Животный мир разнообразен, насчитывает 305 видов, что составляет около 36% всей фауны позвоночных Казахстана, причем около 40% от ее состава обитает только здесь - на границе своих видовых ареалов.13 видов из них занесены в Красную книгу Казахстана. [55]

"Сочетание гор, вершины которых в процессе выветривания приобрели причудливые формы, хвойного леса и озер создает здесь необыкновенную красоту ландшафтов и особый микроклимат с рядом лечебных факторов. Это место известно как "Курорт Боровое", "Казахстанская Швейцария", "Жемчужина Казахстана" и привлекательно для большого количества отдыхающих из разных регионов.

Уникальные ландшафты Боровского интрузивного массива с благоприятными климатическими условиями положительно сказывается на туристическом имидже ГНПП. Территорию ГНПП "Бурабай" по среднестатистическим данным ежегодно посещают более полумиллиона туристов". [30]

Анализ оперативной информации из отчетов Акмолинского областного территориального управления охраны окружающей среды по Государственному национальному природному парку "Бурабай" за 2000-2008 годы [56] позволил определить ряд экологических проблем этой территории.

В целом территория ГНПП "Бурабай" относится к регионам со средним потенциалом загрязнения и характеризуется низкой степенью экологической опасности. Важнейшими экологическими проблемами национального парка являются:

1. Загрязнение подземных и поверхностных вод

Негативные изменения качественного состава поверхностных вод связаны с увеличением рекреационной нагрузки и снижением уровней вод озер, а также с интенсивной эксплуатацией водных ресурсов курортной зоны и строительством необустроенных водопропускающими мостами и трубами асфальтированных дорог, окаймляющих берега озер.

Основными причинами загрязнения крупных озер являются безвозвратный забор воды, загрязнение водосборной площади отходами производства и потребления с последующим смывом их в поверхностные водоемы, площадной смыв почв с пахотных земель, загрязнение прибрежных полос и пляжей мусором.

Все эти отрицательные факторы, а также испарительные процессы с поверхности озер привели к изменению их температурного режима. Температура воды ежегодно повышается, что создает благоприятные условия для развития водной растительности. При ежегодном отмирании водной растительности увеличиваются объемы донных отложений и ухудшается качество воды. Свою долю в загрязнение воды внесли аварийные сбросы сточных вод, т.к. недостаток централизованных систем канализации влечет за собой сооружение многочисленных локальных сборников (выгребов) и зачастую создает угрозу их переполнения и изливания грязных вод.

Основными источниками техногенного загрязнения вод являются и несанкционированные свалки, с которых происходит смыв, загрязнение и просачивание в грунт загрязненной воды.

Естественными источниками загрязнения являются минералы, слагающие гранитные породы. В процессе выщелачивания минералов происходит загрязнение вод марганцем, хромом, молибденом, ванадием, литием, цинком.

Территория национального парка является эндемическим регионом по фтору. Содержание фтора в воде открытых водоемов колеблется от 2,2 до 6,2 мг/л (при норме не более 1,2 мг/л).

2. Загрязнение воздушного пространства

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха ? это производственные и отопительные котельные, железнодорожная станция, частные домостроения с печным отоплением и автотранспорт, дающий около половины всех объемов загрязнений.

Загрязнение связано также с количеством дней с туманами и их продолжительностью. При туманах происходит качественное изменение загрязнения воздушного пространства, когда, выбрасываемый котельными населенных пунктов, сернистый газ растворяется в каплях тумана с образованием более токсичного аэрозоля серной кислоты.

3. Радиационная обстановка

Радиоактивные аномалии территории парка обусловлены, в основном, содержанием радионуклидов в материале, применяемом для строительства, зданий, сооружений, транспортных магистралей и других объектов. Наблюдается отчетливая тенденция повышения гамма-фона в тех зонах, где в качестве компонента в строительных конструкциях и асфальто-битумных покрытиях служит гравийно-щебнистый материал, состоящий из гранитов с высоким содержанием естественных радиоактивных элементов.

К природным аномалиям рассматриваемой территории относятся повышенное ионизирующее излучение, источником которого являются минералы и горные породы, слагающие земную кору, содержащие изотопы с радиоактивными свойствами (уран, торий и др.). К продуктам их распада относится газ радон.

4. Загрязнение почв

В пределах ГНПП "Бурабай" встречаются два типа почв: черноземы и подзолы. Почвы играют роль фильтра на пути аэрального потока загрязняющих веществ в ландшафте. Именно здесь происходит аккумуляция тяжелых металлов и разделение их на фиксирующую и мигрирующую части. Основную роль в закреплении металлов в почве играют органическое вещество, глинистые минералы, и гидроксиды железа и марганца. Вследствие этого, черноземы являются теми почвами, где аккумулируются больше всего загрязняющих веществ.

Антропогенные изменения почв связаны с уничтожением лесной растительности и с изменением нагрузки на почвы, связанной с вытаптыванием и уплотнением верхнего дернового гумусового горизонта.

Комплексные геохимические аномалии на территории национального парка в основном приурочены к селитебным участкам и местам концентрации автотранспорта. Комплекс элементов-загрязнителей почвы в целом однотипен как по составу, так и по интенсивности (свинец, кобальт, марганец).

5. Рекреационная нагрузка

Постоянную повышенную нагрузку испытывают наиболее благоприятные для рекреационных целей территории. Длительное воздействие антропогенных факторов на почву и растительность национального парка может привести к нарушению биоразнообразия лесных фитоценозов и их распаду.

Большую опасность представляют собой пожары, имеющие антропогенную причину возникновения, в лесах интенсивной посещаемости или в подзонах обслуживания посетителей и туристов и регулируемого рекреационного использования. Это вызывает наибольшую обеспокоенность в связи с постоянно увеличивающимся потоком туристов на территорию ГНПП "Бурабай". [56]

6. Деградации растительного покрова

Избыточная рекреационная нагрузка приводит к изменению качественного состава растительности и ее деградации.

