Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка аэротехногенного загрязнения тяжелыми металлами Северо-Казахстанской области

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка аэротехногенного загрязнения тяжелыми металлами Северо-Казахстанской области"

На правах рукописи

ДОСКЕНОВА Бану Бейсеновна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН)

03.02.08 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

004613962

2 5 НОЯ 2010

Омск-2010

004613962

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор

Соловьёв Сергей Александрович

доктор сельскохозяйственных

наук, профессор

Юшкевич Леонид Витальевич;

кандидат биологических наук, доцент

Чачина Светлана Борисовна

ГОУ ВПО «Ишимский государственный педагогический институт»

Защита диссертации состоится 24 ноября 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, г. Омск, наб. Тухаче-ского, 14, ауд. 212; тел./факс: 8 (3812) 24-37-95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета и на официальном сайте (http:// www.omgpu.ru).

Автореферат разослан «_»_2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Т. Ю. Колпакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Экологическая безопасность, как составная часть национальной безопасности Республики Казахстан, является обязательным условием ее устойчивого развития и выступает основой сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды и жизни населения [Панин, 2007]. Проблемы зависимости здоровья населения от факторов внешней среды имеют важнейшее государственное значение, что особенно актуально для Казахстана с его значительным комплексом экологических проблем [Трошихин, 2004]. С целью предотвращения и устранения негативного антропогенного влияния на окружающую среду, создания качественной среды обитания человека необходима в первую очередь достоверная, объективная и своевременная оценка экологической ситуации. Только в этом случае возможно обоснование и наиболее верное принятие решений по регулированию качественных и количественных характеристик природной среды [Чигаркин, 2008].

Экологическое состояние территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан в значительной степени обусловлено антропогенными, а также природными факторами. Антропогенная нагрузка нередко превышает экологические возможности окружающей среды. Это оказывает негативное влияние на существование биоты, в том числе и человека [Белецкая, 2008].

Исследуемая нами область характеризуется высокими показателями заболеваемости и смертности населения, сложной демографической ситуацией даже на фоне неблагоприятного состояния здоровья республики в целом, характеризующегося ростом заболеваемости людей. Высокий уровень заболеваемости, и прежде всего онкопатологий, отмечается уже длительное время и имеет устойчивую тенденцию роста.

Особое внимание в работе уделено оценке риска для здоровья населения Северо-Казахстанской области Республики Казахстан в связи с тем, что область отличается высокими показателями уровня заболеваемости, а также темпами роста, которые значительно превышают среднереспубликанские. Это и определяет актуальность нашего исследования.

Цель исследования: экологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области Республики Казахстан тяжелыми металлами.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Оценить загрязнение атмосферного воздуха Северо-Казахстан-ской области.

2. Провести и проанализировать результаты исследования почв Северо-Казахстанской области на содержание тяжелых металлов.

3. Провести инвентаризацию антропогенных изменений в экосистемах и создать электронную базу данных по оценке экологического состояния Северо-Казахстанской области по уровню антропогенных нагрузок на ландшафты.

4. Разработать комплекс мероприятий по охране атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области.

Научная новизна заключается в исследовании влияния про-мышленно-техногенной трансформации ландшафтов в различных геоэкологических условиях при существенном использовании природных ресурсов. Впервые проведено исследование антропогенных изменений экосистем при загрязнении атмосферного воздуха и почв тяжелыми металлами Северо-Казахстанской области Республики Казахстан. Для обоснования экологического мониторинга почв впервые применена оценка риска для здоровья населения при воздействии тяжелых металлов, загрязняющих атмосферный воздух и почву СевероКазахстанской области.

Практическая значимость работы.

Результаты данной работы могут быть использованы как основа для организации и проведения дальнейшего мониторинга состояния окружающей среды Северо-Казахстанской области Республики Казахстан. На основе анализа полученных материалов выявлены основные . загрязнители атмосферного воздуха и почв, их распределение по территории области, что в дальнейшем позволит целеноправленно вести разработку профилактических мероприятий по устранению негатив-, ных последствий промышленно-техногенного воздействия на здоровье населения Северо-Казахстанской области. Собран электронный банк данных по всем названным направлениям работы, позволяющий автоматизировать процессы обработки исходной информации по рядам наблюдений. В динамике проанализированы основные параметры, характеризующие экологическое состояние исследуемой области и здоровье населения. Материалы могут быть использованы службами департаментов экологии и природопользования, здравоохранения и службами мониторинга за состоянием природной среды, а также для разработки практических рекомендаций по улучшению экологической ситуации в регионе и выработке нормативных геохимических показателей для оценки качества природной среды.

Положения, выносимые на защиту:

1. Доминирующие загрязняющие вещества с превышением ПДК тяжелых металлов в почве (преимущественно свинец, ванадий и кадмий) во всех районах Северо-Казахстанской области.

2. В Северо-Казахстанской области в зависимости от уровня загрязнения атмосферного воздуха и почвы выявлены зоны с повышенным риском возникновения заболеваний (особенно онкологических), что требует системного мониторинга, оценки и прогноза содержания тяжелых металлов в почве и в воздухе региона.

Апробация результатов исследования проходила в докладах на Международной научно-практической конференции «Образование и наука - непрерывнный инновационный процесс: проблемы, решения, перспективы» (Петропавловск, 2007); на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар, 2007); на II Международной научно-практической конференции «Экологический мониторинг и биоразнообразие» (Ишим, 2009); на V Международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (Ишим, 2010).

Автором разработано учебно-методическое пособие «Комплексная экологическая оценка состояния окружающей среды Севе-ро-Казахстанской области». Основные результаты исследований изложены в 12 печатных работах, в том числе в изданиях, рекомедо-ванных ВАК РФ.

