Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Особенности остаточного загрязнения хлорорганическими пестицидами территории Республики Алтай

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Особенности остаточного загрязнения хлорорганическими пестицидами территории Республики Алтай"

На правах рукописи

Куликова-Хлебникова Елена Николаевна

ОСОБЕННОСТИ ОСТАТОЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ ПЕСТИЦИДАМИ ТЕРРИТОРИИ РЕ СПУ Б ЛИКИ АЛТАЙ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

- 7 июн 2012

Барнаул - 2012

005045665

005045665

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических

Робертус Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, доцент

Сухова Мария Геннадьевна

доктор биологических наук, доцент Барановская Наталья Владимировна

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет"

Защита состоится 22 июня 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Институте вод! и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук

Автореферат разослан 18 мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.н., доцент

И.Н. Ротанова

Введение

Актуальность исследования. Среди разнообразных химических экотоксикантов антропогенного происхождения к числу наиболее опасных для окружающей среды и человека относится такой класс стойких органических загрязнителей как хлорорганические пестициды (ХОП): ДДТ, ГХЦГ, линдан, в 1950-1980-е годы интенсивно использовавшиеся в Горном Алтае для различных хозяйственных целей.

По ориентировочным подсчетам в этот период в регионе было использовано до 3 тысяч тонн ХОП, которые хранились в более 50 временных складах. В 1990-е годы большинство складов пришло в негодность, остатки пестицидов были собраны для последующей утилизации, частично захоронены или остались на месте хранения. В ряде сел места бывшего хранения ХОП были застроены или отданы под застройку.

За время использования ХОП произошло загрязнение многих селитебных зон и смежных с ними территорий, где образовалось большое количество локальных, но опасных для населения очагов загрязнения депонирующих природных сред - почв, донных осадков, растений.

Цель работы. Уточнение уровней присутствия и характера распределения хлорорганических пестицидов, ранее хранившихся и применявшихся на территории Республики Алтай.

Для ее достижения решались следующие задачи.

1. Установить уровни присутствия остаточных концентраций ХОП в природных средах на участках их бывшего хранения и применения.

2. Изучить особенности распределения и поведения остаточных концентраций ХОП в объектах окружающей среды.

3. Оценить экологические последствия хранения и применения ХОП на территории Республики Алтай.

4. Изучить возможность ремедиации загрязненных ХОП почв в условиях Республики Алтай.

Объектом исследования явились ореолы остаточного загрязнения ХОП объектов окружающей среды, а его предметом - уточнение уровней присутствия и характера распределения ХОП в природных средах, особенностей их трансформации, миграции и транслокации, а также возможности ремедиации загрязненных пестицидами почв.

При выполнении работы использовались теоретические и методические подходы и положения геоэкологического анализа, изложенные в трудах В.И. Бгатова, Э.К. Буренкова, В.Т. Трофимова и других исследователей. Применялись сравнительно-географический, биогеохимический, картографический, математико-статистический и геоинформационные методы исследования.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены материалы Алтайского регионального института экологии, полученные с участием автора в 2006-2011 гг. В этот период было исследовано 1423 пробы природных сред и продуктов питания растительного и животного происхождения, для которых в испытательной лаборатории ФГУП "Центральная научно-производственная ветеринарная радиологическая лаборатория" (г. Барнаул) методом газовой хроматографии выполнено 7638 определений метаболитов ДЦТ и изомеров ГХЦГ, а в ИВЭП СО РАН - 300 определений физико-химических свойств почв.

Научная новизна работы: Впервые оценены уровни присутствия ХОП и выявлены основные особенности их распределения и поведения в объектах окружающей среды на территории Республики Алтай. Уточнены факторы, влияющие на устойчивость пестицидов и их миграционные и транслокационные свойства. Установлено, что основным фактором формирования ореолов загрязнения ХОП является ветровой, в меньшей степени, водный перенос пестицидов. Оценены возможности ремедиации загрязненных ХОП почв in situ и получены положительные результаты при их санации нетрадиционными химическими реагентами.