Из анализа последних научных монографий сотрудников КазНИИЛХА следует:

1. Территория ГНПП "Бурабай" четко отличается от окружающих сухих степей своей богатой разнообразной растительностью, лесами, кустарниками и луговыми видами трав черноземных и оподзоленных почв.

Однако, в результате недостаточного объема лесокультурных работ и несвоевременного проведения санитарных рубок, на значительной площади наблюдается гибель лесных культур, а сохранившиеся имеют угнетенный вид, в сосняках произрастает низкий процент молодых насаждений.

2. Интенсивное сельскохозяйственное использование земель в прошлом, негативно сказалось на качественном составе разнотравно-луговой растительности, вызвало появлением обширных участков залежей с бурьяновым разнотравьем на местах бывших сельскохозяйственных угодий, а также обеднением коренных растительных сообществ на месте некогда богатых разнотравно-злаковых луговых степей. [57]

3. Интенсификация сельскохозяйственной деятельности, прямое преследование в прошлом, нерегулируемая рекреация в настоящее время, негативно сказались на состоянии животного мира национального парка. Исчезли многие виды птиц, млекопитающих, рыб. Гидробиология и ихтиофауна водоемов национального парка в последние 30 лет подверглась глубоким изменениям, как вследствие естественных причин, так и в результате антропогенных воздействий (обмеление водоемов и эвтрофикации вод, интродукция новых видов и др.). [54]

В настоящее время система перераспределения нагрузок на природные территории с целью уменьшения ее деградации находится в стадии формирования.

Согласно обследованиям, произведенным в 2003-05гг. лабораторией мониторинга Национального центра по биотехнологии РК, мелкие озера курортной зоны имеют индекс - загрязненные и грязные, мощность иловых отложений составляет в среднем 1,5 и более метров. Вода озер Боровое и Бол. Чебачье не отвечает требованиям ГОСТа 2761-84 "Источник централизованного хозяйственно - питьевого водоснабжения" и Сан ПиН № 4630 - 88 "Охрана поверхностных вод от загрязнения". Наблюдается тенденция к ухудшению состава вод озер курортной зоны.

Основные причины загрязнения вод ? безвозвратный забор воды, загрязнение водосборной площади отходами производства и потребления с последующим смывом их в поверхностные водоемы, площадной смыв почв с пахотных земель, поступление загрязняющих веществ из дренирующих септиков, скотомогильников, загрязнение прибрежных полос и пляжей мусором.

Анализ выбросов от передвижных источников, проведенных в городе Щучинске, показал, что выбросы от автотранспорта составляют 73% от общей суммы выбросов и в среднем составляют 10,0 тыс. тонн/год. Наибольшая загрязненность атмосферного воздуха происходит в летний период, когда начинается сезон массового отдыха и в курортную зону единовременно может въезжать до 70 тыс. единиц автотранспорта. В этот период выбросы от передвижных источников составляют свыше 60% от общего объема в целом за год.

Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят котельные, расположенные в городе Щучинске, поселке Бурабай и оздоровительных учреждениях. Средний годовой объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух составляет 3,9 тыс. тонн. Общее количество стационарных источников (котельных) находящихся в курортной зоне составляет 51 единицу. Подавляющее их большинство работает на угле. В связи с чем, целесообразен в перспективе перевод котельных на экологические виды топлива.

Несвоевременное принятие достаточных природоохранных мер привело в последние десятилетия к избыточной рекреационной нагрузке на окружающую среду, особенно в районе курортной зоны.

В связи с тенденцией к увеличению объема ежегодного сезонного притока отдыхающих и непланомерного, интенсивного развития сферы сервисного обслуживания в районе курортной зоны, острота проблемы сохранения и оздоровления природного объекта "Бурабай", имеющего общегосударственное значение, с каждым годом все больше возрастает. [58]

2. Материал и методика исследования

Объектом исследования явились крупнейшие озера ГНПП "Бурабай" Щучье, Бол. Чебачье и Боровое, почвенный покров, атмосферный воздух, радиационное поле территории ГНПП "Бурабай".

Материалом исследования явились пробы воды из исследуемых озер, пробы почвенного покрова, пробы атмосферного воздуха. Методика исследования заключается в инструментальных замерах и анализах, проводимых с помощью лабораторного оборудования, охватывающего весь спектр исследуемых компонентов.

2.1 Исследования качества воды озер Щучье, Бол. Чебачье и Боровое

Пробы воды из озер Щучье, Бол. Чебачье и Боровое отбираются, обрабатываются и доставляются в лабораторию в соответствии с условиями, указанными в ГОСТах 3.01.070-98 "Вода озерная", 17.1.5.04-81 "Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод".

Целью отбора проб является получение дискретной пробы, отражающей качество исследуемой воды.

Отбор проб проводят:

для исследования качества воды для принятия корректирующих мер при обнаружении изменений качественного состава воды.

определения состава и свойств воды по показателям, регламентированным в нормативных документах (НД);

идентификации источников загрязнения водного объекта.

Подготовительные работы

Перед отбором проб производят следующие наблюдения и измерения:

- устанавливают геоморфологическое положение источника,

- описывается метаморфический состав, характер трещиноватостей, отложений, из которых выходят подземные воды.

- измеряется температура воды и воздуха

- описываются физические свойства воды

- описываются осадки источника и отбираются их образцы

- на каждую пробу составляют этикетку, которую привязывают к горлышку бутылки.

Подготовка посуды

Одним из основных условий при взятии пробы воды является чистота пробоотборника, бутылки и пробки. Перед отбором пробоотборник и посуду моют 10-%-ным раствором соляной кислоты и несколько раз ополаскивают дистиллированной водой. Резиновые пробки кипятят в 1-%-ном растворе карбоната натрия, затем промывают водой, 1%-ным раствором соляной кислоты и ополаскивают дистиллированной водой.

Пробоотборник перед взятием пробы, бутылки перед заполнением и пробки перед укупоркой ополаскивают отбираемой водой не менее трех раз. Перед окончательным заполнением бутылки желательно пропустить через нее несколько объемов отбираемой воды при помощи трубки, опущенной до дна бутылки. Заливать пробку парафином не рекомендуется, ввиду возможности загрязнения пробы при вскрытии бутылки.

Выбор емкости, используемой для отбора проб

Критериями для выбора емкости, используемой для отбора проб, являются:

предохранение состава пробы от потерь определяемых показателей или от загрязнения другими веществами;

устойчивость к экстремальным температурам и разрушению; способность легко и плотно закрываться; необходимые размеры, форма, масса; пригодность к повторному использованию;

светопроницаемость;

химическая (биологическая) инертность материала, использованного для изготовления емкости и ее пробки

возможность проведения очистки и обработки стенок, устранения поверхностного загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами. [59], [60]

С учетом вышеперечисленных условий, для отбора проб воды используется батометр Молчанова ГР-18 (рисунок 1).

Рисунок 1. Батометр Молчанова ГР-18

Отбор проб

Батометр опускается в водоем на тросе в вертикальном положении с откинутыми крышками. При достижении заданной глубины по тросу посылается груз, освобождающий механизм, который захлопывает крышки и переворачивает батометр вместе с термометрами (при этом фиксируется температура, измеренная на глубине). Слив воды производится через краны, находящиеся в нижних крышках цилиндров.

Подготовка проб к хранению

В случае если анализ проб невозможен сразу же после их отбора, пробы необходимо законсервировать.

Консервацию проб проводят для того, чтобы избежать нарушения равновесия ионов, вызываемой деятельностью микроорганизмов, а также для сохранения определяемых компонентов в том состоянии, в котором имело место быть в момент отбора проб.

При консервации используемое вещество добавляют непосредственно в пробу после ее отбора или в пустую емкость до отбора проб. Обычно используют концентрированные растворы консервантов с целью использования их в малых объемах.

Добавление консервантов учитывают при определении показателя и при обработке результатов определений.

Консервацию проб, предназначенных для определения растворенных веществ, проводят углекислым газом; для определения металлов и галогенов - соляной кислотой, для определения сухого остатка - серной кислотой.

Пробы ставят в специально оборудованную сумку и транспортируют к месту анализа. [59], [60]

Проведение анализов

1. Определение содержания нитритов, нитратов, тяжелых металлов и галогенов фотометрическим методом. [59]

Анализ осуществляют с помощью прибора фотометра фотоэлектрического КФК-3-01, предназначенного для измерения в отдельных участках диапазона длин волн от 315 до 630 нм (рисунок 2).

Рисунок 2. Фотометр фотоэлектрический КФК-3-01

Работа прибора основывается на фотометрическом методе.

Принцип метода

Фотометрический метод основан на измерении поглощения анализируемым веществом света (рисунок 3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИС - источник света

ФП₁, ФП_{2 -} фотопреобразователь

К - кюветное отделение

СФ - светофильтр

шт - шторка СС - схема сравнения

УК - коммутирующее устройство

ИП - измерительный прибор

Рисунок 3. Принципиальная схема работы КФК

Принцип работы КФК

От общего источника света ИС формируется 2 световых потока: измерительный Ф и компенсационный Ф₀. Светофильтр СФ служит для установления нужной длины волны. Оба канала Ф и Ф₀ идентичны, т.е. содержат одинаковые элементы. На фотопреобразователи ФП₁ и ФП₂ одновременно поступают световые потоки Ф (пропущенный через исследуемый раствор) и Ф0 (полный) и определяется отношение этих потоков. При равенстве потоков Ф и Ф₀, схема сравнения СС будет сбалансирована и стрелка измерительного прибора ИП установится на нуле. При неравенстве этих потоков, стрелка отклонится от нуля. Содержание определяющегося элемента определяется по шкале измерительного прибора. [61]

2. Определение жесткости кондуктометрическим методом

Определение жесткости вод проводят прибором Кондуктометром EC-1385 (рисунок 4).

Рисунок 4. Кондуктометр EC-1385

Принцип действия кондуктометра

EC-1385 основывается на прямой зависимости электроводности воды (силы тока в постоянном электрическом поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений. [62]

3. Определение рН потенциометрическим методом.

Определение рН воды озер Щучье, Бол. Чебачье и Боровое проводят лабораторным рН-метром АНИОН-4100 (рисунок 5).

Рисунок 5. рН-метр АНИОН-4100

Работа рН-метра основывается на потенциометрическом методе.

Принцип метода

Потенциометрический метод основан на определении потенциала между электродом, насыщенным водородом и жидкостью, имеющей водородные ионы, где возникают скачки потенциала, зависящие от концентрации ионов водорода. По разности потенциалов на стеклянном электроде и электроде сравнения и определяют уровень рН. [63]

Воду классифицируют в зависимости от уровня рН (таблица 2).

Таблица 2. Классификация воды в зависимости от кислотности

Уровень рН	Реакция среды
1-3	сильнокислая вода
3-5	кислая вода
5-6	слабокислая вода
6-7	очень слабокислая вода
7	нейтральная вода
7-8	очень слабощелочная вода
8-9	слабощелочная вода
9-10	щелочная вода
10-14	сильнощелочная вода

4. Определение содержаний металлов, аммиака, сульфатов методом атомной спектроскопии

Анализ проб воды на металлы, аммоний, карбонаты, сульфаты и др. элементы осуществляют атомно-эмиссионным спектрометром iCAP-6500 (рисунок 6). [59]

Рисунок 6. Атомно-эмиссионный спектрометр iCAP-6500

Работа атомно-эмиссионного спектрометра основывается на использовании методов атомной спектроскопии.