Автором разработана программа исследований по экологической оценке агротехногенного загрязнения тяжелыми металлами Севе-ро-Казахстанской области Республики Казахстан, проведен статистический анализ уровня заболеваемости, отобраны пробы почв и растительности, а также выполнен комплекс работ совместно со специалистами общественного объединения «Экосфера» и Республиканским научно-исследовательским центром охраны атмосферного воздуха (РНИЦ).

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 36 таблицами, 32 рисунками, 5 картами, содержит 6 приложений. Библиографический указатель содержит 179 источников, в том числе и зарубежных авторов.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н. А. Калиненко, и научному руководителю - доктору биологических наук, профессору С. А. Соловьёву за ценные замечания и рекомендации на всех этапах нашей работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности, теоретической и практической значимости работы, определены объект, задачи исследования, раскрыта новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Аналитический обзор литературы.

Проведен анализ литературных данных, в том числе и зарубежных авторов, работающих над проблемой изучения экологического состояния атмосферного воздуха и почв и влияния состояния загрязе-ния на здоровье населения. Приводится физико-географическая характеристика региона и выделяются особенности ландшафтно-климати-ческих условий Северо-Казахстанской области. Приведены данные о состоянии здоровья населения Северо-Казахстанской области Республики Казахстан.

Материалы и методы исследования.

Представлены основные методики для организации и проведения исследований по экологической оценке и анализу полученных данных, описаны методы отбора и подготовки проб почвы. Объектами исследования определены почва и атмосферный воздух Северо-Казахстанской области, а также население этого региона. Исходными материалами стали данные экологического исследования почвы и атмосферного воздуха, формы статистической отчетности и данные лабораторных исследований. Для анализа исходной информации использованы дескриптивные, лабораторно-инструментальные, математические и статистические методы, а для построения картограмм - программы Maplnfo, EPIMAP, COREL.

При исследовании экологического состояния атмосферного воздуха и почв территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан нами использованы системы оценки экологического состояния региона и разработана программа исследований по экологической оценке состояния окружающей среды Северо-Казахстанской области, систематизирован обзор литературных данных и материалов исследований. Нами применялась методика полевых исследований [Балдашева и др., 1979; Вернигора и др, 1982], метод картографирования и анкетирования, ретроспективного анализа, санитарно-эпидемологических исследований и статистические методы обработки материалов.

В соответствии с программой «Улучшение экологической обстановки г. Петропавловска и Северо-Казахстанской области», совместно с Республиканским научно-исследовательским центром охраны

атмосферного воздуха (РНИЦ) нами проведена работа по оценке экологической ситуации Петропавловска и Северо-Казахстанской области. Эти исследования включали оценку состояния атмосферного воздуха региона, основанную на результатах сводных расчетов уровня загрязнения воздушного бассейна, с учетом всех стационарных и передвижных источников выбросов.

Нами проведены полевые исследования на 28 ключевых участках Северо-Казахстанской области с отбором проб почв и растительной массы на химический и спектральный анализ. По результатам анализа данных за десять лет (с 1997-2007 гг.) установлено 28 ключевых участков области по повышенному уровню общей онкозаболеваемости населения и различным онкопатологиям [Экологический.., 2007].

В задачу полевых исследований входило изучение экологической и геохимической обстановки региона на ключевых участках. Участки выбирались на основе дифференциации по административным районам со средним и максимальным уровнем заболеваемости населения, в пределах которых проводилось изучение почв. Сравнение показателей позволяет выявить причинно-следственные связи между факторами среды и заболеваемостью [Ахметов.., 1998]. Автором разработана программа работ по оценке экологического состояния атмосферного воздуха и почв территории Северо-Казахстанской области, в 2007 г. проведен отбор 260 проб по 130 почвенных образцов и по 130 образцов растительной массы на территории СевероКазахстанской области на спектральный и химический анализ. Это в целом составляет 18-20 проб на один ключевой участок (по 9-10 образцов почв и растительности). В основном отбор проб почв и растительной массы проводился на одном участке (парами «почва-растения»), что целесообразно для отслеживания миграции химических элементов из почвы в растения.

Для проведения исследований выделены особо значимые вещества, влияющие на биохимические процессы в организме человека. Это свинец, кадмий, мышьяк, йод, селен, цинк, медь, молибден, литий, никель, железо, кальций, хром, ртуть, ванадий, марганец, кобальт - всего 17 элементов. Анализы проведены в лаборатории физических методов исследований ЗАО «Центргеоланапит» в Караганде в 2007 г.

Методика обработки статистического материала сводилась к сбору первичной информации по общей заболеваемости и смертности населения и проводилась по основным классам болезней с разделением по полу, возрастным группам, категориям городских и сельских жителей. Особое внимание уделено сбору информации по онкологи-

ческой заболеваемости. Информационной основой стала база данных о больных злокачественными новообразованиями за определенный период времени, созданная на основе официальных данных учетно-отчетной медицинской документации: учетные формы №7 «Сведения о злокачественных новообразованиях» и № 35 «Сведения о больных злокачественными новообразованиями», контрольные карты диспансерного наблюдения больного злокачественными новообразованиями (форма 030-6/У), извещения о больном с впервые в жизни установленным диагнозом злокачественного новообразования (форма 090/У), выписки из медицинской карты стационарного больного со злокачественным новообразованием (форма 027-1/У), протоколы на случай выявления у больного запущенной формы злокачественного новообразования (клиническая группа ПНУ) (форма 027-2/У), регистрационные карты индивидуального наблюдения за больными со злокачественными новообразованиями, выборки из журналов госпитализаций различных лечебно-профилактических учреждений, где проходили обследование и лечение пациенты с новообразованиями, списки больных, взятых на учет с впервые установленным диагнозом, сведения архивов ЗАГС и экспертные заключения.