Практическая значимость работы. Фактические данные, полученные в процессе исследования, позволили: 1) достоверно оценить эколого-гигиеническую обстановку на территории более 50 населенных пунктов Республики Алтай; 2) разработать целевую программу РА по утилизации устаревших ХОП и ликвидации очагов их загрязнения; 3) вывести из хозяйственного пользования более 30 участков, загрязненных ХОП; 4) рекомендовать продолжение работ по ремедиации загрязненных ХОП почв в опытно-производственном варианте.

Достоверность проведенного исследования обеспечена значительным объемом, комплексным характером и глубиной проработки полученного и использованного в работе фактического материала.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации отражены в 11 статьях, опубликованных в материалах международных и региональных научно-практических конференций, в том числе в 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Результаты работ по теме исследования докладывались на конференциях: "Охрана окружающей среды и обеспечение благополучия населения Республики Алтай" (Горно-Алтайск, 2009), "Отражение био-, reo-, антро-посферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове" (Томск, 2010), "Современные проблемы загрязнения почв" (Москва, 2010), а также на семинарах Института водных и экологических проблем СО РАН.

Основные защищаемые положения:

1. Уровни присутствия и особенности распределения хлорорганиче-ских пестицидов в объектах окружающей среды на территории Республики Алтай определяются антропогенными факторами (хранения и применения) и природными условиями региона, а также характером перераспределения остаточных концентраций препаратов.

2. Основными объектами локализации устаревших пестицидов являются очаги их загрязнения, сформировавшиеся вследствие переноса ХОП из мест стационарного и полевого хранения. Процессы трансформации остатков пестицидов в почвах протекают медленно, а их миграция путем воздушного и водного переноса, в основном, слабая и умеренная. Транслокация пестицидов наиболее активно протекает в системе почва - растение.

3. Экологическое состояние депонирующих природных сред - почв, растений, донных осадков в очагах остаточного загрязнения ХОП неблагоприятное, а сами участки непригодны для проживания и хозяйственной деятельности. Предварительно установлена возможность ремедиации загрязненных пестицидами почв путем их обработки химическими кислотными реагентами "Нетрол" и "Кристалл-КФ".

Структура и объем работы. Диссертация объемом 140 страниц состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 150 наименований. Работа содержит 47 таблиц и 65 рисунков.

Содержание работы

В введении обоснована актуальность проведенного исследования, сформулированы его цель и задачи, изложена научная новизна и практическое значение полученных результатов.

В главе 1 "Состояние проблемы. Методы исследования" приведены сведения о хлорорганических пестицидах, их поведении в окружающей среде и медико-экологических последствиях применения пестицидов. Дана характеристика видов, объемов и методов полевых и лабораторных работ, а также методов обработки и интерпретации полученных данных.

В главе 2 "Природные условия. Объекты изучения" дана краткая характеристика природных условий Республики Алтай. Приведены сведения об объектах прошлого хранения и применения пестицидов на территории республики и охарактеризована изученность этой проблемы.

В главе 3 "Уровни присутствия хлорорганических пестицидов и их производных в природных средах и продуктах питания" приведены сведения об остаточных концентрациях ХОП в природных средах (почвы, природные воды, донные осадки, растения) и в изученных продуктах растительного и животного происхождения на территории Республики Алтай.

В главе 4 "Особенности поведения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды Республики Алтай" раскрыты особенности распределения, трансформации, миграции и транслокации ХОП в изученных природных средах на территории республики.

В главе 5 "Экологические последствия хранения и применения хлорорганических пестицидов на территории Республики Алтай" дана эколого-гигиеническая оценка загрязнения ХОП обследованных населенных пунктов, охарактеризованы вещественно-морфологические типы очагов загрязнения, оценена возможность санации загрязненных почв.

В заключении подведены итоги и сформулированы основные выводы проведенного исследования.

Обоснование защищаемых положений

Первое защищаемое положение: Уровни присутствия и особенности распределения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды на территории Республики Алтай определяются антропогенными факторами (хранения и применения) и природными условиями региона, а также характером перераспределения остаточных концентраций препаратов.

Полученные в процессе исследования данные позволили определить современные уровни присутствия ХОП в объектах окружающей среды на загрязненной территории РА. Установлено, что они варьируются от тысячных-сотых долей мг/кг на фоновых участках до сотен и первых тысяч мг/кг в эпицентрах выявленных очагов остаточного загрязнения почв.

Так, среднее содержание ДДТ в почвах составляет 4,76 мг/кг, в растениях 0,86 мг/кг, природных водах - 0,005 мг/дм3, донных осадках - 0,5 мг/кг. Средние уровни присутствия его конечного метаболита ДЦЭ ниже'в 6-17,3 раза, при этом наибольшая его доля характерна для поверхностных вод, а минимальная - для сопряженных с ними донных осадков (табл. 1).

Таблица 1

Параметры распределения ДДТ, Д ЦЭ в природных средах, мг/кг (мг/дм3)

Пара- Почвогрунты Растения Природные воды Донные осадки

метры ДД1 1 ДДЭ ДДТ ДДЭ ДЦТ ДДЭ ДДТ ДДЭ

п 863 94 50 37

ГП1П 0,001 0,001 0.001 0,001 0.0003 0.0001 0,001 0,001

шах 750,37 32,74 7,78 0,88 0,0180 0,0024 6,86 0,25

X 4,76 0,40 0,86 0,12 0,0048 0,0008 0,50 0,03

Уровень остаточных концентраций ХОП в почвах зависит, в основном, от их свойств, а также от состава и свойств почв, в частности, от их рН, сорбционной емкости, содержания гумуса, механического состава, условий аэрации, а также от наличия геохимических барьеров, водного режима и пр. Благодаря высокой стабильности в условиях РА, ХОП и продукты их распада, попадая в почву, остаются в ней на долгие годы.

Слабо повышенные уровни загрязнения почв ХОП - пх0,1-1 мг/кг (пх1-10 ПДК) установлены на участках бывших пионерлагерей, в пределах "старых" туристских баз, на плантациях хмеля и отдельных участках ветеринарной обработки домашних животных, в местах бывших плотбищ при проведении молевого сплава леса (Артыбаш, Каракокша и др.).

Умеренно и реже высоко повышенные уровни загрязнения почв ХОП - пхЫО мг/кг (пхЮ-100 ПДК) характерны для площадок нахождения бывших складов хранения ХОП, большинства бывших ветеринарных аптек и участков, отдельных локальных участков наиболее "старых" хмельников в селах Майма, Кызыл-Озек, Карлушка.

Высокие уровни присутствия остаточных концентраций ХОП в загрязненных почвах - пхЮ-100 мг/кг и более (пх 100-1000 ПДК) спорадически выявлены в разных частях РА, но чаще они встречаются на участках бывших стационарных складов и в местах полевого хранения пестицидов. В этих местах, как правило, присутствуют визуально различимые устаревшие препараты, в которых остаточные концентрации действующего вещества составляют десятки и первые сотни г/кг.

В пахотных почвах уровень присутствия ДЦТ низкий и умеренно повышенный и составляет в среднем 0,27 мг/кг или 2,7 ПДК. Содержание в них ДЦТ и ДДЭ на 25 и 18% ниже, чем в сопряженных целинных почвах. Это указывает на более интенсивную деструкцию остаточных концентраций ДДТ в пахотных почвах в результате их постоянной обработки.

Средний уровень присутствия действующего вещества в остаточных концентрациях ХОП, присутствующих в загрязненных почвах, варьируется для ДДТ в пределах 56,6-87,2% и, в основном, составляет 60-70%. При этом просматривается зависимость доли исходного препарата от времени его применения. Так, в очагах загрязнения почвенного покрова, образованных в 1950-60-е годы, доля ДДТ не превышает 65-70% (рис. 1).

дат. ддэ. % 1-Артыбаш

4

5 2-Беле

7

3 -Камлак

60- 6 ДДТ 4-Ябоган

5-Майма

6 - Турочак

7 - Карлушка ппо 8-Яйлю

20- 2 ДДЭ 9 - Анос

•Х--.5 6 78 9 __________^ ^ —л

1960 г. 1970 г. 1980 г. 1990 г.

Рис. 1 Зависимость содержания ДДТ и ДДЭ в загрязненных почвах населенных пунктов РА от времени применения ХОП

В настоящее время в устаревшем ДЦТ и загрязненных им почвах доля исходного препарата выше 50%, что является интегральным показателем его высокой стабильности в природных условиях Горного Алтая.

