Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области и разработка мероприятий по их восстановлению

Актуальность.

На протяжении последних десятилетий в Российской Федерации происходили процессы интенсивного промышленного развития и экстенсивной добычи природных ресурсов, которые в связи с использованием устаревших технологий сопровождались существенным негативным воздействием на окружающую среду и накоплением экологического ущерба.

Значительному антропогенному воздействию подвергаются территории, располагаемые на границах населенных пунктов и на землях промышленности. Наносимый экологический ущерб оказывает непосредственное влияние на здоровье более чем 60 млн. жителей Российской Федерации, проживающих в городах и работающих на предприятиях.

Комплексная оценка экологического ущерба, накопленного в результате хозяйственной деятельности, до настоящего времени не проводилось, а имеющиеся данные носят фрагментарный характер. В частности, Ростехнадзором проводились оценочные исследования экологического ущерба в Кемеровской и Иркутской областях с целью выработки предложений по ликвидации экологических обременений и реабилитации загрязненных территорий. В нашей стране данной проблемой в разные годы занимались такие ученые, как В.И. Данилов-Данильян, В. Е. Лотош, А. К. Полшцук, П. И. Томаков, Г. В. Коротаев, Г. А Евдокимова, Н. П. Мозгова, И. И. Потапов. При оценке воздействия хозяйственной деятельности на природную среду нашли отражение методы: биогеохимической индикации, разработанный доктором Т. Н. Нижарадзе, гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А. Е. Янковской, а также фрактальная теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф. Н. Рянским. Однако в трудах перечисленных ученых не учитываются климатические, физико-географические особенности Иркутской области, а также не учитывается фактор времени.

В практике экологической деятельности в настоящее время на большей части территории Российской Федерации оценка воздействия на окружающую среду подразумевает определение ущерба атмосферному воздуху, водным ресурсам, а ущерб почвам учитывается только опосредованно, через размещение отходов или путем учета механических нарушений земельного покрова. Однако, оценка экологического состояния территорий невозможна без всестороннего учета воздействия на почвы. Химическое загрязнение почв территорий происходит, в основном, путем осаждения загрязнителей, переносимых воздушными и водными потоками. Такие виды воздействия сложно учесть, а тем более спрогнозировать.

Одной из причин является то, что используемые на практике методики оценки экологического ущерба территориям не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени.

Таким образом, существующая технология оценки состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражает реальный ущерб природной среде.

Цель работы — разработка методики комплексной оценки почв на основе пространственно-временной модели, ее адаптация для определения уровня антропогенного воздействия на почвенный покров территории Иркутской области с учетом химических загрязнений и разработка мер по восстановлению химически загрязненных почв.

Идея работы состоит в том, что комплексная оценка почв должна проводиться с учетом фактора времени и распространения воздействия загрязнений на периферию окружающего пространства, которое заключается в наложении областей загрязнения от источников, находящихся на значительном (20−50 км) расстоянии друг от друга. Повышение качественных характеристик почв достигается почв за счет применения технологии санирования химически загрязненных почв.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:

— покомпонентный анализ антропогенного загрязнения почв Иркутской области;

— комплексный анализ влияния токсикантов промышленного происхождения на почвенный покров территории Иркутской области;

— определение границ влияния антропогенных факторов на почвенный покров по пространственно-временной методике;

— определение ущерба почвенному покрову с учетом фактора времени;

— выявление зон наложения и определение суммарного воздействия от различных типов токсикантов;

— выбор оптимальных способов снижения антропогенного загрязнения почв;

— разработка технологии повышения качественных характеристик химически загрязненных почв.

Объектом исследования являются почвы территории Иркутской области.

Предметом исследования являются методы оценки антропогенного загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения, фторидами, пестицидами, нефтепродуктами и твердыми бытовыми отходами.

В качестве методов исследования применялись фрактальный анализ области воздействия (с целью выявления степени устойчивости), системный анализ динамики уровня загрязнений, определение уровня плотности антропогенного воздействия, пространственно-временное моделирование, комплексный анализ антропогенного воздействия на почвыиспользовано программное обеспечение: CorelDRAW Graphics Suite ХЗ, Microsoft Office Excel 2003.