Принцип метода

Образец (раствор), содержащий анализируемые вещества, то есть элементы, содержание которых надо определить, распыляется в виде струи мелких капелек. Небольшая часть этого потока переносится к ячейке атомизации, в качестве которой обычно используются пламя, нагреваемая печь или плазма. В высокотемпературной среде ячейки атомизации растворитель аэрозоля испаряется практически мгновенно, оставляя сухие частицы анализируемого образца. Эти частицы быстро превращаются в газообразные молекулы, свободные нейтральные атомы или ионы, затем просвечивается потоками света, в спектре которых имеются длины волн линий поглощения определенного элемента. При этом часть нейтральных атомов определяемого элемента в газовой фазе возбуждается при столкновениях с молекулами, ионами, атомами или электронами, измеряется энергия, испускаемая этими возбужденными атомами при их переходе в основное состояние путем снижения интенсивности излучения. Изменение энергии анализируется на коммутирующем устройстве прибора (сравнивается с излучением эталонного раствора) и результаты выводятся в цифровом виде на дисплее прибора. [64]

5. Определение БПК₅

Проведение анализа

1. Пробы воды отбираются в кислородные склянки (не менее 3 шт.).

2. В первой склянке сразу же фиксируют кислород и определяют концентрацию растворенного кислорода.

3. Другие склянки - инкубационные (две или больше) помещают в темноте в инкубатор через водяной затвор из чашки Петри, как показано на рисунке 7 (это препятствует контакту воды в склянке с воздухом).

Рисунок 7. Размещение инкубационных склянок в инкубатор через водяной затвор из чашки Петри

4. По истечении 5 суток инкубации в склянках определяют концентрацию остаточного растворенного кислорода как среднее арифметическое результатов по каждой инкубационной склянке.

5. Рассчитывают значение БПК₅ в мг/л по формуле:

БПК₅ = С₁ - С₂ (1)

где:

С₁ - концентрация растворенного кислорода в первоначальной пробе, мг/л;

С₂ - средняя концентрация растворенного кислорода по истечение периода инкубации, мг/л. [65]

6. Определение взвешенных веществ.

Сущность метода заключается в фильтровании пробы через фильтр, высушивании этого фильтра с осадком и взвешивания его. [59]

Проведение анализа

1. Вкладывают подготовленный фильтр в стеклянную воронку, фильтруют через него пробу,

2. Фильтр с осадком переносят в бюкс, высушивают в сушильном шкафу в течение 2-х часов при температуре 105⁰С,

3. Охлаждают 30 минут в эксикаторе,

4. Взвешивают бюкс с фильтром и осадком,

5. Результат содержания взвешенных веществ вычисляют по формуле:

С =	(m-n) х 1000
	v

где:

С - количество взвешенных веществ, мг/л,

m ? масса фильтра бюкса с фильтром и осадком, мг

n ? масса бюкса с чистым фильтром, мг

v ? объем анализируемой пробы, см³ [66]

7. Определение индекса загрязнения.

Индекс загрязнения воды рассчитывают по шести-семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК) является обязательной.

Индекс загрязнения вычисляется по формуле:

(3)

где:

Ci - концентрация компонента;

N - число показателей, используемых для расчета индекса;

ПДК_i - установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы [67] (таблица 3).

Таблица 3

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Воды	Значения ИЗВ	Классы качества вод
Очень чистые	до 0,2	1
Чистые	0,2-1,0	2
Умеренно загрязненные	1,0-2,0	3
Загрязненные	2,0-4,0	4
Грязные	4,0-6,0	5
Очень грязные	6,0-10,0	6
Чрезвычайно грязные	>10,0	7

8. Определение сухих остатков методом без добавления соды

Проведение анализа

1.250-500 см3 профильтрованной воды выпаривают в предварительно высушенной до постоянной массы фарфоровой чашке.

2. Чашку с сухим остатком помещают в термостат при 110°С и высушивают до постоянной массы.

3. Вычисляют сухой остаток по формуле:

Х = (m - m₁) /V (4)

где:

m - масса чашки с сухим остатком, мг;

m₁ - масса пустой чашки, мг;

V - объем воды, взятый для определения, см³. [68]

2.2 Исследование качества почвенного покрова

2.2.1 Подготовительные работы

Отбор проб почвенного покрова проводят для контроля загрязнения почв и оценки качественного состояния почв естественного и нарушенного сложения.

На территории, подлежащей контролю, проводят рекогносцировочные выезды. По данным рекогносцировочного выезда и на основании имеющейся документации заполняют паспорт обследуемого участка и делают описание пробной площадки и почв, составляют карты или планы, на которые наносят расположение источника загрязнения, пробных площадок и мест отбора точечных проб.

При контроле загрязнения почв предприятиями промышленности пробные площадки намечают вдоль векторов "розы ветров".

При неоднородном рельефе местности пробные площадки располагают по элементам рельефа.

Пробные площадки закладывают на участках с однородным почвенным и растительным покровом, а также с учетом хозяйственного использования основных почвенных разностей.

2.2.2 Оборудование для отбора проб

Отбор проб осуществляют ударным почвенным буром (рисунок 8).

1,2 и 3 ? стальные трубки для взятия почвенных образцов. 4 ? шомпол для извлечения почвенного образца из трубки

Рисунок 8. Ударный почвенный бур для отбора проб почв

2.2.3 Отбор проб

Пробы отбирают на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов методом конверта с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы.

Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.

Для химического анализа объединенную пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг.

При отборе точечных проб и составлении объединенной пробы должна быть исключена возможность их вторичного загрязнения.

Все объединенные пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы. На каждую пробу должен быть заполнен сопроводительный талон, где указывается площадка отбора, номер пробы, глубина отбора, фамилия отобравшего пробу, дата отбора.

2.2.4 Хранение и транспортировка проб

После отбора пробы почвы высушивают до воздушно-сухого состояния и помещают в матерчатые мешочки, в картонные коробки или в стеклянную тару. К пробе обязательно прикрепить сопроводительный талон.

В процессе транспортировки и хранения почвенных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.