Уровень долевого присутствия у-изомера ГХЦГ — действующего вещества гексахлорана - в устаревшем пестициде и загрязненных им почвах варьируется в пределах 18,7-40,2% и в среднем составляет 25-35%. Для ГХЦГ также проявлена зависимость доли действующего вещества исходного препарата от времени его применения.

Установлено, что доля исходного ДДТ в почвах изученных очагов загрязнения снижается при уменьшении содержания пестицида, а конечного метаболита ДЦЭ, напротив, увеличивается. Средняя амплитуда этих изменений для ДДТ варьируется от 2,5% до 7,5% для соседних классов (порядков) его содержания в почве, а доли ДЦЭ в пределах 2-4% (табл. 2).

Таблица 2

Доля ДДТ и ДЦЭ в почвах очагов загрязнения в населенных пунктах РА (%)

2 ДЦТ, мг/кг Артыбаш (п=10' Беле (п= 17) Камлак(п=10) Майма(п=Ю) Яйлю (п=10)

ДДТ ддэ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ

> 100 63,4 6,3 84,9 1,9 72,1 3,7 82,4 1,7 -

100-10 62,1 9,4 - - 71,1 10,5 - - 85,8 1,1

10-1 54,3 19,3 59,9 19,2 60,4 12,2 74,4 3,2 79,8 2,2

< 1 53,7 22,8 53,9 20,3 59,0 18,9 72,8 7,4 71,4 5,3

Эта особенность остаточного загрязнения ДДТ указывает на более высокую степень метаболизма (трансформации) пестицида в случае его пониженных исходных концентраций в почвах, т.е. при рассредоточенном распределении пестицида его разложение протекает более интенсивно.

Идентичная ситуация проявлена и для остаточных концентраций ГХЦГ в почвах. Так, доля действующего вещества (у-ГХЦГ) снижается, а более устойчивого а-изомера увеличивается при уменьшении содержания пестицида в почве, что свидетельствует о более интенсивной деструкции ГХЦГ в природных условиях РА в случае его пониженных концентраций. Амплитуда изменений доли этих изомеров ГХЦГ в среднем в 1,5-2 раза больше (табл. 3), чем для ДДТ. На основании этого предположено, что снижение инсектицидных свойств гексахлорана в условиях Горного Алтая протекает примерно вдвое быстрее, чем для ДЦТ.

Таблица 3

Доля а- и у-изомера ГХЦГ (%) для разных уровней его содержания в почве

ГХЦГ, мг/кг Тобелер (п=10) Кызыл-Таш (п=34 Ортолык(п=14) Чендек (п=6)

у-ГХЦГ а-ГХЦГ т-гхцг а-ГХЦГ у-ГХЦГ а-ГХЦГ г-гхцг а-ГХЦГ

> 100 49,5 50,5 35,7 64,3 - - - -

100-10 47,0 53,0 33,8 65,6 18,8 81,2 39,2 60,8

10-1 45,6 54,4 31,4 68,6 14,9 85,1 34,6 65,4

< 1 26,1 73,9 29,2 70,7 13,0 87,0 14,7 85,3

На всех очагах загрязнения ХОП максимальные остаточные концентрации пестицидов и их метаболитов (изомеров) проявлены в приповерхностном горизонте почв - в интервале глубин 0-5, 0-10, 0-20 см (кроме захоронений пестицидов). С глубиной интенсивность загрязнения резко уменьшается. На примере очага загрязнения "Вертолетная площадка" установлено, что содержание ДДТ на глубине 0,2-0,5 м в 4 раза меньше, чем в интервале 0-0,2 м, а на глубине 0,5-1 м меньше уже в 12-16 раз.

Необходимо особо отметить скачкообразный переход максимальных концентраций ХОП и их трансформантов в поверхностном слое почв к его пониженному содержанию в нижележащих горизонтах. Амплитуда такого скачка, как правило, составляет 1-2 порядка (табл. 4).

Таблица 4

Распределение ДДТ, ДЦД, ДДЭ и ФХС в почвенном профиле Р6-10

Интервал глубин, см Горизонт Материал проб ДДТ, мг/кг ДДД мг/кг ДДЭ, мг/кг Гумус, % рН, ед. ЕКО, мг-экв.

0-8 А Супесчаная почва 94,32 14,27 6,88 2,9 5,63 15,2

8-21 Суглинок-супесь с галькой,гравием (озерная терраса) 2,32 0,38 0,28 1,6 5,93 14,4

21-74 0,42 0,07 0,03 1,1 5,96 14,4

74-104 Бз 0,16 0,04 0,01 1,0 5,97 11,4

104-215 ВС Песчано-гравийный 0,01 0,01 0,00 0,4 6,12 8,4

215-225 С Песчано-глинистый 0,00 0,00 0,00 0,3 6,37 2,9

Этот резкий переход указывает, с одной стороны, на отчетливо выраженную локализацию ранее поступившего в почву пестицида в поверхностном слое почвы, а с другой - на инертность в перемещении по профилю его остаточных концентраций, закрепленных в верхнем слое почвы.

На примере очагов загрязнения в с. Артыбаш выявлено, что глубина проникновения ДДТ превышает 2-2,5 м при его содержании на этой глубине 0,01-0,03 мг/кг. Глубина проникновения ГХЦГ в очаге загрязнения в с. Ортолык составляет 2,2 м при его содержании 0,24 мг/кг.

Между остаточными концентрациями ДДТ и составом и свойствами почв установлены значимые положительные связи с содержанием гумуса, физической глины и емкостью катионного обмена (рис. 2), что свидетельствует об увеличении сорбции пестицида с повышением содержания гумуса и при утяжелении механического состава почвы.

гумус, % п=46 г=0.31

<физ. глина. 1 п=23

г=0.33 <

♦ * ДДТ. мг/к1

25

ЕКО. мг-экв./ЮО г.

ДДТ. ыг/кг

п=0.46 г=0.20

• ♦ *

• «м • ♦♦ ♦ ♦♦

0.001

0.1

5 • 0.001

ДДТ. мг/кг

Рис. 2 Связь концентраций ДДТ с физико-химическими свойствами почв

Таким образом, более песчанистые почвы имеют пониженную сорб-ционную способность и быстрее "очищаются" от ДДТ, что подтверждается отрицательным значением коэффициента корреляции между содержанием в них физического песка и остаточных концентраций пестицида. Значимые корреляционные связи с ФХС отчетливо увеличиваются в ряду ДЦТ-ДЦЦ-ДЦЭ, что, по-видимому, указывает на более стабильные "отношения" конечных метаболитов с вмещающими почвами.

В изученных типах природных вод остаточные концентрации ДДТ из-за его слабой растворимости в воде низкие - менее 0,1 мг/дм3. Средний уровень присутствия Д ДТ уменьшается в следующем ряду типов вод: поверхностные - подземные (грунтовые) - атмосферные осадки (табл. 5).

Таблица 5

Параметры распределения Д ДТ в природных водах Республики Алтай

Параметры дождевые* снеговые* речные озерные** подземные***

п 12 6 13 6 44

гтип, мг/дм3 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0002 <0,0001

шах, мг/дм' 0,1223 0,0020 0,0100 0,0104 0,0053

X мг/дм3 0,0300 0,0010 0,0080 0,0050 0,0015

* - осадки в очагах загрязнения с. Артыбаш, ** - озеро Телецкое, *** - грунтовые воды

В донных осадках поверхностных водотоков и водоемов на загрязненных участках концентрации ХОП, как правило, выше ПДК для почв (табл. 6). Это свидетельствует о проявлении седиментационного закрепления ХОП в донных осадках, что способствует вторичному загрязнению вод. Характерно, что отношения ДДТ и его метаболитов в донных осадках унаследованы от поступающих в водоемы загрязненных частиц почв.

Таблица 6

Уровни загрязнения ХОП донных осадков поверхностных водоемов РА

Параметры Оз. Телецкое Притоки озера Притоки р. Майма Притоки р. Сема

ДДТ| ДДЭ ДДТ | ДДЭ ДДТ I ДДЭ ДДТ I ДДЭ

п 14 11 6 3

тах, мг/кг 1,273 0,019 1,064 0,128 2,942 0,095 6,862 0,254

X, мг/кг 0,217 0,007 0,246 0,012 0,595 0,031 2,470 0,098

Второе защищаемое положение: Основными объектами локализации устаревших пестицидов являются очаги их наложенного загрязнения, сформироватииеся вследствие переноса ХОП из мест стационарного и полевого хранения. Процессы трансформации остатков пестицидов в почвах протекают медленно, а их миграция путем воздушного и водного переноса, в основном, слабая и умеренная. Транслокация пестицидов наиболее активно протекает в системе почва - растение.

Картографирование загрязненных ХОП участков показало, что все они имеют ясно выраженный локализованный очаговый характер. По характеру проявления очаги остаточного загрязнения почв ХОП отчетливо делятся на две группы, основная из которых представлена локальными ореолами на объектах прошлого и настоящего хранения ХОП, а вторая -"негеометризуемыми" очагами на участках бывшего применения пестицидов (поля сельхозкультур, места массового отдыха и пр.).

Очаги первой группы находятся, как правило, в черте населенных пунктов. Их площадь изменяется от первых сотых га до 3-5 га, но основная часть (75%) имеет площадь менее 1 га. Содержание ХОП в почвах очагов варьируется в больших пределах (пх 1-1000 мг/кг).

Очаги второй группы образованы в результате обработок различных территорий республики от иксодового клеща, от вредителей зерновых, овощных и прочих культур, а также при борьбе с вредителями леса, паразитами домашних животных, переносчиками природных инфекций и др.

Для этой группы очагов загрязнения характерен однородный низкий уровень концентраций ХОП в почвах, который на примере ДЦТ варьирует в узких пределах - от 0,26 до 0,46 мг/кг, что говорит о выдержанных технических регламентах при бывшем применении ХОП (табл. 7).

Таблица 7

Уровни присутствия ДДТ в почвах в местах его применения в РА (мг/кг)

Параметры Обработка от иксодового клеща Обработка от вредителей сельхозкультур Борьба с вредителями и паразитами

п/лагеря оз. Телецкое хмельники плантации ПОЛЯ леса животных

N очагов 4 1 15 4 4 2 6

N проб 6 34 78 11 15 20 35

ГП1П 0.28 0,00 0,00 0,01 0,03 0,02 0,00

тах 0,85 4,22 1,38 1,22 1,72 2,34 5,88

X 0,46 0,44 0,26 0,40 0,40 0,32 0,32

Увеличение морфометрических параметров очагов первой группы, сформированных за счет ветрового переноса летучих фракций ХОП из объектов их хранения, происходит в ряду: ветучастки (ветаптеки) — склады ХОП - места полевого хранения ХОП. В этом ряду в 3,5 раза (с 25 до 90 м) увеличивается средняя длина очагов.

Интенсивность загрязнения почв ХОП на месте ликвидированных стационарных складов в среднем на 40 % выше, а их плошадь в 2-4,5 раза больше, чем вокруг сохранившихся и закрытых складов. В случае присущего для мест полевого хранения ветрового переноса одновременно летучих фракций и пылеватых частиц пестицидов, параметры очагов загрязнения возрастают до 3-5 раз, а степень их вытянутости по розе ветров в среднем увеличивается в 1,3-1,5 раза (табл. 8).

Таблица 8

Параметры очагов наложенного загрязнения ХОП в местах их хранения

Параметры Ветаптеки, ветучастки* Расходные склады* Места полевого хранения

закрытые раскрытые** закрытые раскрытые**

Число объектов 3 5 22 14 7

гшп/тах, мг/кг 0,001/12,3 0,001/32,1 0,001/1074 0.001/2388,2 0,005/5545,2

X, мг/кг 2,1 2,9 18,4 25,9 76,1

Ь, м/Б, га 25/0,05 50/0,23 40/0,22 50/0,45 90/1,75

17т, ед. 1,5 2,0 1,5 2,0 2,2

*- действующие и бывшие склады ядохимикатов, ** - в том числе разобранные склады, Ь и т - длина и ширина очагов загрязнения, 8 - площадь очагов

Эта последовательность нарастания морфометрических параметров загрязнения почв пестицидами в местах их хранения дополняется очагами на участках применения ХОП (посевы зерновых, овощных, ягодных культур, хмельники), показатели которых на 1-2 порядка больше (табл. 9).

Таблица 9

Морфометрические параметры очагов наложенного загрязнения ХОП

Параметры Очаги на местах х ранения: 1_, м/Б, га Очага в местах применения: 1_, м/Э. га

Закрытое хранение Открытое хранение "Ручная" обработка Авиаобработка

п 22 7 6 3

Ш1П 30/0,05 80/0,2 280/2,8 1300/70

тах 170/1,3 360/5,5 750/14,5 1750/105

X 90/0,4 170/1,5 410/5,6 1520/90

Ь/т, ед. 1,5 2,0 - -

Ь и т — длина и ширина очагов загрязнения, Б - площадь очагов

Первая группа очагов загрязнения, сформированных в местах хранения ХОП, имеет ясно выраженную эллипсовидную и изометричную форму с ориентировкой длинной оси эллипсов по направлению преобладающих в теплый период года ветров (как правило, западных и близких к ним румбов). Для них характерно контрастное концентрически зональное распределение остаточных концентраций пестицидов в почвах (рис. 3).

Подгорное

/ N

\ I •

• N * ✓с

-

30 60 м

/в *ч«Камлак

И0"/5

• "■"■5*ч> 70 иа

Ча |Артыбаш ^—

ч«*

250 5^0 м *

Рис. 3 Форма и строение очагов загрязнения почв ХОП (изолинии в ед. ПДК)

10

Превалируют очаги с одним эпицентром, в качестве которого выступает объект хранения ХОП, реже проявлены очаги с 2-3 центрами и без четко выраженной зональности (табл. 10).

Таблица 10

Вещественно-морфологическая группировка очагов загрязнения почв ХОП

I. Форма очага (п, %) II. Внутреннее строение (п, %) III. Распределение ХОП (п, %)

1. Эллипсовидная (70) 1. Зональное с 1 центром (70) 1. Высококонтрастное (60)

2. Изометричная (15) 2. Зональное с 2-3 центрами (10) 2. Среднеконтрастное (25)

3. Неясной формы (10) 3. С неясной зональностью (10) 3. Слабоконтрастное (10)

1. Сочетание форм 1 -3 (5) 4. Азональное (10) 4. Неконтрастное(5)

Распределение ХОП в очагах относится, в основном, к высоко- и среднеконтрастному типам, для которых характерно резкое уменьшение остаточных концентраций пестицида от центра к периферии очага. Наибольшей контрастностью характеризуются очаги загрязнения, приуроченные к местам бывшего полевого хранения ХОП и/или к раскрытым стационарным складам с видимыми остатками устаревших пестицидов.

Полученные данные по метаболизму ДДТ позволили рассчитать по используемой в экотоксикологии экспоненциальной зависимости время полураспада и распада на 95% и 99% исходных концентраций пестицида в почвах очагов загрязнения, находящихся в разных природно-климатических зонах - от переувлажненной черневой тайги северо-востока РА (с. Артыбаш) до сухостепных условий межгорных котловин (с. Ябоган).

Согласно проведенным расчетам время полураспада ДДТ в почвах этих очагов составит 50-70 лет, а время полного распада - 330-450 лет (табл. 11). При этом максимальная стабильность пестицида проявлена в более засушливых условиях межгорных котловин.

Таблица 11

Расчетное время деструкции остатков Д ДТ в почвах очагов загрязнения, лет

Пункты Типы почв Дата применения ДДТ т50 т95 Т99

Артыбаш Серая лесная 1966 50 215 330

Камлак Лугово-черноземная 1967 58 250 380

Ябоган Темно-каштановая 1967 68 300 450

К числу важнейших экологических свойств изученных ХОП относится низкая летучесть, слабая растворимость в воде, высокая липофиль-ность. Их сочетанный эффект определяет характер поступления, миграции и аккумуляции ДДТ и ГХЦГ в природных средах и организмах, в частности, особенности их ветрового и водного переноса. Несмотря на низкую летучесть ХОП, их парение способствует формированию локальных интенсивных очагов вокруг объектов длительного хранения пестицидов.

