведущих научно-технических рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в том числе в материалах международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения.