Комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов Волгоградской агломерации

Проведем расчет: сколько углекислого газа поглощает лес за год: 280 (кг) * 365 (дней) = 102200 кг/год, что составит 102,2 т/год. рассчитаем, какую площадь необходимо озеленить, чтобы поглощалась вся масса выбрасываемого углекислого газа:

1 га поглощает 102,2 тонн х га поглощает 230 тонн

(230 (тонн) * 1 (га)) / 102,2 (тонн) отсюда,

х = 2,25 (га)

Из расчета следует, что на территории прилегающей к заводу необходимо посадить деревьев, кустарников на площади 2,25 га. И лучше всего, чтобы это были вяз, сирень, черемуха, бузина или хвойные породы - сосны, туи. Так как, деревья и кустарники с шершавыми, морщинистыми, покрытые волосками листьями являются лучшими аккумуляторами пыли.

Необходимо добавить, что средства будут потрачены немалые, а эффект рассчитывается только на будущее, поскольку для того, чтобы лес мог нормально функционировать необходимо, чтобы он рос порядка несколько десятков лет. Экономический эффект конечно же достигнут будет, так как при такой поглощающей способности деревьев будет сокращен выброс вредных веществ, а следовательно будут уменьшаться платежи за загрязнение.

4.2 Оценка воздействия промышленных предприятий Северной агломерации на почву

Как было отмечено ранее РУСАЛ, ВМЗ «Красный октябрь», Тракторный завод условно входят в состав Северного промышленного узла и определяет агроландшафт Волгоградской агломерации.

Был разработан план отбора проб для анализа содержания тяжелых металлов в почвах санитарно-защитной зоны Алюминиевого завода - РУСАЛ. Отбор проб запланирован в виде сетки, которая захватывает километровую, двухкилометровую зоны и выходит за их пределы. Запланированные 15 точек отбора проб достаточно полно характеризуют пространственное распределение содержания тяжелых металлов в санитарно-защитной зоне и прилегающей территории РУСАЛа. Химическим анализом устанавливают химический состав и свойства почвы. Основные разделы его: валовой, или элементный анализ - позволяет выяснить общее содержание в почве различных элементов. В данном случае это цинк, медь, никель, марганец, свинец, кобальт, хром, алюминий, титан, кадмий и железо.

Для анализа распространения концентрации, тяжелых металлов по почвенному профилю произведена закладка разреза глубиной до 1 м. (точка 2). Пробы взяты в районе населенных пунктов, дачных массивов и на территории предполагаемой застройки (точка 5).

По этим данным строим графики распределения металлов по контрольным точкам и сравнительную диаграмму средних значений концентраций. График суммарного распределения концентрации металлов по 5 точкам.

Сравнительная диаграмма наглядно показывает преобладание алюминия и марганца в почве. Это объясняется производственной деятельностью РУСАЛ, которая направлена на выпуск алюминия.

Как уже отмечалось ранее почвы являются основной депонирующей средой, куда металлы поступают с выпадениями из атмосферы, лиственным опадом, отмершими частями растений и т.д. Состояние почв - интегральный индикатор многолетнего процесса загрязнения всей окружающей среды, дающий представление о качестве жизнеобеспечивающих сред - атмосферного воздуха и вод. Кроме того, загрязненные почвы сами являются источником вторичного загрязнения приземного слоя воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Таким образом, почвы представляют тройной интерес, как начальное звено пищевой цепи, как источник вторичного загрязнения атмосферы и как интегральный показатель экологического состояния окружающей среды.

Технологические процессы предприятий черной и цветной металлургии не обеспечены надежными средствами очистки газовых выбросов, что приводит к сильному загрязнению атмосферы вокруг этих предприятий. Загрязненная атмосфера в этом случае является главным источником накопления тяжелых металлов в почве и растениях, и безусловно это отражается на здоровье населения

Проанализировав результаты исследований, можно сделать выводы. Во-первых, необходимо отметить, что максимальная концентрация химических элементов отмечена в точках на расстоянии 1000 - 1300 м от источника выбросов - от завода. Это можно объяснить тем, что на расстоянии 1400 м течет река Орловка. Вместе с грунтовыми водами происходит постепенное попадание загрязняющих веществ в водоем, а далее с течениями загрязнения попадают в реку Мечетка, а оттуда в бассейн реки Волга. На расстоянии 1000 м от завода находятся небольшие многочисленные овраги и балки, по которым загрязняющие вещества и попадают в реку Орловка. Этим и объясняется пик концентрации загрязняющих веществ на расстоянии 1000 - 1400 м. Для наглядности, карта балок и оврагов, по которым загрязнения попадают в р. Орловка представлена на рис. 40.

Проанализировав состав ТМ и концентрации металлов в почвах на территории РУСАЛ, в СЗЗ и жилой зоне, можно отметить, что наибольший пик концентрации наблюдается в санитарно-защитной зоне, и уменьшается в жилой зоне. Наибольшая концентрация, (h=высота трубы 100 м, К=10-20) веществ по расчетам должна быть в почве на расстоянии1000-2000 м СЗЗ=h*К. Следует отметить, что реки орловка и Мечетка являются загрязненными тяжелыми металлами из-за рельефа местности и стока всех загрязненных вод. В данном случае вклад алюминиевого завода в химическое загрязнение водоемов неоспорим. Падение концентрации по мере удаления от источника выбросов также говорит о том, что загрязнение почв в жилых районах не достигло своего максимума, а санитарно-защитная зона принимает наибольшую часть загрязнений, выполняя тем самым свою защитную функцию. Но данная территория загрязнена больше всего, о чем говорят такие явления как «черный снег» зимой на расстоянии более 300-600 м от алюминиевого завода.

Но также важно отметить, что влияние алюминиевого завода опасно тем, что происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд. Эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека. Некоторые токсические соединения рано пли поздно попадают в подземные воды, в результате чего нарушается не только биологическое равновесие почвы, но ухудшается и качество подземных вод до такой степени, что их уже нельзя использовать в качестве питьевых.

При проведении отбора и анализа проб на наличие тяжелых металлов в почвах свидетельствует, что промышленные выбросы, поступающие в воздушный бассейн от РУСАЛ и почвы загрязнены следующими тяжелыми металлами: цинк, медь, никель, марганец, свинец, кобальт, хром, алюминий, титан, кадмий, железо. Ниже представлены карты распределения этих элементов по местности.

В нашей стране в настоящее время по степени опасности эти элементы разделены на три класса. К первому классу токсической опасности (для почв) отнесены ртуть, мышьяк, селен, кадмий, свинец, цинк, фтор, ко второму - хром, кобальт, молибден, никель, медь, сурьма, бор и к третьему - барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

По результатам химического анализа в пробах почв, отобранных вблизи РУСАЛ превышение норм ПДК подвижных форм кобальта, меди, никеля, свинца, цинка, хрома не обнаружено.

Т.к. норм ПДК подвижных форм кадмия, железа, алюминия, титана нет, то сравнение проводится относительно пробы сравнения (фоновой пробы). Наиболее загрязненная точка по содержанию алюминия является т. 2 (1200 м. в южном направлении предприятия), здесь концентрация алюминия в 62,9 раза выше по сравнению с фоновой точкой. Рассматривая распределение данного загрязнения в данной точке в вертикальном направлении наблюдается уменьшение концентрации алюминия: на глубине 10-15 см содержание алюминия в 21,1 раза выше фоновой концентрации; на глубине 50 см -10.2 раза; на глубине 100 см. - 3 раза.

Концентрация подвижных форм всех исследованных тяжелых металлов резко падает с глубиной, снижаясь в горизонте А в 2 и более раза, что говорит о их низкой миграционной способности. Соответственно можно говорить о том, что при запахивании нет угрозы загрязнения грунтовых вод. Этот вывод однако нельзя отнести к почвам супесчаного и песчаного механического состава.

Значительное содержание алюминия обнаружено и в т. 8 (744 м. южнее предприятия) - превышение в 29,6 раз по сравнению с фоновой концентрацией и в т. 7 (1080 м. южнее предприятия) 19.1 раза.

В т. 7 и 2 обнаружено максимальное содержание кадмия, которое соответственно составляет 0.30 и 0,26 мг/кг. Так же кадмий обнаружен в т. 3,4,5,7,8,9.

Сравнивая результаты анализа в точках №8, 7, 2 следует отметить следующий факт. В почвах с облегчением мехсостава почв растет концентрация подвижных форм тяжелых металлов, что связанно с увеличением емкости ППК. Соответственно можно говорить о том, что опасность выноса тяжелых металлов в грунтовые воды растет с облегчением мехсостава. Для предотвращения загрязнения грунтовых вод необходимо на почвах с легким мехсоставом проводить утяжеление с использованием грунтов тяжелого механического состава. Также желательно присутствие в грунтах, применяемых для утяжеления остаточного количества карбонатов для нейтрализации фтористого водорода, который может увеличивать подвижность тяжелых металлов.

Анализируя характер распространения подвижных форм хрома, свинца, марганца, железа и цинка можно отметить то, что деятельность РУСАЛ не является единственно определяющим фактором, повышающим их концентрацию в почве на данной территории.

Анализируя динамику распространения меди и кобальта на территории санитарно-защитной зоны можно отметить прямую зависимость содержания подвижных форм этих металлов от близости предприятия. Это не может быть напрямую связано с содержанием меди и кобальта в выбросах алюминиевого завода, поскольку, по результатам наших анализов, данные металлы в выбросах не обнаружены. Эта закономерность, предположительно, связана с наличием фтористого водорода, который попадая в почву увеличивает содержание подвижных форм тяжелых металлов как содержащихся в составе минеральной части почвы, так и привнесенных со стороны от выбросов автотранспорта и от выбросов металлургического завода «Красный Октябрь».

Почва - одна из составных частей биосферы, является мощным фильтром в отношении аэрогенного потока техногенных веществ, очищающим биосферу, геохимическим барьером, как правило, прочно фиксирующим загрязнители в результате процессов трансформации их соединений и существенно ослабляющим поступление их через корневую систему в надземную растительную массу и миграцию в грунтовые воды. В сравнении с поверхностными водами и атмосферным воздухом, где возможны процессы периодического самоочищения от загрязняющих веществ, почва активно их аккумулирует и обладает ограниченной способностью к самоочищению. Накопление токсических веществ в почвах влечет за собой не только деградацию почвенного покрова, но и нарастание экологически опасных последствий, создающих угрозу здоровью человека. Для выявления и предупреждения нежелательных последствий техногенного влияния необходима организация контроля загрязнения почвы. Наши исследования показали, что реакция среды изученных почв - от слабощелочной до щелочной. Содержание водорастворимых солей, щелочноземельных металлов, хлоридов, сульфатов является характерным для механического состава исследованных почв (супеси, легкие и средние суглинки). Содержание гумуса от низкого до среднего. Содержание азота практически не изменяется, фосфором обогащены все исследуемые почвенные участки.

Одной из форм химического загрязнения почв является аккумуляция в ней тяжелых металлов, поступающих с промышленными выбросами. Набор этих элементов весьма широк: наиболее распространенными являются ртуть, свинец, кадмий, медь, цинк' и некоторые другие. Металлы - токсиканты; поступая в почву, вступают в различные химические реакции, сорбируются органическим веществом, глинистыми минералами. Из почвы они могут поступать в грунтовые воды и поглощаться растениями.

При создании СЗЗ необходимо закладывать общие принципы создания устойчивых систем. Для этого нужно использовать смешанные посадки с применением пород, различающихся по устойчивости к различным факторам среды. Введение в экосистему малоустойчивых видов позволит повысить ее устойчивость в целом. Такие виды работают в экосистемах как предохранители.

Необходимо отметить важность создания СЗЗ для предприятий, которые выполняют важную роль в восстановлении чистоты атмосферного воздуха, улучшают условия жизни и труда людей.

Есть некоторые соображения относительно модификации СЗЗ. При создании лесонасаждений прежде всего необходимо рассмотреть структуру насаждений и характер посадки. Предлагается разделить СЗЗ на 3 подзоны (полосы) и для каждой из них подобрать свою конструкцию, видовой состав насаждений в зависимости от характера загрязнения.

По мнению авторов (Манаенков И.В., Казанков В.А.)

1. Полоса осаждения. Образуется в результате неорганизованных выбросов, производимых на небольшой высоте, загрязнение этой территории мало зависит от направления ветра. В зоне сильного загрязнения должно происходить поглощение газообразных загрязнителей. Для данной зоны рекомендуется способ создания защитных лесонасаждений с применением орошения. Это позволит повысить устойчивость насаждений и продлить срок их существования. Полоса может включать в себя как древесные насаждения, так и кустарники. Межрядовое пространство должно составлять 3-4 м для прохождения трактора с орудием, как для плантажной вспашки, так и для удаления сорняков.

2. Полоса поглощения. Загрязнение этой территории происходит в результате приземления дымового факела, а также за счет притока загрязненного воздуха из первой зоны. Уровень загрязнения зависит от направления ветра, и по отношению к некоторым участкам является периодическим. Основной тип поражения зеленых насаждений - хроническое повреждение. Для этой зоны способ создания защитных лесонасаждений может применятся без дополнительного орошения. Рекомендуется подбор деревьев, состоящих из устойчивых и среднеустойчивых пород. Впереди зоны высаживаются породы более устойчивые к загрязнению, а также породы, устойчивые к дефициту влаги. Для меньшей повреждаемости растений необходимо создавать посадки, которые имели бы плотную крону. Для лучшей устойчивости необходимо, чтобы посадки имели одинаковую высоту, так как при возвышении опушечного дерева над основным пологом оно больше всего повреждается загрязнителями.

3. Полоса слабого загрязнения. Загрязнение зоны вызывается перемещением воздушных масс из второй зоны, вместе с фоновым загрязнением района. Эта зона является переходной из защитных насаждений предприятия в зеленые насаждения города. Данная зона выполняет как санитарно-гигиенические, так и декоративно-эстетическую функцию. В ней рекомендуется сделать лесопарк, где можно подобрать растения не только по их экологическим свойствам, но и высадить растения, имеющие высокие декоративные качества. В этот состав входит более 25 пород деревьев и кустарников (табл. 17)

Агролесомелиорация является универсальным средством в решении возникающих сегодня экологических проблем и в то же время обладает рядом преимуществ - долговечностью, простотой создания и эксплуатации, многофункциональностью защитно-мелиоративного действия, относительной дешевизной и быстрой окупаемостью затраченных средств.

Во ВНИАЛМИ разработана государственная программа развития агролесомелиоративных работ в России. Разработки направленные на полноценную защиту почв и организацию устойчивых агроландшафтов необходимо продолжать и всячески поддерживать.

Влияние ВМЗ «Красный Октябрь» на почвы

Три крупнейших предприятия цветной и черной металлургии находятся на территории Северного промузла и влияет на загрязнение почв всей агломерации. Подробно рассмотрим результаты анализа почв территории металлургического завода ВМЗ «Красный Октябрь».

В 2006-2007 г. был проведен комплекс исследований с целью проведения аналитического контроля загрязняющих веществ в почве в зоне влияния Волгоградского металлургического завода ВМЗ «Красный Октябрь». Работы проводились в три этапа: исследование местности, составление схемы отбора проб, проведение полевых исследований, т.е. по отмеченным точкам на плане схемы рис 52, были определены точки отбора проб почвы и осуществлен отбор проб на территории предприятия, на границе санитарно-защитной зоны и в жилой зоне около предприятия.

В дальнейшем проводились аналитические исследования в предварительно подготовленных пробах почвы. Третий этап заключался в обработке полученных результатов.

Согласно ГОСТу 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почв» Номенклатура показателей санитарного состояния», нами проконтролировано 18 показателей, обязательных для населенных мест, в число которых входят тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, рН среды, хлориды, нитраты.

Нефтепродукты во всех контролируемых точках отбора содержатся в почве на допустимом уровне (< 1000,0 мг/кг).

В результате исследований установлено, что водорастворимых фторидов в отобранных пробах почвы содержится от 3,48 мг/кг до 21,6 мг/кг (ПДК=10,0 мг/кг). Превышение нормы в 2,2 раза наблюдается в почве на территории ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» (между ЭСПЦ-2 и цехом отделки металлопроката), в 1,4 раза - в юго-восточном углу предприятия школы №20, 1,6 раза - в парке у Волгопромбанка.

Проведенный аналитический контроль почвы на содержание ртути, токсическое воздействие которой особенно опасно для человека, показал его незначительные количества от 0,012 до 0,093 мг/кг (ПДК=2,1 мг/кг).

Формальдегид содержится в почве выше предельно-допустимой концентрации:

- в санитарно-защитной зоне предприятия, в 30 м на юго-восток от здания гостиницы «Турист» (пр. 102-1) - 1,2 ПДК;

- на границе санитарно-защитной зоны и селитебной:

- в юго-восточном углу территории школы №20 (пр. 129-1) - 1,8 ПДК;

- в 50 м на юго-запад от пл. Возрождения (пр. 130-1) - 1,8 ПДК;

- в парке у «Волгопромбанка» (пр. 128-1) - 2,3 ПДК.

- в селитебной зоне:

в парке в районе домов №49 и №51 по ул. Кузнецова (пр. 128-2) - 2,2 ПДК; в районе домов «74 и №71 по ул. Кубинской (пр. 130-2) - 1,9 ПДК.

Фенолы находятся в почве выше допустимого уровня в 1,6 раза на территории предприятия с северной стороны участка термической обработки металла и восточной стороны травильного отделения (пр. 98-3) и в санитарно-защитной зоне в 2,7 раза на верхней террасе р. Волга, в 30 м на юго-восток от здания гостиницы «Турист» (пр. 102-1).

На территории предприятия почва загрязнена тяжелыми металлами (подв. форма): цинком - 2,5 ПДК, свинцом - 7,2 ПДК, хромом 1,2 (ПДК) на границе между ЭСГТЦ-2 и цехом отделки металлопроката (пр. 98-2); медью - 1,6 ПДК с северной стороны участка термической обработки металла и восточной стороны травильного отделения (пр. 98-3). В санитарно-защитной зоне: хромом - 1,5 ПДК на верхней террасе р. Волга, в 30 м на юго-восток от здания гостиницы «Турист» (пр. 102-1); в селитебной зоне: свинцом - 3,4 ПДК в районе дома №74 по ул. Варшавская (пр. 129-2).

Сравнение полученных результатов контроля почвы проводилось на основании «Обобщенных перечней предельно-допустимых концентраций вредных веществ в почве».

Вкладываются значительные средства в научные и проектные разработки, связанные с реализацией природоохранных мероприятий.

На природоохранную деятельность направляется существенная часть доходов предприятия. Так, в 2005 году ЗАО «ВМЗКО» потратило на охрану окружающей среды более 200 млн. рублей. Это затраты на постройку новой системы сухой газоочистки. Система сухой газоочистки в крупнейшем электросталеплавильном цехе №2 включает в себя новые мощные борова, газонасосы и газоходы и позволяет получать выбросы в атмосферу, по характеристикам соответствующим всем мировым стандартам. На «ВМЗКО» в мае запущена в эксплуатацию первая очередь новой ' системы сухой газоочистки в ЭСПЦ-2.

Запуск крупнейшего в Волгоградской области объекта экологической безопасности на ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь» произошел в строго обозначенные сроки, что значительно сократит выбросы в ОС, оздоровит ее, сделает проживание людей более безопасным.

Проект является очередным этапом в реализации крупномасштабной экологической программы, разработанной акционерами и менеджментом компании. После ввода в строй газоочистки показатели промышленных выбросов будут соответствовать всем европейским нормам и требованиям экологической безопасности. Акционерами предприятия выделено более 10 млн. долларов на реализацию данной экологической программы.

Выводы. Установлено, что загрязнение почвы (особенно их мелкодисперсная фракция РМ10 с высокой концентрацией микроэлементов), является опасным вторичным источником загрязнения ОПС. Повышение ПДК для почв по свинцу, цинку, меди и другим ТМ, которые были зафиксированы в 2003-2006 году вблизи крупных ПП северного промышленного узла («РУСАЛ», ВМЗ «Красный Октябрь»), указывает на опасные уровни их накопления на территории Волгоградской агломерации.

Изучение важных диагностических признаков городских почв (распределение карбонатов и гипсе по профилю, уровень минерализации и состав водной вытяжки) показало, что это влияние значительно превышает способность почвы противостоять антропогенному воздействию.

5. Оценка воздействия загрязняющих веществ на растения

Растительность как биотический компонент любой природной экосистемы играет решающую роль в структурно-функциональной организации экосистемы и определении ее границ.

Растительность не только весьма чувствительна к нарушениям окружающей среды, но и наиболее наглядно отражает изменения экологической обстановки территории в результате антропогенного воздействия. Критерии оценки состояния растительности зависит от географических условий и типов экосистем. При этом учитываются негативные изменения как в структуре растительного покрова (уменьшение площади коренных ассоциаций, изменение лесистости), так и на уровне растительных сообществ и отдельных видов (популяций): изменение видового состава, ухудшение ассоциированности и возрастного спектра ценопопуляций доминантов.

Плотность популяции видов - индикаторов - один из важнейших показателей состояния экосистемы, высокочувствительный к основным антропогенным факторам. В результате антропогенного воздействия плотность популяции отрицательных видов - индикаторов снижается, а положительных видов - индикаторов - возрастает. Пороговым значением антропогенной нагрузки следует считать снижение (или повышение) плотности популяции вида - индикатора на 20%, а критическим значением - на 50%. [63-67]

При оценке состояния лесных культур необходимо учитывать региональные особенности территории, прежде всего возможность естественного возобновления леса.

Биоиндикация. Возрастающее внимание к проблеме охраны природы обусловило необходимость проведения взаимосогласованных мероприятий по проблеме биоиндикации в рамках Волгоградского региона.

Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или особенности, развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

Многие организмы весьма чувствительны и избирательны по отношению к различным факторам среды обитания (химическому составу почвы, вод, атмосферы, климатическим и погодным условиям, присутствию других организмов и т.п.) и могут существовать только в определенных, часто узких границах изменений этих факторов.

Важный аспект применения биоиндикаторов - оценка их с помощью степени загрязнения окружающей природной среды, постоянный контроль (мониторинг) ее качества и изменений. Так, по составу флоры и фауны вод, численному соотношению их отдельных представителей судят о степени и характере загрязнения, пригодности вод для питьевых и хозяйственных целей, а также об эффективности работы очистных сооружений.

Сферы применения биоиндикации. Комплексная система экологического мониторинга агросферы, включая обнаружение негативных изменений, их диагностику на самой ранней стадии антропогенного воздействия.

Для получения объективной картины загрязнения агроценоза необходимы исследования в двух направлениях. Во-первых, должны совершенствоваться методы инструментального химического анализа, во-вторых, целесообразно более широкое использование биоиндикаторов.

Применение организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением визуальных признаков, имеет ряд преимуществ. Оно позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Они позволяют определять скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опасности для человека и полезной биоты конкретных веществ или их сочетаний.

Оценка качества среды по состоянию живых существ

Под качеством среды понимается ее состояние, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ. Степень отклонения среды от нормы определяется по состоянию населяющих ее живых организмов, которое, в свою очередь, определяется по нарушению стабильности развития (ФА) наиболее массовых (фоновых) видов и оценивается по пятибалльной шкале: 1 балл <0.040-условнонормальное качество среды, 2 балл >0,044 начальное отклонение от нормы, 3 балл 0.045-0,049-средний уровень отклонения от нормы, 4 балл-ФА=0,050-0,054 существенные отклонения от нормы, 5 балл>0,054 ФА-критическое состояние среды [64,65].

Стабильность развития как способность организма к нормальному развитию (без нарушения и ошибок) является чувствительным индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенной нагрузки. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков. Она представляет собой отклонения от строгой билатеральной симметрии вследствие несовершенства онтогенических процессов и проявляется в незначительных ненаправленных различиях между сторонами (в пределах нормы реакции организма). Получаемая интегральная оценка качества среды является ответом на вопрос - какова реакция живого организма на неблагоприятное воздействие, которое имело место в период его развития.

Проведение оценки качества среды, ее благоприятности для человека необходимо для: определения состояния природных ресурсов; разработки стратегии рационального использования региона; определеия предельно допустимых нагрузок для любого региона; выявления зон экологического бедствия; при проведении работ по ОВОС, проектировании, строительстве, реконструкции и перепрофилировании предприятий; оценки эффективности природоохранных мероприятий; создания особо охраняемых природных территорий.

Для оценки качества среды используются наиболее обычные фоновые виды растений и животных, указанные в этих методических рекомендациях. При отсутствии в районе исследования видов возможно использование других видов. Списки видов растений и животных, приведены в методических рекомендациях, разработаны для проведения оценки качества среды во всех географических зонах на территории России, за исключением зоны тундр, полупустынь, пустынь и высокогорья.

Методика исследований представлена в гл. 2. [68,69]

5.1 Оценка качества окружающей среды по уровню асимметрии морфологических структур на территории Южного промузла Волгоградской агломерации

В данной части работы описывается метод выполнения оценки качества окружающей среды и его изменения при антропогенном воздействии.

Результаты оценки качества среды по степени отклонения состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для тополя обыкновенного территории «Химпром» представлены в таблице 19.

Как уже отмечалось ранее предприятие Волгограднефтепереработка находится в Южной части города и входит в состав Южного промузла Волгоградской агломерации как и «Химпром». Данное предприятие вносит очень существенный вклад в загрязнение территории Красноармейского района. Нами изучено влияние атмосферного воздуха на состояние растительности.

Весь диапазон между этими пороговыми уровнями I и V ранжируется в порядке возрастания значений показателя.

В течении двух лет изучали состояние растительности на территории предприятия Волгограднефтепереработка, на территории СЗЗ и в жилой зоне. Данные всех исследований представлены в таблице 20. Данные интегрального показателя стабильности развития для каждой зоны предприятия Волгограднефтепереработка свидетельствуют об экологическом неблагополучии, качество среды оценивается в V баллов, и это как для растений произрастающих на территории завода, в СЗЗ и в жилой зоне.

5.2 ОВПП Северного промузла Волгоградской агломерации

Данный раздел представляет собой исследование влияния алюминиевого производства РУСАЛ на качество окружающей среды района. Для этого воспользовались двумя видами натурных исследований: биологическим мониторингом и химическим анализом почв.

С помощью биоиндикаторов можно обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений; по ним можно проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений; только по биоиндикаторам можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и степени нарушения экосистемы.

В данном случае была использована методика В.М. Захарова. Для оценки качества среды используются наиболее обычные фоновые виды растений, в данном случае тополь пирамидальный (Populus nigra var. Italica).

Для исследований были собраны 300 листиков с различных зон: зоны завода (50 м), санитарно - защитной зоны (500 м) и жилой зоны (3 км). Карта зон, с которых были собраны листики, представлены на рис. 53,54.

Произведя необходимые вычисления и расчеты по методике В.М. Захарова, результат представлен в таблице 1 приложения 1.

Для каждого листочка были вычислены относительные величины асимметрии для каждого признака как отношение модуля разности к сумме измерений слева и справа. Далее вычисляются показатель асимметрии для каждого листа (среднее значение относительных величин асимметрии) и записываются результаты вычислений в таблицу 2, которая представлена в приложении 1.

Интегральный показатель стабильности развития вычисляется как среднее арифметическое показателей асимметрии померных листов. В данном случае интегральный показатель стабильности развития равен Х = 0,087 > 0,054.

Полученные результаты анализа свидетельствуют о критическом отклонении состояния организма от условной нормы - 5 баллов.

Полученные результаты данных по асимметрии различных зон представлены в таблице 2.

Таблица 2. Распределение асимметрии по признакам

Зоны	1	2	3	4	5	Среднее
Санитарно-защитная	0,036	0,048	0,172	0,131	0,122	0,102
Завод	0,037	0,039	0,103	0,200	0,098	0,096
Жилая зона	0,038	0,027	0,128	0,067	0,054	0,063

Полученная карта распределения отклонения асимметрии по растениям показана на рис. 2.

Преобладающим направлением ветра в 2006 году было восточное направление (рис. 55). Помимо санитарно - защитной зоны, именно в восточном направлении от алюминиевого завода находятся жилые районы: поселок Старая Спартановка, Новая Спартановка, поселок Забазный и Нижний. Это означает, что наибольшее количество выбросов попадает именно на территорию жилых поселков. Западный ветер переносит загрязнения в жилую зону поселка Водстрой. Влияния южного и юго-западного ветра испытывают поселки Верхнезареченский и Верхний. Все вышесказанное свидетельствует о том, что под негативное влияние алюминивого завода РУСАЛ попадают все жилые зоны, расположенные вблизи предприятия. Любое направление ветра приносит с собой вредные вещества, которые человек невольно вдыхает с загрязненным воздухом.

Статистический анализ полученных результатов представлен в виде трех графиков распределения величины асимметрии по зонам (рис 56).

Проанализировав полученные данные, отмечаем, что наибольшая ассиметрия наблюдается в санитарно-защитной зоне, а наименьшая в жилой. Для более полного осмысления кривых распределения ассиметрии необходимо построить розу ветров.

Для ее постройки воспользовались данными наблюдений погоды в г. Волгограде за 2006 год. Источником данных о погоде является сайт http://meteo.infospase.ru/. Направления ветра представлены на рис. 55.

Проанализировав график, можно сделать следующие выводы: в санитарно-защитной зоне и в зоне завода присутствуют явные пики - преобладает определённое значении асимметрии листов деревьев, т.е. имеет место быть определённое техногенное воздействие на окружающую среду алюминиевого производства. Причём в санитарно-защитной зоне наблюдается наибольший пик - величина загрязнений здесь выше, чем в непосредственной близости к заводу, т. к. вредные вещества рассеиваются из труб завода, высотой 50 м. - 100 м, рассеивающихся загрязняющие вещества на расстоянии 10-20 кратного размера трубы.?(500-2000 м)

Коэффициент Стьюдента определяется по таблице из справочных материалов, которая приведена ниже в Приложении 1 табл. 3. Сведём итоговые результаты в таблицу 21 и нанесем на карту (рис. 58) точки отбора проб и степень загрязнения территории РУСАЛ

Полученные значения погрешностей не превышают 10-20% измеряемой величины, таким образом, проведённые измерения можно считать удовлетворительными и адекватно отражающими уровень загрязнений по интегральному показателю асимметрии листов деревьев в исследуемых зонах.

Получив значения асимметрии по зонам, построим график зависимости величины асимметрии от расстояния м (рис 57). - т.е. от источника выбросов.

Данный график позволяет отметить тенденцию повышения асимметрии в санитарно-защитной зоне. Как было отмечено выше, это напрямую связано с розой ветров и переносом загрязняющих веществ в СЗЗону. Но этот график будет более наглядным и достоверным, если нанести данные по асимметрии листьев, на расстоянии более 3 км взятых с деревьев, а именно в 15000 м от источника.

Оценка качества среды на территории ВМЗ «Красный Октябрь»

Была выполнена оценка качества окружающей среды на территории металлургического завода «Красный Октябрь», который как мы отмечали выше, относится к Северному промузлу Волгоградской агломерации, как и РУСАЛ.

Метод оценки качества описанный выше был использован для оценки стабильности развития организмов по уровню асимметрии морфологических структур. (листья тополя обыкновенного.) для территории ВМЗ «Красный Октябрь»

Время сбора материала (листьев) 19-24 октября 2006 г., место сбора в двух точках на территории завода (ЭСПЦ-2, ЦОМП), и в 3 точках территории около завода (жилая зона, СЗЗ, гостиница «Турист»). (рис. 50), там где проводился отбор пробы для исследования почв.

В результате обработки фактического материала, а именно, листьев тополя обыкновенного получены результаты и сведены в таблицу 22 и нанесены на карту (рис 60) данные по загрязнению территории завода ВМЗ «Красный Октябрь»

По пятибалльной шкале оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития (приведенной в методике), было определено, что для всех 5 точек величина показателя стабильности развития превышает 0,054, значит V баллов для всей прилегающей территории завода (Северный промышленный узел).

Вывод о качестве среды территории завода: критическое состояние качества среды, причем критическое состояние наблюдается даже в жилой зоне.

Максимальное отклонение стабильности развития растений наблюдается около ЭСПЦ-2, проходной завода, и (ЦОМП) и цеха металлообработки, меньше отклонение возле гостиницы «Турист».

Причинами отклонений стабильности развития растений являются неблагоприятные факторы антропогенного происхождения: атмосферные выбросы завода (превышающие ПДК по ТМ и по выбросам в атмосферу), перенос загрязнений атмосферными потоками. Данные виды загрязнений постоянны для данной территории (от стационарного источника воздействия) и оказывают влияние в течение всего периода развития растений. (рис. 58)

Причинами отклонений стабильности развития растений являются неблагоприятные факторы антропогенного происхождения: атмосферные выбросы завода (превышающие ПДК среды), перенос загрязнений атмосферными потоками. По состоянию растительной компоненты экосистем можно судить о критическом состоянии территории и высоком риске для здоровья населения, проживающего и находящегося долгое время на территории. Для уменьшения вреда здоровью населения и экосистемам необходимо проведение дополнительных мероприятий, направленных на снижение выбросов, уменьшение концентрации вредных веществ в выбросах, установка дополнительного очистного оборудования и другие природоохранные мероприятия.

Выводы. Установлено, что в большинстве промышленных районов города наблюдается снижение стабильности развития растений, связанное с действием антропогенного процесса: загрязнение от деятельности металлургической промышленности (северный промузел Волгоградской агломерации), химической и нефтеперерабатывающей (южный промузел) и от автомобильного транспорта (?70%). Рекогносцировочная оценка здоровья ОПС свидетельствует о напряженной ситуации и предполагает проведение более детальной оценки и организации биомониторинга.