Научные положения, выносимые на защиту:

— методика комплексной оценки состояния почв, подверженных загрязнениям токсикантами различного происхождения, разработанная на основе временного показателя оценки ущерба земельным ресурсам, позволяющая адекватно определить границы, а так же реальную величину антропогенного воздействия на состояние почв;

— выявление наличия зон наложения воздействия токсикантов от различных источников, находящихся на значительном (20−50 км) расстоянии друг от друга, в которых наблюдается превышение уровня загрязнений и обоснование целесообразности создания буферных зон с целью исключения кумулятивного эффекта;

— повышение качественных характеристик почв на основе технологии санирования разработанной с учетом пространственно-временных особенностей распространения токсикантов в почвенном покрове.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— впервые произведена комплексная оценка загрязнения почв по пространственно-временной методике, позволяющая определить величину и 7 закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик;

— выявлен эффект наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов (в том числе, локальных), указывающий на повышенное негативное влияние на почвы городов, расположенных на расстоянии 20−50 км друг от друга;

— установлена зависимость изменения качественных характеристик почв при применении санирующих агентов.

Практическая значимость работы:

— разработана методика комплексной оценки почв применительно к Иркутской области, с возможностью адаптации к другим территориям;

— предложен метод определения величины ущерба окружающей среде на основе эффекта наложения областей антропогенного воздействия;

— определена возможность прогнозирования антропогенного загрязнения территорий различного вида токсикантами с целью создания буферных зон;

— разработанная методика апробирована на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств от 25 сентября 2008 года);

— предложена технология санирования почв, определены условия и ограничения ее реализации к влиянию антропогенных факторов на экосистемы различных уровней применительно к территориям Иркутской области.

— результаты научного исследования могу быть применены в дальнейшем для разработки комплексной оценки антропогенного воздействия на природную среду с целью стабилизации ее состояния.

Личный вклад автора заключается в:

— постановке цели, задач исследований, выполнении анализа современного состояния проблемы и путей ее решения;

— усовершенствовании методики и установлении закономерности изменения величины ущерба почвам, выявлении эффекта наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов, определен характер изменения состояния почвенного покрова и уровень деградации почв под влиянием антропогенных воздействий.

Апробация результатов научного исследования.

Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Экологические проблемы хранения и использования вторичного сырья» (Лозанна, 1998) — Всероссийское совещание по подземным водам Востока России (Новосибирск, 2000), «Геонауки» (Иркутск, 2008), «Проблемы земной цивилизации» (Иркутск, 2008), «Экология и современное образование» (Москва, 2008) — круглый стол РАЕ «Вода живая и непостижимая», (Иркутск, 2008), «Успехи современного естествознания» (Москва, 2008), «The global problems of modern human ecology» (Лондон, 2008).

Достоверность и обоснованность выводов подтверждена корректной постановкой задач исследования, использованием современных методов исследований, большим объемом исходных данных и результатами экспериментальных исследований, проведенных аккредитованной лабораторией, ошибка которых по данным математической обработки составила 5−8%.

Публикации. По результатам научного исследования опубликовано 13 работ, из них 3- в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

: диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 131 компьютерного текста, имеет библиографический список из 127 наименований, 2 приложения, содержит 24 рисунка и 23 таблицы.

Выводы.

Проведенный анализ почв, на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения, показал, что деградация почв по физическим и химическим показателям достигает 3 и 4 степени.

Выполнен расчет ущерба от деградации почв и земель Ковыктинского газоконденсатного месторожденияна основании результатов установлено, что учет фактора времени позволяет определить реальную величину ущерба, которая составила от 132 у.в.е. (по цинку, г. Ангарск) до 3151 у.в.е.(по фтору, г. Шелехов) и 5592 у.в.е. (по фтору, г. Братск).

Обоснована целесообразность применения метода санирования, как технологии позволяющей улучшать химические показатели почвенного покрова.

Разработана технология санирования, включающая предварительное обследование почв, технический и биологический этапы. Показано снижение уровня химического загрязнения при использовании предложенной технологии санирования в два-три раза.

Проведенный анализ изменения качественных характеристик по химическим и физическим показателям почв городов, расположенных на расстоянии 20−50 км (Иркутск — Шелехов, Ангарск — Усолье-Сибирское, Свирск — Черемхово) показал снижение превышения уровней ПДК токсикантов в почве в 2−3 раза в результате применения технологии санирования почв.