2.2.5 Подготовка к анализу

Для определения химических веществ пробу почвы в лаборатории рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки. Затем выбирают включения - корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных, а также новообразования - друзы гипса, известковые журавчики и др. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. [69]

2.2.6 Проведение анализа

Анализ проб почв осуществляют с помощью лазерного атомно-эмиссионного спектрометра AvaLIBS (рисунок 9), работа которого основывается на технологии лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии анализа элементного состава пробы. [71]

Рисунок 9. Лазерный атомно-эмиссионный спектрометр AvaLIBS

Лазерная атомно-эмиссионная спектрометрия анализа элементного состава, являющаяся разновидностью атомной эмиссионной спектроскопии, использует импульсный лазер для воздействия на материал и образования плазмы. Свет, излученный плазмой, измеряется во времени для получения его спектральных характеристик, что позволяет получить информацию об элементном составе образца.

2.3 Исследование качественного состава атмосферного воздуха

2.3.1 Подготовительные работы

На территории, подлежащей контролю, проводят рекогносцировочные выезды. По данным рекогносцировочного выезда, заполняют паспорт обследуемого участка и делают описание местности, составляют карты или планы, на которые наносят расположение источника загрязнения и места расположения постов, устанавливают категорию поста наблюдений за загрязнением атмосферы (стационарный, маршрутный, передвижной).

Контроль атмосферного воздуха на территории ЩБКЗ осуществлялся маршрутным постом, предназначенным для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования.

Каждый пост размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: асфальте, твердом грунте, газоне - таким образом, чтобы были исключены искажения результатов измерений наличием зеленых насаждений, зданий и т.д. Маршрутные посты размещаются в центральной части населенного пункта, жилых районах с различным типом застройки (в первую очередь, наиболее загрязненных), зонах отдыха, на территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения транспорта.

Наблюдения осуществляются по полной программе наблюдений, которая предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях (выполняются ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13,19 часов по местному декретному времени).

2.3.2 Отбор и анализ проб

Продолжительность отбора проб загрязняющих веществ при определении разовых концентраций составляет 20-30 мин.

Продолжительность отбора проб загрязняющих веществ для определения среднесуточных концентраций при дискретных наблюдениях по полной программе составляет 20 - 30 мин, при непрерывном отборе - 24 ч.

Отбор проб при определении приземной концентрации примеси в атмосфере проводят на высоте от 1,5 до 3,5 от поверхности земли. [70]

Отбор и анализ проб атмосферного воздуха осуществляют с помощью газоанализатора ГАНК-4 (рисунок 10), предназначенного для автоматического непрерывного контроля концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе.

Рисунок 10. Газоанализатор ГАНК-4.

Принцип действия газоанализатора ГАНК-4

Прибор работает следующим образом. Он содержит сменные химкассеты с бумажной лентой, с нанесенным на нее газочувствительным слоем. Через ленту с газочувствительным слоем с помощью встроенного насоса прокачивается воздух. Оптоэлектронный считыватель определяет скорость потемнения ленты и передает информацию на микропроцессор. Результаты расчетов через доли секунды появляются на цифровом экране в мг/м³ в соответствии с требованиями стандартов. При превышении предельно допустимой концентрации автоматически включаются звуковая и световая сигнализации. Химкассеты обладают высокой чувствительностью и селективностью. Они не боятся больших концентраций вредных веществ, так как при каждом замере лентопротяжный механизм передвигает новый участок ленты. [61]

2.4 Изучение радиационной обстановки ионизационным методом

Радиационную обстановку изучают с помощью прибора радиометра-дозиметра "Терра-П" (рисунок 11).

Рисунок 11. Радиометрадозиметр "Терра-П"

Работа прибора основывается на ионизационном методе.

Принцип метода

Метод основан на свойстве способности ионизирующих излучений, ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений. [61]

3. Результаты исследования

Результаты исследования включают в себя анализ данных мониторинга состояния вод главных озер ГНПП "Бурабай" Боровое, Щучье, Бол. Чебачье и их сравнительный анализ, анализ состояния атмосферного воздуха, почв и радиационной обстановки национального парка. Анализируются результаты исследований за 2006-2008 гг. ? годы максимальной рекреационной нагрузки на Боровскую зону, что следует из рисунка 12. На диаграмме четко прослеживается тенденция увеличения числа посетителей парка от 100 тыс. чел. в 2000-2003 гг. до 640 тыс. чел. в 2008 г. (в 6,4 раза за 7 лет), скачок почти в 2 раза в 2006 г. и увеличение потока туристов в 2006-2008 гг. (в среднем на 115 тыс. чел. в год).

Начальной точкой отсчета мониторинга принят 2000 год ? год создания парка.

Рисунок 12. Диаграмма роста численности посетителей ГНПП "Бурабай" с 2000 по 2008 годы

Результаты мониторинга представлены в виде графиков и диаграмм изменения количественных содержаний различных компонентов по каждому из озер относительно ПДК [72], а также графиков и диаграмм сравнения показателей по главным озерам "Бурабая".

3.1 Анализ экологического состояния главных озер ГНПП "Бурабай"

Озера национального парка подвергаются наиболее интенсивному антропогенному воздействию в связи с тем, что рекреационная нагрузка в основном приурочена именно к побережьям озер, таких как Боровое, Щучье, Бол. Чебачье.

3.1.1 Анализ экологического состояния озера Боровое

Анализ экологического состояния озера Боровое в динамике за 2000-2008 гг. проводился по 18 параметрам. рН 5,5, мягкая, без запаха (1-2 балла с увеличением к концу лета), прозрачная (мутность менее 1,5 мг/л), пресная (общая минерализация 0,45 г/л, сухой остаток 0,1 г/л).

Содержание в воде нитритов ниже ПДК с незначительными колебаниями от 1.43 до 0,8 мг/л (рисунок 13).

Рисунок 13. Изменение содержаний нитритов в воде озера Боровое

Содержание в воде нитратов находится в пределах норм ПДК, в динамике за 2000-2008 гг. наблюдается тенденция понижения от 43 мг/л в 2000 г. до 20-23 мг/л в 2006-08 гг. (рисунок 14).