Выявлена динамика качества среды и ее прогноз методами биоиндикации урболандшафтов Волгоградской агломерации. Сделан прогноз объемов выбросов промышленных предприятий, степени загрязнения почв, состояния здоровья населения

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

О влиянии химических веществ на организм накоплена обширная литература, но научная достоверность этих оценок на каждый момент времени в какой-то степени относительна и они нуждаются в систематической корректировке с учетом новейших достижений фундаментальных дисциплин, которые могли бы углублять и дополнять имеющуюся неполную и нередко разнородную информацию. Эпидемиологическими методами изучается воздействие на здоровье человека различных неблагоприятных факторов, присутствующих в разных средах: загрязнения атмосферного воздуха, питьевой воды, почвы, пищевых продуктов, шума, естественной радиации, электромагнитных полей Внимание исследователей сконцентрировано также на изучении различных фракций взвешенных веществ в воздухе, тяжелых металлов (в первую очередь, это свинец, ртуть и кадмий), летучих органических соединений (ЛОС) и стойких органических загрязнителей (СОЗ), к которым относят диоксины, полихлорбифенилы (ПХБ) и некоторые хлорсодержащие пестициды (ДЦТ, гексахлорциклогексан и другие). В сфере внимания эпидемиологов и гигиенистов находятся также такие проблемы, как изучение связей между факторами окружающей среды и злокачественными новообразованиями, нарушениями репродуктивного здоровья и эндокринного статуса, аллергическими реакциями, психоневрологическим статусом новорожденных и детей раннего возраста, заболеваниями органов дыхания и другими изменениями показателей здоровья.

Таким образом, эпидемиологические исследования позволяют выявить последствия загрязнения окружающей среды на состояние здоровья населения, выразить их в количественных величинах, установить причинно-следственные отношения между неблагоприятными факторами среды обитания человека и показателями здоровья, получить достоверную информацию о типах эффектов, развивающихся под влиянием различных загрязнителей. Вместе с тем, в связи со сложной, многофакторной природой хронических неинфекционных заболеваний доказать этиологическую связь между развившимся у человека заболеванием и предшествующим вредным воздействием очень трудно. Однако путем правильно спланированных эпидемиологических и гигиенических исследований нередко удается выявить и количественно оценить дополнительную вероятность, т.е. риск развития подобных заболеваний для относительно больших групп населения. При этом лишь с определенной долей вероятности можно предполагать наличие повышенного риска у конкретного индивидуума. Факторами риска называются внешние воздействия или особенности организма, приводящие к увеличению вероятности возникновения неблагоприятных эффектов. [70,71]

Оценка риска в последние годы во многих странах и международных организациях рассматривается как ведущий аналитический инструмент, используемый для характеристики воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды на здоровье населения, а также для разработки оптимальных управленческих решений. Целесообразность внедрения методов оценки риска в практику здравоохранения и в разработку эффективной природоохранной политики диктуется рядом причин, среди которых особо следует выделить две основные: 1) необходимость использования при принятии управленческих решений аналитических данных (показателей), количественно отражающих потенциальный и реальный ущерб здоровью от загрязнения окружающей среды;

2) недостаточная обоснованность способов трансформации и интерпретации полученной информации для ее представления в доступном, понятном и, главное, в пригодном для быстрого принятия управленческих решений виде, в первую очередь, лицам, ответственным за проведение оздоровительных мероприятий, а также СМИ и заинтересованной общественности.

В работе [72] приведено описание особенностей воздействия на здоровье населения наиболее распространенных химических веществ (диоксиды серы и азота, взвешенные вещества, свинец, нитраты и нитриты и др.), тяжелых металлов, летучих органических соединений, стойких органических загрязнителей. Дана оценка результатов воздействия химических веществ на здоровье населения, в том числе на увеличение уровня смертности, онкологических заболеваний, репродуктивное здоровье и здоровье детей.

Приведены основные методы количественной оценки тех изменений здоровья населения, которые возникают при воздействии загрязненной окружающей среды. Это и методы экологической эпидемиологии и методы оценки риска.

Волгоград (1,0 млн. жителей). Основными источниками загрязнения в окружающей среды в городе являются алюминиевый, стапеплавильный, химические и нефтеперерабатывающие заводы, предприятия машиностроения и строительной индустрии. Только с выбросами предприятия «Химпром» в атмосферный воздух поступает около 30 веществ I и II классов опасности, в т.ч. 5 веществ I класса - это хлористый бензол, хлорокись фосфора, трикрезилфосфат, фосфористый водород, метафос. Степень загрязнения атмосферного воздуха очень высока - превышены ПДКс бенз(а) пирена, взвешённых веществ, фтористого водорода, формальдегида, аммиака, фенола и диоксида азота. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха хлористым водородом, сероводородом, аммиаком, фенолом наблюдалось в южной части города, где расположены предприятия химического и нефтехимического комплекса (АО «Каустик», АО «Химпром», АО «Пласткард», ДАО «Лукойл-Волгограднефтепереработка», АО «Техуглерод»), а также пруды-испарители (накопители) - Южный промузел Волгоградской агломерации. Фторид водорода, формальдегид тяжелые металлы - район расположения ВМЗ «Красный Октябрь», АО «Волгоградский тракторный завод им Ф.Э. Дзержинского», РУСАЛ, которые входят в Северный промузел Волгоградской агломерации.

Деятельность этих предприятий оказывает значительное влиянние на состояние окружающей среды прилегающих территорий. Так, например, в Светлоярском районе вблизи Волгограда, в атмосферном воздухе регистрируются повышенные концентраций хлористого водорода, фенола, оксидов азота, а в подземных водах концентрации ртути достигают 20 ПДК [Митрохин, 2002].

На юге города сотрудниками Волгоградского Медуниверситета выполнена серия крупных эколого-эпидемиологических работ по оценке воздействия загрязнённого атмосферного воздуха на здоровье детей. Существенные изменения различных показателей здоровья наблюдаются начиная с постнатального периода. Новорожденные дети, родители которых более 10 лет проживали в этой части города, характеризуются более низкими показателями по шкале АПГАР (оценка в 8-10 баллов, отражающая нормальное функциональное состояние ребёнка, имела место у 69,3% новорожденных на юге города и 81,2% в центре города - р< 0,001); хронической гипоксией, дисгармоничностью физического развития (высокорослость при дефиците массы тела) [Л.П. Сливина, 2000]. Подобные и некоторые другие изменения здоровья регистрируются у детей более старшего возраста.