Заключение

.

В работе представлено решение актуальной задачи: на основе пространственно-временной модели выполнена комплексная оценка почв территории Иркутской области и разработаны мероприятия по их восстановлению.

1. Проведенный покомпонентный анализ почвенного покрова территории Иркутской области позволил установить закономерности распределения концентрации токсикантов, таких как фтор, сульфаты, свинец, цинк, кобальт, марганец, ртуть, медь, заключающиеся в превышении их численного значения по отношению к ПДК в 2−50 раз в зависимости от типа источника или от характера выбросов. Нами установлено, что зависимости концентрации загрязнителей в почвенном покрове от удаленности от источника воздействия не являются монотонно убывающими, а имеют определенные пики максимумов на различных расстояниях от предприятий. На основании полной оценки антропогенного воздействия на почвы территорий, выявлены закономерности изменения накопления загрязнений в почвенном покрове, свидетельствующие о стохастическом рассеивании токсикантов вокруг промышленных центров и других населенных пунктов, что приводит к негативному воздействию на окружающую среду даже на значительном удалении (25−30 км) от источников воздействия.

2. Предложена принципиально новая технология комплексной оценки антропогенного воздействия загрязняющих веществ на почвы, позволяющий определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик. Технология комплексной оценки осваиваемых и урбанизированных территорий, включает взаимосвязанные процедуры оценки, начиная с определения основных источников загрязнения почв, анализа распространения воздействия по пространственно-временной методике и построение моделей и графиков динамики загрязнения и до разработки мер восстановления нарушенного загрязненного) почвенного покрова с целью исключения наложения воздействий от разных токсикантов и разных источников.

3. Произведена комплексная оценка антропогенного воздействия на почвы территории Иркутской области, и выявлены закономерности накопления токсикантов в почвенном покрове с течением времени, заключающиеся в значительном превышении ПДК в почвенном покрове, нелинейном характере изменения концентрации с максимальным экстремумом в пятикилометровой зоне от источника загрязнения, которое для отдельных компонентов, таких как свинец, сульфаты, гидрокарбонаты, фтор и фториды, достигает 10 -70 раз. При этом установлено, что изменение накопления токсикантов носит стохастический характер.

4. С использованием пространственно-временного моделирования рассчитан ущерб, позволяющий определить реальную величину негативного воздействия, включая химические загрязнения. Рассчитанные значения ущерба свидетельствуют о том, что для самовосстановления почвенного покрова территорий, загрязненных токсикантами, требуется зачастую 100 и более лет.

5. Выявлены зоны наложения областей воздействия от токсикантов различного происхождения, что позволяет определить территории, подверженные многократному воздействию комплексом загрязняющих веществ. С применением пространственно-временной методики определения ущерба, показано, что наложение воздействия от различных источников принципиально меняет характер и уровень загрязнения. Проведенный анализ изменения качественных характеристик почв городов, расположенных на расстоянии 20−50 км (Иркутск — Шелехов, Ангарск — Усолье-Сибирское, Свирск — Черемхово), показал наиболее подверженные химическим загрязнениям зоны. Распространение загрязнений на периферию окружающего пространства достигает 25 — 32 км, это обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия токсикантов, на расстоянии 10−15 км, с возможностью взаимодействия токсикантов между собой и усиления влияния на почвы до 1000 ПДК по отдельным компонентам.

6. Обоснована целесообразность применения санирования, как технологии позволяющей улучшать качественные показатели почвенного покрова (концентрацию токсикантов) в два-три раза, в том числе и по химическим загрязнениям, которое заключаются в частичном или полном извлечении из почв вредных компонентов или уменьшении их токсичности за счет ввода различных агентов, подобранных для токсикантов, характерных для промышленности, располагающейся на территории Иркутской области.

7. Методика комплексной оценки почв территории Иркутской области, включающая анализ почв, выявление областей наложения токсикантов и методы восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова апробирована (Акт внедрения от 25.09.2008 г.) на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (Приложение А).

8. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс (Приложение Б) Военного Авиационного университета (г. Воронеж) и при выполнении выпускных квалификационных работ.