Рисунок 14. Изменение содержаний нитритов в воде озера Боровое

Содержание хлоридов до 2000г. составляло 1,1 ПДК (380 мг/л), в 2006 г. достигло ПДК, в 2007-08 гг. постепенно снижалось до 280 мг/л (рисунок 15). Уменьшение содержаний хлоридов связано с введением контроля стока канализационных вод пос. Бурабай.

Рисунок 15. Изменение содержаний хлоридов в воде озера Боровое

Сульфаты находятся в пределах норм ПДК. Однако фиксируется значительное уменьшение их количества с каждым годом с 482 до 143 мг/л (рисунок 16). Объясняется это, вероятно, сокращением с/хозяйственного производства на побережье озера.

Рисунок 16. Изменение содержаний сульфатов в воде озера Боровое

Стабильная ситуация наблюдается в содержании железа: до 2000 года содержание железа в воде росло, достигнув 0,37 мг/л (1,23 ПДК), в период 2000-2006 гг. немного падало, оставаясь ниже ПДК, с 2006 г. стабилизировалось на уровне 0,24 мг/л (рисунок 17).

Рисунок 17. Изменение содержаний железа в воде озера Боровое

До 2000 года наблюдалось превышение биологического потребления кислорода в воде озера ПДК в 1,03 раза, связанное с образованием свалок бытового мусора. После их ликвидации ситуация стабилизировалась на среднем уровне 2,5 мг О₂/л (рисунок 18).

Рисунок 18. Изменение содержаний БПК₅ в воде озера Боровое

Территория национального парка является эндемическим регионом по фтору, превышение ПДК которого связаны с коренными породами гранитами, содержащими фтористые минералы. Количество фтора в воде озера Боровое колеблется от 2,05 до 2,32 мг/л (при норме не более 1,2 мг/л) (рисунок 19).

Рисунок 19. Изменение содержаний фтора в воде озера Боровое

В воде озера, со стороны тубдиспансера наблюдается повышенное содержание цинка, превышающее ПДК в 1,7 раза. Скорее всего, цинк попадает здесь в воду, вымываясь из оцинкованных труб коммуникаций. В остальных акваториях озера содержания цинка в пределах нормы (рисунок 20).

Рисунок 20. Изменение содержаний цинка в воде озера Боровое

3.1.2 Анализ экологического состояния озера Щучье

Анализ экологического состояния озера Щучье в динамике за 2000-2008 гг. проводился по 18 параметрам. рН 6, воды слабо кислые, без запаха (0 баллов), прозрачная (мутность менее 1 мг/л), пресная (общая минерализация 0,5 г/л, сухой остаток 0,25 г/л), жесткость 3,9-4,2 мг-экв/дм³.

Экологическое состояние оз. Щучье в динамике за 2000-2008гг. оценивается как нормальное, т.к. содержания всех исследуемых ингредиентов, находятся пределах норм ПДК (2 класс качества). Колебания значений веществ из года в год происходят плавно (рисунок 21,22,23,24,25,26,27). Исключением является фтор, превышения которого составляют в среднем 3 ПДК.

Рисунок 21. Изменение содержаний нитритов в воде озера Щучье

Рисунок 22. Изменение содержаний нитратов в воде озера Щучье

Рисунок 23. Изменение содержаний хлоридов в воде озера Щучье

Рисунок 24. Изменение содержаний сульфатов в воде озера Щучье

Рисунок 25. Изменение содержаний железа в воде озера Щучье

Рисунок 26. Изменение содержаний БПК₅ в воде озера Щучье

Пробы воды на определение цинка отбирались в местах с различной рекреационной нагрузкой: Щучинской городской зоне отдыха, в северной части озера в зоне туристического отдыха (сан-й Щучинский) и в районе западного малопосещаемого берега. Результаты опробования повсеместно показали, что содержания цинка находятся в пределах нормы. Но нужно отметить, что концентрации цинка в акватории городской зоны отдыха и Щучинского санатория приближены к ПДК (рисунок 27). Это может быть связано с тем, что в результате туристической деятельности для пользования отдыхающим предоставляются такие виды услуг, как прокат водных мотоциклов, моторных лодок, использующие бензин, с высоким содержанием цинка, и которые затем попадает в акваторию озера.

Рисунок 27. Изменение содержаний цинка в воде озера Щучье

В воде озера Щучье выявлены повышенные содержания фтора, максимально превышающие ПДК в 2000г. (3,75 раза), минимально в 2007г. (2,83 раза), составляющие 3,4-4,5 мг/л. Как и в других водоемах, они связаны с высокими концентрациями фтора в гранитоидах Кокшетауского массива (рисунок 28).

Рисунок 28. Изменение содержаний фтора в воде озера Щучье

3.1.3 Анализ экологического состояния озера Бол. Чебачье

Анализ экологического состояния озера Бол. Чебачье в динамике за 2000-2008 гг. проводился по 18 параметрам. рН 7,7, воды слабо щелочные, без запаха (0 баллов), прозрачные (мутность менее 1 мг/л), пресная (общая минерализация 0,5 г/л, сухой остаток 0,25 г/л), жесткость 4,0 мг-экв/дм³, 2 класс качества (чистые).

Содержания почти всех исследуемых ингредиентов в воде оз. Бол. Чебачье за период 2006-2008 гг. не превышают ПДК (рисунок 29,30,31,32). Исключением является фтор со стабильными превышениями в среднем 3,7 ПДК, сульфаты и БПК_5.

Рисунок 29. Изменение содержаний нитритов в воде озера Бол. Чебачье

Рисунок 30. Изменение содержаний нитратов в воде озера Бол. Чебачье

Рисунок 31. Изменение содержаний хлоридов в воде озера Бол. Чебачье

Рисунок 32. Изменение содержаний железа в воде озера Бол. Чебачье

Содержания сульфатов в 2000 г. были выше ПДК в 1,6 раза, в 2003 г. их концентрация снизилась до нормы, в период 2006-08 гг. стабилизировалась в пределах 140-260 мг/л. Изменения связаны с ограничением выпаса скота в пределах парка, а северный берег озера как раз являлся естественным пастбищем для домашних животных (рисунок 33).