Сообщается также о более частой обращаемости населения в южной части Волгограда в скорую помощь по поводу аллергических заболеваний органов дыхания, в т.ч. бронхиальной астмы, более высоким уровнем заболеваемости детей острым бронхитом и пневмонией [С.Е. Першин, 2002]. На этой территории дети и подростки предъявляют существенно больше жалоб со стороны нервной системы, желудочно-кишечного тракта, чем их сверстники, проживающие в центре этого города (р< 0,01 - 0,001). Кроме того, на юге города дети чаще болеют, у них более выражена дисгармоничность физического развития. Показатели соматического здоровья, основанные на комплексе морфофункциональных показателей, были снижены у детей на указанной территории экологического неблагополучия [Л.П. Сливина, 2002].

В южной части города показатели заболеваемости новорожденных в окружении предприятий.,» Каустик» наблюдаются в 70,3% случаев при 44,2% в контрольном районе (центр города). Тяжелое осложнение ОРЗ и ОРВИ у детей - острый стенозирующий ларинготрахеит регистрируется в этом районе в 1,2-1,3 раза чаще, чем в центре города, причем у детей регистрируется и более тяжелое течение этого заболевания [А.П. Барановский, 1991].

В атмосферном воздухе другой северной части города, находящейся в зоне влияния выбросов алюминиевого завода, регистрируются повышенные концентрации фтористого водорода, взвешанных частиц оксида углерода, бенз(а) пирена. На этой территории проживает около 150 тыс. человек и среди детского населения выше заболеваемость болезнями системы кровообращения, органов дыхания; в 1,5-2,5 раза выше обращаемость населения за скорой медицинской помощью по поводу приступов бронхиальной астмы и асматического бронхита [С.Е. Першин, 2003].

Проведенное многолетнее эпидемиологическое наблюдение 1983-1996 гг.) за показателями смертности от различных заболеваний выявило, что смертность от заболеваний органов дыхания почти во всех возрастных группах была заметно выше на территориях города с загрязненным атмосферным воздухом, чем на условно чистой территории. Так, в наиболее подверженной этой причине смерти группе населения - детей первого года жизни - показатель в «центральной» зоне составляет 10,5, в то время как в «южной» - «химической» зоне - 17,2, а в «северной» - «машиностроительной» - 24,1 [Л.К. Квартовкина и соавт., 197].

В гг. Волгограде и Волжском средний показатель рождения детей с врожденными пороками челюстно-лицевой области составляет 1,44 + - 0,07 на 1000 новорожденных при показателе 1,13+-0,08 в сельской местности (р< 0,01).

В 1996-1997 гг. в г. Волгограде была выполнена работа по оценке риска для здоровья населения стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха. Оценка риска для здоровья была проведена как от воздействия химических канцерогенов, так и от неканцерогенных твердых частиц (РМ 10) при ингаляционном пути поступления. Риск смерти от выбросов РМ 10 установлен на уровне 850-2700 дополнительных случаев смерти в год для населения всего города (около 1 миллиона человека), тогда как канцерогенный риск, обусловленный выбросами канцерогеннов, оценивается 13 дополнительными случаями заболеваний раком в год. [73]

Постоянное население Волгоградской области на 1 января 2003 г. составило 2615,9 тысяч человек и относительно 2002 г. уменьшилось на 20,6 тыс. чел. Из них городское население составляет 70,0%. Естественная убыль за 2002 г. достигла 18306 чел., из них мужчин - 10154.

Среди городского населения убыло 13 571 чел., или 74.1% от обшего числа убывших (данные Волгоградского областного комитета госстатистики).

В 2002 г. рождаемость несколько возросла, но возросла и смертность. Количество умерших превысило число родившихся в 1,74 раза. Демографические показатели на 1000 жителей в целом по области в 2002 г. составили: рождаемость - 9,4 (8,6 в 2001 г.); смертность - 16,3 (15,9 в 2001 г.); естественный прирост - 6,9 (- 7,3 в 2001 г.).

Для смертности в области, как и в целом по России, характерна сверхсмертность мужчин (средняя продолжительность их жизни упала и стала меньше 60 лет), причем в трудоспособном возрасте. (рис 61)

На всех административных территориях области естественный прирост имеет отрицательное значение, что свидетельствует о санитарном неблагополучии.

В структуре причин младенческой смертности МС основными остаются причины, возникающие в перинатальном периоде (50,9%), врожденные аномалии (27,8%), болезни органов дыхания (8,3%), несчастные случаи (5,2%), инфекционные и паразитарные болезни (1,8%). В структуре МС неуправляемые причины по-прежнему выходят на первые места.

Несмотря на спад промышленного производства, уровень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется как очень высокий. Комплексный индекс загрязнения атмосферы, рассчитанный для 5 постоянных загрязнителей, определяющих основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха пыль, диоксид азота, сероуглерод, формальдегид, аммиак), на основании данных по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за 1995-2000 гг. составил - 10,5; 1996-5,6; 1997-9,2; 1998-9,8; 1999-11,3; 2000-12,3. Было проведено ранжирование основных загрязнителей по тесноте связей их уровня и распространенности ВПР среди детей за 1995-2000 гг. Установлена прямая корреляционная зависимость между заболеваемостью ВПР детей (0-14 лет) и загрязнением атмосферного воздуха формальдегидом коэффициент корреляции г +0,66).

Тем не менее, включенные в разработку данные за 1999-2001 гг., из-за небольших выборов позволяют с полным основанием судить о взаимосвязи распространенности ВПР и степенью загрязнения окружающей среды, так как существует множество и других факторов, оказывающих влияние на развитие врожденных пороков.