Экологические исследования атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области на тяжелые металлы.

При оценке экологического состояния атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области в большинстве случаев оно рассматривалось отдельно в Петропавловске и в сельской местности. Лишь около 15 % Северо-Казахстанской области занято осиново-березовыми колками с лугами, реками, озерами, дорогами и населенными пунктами. В ходе выполнения работ нами проведено изучение структуры автотранспорта города, определена интенсивность транспортных потоков на основных магистралях, выполнена полная инвентаризация всех стационарных источников загрязнения области, создана электронная база данных о загрязнении атмосферы города предприятиями и автотранспортом, выявлены площади с превышением норм ПДК исследуемых микро- и макроэлементов, составлена карта загрязнения Петропавловска и на основе этого создана электронная система управления качеством воздуха Петропавловска. Составлены карты классификации земель Северо-Казахстанской области по степени антропогенной нагрузки, по абсолютной экологической напряженности, по относительной экологической напряженности и др. Выделены районы с превышением норм ПДК по тяжелым металлам на основе проведенных ис-

следований по 17-ти макро- и микроэлементам в пробах почв и растительности. Созданы электронные базы данных по численности населения, демографическим процессам, по состоянию окружающей среды урбанизированных и сельских территорий, которые позволяют вести автоматизированную обработку данных по конкретным показателям при организации дальнейшего комплексного мониторинга.

Анализ результатов исследований.

В соответствии с поставленными целями и задачами, основные направления работы сводились к оценке экологического состояния атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области. Проведена работа по оценке экологической ситуации с точки зрения ее влияния на здоровье населения.

Оценка зависимости здоровья от качества атмосферного воздуха Петропавловска включала проведение мониторинга и инвентаризации источников загрязнения воздушного бассейна урбанизированной территории с пересчетом его качества, учет зафиксированных изменений. Необходима оценка состояния здоровья населения, картирование форм заболеваний, в наибольшей степени определяемых качеством воздуха; сбор статистических и иных материалов предыдущих исследований для использования в настоящей работе; создание картограмм качества атмосферного воздуха и медико-географических параметров (заболеваемости дыхательных путей, онкозаболеваемости и др.). Одной из важнейших экологических проблем современности следует назвать убыль естественного плодородия почв, в том числе и в Северо-Казахстанской области, связанную с уменьшением содержания гумуса в пахотном слое почвенного покрова. Анализ данных о вносимых удобрениях и ядохимикатах свидетельствует о значительном росте объемов химических соединений, используемых в сельскохозяйственном производстве за последние годы. Сложившаяся в Северо-Казахстанской области ситуация в сфере обезвреживания, хранения и захоронения, использования отходов различных производств является одной из основных причин опасного загрязнения окружающей среды, представляющая реальную угрозу здоровью населения. Сложившаяся система обращения с отходами также наносит значительный экономический ущерб в виде упущенной выгоды от переработки ценных видов сырья. В Северо-Казахстанской области неудовлетворительно решаются вопросы хранения и переработки отходов. Общий объем бытовых отходов, которые поступают на организованные свалки (27 шт.) и складируются на полигоне твердых бытовых отходов в Петропавловске, ежегодно составляет более 30 млн м3. Переработка отходов не производится. Во-

обще отсутствует пункт приема металлической ртути от пришедших в негодность ртутьсодержащих изделий.

Анализ представленных данных о степени использования, измененное™ и загрязнения природных компонентов свидетельствует о том, что существуют различия по степени химического (токсикологического), радиоактивного и других видов загрязнений по административным районам и природным ландшафтам. В целом можно говорить об определенной деградации природных компонентов, в частности почв и растительного покрова. Санитарно-эпидемиологическую обстановку можно оценить как удовлетворительную. Разнообразие видов природопользования приводят к формированию у современных ландшафтов новых структурно-функциональных свойств и уровня антропогенной трансформации.

Современный уровень антропогенной трасформации СевероКазахстанской области явяется достаточно высоким. Исследования по оценке воздействия загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения Петропавловска показали, что наибольший риск заболевания возникает от повышенного уровня взвешенных веществ, а наибольшее число случаев заболеваний раком, в частности раком легкого, желудка и кожи там, где на состояние атмосферы оказывают влияние промышленные предприятия, в том числе зерноперерабатывающие. В целом город находится под воздействием взвешенных частиц, которые являются адсорбентами токсичных и канцерогенных веществ. Органы дыхания в первую очередь подвергаются воздействию загрязняющих веществ, содержащихся в атмосферном воздухе. Сложившаяся ситуация требует дополнительных исследований с целью изучения воздей-' ствия загрязняющих веществ на развитие заболеваний горожан по возрастным группам, месту работы и жительства. Показатели уровня он-козаболеваемости отражают сдвиг в сторону омоложения онкопроцес-сов, также эта тенденция наблюдается и по другим заболеваниям.

Обоснование защищаемых положений.

Оценка остроты экологической ситуации осуществляется нами путем определения степени деградации или нарушения отдельных компонентов ландшафта. Одним из интегральных показателей нарушения геосистемы является превышение норм ПДК, которые влияют на биохимические процессы в организме человека и прямо или косвенно определяют состояние его здоровья. В ходе проведенных исследований установлены средние значения концентраций, медиана и ин-терквантильный размах для каждого металла. Отмечалось превышение ПДК по трем тяжелым металлам: свинец превышал в 4,9 раза, кадмий - в 3,2 раза, и ванадий - в 2,1 раза.

Превышение фоновых значений характерно дня ванадия в 1,2 раза, хрома в 1,1 раза, железа в 1,1 раза, кобальта в 1,6 раза, меди в 2,1 раза, и цинка в 1,4 раза. Анализируя данные исследований проб почв и растительности на содержание макро- и микроэлементов по ключевым участкам, сравнивая их с фоновыми значениями и с нормами ПДК, можно сделать выводы, что на территории области есть превышения норм ПДК тяжелых металлов практически во всех районах в два раза (преимущественно это свинец, ванадий, кадмий и др). Наблюдается недостаточный уровень йода и селена в Тимерязевском, Шал акына и Г. Мусре-пова районах (по области фоновые показатели в пределах нормы).

Дифферецированы зоны с максимальным загрязнением почв, что напрямую связано с необходимостью дальнейшего анализа в связи с экологическим неблагополучием. Значительные превышения ПДК для кобальта, являющегося канцерогеном, в зоне жилой застройки определяют необходимость включения данного металла в исследования проб почвы. Для никеля не наблюдалось превышения ни ПДК, ни фоновых значений.

При исследовании валовых форм тяжелых металлов и их количественных оценок применялись ОДК и ПДК в мг/кг. Дальнейший анализ был проведен по функциональным зонам Петропавловска, по ключевым участкам каждого административного района Северо-Казах-станской области, а также по каждому макро- и микроэлементу. Фоновые содержания химических элементов в различных ландшафтно-геохи-мических условиях Петропавловска Северо-Казахстанской области в 2007 г. были в пределах нормы.

Превышение ПДК для цинка не отмечалось, при этом во всех административных районах области его концентрация выше фона в 1,9 раза. Максимальные значения цинка в пробах почвы отмечены в жилой застройке (134,8 ± 75,5 мг/кг). Особая ситуация складывается по содержанию в почвах мышьяка и свинца.

Среднее содержание мышьяка по всем зонам, включая фоновую, находится в пределах 8,5-11,3 мг/кг (ПДК = 2,0 мг/кг). Видимо, это особенность почв области, при оценке загрязнений надо сравнивать результат не с ПДК, а с величиной фона по области, равной 10,0 мг/кг. При этом уровень содержания мышьяка, по данным нашего исследования, согласуется с данными Российских и Казахстанских сопредельных регионов. Максимальные значения концентраций мышьяка наблюдались в жилой зоне (11,8 ± 3,9 мг/кг).

Превышение ПДК свинца в пробах почв составило 33 % от общего числа анализов. При контроле жилой зоны превышения ПДК

свинца выявлены в 47 % исследуемых проб, а на транспортных магистралях - в 55 % случаев. Повышенное содержание в почвах соединений свинца объясняется близким расположением транспортных магистралей, многолетним использованием в качестве антидетонационной присадки к бензинам автотранспорта тетраэтилсвинца, который накопился в этих почвах. Для выведения свинца из почвы потребуются дополнительные мероприятия. Максимальные значения содержания тяжелых металлов были характерны для проб почвы, отобранных в санитарно-защитных зонах промышленных предприятий (39,7±38,4). Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 не допускается превышений ПДК или ОДК химических загрязнений в жилой застройке, а тем более для зон повышенного риска: детских и образовательных учреждений, спортивных игровых, детских площадок жилой застройки, рекреационных зон, зон санитарной охраны водоемов и прибрежных зон. Указанные зоны должны быть расположены на почвах, относящихся к категории «чистая». Фоновая концентрация свинца по области составляет 25,8 мг/кг, что несколько ниже ПДК (30 мг/кг). Были установлены статистически значимые различия содержания свинца в пробах почвы, отобранных на территории Петропавловска в зоне жилой застройки (т = -2,1; р < 0,05) (см. таблицу). При этом содержание свинца в зоне жилой застройки статистически значимо не отличалось от содержания данного металла в пробах, отобранных в санитарно-защитных зонах и вблизи автомагистралей (х2 = -0,03; р > 0,05). Особенно повышенное содержание свинца наблюдалось в Кызылжар-ском районе (1,5 ПДК), в районе М. Жумабаева (1,6 ПДК), в Тимирязевском (1,2 ПДК), в районах Г. Мусрепова и Шал акына (по 1,3 ПДК), всего превышение ПДК свинца зарегистрировано на территориях семи районов области. Благополучны по содержанию тяжелых металлов почвы Есильского и Аккаинского районов области. Также благополучны почвы обследованных сельхозугодий Акжарского и Таиншинского районов области. На территории Петропавловска и районов, находящихся под «факелом» крупных предприятий ТЭК, выявлено превышение ПДК по содержанию свинца в пять раз. По содержанию ванадия (1,3 ПДК), никеля (1,1 ПДК) в пробах почв выявлен повышенный уровень содержания металлов в санитарно-защитной зоне ТЭЦ-2, что явно связано с процессом сжигания топлива. Повышенный уровень содержания свинца, вещества 1 класса опасности, выявлен в зоне влияния ТЭЦ-2 (4,6 ПДК), которая отнесена к категории загрязнения почв как «опасная зона». В жилой зоне также наблюдается превышение уровня содержания свинца (1,75 ПДК).

Результаты экологических исследований почв Северо-Казахстанскои области на содержание микро- и макроэлементов в 2007 г., мг/кг

Эле менты Минимальное значение Максимальное значение Среднее Медиана 25-й процен-тиль 75-й процен-тиль Медиана ПДК Медиана фонового значения

РЬ 136 245 30,8 14,9 21,8 16 15,1 1.2

СЛ 125 140 85,4 114 184 170 10 11,1

Си 309 707 35,2 34,4 40 47 34 10

Мп 2,8 3,55 309 409 707 100 407 34

Ре 58,9 89,7 2,8 3.5 3,55 2,5 2,55 407

V 32,8 40 58,9 61,8 89,7 90 55 2,55

№ 436 589 32,8 37,5 40 58 30,6 55

Са 16,8 17 436 454 589 650 377 29,6

Ы 60 123 17 16 16,8 19 9,5 377

Ъп 0,075 0,099 60 68 123 83 69 9.5

Ня 11,7 17,3 0,075 0,08 0,09 0,07 0,05 6,0

Со 54,1 70,4 11,7 13,9 17,3 18 7.56 1.054

Мо 1,6 2 54,1 53 70,4 34 30 7,56

Сг 35,3 40,0 60,0 40,0 80,0 100,0 14,5 1,2

Ав 8,0 10 5,3 11,6 8,7 11,3 4,4 3.0

Бе 30,2 40 60 70 0,6 83 1,0 0.3

I 1,2 - 40 30 34 0,5

Анализ проб растительности также показывает повышенный уровень содержания тяжелых металлов, подтверждая картину загрязнения почв по районам, только с меньшими показателями превышения уровня ПДК. Так, в районах Г. Мусрепова, Кызылжарском превышение по свинцу составляет 0,5 ПДК, по кобальту - 0,2 ПДК. Также превышение норм ПДК по свинцу в основном выявлено в придорожных полосах. В целом по области фоновые показатели исследуемых веществ в норме.

Экологическая оценка состояния атмосферного воздуха.

В области более 400 предприятий и организаций, выбросы которых загрязняют атмосферный воздух. Зарегистрировано около 3000 стационарных источников загрязнения воздушного бассейна, в том числе организованных - 2740. В наибольшей степени загрязняется воздушный бассейн Петропавловска, который поставляет 54 % валовых выбросов области. Из сельских районов выделяются район Г. Мусрепова

(9,4 %), Кызылжарский (7,3), Тимирязевский (4,6), Айыртауский (4,1), М. Жумабаева (4,1). Вклад остальных сельских районов менее 4,0% каждого. Основным поставщиком загрязняющих веществ в атмосферу является Петропавловск (см. карту «Степень загрязнения атмосферного воздуха валовыми выбросами Северо-Казахстанской области»).

Среди 20 обследованных крупных городов Казахстана загрязнение воздуха превышает корму в 11 городах, включая Петропавловск, относящийся таким образом к городам с повышенным уровнем загрязнения.

Рис. 1. Изменение ИЗА5 по г. Петропавловску за 1994-2008 гг.

Основными источниками выбросов загрязняющих веществ является теплоэлектростанция Петропавловской ТЭЦ-2 (АО «Аксесс-Энерго ПТЭЦ-2»), котельные и автотранспорт. Из 136 ингредиентов, загрязняющих воздушный бассейн города, к первой категории опасности относятся диоксид азота, диоксид серы, фенол, марганец и его соединения, двуокись кремния, оксид хрома; ко второй категории опасности - оксид азота, бенз(а)пирен, мазутная зола электростанций в пересчете на ванадий, фтористые газообразные соединения в пересчете на фтор и др. ; третья категория опасности включает загрязнения 53 наименований. Анализ данных наблюдений подтверждает достаточно высокий уровень (54 %) загрязнения атмосферного воздуха в Петропавловске. Так, в 2008 г. наблюдались превышения ПДК по оксиду углерода (2,4 ПДК), диоксиду азота (1,2 ПДК), что связано с работой предприятий стройиндустрии и завода электроизоляционных материалов. Отмечается динамика превышений по окиси углерода (4 ПДК в 1999 г., 5,6 ПДК в 2008 г.), диоксиду азота (1,4 ПДК в 1999 г., 3,2 ПДК

в 2008 г.), а также снижение превышений по фенолам (3,7 ПДК в 1999 г.; 1,8 ПДК в 2006 г.; 1,7 ПДК в 2007 г; 1,6 ПДК в 2008 г.), что связано со спадом промышленного производства. При рассмотрении проблем загрязнения воздушного бассейна Северо-Казахстанской области особое внимание обращено на структуру и распределение загрязняющих веществ по территории области. Почти из всех источников в атмосферу поступают диоксид серы, пыль, оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, в том числе и канцерогенные. От специфических видов производств, характерных для города, дополнительно выбрасываются фенол, формальдегид, бензапирен, пыль абразивная, пыль зерновая и другие вредные вещества. Общее количество присутствующих в атмосфере города ингредиентов, многие из которых относятся к первой и второй категории опасности, превышает 130. Особую опасность таят в себе выбросы и золошлаки Петропавловской ТЭЦ-2 (АО «Аксесс-Энерго ПТЭЦ-2»). С начала эксплуатации ТЭЦ-2 (1961) накоплено 33,5 млн тонн золошлаков - годовой выход золош-лаков составляет более миллиона тонн. Общая площадь золоотвалов Петропавловской ТЭЦ-2 составляет 440 га.

По результатам проведенных исследований выявлено, что в выбросах по области преобладают взвешенные вещества и сернистый ангидрид, оксид углерода и оксиды азота. В числе прочих фенолы, нефтепродукты, кадмий, свинец, ртуть, цинк, бериллий и др.

Превышение норм ПДК по тяжелым металлам и недостаток йода и селена способствует повышению уровня онкологических заболевании, что подтверждено работами многих ученых.

Нами выявлены наиболее высокие показатели убыли населения в Северо-Казахстанской области, которые приходятся на Петропавловск (6,7 случаев на 1000 жителей) и Аккайынский (4,4 случаев на 1000 жителей). В то же время ряд районов имеют естественный прирост - Уалихановский (6,8 случаев на 1000 жителей), Акжарский (3,7 случаев на 1000 жителей), Жамбылский (1,8 случаев на 1000 жителей), Тайыншинский (1,5 случаев на 1000 жителей). Наиболее высокими показателями отличаются районы Айртауский, Г. Мусрепова. В Петропавловске также отмечены рост населения (15,4 случаев на 1000 жителей), что связано с большой численностью населения.

На первом месте среди причин смертности находятся болезни системы кровообращения, исследуемая область по данному показателю в Республике Казахстан находится в первой четверке, показатель на 100 тыс. населения в 2008 г. составил 725,7, при республиканском -494,6. На втором месте - смертность от онкозаболеваний (475, при республиканском показателе 230), на третьем месте - смертность от

болезней органов дыхания, которая в Северо-Казахстанской области является самой высокой в стране и составила в 2007 г. 144,8 чел. на 100 тыс. населения при республиканском уровне - 65,5.

Выявлены болезни, имеющие достоверную тенденцию к росту для Северо-Казахстанской области: заболеваемость крови и кроветворных органов (все население); заболеваемость эндокринной системы (все население); заболеваемость органов дыхания (взрослые, подростки); заболеваемость органов пищеварения (все население); заболеваемость кожи и подкожной клетчатки (подростки, дети).

1800-1'

■ всего по РК 595,3 790,6 903,1 870,8 808,4 922,7

В взрослые 435,7 513,4 582 628,9 633,9 734,2

0 подростки 293,3 465,3 567,7 703,7 636,7 611,1 О дети 1026 1508,2 1715,3 1466,9 1247,6 1388,4

Рис. 2. Динамика заболеваемости крови и кроветворных органов по Северо-Казахстанской области на 100 тысяч жителей

Анализируя рис. 2, отчётливо видно, что среди больных болезнями крови и кроветворных органов существенно преобладают дети.

Уровень заболеваемости детей в 2-3 раза превышает уровень заболеваний как взрослых, так и подростков (от 1000 до 1700 случаев на 100 тыс. жителей). У взрослых и подростков почти одинаковая частота заболеваемости: она колеблется от 300 до 600 случаев на 100 000 жите-

лей. По территории области болезни данного класса распространены крайне неравномерно и с большой амплитудой минимальных и максимальных значений. Максимальное значение (734 случая на 100 тыс. жителей - Кызылжарский район) почти в 17 раз выше, чем минимальное (44 случая на 100 тыс. жителей - Уалихановский район). В градацию до 100 случаев на 100 тыс. жителей попадает также Акжарский район. В следующую градацию - от 100 до 150 случая на 100 тыс. жителей -попадают три района: Айыртауский, Тимирязевский, Мамлютский. Также три района (Г. Мусрепова, Шал акына и Есильский) образуют третью градацию - от 150 до 200 случаев на 100 тыс. населения. В следующей группе градации (от 200 до 250 случая на 100 тыс. жителей) находится Тайыншинский район и по два района попадают в градации 250-300 (Аккайынский, Жамбылский) и более 300 (М. Жумабаева и Кызылжарский). Причем у района М. Жумабаева показатели заболеваемости вдвое ниже Кызылжарского.

Районы Северо-Казахстанской области отличаются друг от друга по уровню онкологической заболеваемости (карта «Онкозабо-леваемость населения Северо-Казахстанской области»). При этом наблюдается отчетливо выраженная тенденция - в северных районах области (М. Жумабаева и Кызылжарский, Мамлютский) онкологическая заболеваемость отмечена на высоком уровне (более 200 больных на 100 000 населения), средний уровень на юго-западе области (Г. Мусрепова, Айыртауский, Тимирязевский) и в центральных районах заболеваемость снижается. Состояние здоровья населения является в значительной степени отражением качества окружающей среды.

Выводы.

1. Оценка загрязнения атмосферного воздуха на территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан позволила установить приоритетные источники поступления поллютантов, а именно предприятия теплоэнергетики Петропавловска (АО «Аксесс-Энерго ПТЭЦ-2»), осуществляющие выбросы тяжелых металлов в атмосферный воздух, что составляет 61 % валовых выбросов.

2. Приоритетными загрязняющими веществами почв на территории Северо-Казахстанской области являются тяжелые металлы (преимущественно свинец, ванадий и кадмий). Отмечено превышение ПДК свинца в 4,9 раза, кадмия в 3,2 раза и ванадия в 2,1 раза, а также удельный вес проб почвы с превышением ПДК свинца составил 33 %.

3. Превышения норм ПДК по содержанию тяжелых металлов в почве выявлено практически во всех районах, что обусловливает необходимость осуществления экологического мониторинга почв Северо-Казахстанской области.

Секера-Казахст&кская область

Степень загрязнения атмосферного воздуха

валовыми выбросами ЗВ Онкозаболеваемость населения

-................у*.....

о

о

?

|иено-1арриюриально<: деление

13 Айыргауский район

10 Акжарский район

6 Аккайынский район 12 Г. Мусрвпо 6 а .район 5 Есильский район

4 Жамбылский район

1 Кызылжарский район 3 МЖумабаева район

2 Мамлютский район

9 Тайыниинский район

7 Тимирязевский район

11 Уалихано в ский район

8 Шал Акына район

Рис. 3. Степень загрязнения атмосферного воздуха валовыми выбросами загрязняющих веществ и онкозаболеваемость населения Северо-Казахстанской области

4. Индивидуальный хронический неканцерогенный риск меньше 1 (максимальное значение хронического неканцерогенного риска при пероральном воздействии достигало 0,0119). Канцерогенный риск при пероральном воздействии не превышает величины допустимого риска (уровень более 1 х но менее 1 х 10"4), при ингаляционном воздействии - величины приемлемого риска (уровень Ю-6 и менее).

5. Оценка риска для здоровья населения Северо-Казахстанской области при воздействии тяжелых металлов и мышьяка, загрязняющих атмосферу и почву, показала необходимость проводить мероприятия по осуществлению экологического мониторинга.

Практические рекомендации.

Результаты работы могут быть использованы для организации мониторинговых исследований состояния воздушного бассейна и почв Северо-Казахстанской области Республики Казахстан, а также для разработки профилактических мероприятий по устранению негативного воздействия на здоровье населения.

Материалы исследований используются в преподавании экологических дисциплин (экология и устойчивое развитие, геоэкология и охрана окружающей среды, защита окружающей среды от загрязнения, управление природопользованием, восстановление нарушенных экосистем) на естественно-географическом факультете Северо-Казахстан-ского университета им. М. Козыбаева.

Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в публикациях:

Публикации в научных журналах и изданиях,

рекомендованных ВАК РФ:

1. Доскенова Б. Б., Баймашева Ш. М. Оценка благоприятности территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан по степени загрязнения почв // Аграрный вестник Урала. Серия «Биология, экология». - 2009. - № 1(55). - С. 83-85 (авт. - 50 %).

Научные статьи и материалы выступлений на конференциях:

2. Доскенова Б. Б., Баймашева Ш. М. Экологическая оценка территории Северо-Казахстанской области по степени антропогенной нагрузки // Вестник Павлодарского государственного университета. Серия химико-биологическая. - 2008. - № 3. - С. 186-189 (авт. - 50 %).

3. Доскенова Б. Б. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения Северо-Казахстанской области // Вестник Восточно-Казахстанского государственного университета. Серия «Биология». -2009. -№ 10.-С. 134-136.

4. Доскенова Б. Б., Баймашева Ш. М. Оценка территории Северо-Казахстанской области по основным показателям антропогенного воздействия // Вестник Павлодарского государственного университета. Серия химико-биологическая. - 2010. - № 1. - С. 163-165 (авт. - 50 %).

5. Чурина И. И., Доскенова Б. Б. Роль полевых географических исследований в повышении качества образовательного процесса // Вестник Северо-Казахстанского государственного университета им. М. Ко-зыбаева. Серия географическая. - 2004. - № 5. - С. 196-200 (авт. - 50 %).

6. Чурина И. И., Доскенова Б. Б. Экологические проблемы СевероКазахстанской области и их влияние на здоровье населения // Вестник Северо-Казахстанского государственного университета им. М. Козыбаева. Серия географическая. - 2006. - № 3. - С. 176-179 (авт. - 50 %).

I. Калиненко Н. А., Доскенова Б. Б. Антропогенное воздействие на окружающую среду (на примере Северо-Казахстанской области) // Образование и наука - непрерывнный инновационный процесс: проблемы, решения, перспективы: материалы Международной научно-практической конференции. - Петропавловск: СКГУ, 2007. - Т. 2. - Секция 4. - С. 18-22 (авт. - 50 %).

8. Доскенова Б. Б., Баймашева 111. М. Комплексная оценка экологического состояния природной среды Северо-Казахстанской области // Образование и наука - непрерывнный инновационный процесс: проблемы, решения, перспективы: материалы Международной научно-практической конференции. - Петропавловск: СКГУ 2007. - Т. 2. - Секция 4. - С. 13-15 (авт. - 50 %).

9. Доскенова Б. Б. Степень антропогенного воздействия на окружающую среду Северо-Казахстанской области // Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях: материалы Международной научно-практической конференции. - Павлодар: ПГУ, 2007. - Т. 1. - С. 41-43.

10. Доскенова Б. Б., Баймашева Ш. М. Экологическое состояние и уровень загрязнения почв Северо-Казахстанской области // Экологический мониторинг и биоразнообразие: материалы П Международной научно-практической конференции. - Ишим, 2009. - Т. 1. - С. 41-43 (авт. - 50 %).

II. Доскенова Б. Б., Баймашева Ш. М. Экологическое состояние атмосферы г. Петропавловска (Республика Казахстан) // Урбоэкоси-стемы: проблемы и перспективы развития: материалы V Международной научно-практической конференции. - Ишим, 2010. - Т. 1. - С. 65-67 (авт. - 50 %).

12. Доскенова Б. Б. Комплексная экологическая оценка состояния окружающей среды Северо-Казахстанской области: учебно-методическое пособие. - Петропавловск: СКГУ им. М. Козыбаева, 2007. - 95 с.

Подписано в печать 20.10.2010. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ П-615.

Издательство ОмГПУ. Отпечатано в типографии ОмГПУ, Омск, наб. Тухачевского, 14, тел./факс (3812) 23-57-93

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Доскенова, Бану Бейсеновна

Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Природные и климатические условия Северо-Казахстанской области

1.2 Загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами 1.3. Загрязнение почвы тяжелыми металлами

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Программа, организация и материалы исследований

2.2. Методы изучения загрязнения почвы тяжелыми металлами

2.3. Методы оценки риска для здоровья при воздействии вредных факторов окружающей среды

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПОЧВ СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ НА ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

3.1. Оценка экологического состояния атмосферного воздуха территории Северо-Казахстанской области.

3.2. Экологические исследования почв Северо-Казахстанской области на тяжелые металлы.

3.3. Оценка экологического состояния Северо-Казахстанской области по уровню антропогенных нагрузок на ландшафты.

3.4. Оценка риска для здоровья населения Северо-Казахстанской области. при воздействии тяжелый металлов загрязняющих почву.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экологическая оценка аэротехногенного загрязнения тяжелыми металлами Северо-Казахстанской области"

Актуальность исследования.

Экологическая безопасность, как составная часть национальной безопасности Республики Казахстан, является обязательным условием устойчивого развития и выступает основой сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды и жизни населения [Панин, 2007].

Проблемы зависимости здоровья населения от факторов внешней среды имеют важнейшее государственное значение, что особенно актуально для Казахстана с его значительным комплексом экологических проблем [Трошихин, 2004].

С целью предотвращения и устранения негативного антропогенного влияния на окружающую среду, создания качественной среды обитания человека, необходима, в первую очередь, достоверная, объективная и своевременная оценка экологической ситуации. Только в этом случае возможно обоснование и наиболее верное принятие решений по регулированию качественных и количественных характеристик природной среды [Чигаркин, 2008].

Экологическое состояние территории Северо-Казахстанской области в значительной степени обусловлено антропогенными факторами. Антропогенная нагрузка нередко превышает потенциальные возможности устойчивости экосистем и нарушает их нормальное функционирование. Это оказывает негативное влияние на существование биоты, в том числе и человека [Белецкая, 2008].

Северо-Казахстанская область характеризуется высокими показателями заболеваемости и смертности населения, сложной демографической ситуацией даже на фоне неблагоприятного состояния здоровья населения республики в целом, характеризующегося ростом заболеваемости населения многими болезнями. Высокий уровень заболеваемости, и прежде всего, онкопатологий, который держится уже длительное время и имеет устойчивую тенденцию роста.

Особое внимание в работе уделено оценке риска для здоровья населения Северо-Казахстанской области в связи с тем, что область отличается высокими показателями уровня заболеваемости, а также ускоренными темпами роста их возникновения, которые значительно превышают среднереспубликанские, что не может не беспокоить общество. Это и определяет актуальность исследования.

Цель: экологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области Республики Казахстан тяжелыми металлами.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Оценить загрязнение атмосферного воздуха СевероКазахстанской области;

2. Провести и проанализировать результаты исследования почв Северо-Казахстанской области на содержание тяжелых металлов;

3. Проведение инвентаризации антропогенных изменений в экосистемах и создание электронной базы данных по оценке экологического состояния Северо-Казахстанской области по уровню антропогенных нагрузок на ландшафты;

4. Разработать комплекс мероприятий по охране атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области;

Научная новизна.

Научная новизна заключается в исследовании трансформации ландшафтов в различных геоэкологических условиях при активном антропогенном использовании природных ресурсов. Впервые проведено исследование антропогенных изменений экосистем при загрязнении, атмосферного воздуха и почв тяжелыми металлами СевероКазахстанской области Республики Казахстан. Для обоснования экологического мониторинга почв впервые применена оценка риска для здоровья населения при воздействии тяжелых металлов, загрязняющих атмосферный воздух и почву Северо-Казахстанской области.

Практическая значимость работы:

Результаты данной работы могут быть использованы как основа для организации и проведения дальнейшего мониторинга, состояния окружающей среды Северо-Казахстанской области Республики Казахстан. На основе анализа материалов исследования выявлены основные загрязнители атмосферного воздуха и почв, их распределение на территории области, что позволит целенаправленно вести разработку профилактических мероприятий по устранению негативных последствий промышленно техногенного воздействия на здоровье населения Северо-Казахстанской области. Собран электронный банк данных по всем названным направлениям работы, позволяющий автоматизировать процессы обработки исходной информации по рядам наблюдений. Основные показатели, характеризующие экологическое состояние территории области и здоровье населения, в динамике.

Материалы могут быть использованы службами департаментами экологии и природопользования, здравоохранения и службами мониторинга за состоянием природной среды, а также для разработки практических рекомендаций для улучшения экологической ситуации в регионе и конкретных районах области и выработки нормативных геохимических показателей для оценки качества природной среды.

Положения, выносимые на защиту

1. Доминирующие загрязняющие вещества с превышением ПДК в почве тяжелые металлы (преимущественно свинец, ванадий и кадмий) во всех районах Северо-Казахстанской области.

2. В Северо-Казахстанской области в зависимости от уровня загрязнения атмосферного воздуха и почвы выявлены зоны с повышенным риском возникновения заболеваний (особенно онкологических), что требует системного мониторинга, оценки и прогноза содержания тяжелых металлов в почве и в воздухе региона.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на Международной научно-практической конференции «Образование и наука - непрерывный инновационный процесс: проблемы, решения, перспективы» (Петропавловск, 2007), на Международной научно- практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар, 2007), на II Международной научно-практической конференции «Экологический мониторинг и биоразнообразие» (Ишим, 2009), на V международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития » (Ишим, 2010).

Автором разработано учебно-методическое пособие «Комплексная экологическая оценка состояния окружающей среды Северо-Казахстанской области» Петропавловск, 2007 год.

Основные результаты исследований изложены в 12 печатных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобразования и науки РФ и РК.

На основе анализа данных, полученных в ходе экологического мониторинга, разработаны мероприятия по охране окружающей среды территории Северо-Казахстанской области Республики Казахстан.

Личный вклад автора.

Автором разработана программа исследований по экологической оценке атмосферного воздуха и почв Северо-Казахстанской области Республики Казахстан, систематизирован обзор литературных данных и материалов исследований. Автор также лично принимал участие в отборе проб почв и растительности. При непосредственном участии автора проведен статистический анализ, часть работы с программным обеспечением и операцией с базами данных выполнена совместно со специалистами научной лаборатории общественного объединения «Экосфера» и Республиканским научно-исследовательским центром охраны атмосферного воздуха (РНИЦ). В целом личный вклад в исследовании составил 80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 29 таблицами, 32 рисунками, 5 картами, 3 фотографиями.