Рисунок 33. Изменение содержаний сульфатов в воде озера Бол. Чебачье

До 2000 года наблюдалось повышение биологического потребления кислорода в воде озера выше ПДК, это связывали с наличием несанкционированных свалок в поселке Бурабай и на Птицефабрике, расположенных в пределах береговой зоны озера. К 2006 г. свалки были ликвидированы и значения БПК₅ достигли ПДК. В 2007 г. зафиксировано снижение, а в 2008 г. стабилизация на уровне 1,5 мг О₂/л (рисунок 34).

Рисунок 34. Изменение содержаний БПК₅ в воде озера Бол. Чебачье

В воде озера Бол. Чебачье выявлены повышенные содержания фтора, максимально превышающие ПДК в 2006 г. (4,05 мг/л), минимально в 2008 г. (3,0 мг/л). Повышенные содержания фтора характерны для всех водоемов Бурабая и обусловлены природными факторами (выщелачивание фторсодержащих пород) (рисунок 35). Исключением является фтор со стабильными превышениями в среднем 3,7 ПДК.

Рисунок 35. Изменение содержаний фтора в воде озера Бол. Чебачье

Содержание цинка замерялись в трех пробах, взятых в диаметрально противоположных точках озера. Во всех пробах концентрации цинка ниже ПДК (рисунок 36).



Рисунок 36. Изменение содержаний цинка в воде озера Бол. Чебачье

3.1.4 Сравнительный анализ экологического состояния озер

Для всех описываемых озер характерны чистые, прозрачные, пресные воды с низкой минерализацией. Они имеют состав гидрокарбонатно-кальциевый или гидрокарбонатно-магниевый с относительно низкими содержаниями нитритов, нитратов, хлоридов, сульфатов, железа и БПК.

По содержанию нитритов и нитратов воды всех озер в норме (рисунок 37,38).

Рисунок 37. Изменения содержаний нитритов в водах озер

Рисунок 38. Изменения содержаний нитратов в водах озер

Содержания хлоридов в озерах Бол. Чебачье и Щучье значительно ниже ПДК. В озере Боровое наблюдается тенденция к снижению их концентраций с 1,03 ПДК в 2000 г. до 0,77 ПДК в 2008 г. в связи с созданием охранной зоны озер (рисунок 39).

Рисунок 39. Изменения содержаний хлоридов в водах озер

Содержания сульфатов во всех озерах в 2006-2008 гг. в пределах допустимых норм. В озерах Бол. Чебачье и Боровое концентрация их резко снизилась по сравнению с 2000 г. в связи с ликвидацией скотомогильников и запрещением выпаса скота в пределах водоохранных зон (рисунок 40).

Рисунок 40. Изменения содержаний сульфатов в водах озер

Содержания железа в озерах стабилизировались на уровне 0,16-0,8 ПДК, при этом озеро Боровое отличается несколько повышенным содержанием железа по сравнению с другими озерами. Причиной этого является постоянное пополнение озера водами Иманаевского ручья с природными высокими концентрациями железа в воде (рисунок 41).

Рисунок 41. Изменения содержаний железа в водах озер

Содержания БПК в озерах Боровое и Щучье стабильны, ниже ПДК. В озере Бол. Чебачье заметно уменьшение БПК₅ в связи с устранением причин загрязнения береговой зоны (рисунок 42).

Рисунок 43. Изменения содержаний БПК₅ в водах озер

Содержания фтора, в озерных водах во всех случаях значительно превышает допустимую санитарно-гигиеническую норму и достигает 4,5 мг/л в озере Щучье (рисунок 44).

Основным источником фтора в воде являются геохимические ландшафты Кокшетауского гранитного массива с такими фторосодержащими минералами, как слюда, криолит, флюорит. Фтор накапливается преимущественно в близких к поверхности зонах в виде гидротермальных жил, которые выполняют многочисленные мелкие трещины и более крупные тектонические нарушения. Выщелачиваясь и растворяясь, он переходит в воды водоемов.

Рисунок 44. Изменения содержаний фтора в водах озер

Индекс загрязнения озер, рассчитанный по формуле (3) показан в динамике 2006-08 гг. на рисунке 45. Колебания индекса незначительны, в пределах 0,56-0,68 для озёра Бол. Чебачье, 0,43-0,61 для озера Боровое и 0,43-0,55 для озера Щучье.

В соответствии с таблицей 3, воды определяются по качеству как "чистые" 2 класса качества.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 45. Динамика индекса загрязненности воды озер

Содержания других элементов в водах озер незначительны, повышения их концентраций носит временный характер и связаны с сезонностью использования водных ресурсов.

3.2 Анализ экологического состояния атмосферного воздуха

Загрязнения воздушной среды связаны с межрегиональным переносом воздуха из промышленных районов и с местными источниками выбросов.

С учетом розы ветров преобладающий перенос загрязненных воздушных масс происходит со стороны следующих районов:

Европейской территории России и Урала - 32%,

Карагандинско-Темиртаусского ТПК - 28%,

Павлодар-Экибастузского ТПК - 20%,

Омска-Тюмени - 20% (рисунок 46).

Рисунок 46. Перенос загрязняющих веществ воздушными потоками с учетом розы ветров

Основными местными источниками загрязнения воздуха являются: стационарные источники - производственные и отопительные котельные,

железнодорожная станция,

частные домостроения с печным отоплением.

передвижные источники - автотранспорт.

Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят котельные работающие на твердом топливе, расположенные в г. Щучинск, пос. Боровое и оздоровительных учреждениях.

Общее количество стационарных источников (котельных) в курортной зоне составляет 51 единицу, из них 36 котельных работают на твердом топливе, 14 ? на жидком, 1 ? на газовом.

Только на 18 котельных установлено пылегазоочистное оборудование. Но и существующее пылегазоочистное оборудование фильтрует отходящие газы только от твердых частиц, газообразные загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферный воздух без очистки.

Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются диоксид азота, диоксид серы, взвешенные вещества, оксид углерода, мазутная зола. Значительных объемов специфических токсичных выбросов местные источники не имеют.

В городе отсутствуют предприятия I и II категории опасности, 7 организаций относятся к III категории, к IV категории опасности 28 объектов. Из общего объема загрязняющих веществ воздушной среды на долю предприятий III категории опасности приходится 55,6 %, IV категории опасности - 44,4 %.

Большое влияние на загрязнение атмосферного воздуха, особенно в летнее время, оказывает автомобильный транспорт. Число легковых автомобилей, въезжающих в курортную зону, с 2000г. по 2008г. возросло почти в 6 раз. Во многом этому способствовали создание туристического имиджа курорта и открытие в 2007 автобана Астана-Бурабай. В течение года, исключая короткие периоды межсезонья, в выходные и праздничные дни жители столицы выезжают на 1-2 дневный отдых в Бурабай.

Создание свободной экономической зоны для строительства Щучинской развлекательной зоны отдыха способствовало увеличению потоков грузового транспорта более чем на 25% (рисунок 47).

Рисунок 47. Количество единиц автотранспорта, въезжающего в курортную зону (среднестатистическое)

Наибольшая загрязненность атмосферного воздуха происходит в летний период, когда начинается сезон массового отдыха, и в курортную зону ежедневно въезжает до 70 тыс. единиц автотранспорта, в том числе налажено регулярное движение по курортной зоне маршрутных такси и автобусов.

Выбросы автомобильного транспорта в атмосферу ежегодно составляют порядка 10 тыс. тонн загрязняющих веществ, и это значение с каждым годом увеличивается (рисунок 48).

Рисунок 48. Динамика увеличения объема выбросов автотранспорта

Несмотря на ухудшение состояния воздушного бассейна в городской и поселковых зонах, а также вблизи дорог, в целом за счет больших массивов лесов, территорию национального парка можно отнести к региону со средним потенциалом загрязнения атмосферы и низкой экологической опасностью атмосферного загрязнения.

3.3 Анализ экологического состояния почвенного покрова

Проведенными исследованиями выявлено, что входящих в пределы национального парка ландшафты побережий озер, склоны гор и лесные массивы, где отсутствуют жилые и промышленные постройки и автодороги, техногенного загрязнения не испытывают.

Наиболее значительные техногенные загрязнения почв приурочены к городским и поселковым территориям и к основным путям движения и стоянкам автотранспорта.

Техногенные составляющие атмосферных загрязнений оседают на поверхность почвы и воды. Основная масса тяжелых металлов депонируется в почвенном слое 0-10 см и прочно в нем удерживается. Меньшая часть поглощается растительностью и выносится поверхностным и грунтовым стоком в озера.

Анализ распределения геохимических полей тяжелых металлов на территории г. Щучинска выявил следующие их содержания:

· Свинец ? 70% территории 2-3 ПДК, 30% ? 1-2 ПДК

· Мышьяк на участках вблизи действующих котельных ?15-20 ПДК,

на других территориях ? 10-15 ПДК

· Цинк ? 1-3 ПДК

· Медь ? 3-20 ПДК

· Хром, никель, барий, марганец 0,8-1,2 ПДК.

Локальные ареалы геохимических полей тяжелых металлов, превышающие предельно допустимые концентрации, на территории национального парка "Бурабай" охватывают также пос. Бурабай, некоторые крупные комплексы рекреационных учреждений, протягиваются вдоль дорог и фиксируются на отдельных участках побережий озер Щучье и Бол. Чебачье.

Содержания металлов в пределах этих ареалов превышают ПДК:

· по свинцу в 3 раза,

· по кобальту в 6 раз,

· по хрому в 5 раз,

· по никелю - в 6-7 раз.

Анализ результатов обследования основной автотрассы Щучинск-Бурабай, сквозную проходящей по территории парка, выявил комплекс элементов-загрязнителей придорожных ландшафтов. Максимальные концентрации загрязняющих веществ определены в пробе, отобранной в кювете автотрассы (рисунок 49). Во второй пробе, взятой в 50 м от дороги концентрации тех же веществ значительно снизились до и ниже предельно допустимых концентраций (рисунок 50).

Можно сделать вывод, что основная масса металлов осаждается в полосе 0-50 м от дороги и накапливается в почвенном покрове в течение длительного времени. Чем выше пропускная способность дорог, тем интенсивнее происходит возле них загрязнение почв.

Рисунок 49. Концентрации загрязняющих веществ в почвах у дороги

Рисунок 50. Концентрации загрязняющих веществ в почвах в 50 м от дороги

3.4 Анализ радиационной обстановки

Анализируя результаты радиационного изучения территории ГНПП "Бурабай" можно разделить имеющиеся гамма-поля на две категории: естественной и искусственной гамма-активности.

Естественные гамма-поля обусловлены природными повышенными величинами радиоактивности гранитов Кокшетауского массива с высоким содержанием естественных радиоактивных элементов. Колебания гамма-фона составляют в них от 15-20 мкр/час до 30-40 мкр/час. Отдельные аномалии до 60 и более мкр/час связанны с выходами на дневную поверхность горных пород с высоким содержанием естественных радионуклидов. Например, группа аномалий, расположенная северо-западнее дома отдыха "Светлый".

К природным аномалиям рассматриваемой территории относятся также повышенное ионизирующее излучение, источником которого являются минералы и горные породы, слагающие коренные породы, содержащие изотопы с радиоактивными свойствами (уран, торий и др.). К продуктам их распада относится газ радон.

Средний радиационный фон залесенных и задернованных холмов центральной части парка, исключая участки выходов гранитов, по гамма-излучению в среднем составляет 13 мкр/час с вариациями от 10 до 16 мкр/час. В районах акваторий мелких озер и заболоченных участков ? от 2 до 8 мкр/час.