Высокая гидрофобность изученных ХОП в условиях горной местности и интенсивно проявленного плоскостного смыва способствует переносу сорбированных в почвах частиц пестицидов и их дальнейшей аккумуляции в пролювиальных склоновых отложениях и донных осадках водотоков. При этом содержание переотложенных ХОП в почвах увеличивается вниз по склону (в донных осадках - вниз по течению) и в местах аккумуляции возрастает многократно (рис. 4).

ДДТ, мг/кг 0.7!

Питомник ОПХ / "Горно-Алтайское" ** уклое^0.05

0.6(3 0.4£ 0.3 0.1 £

-X X

' 'Заимка Каяс ОПХ "Горно-Алтайское" уклон 0.04

ДДТ, мг/кг 1.5

1.0-

0.50-

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6км

1.48.

руч. Куйдан (восточная окраина у с. Артыбаш) у /

/

0.46, ^

0.05

0.14

Устье

Исток 0.25 0.50 0.75 1.0 км

Рис. 4 Перераспределение ДДТ в почвах (слева) и донных осадках (справа)

На примере очагов загрязнения в с. Артыбаш установлена приуроченность к их эпицентрам максимальных концентраций ДДТ на глубине, что указывает на наличие внутрипрофильной миграции пестицида и на сопряженность его поверхностных и глубинных концентраций, т.е. глубина проникновения пестицида прямо зависит от уровня его присутствия в поверхностном слое почвы. Эта особенность распределения ХОП на глубину обусловливает формирование объемной формы загрязненных поч-вогрунтов, представляющей собой перевернутый сильно уплощенный конус, вершина которого отвечает эпицентру очага загрязнения (рис. 5).

Н абс, м

Рис. 5 Распределение ДДТ в профиле почв очагов загрязнения с. Артыбаш 1 - неизученная часть разреза, 2 - интервалы опробования в скважинах

Особенности транслокации ХОП в условиях РА изучены в первом приближении. Достоверно установлена прямая связь между содержанием ХОП в загрязненных почвах и в произрастающих на них растениях (рис. 6), что указывает на высокие транслокационные свойства пестицидов.

Рис. 6 Очаги наложенного загрязнения ХОП почв и растений в селах РА 1 - пункты отбора проб, 2-3 - изоконцентраты ХОП (мг/кг) в почвах (2) и растениях (3), 4-5 - места стационарного (4) и полевого (5) хранения ХОП

На примере очагов загрязнения ДЦТ в с. Артыбаш это подтверждается совпадением площадей и уровней загрязнения почв и сопряженных с ними растений, что указывает о наличии тесной связи между ними. Пространственное совпадение контуров и эпицентров загрязнения ХОП почвенного и растительного покрова характерно для всех изученных очагов.

Для выяснения возможности трансляции ХОП по пищевым цепочкам в организм человека были оценены уровни их присутствия в местных продуктах питания растительного и животного происхождения. Предварительно установлено, что содержание ХОП в злаках, овощах и фруктах, выращенных на загрязненных участках, в основном, не превышает существующие гигиенические нормативы. В единичных образцах растительных продуктов отмечен повышенный уровень ДЦТ - до 1,9-16,9 МДУ. В большинстве образцов продуктов питания животного происхождения (молоко, рыба) содержание ХОП также не превышает действующих гигиенических нормативов. В единичных образцах рыбы и молока отмечен повышенный уровень присутствия ДЦТ-до 5,3 и 6 МДУ соответственно.

Третье защищаемое положение: Экологическое состояние депонирующих природных сред - почв, растений, донных осадков в очагах остаточного загрязнения ХОП неблагоприятное, а сами участки непригодны для проживания и хозяйственной деятельности. Предварительно установлена возможность ремедиации загрязненных пестицидами почв путем их обработки химическими кислотными реагентами "Нетрол" и "Кри-сталл-КФ".

Большое число выявленных очагов остаточного загрязнения ХОП и высокий уровень их присутствия в объектах окружающей среды на территории РА, а также способность ХОП накапливаться в трофических цепях в сочетании с их высокой токсичностью и патологичностью обусловливают значительную медико-экологическую опасность загрязнения пестицидами селитебных зон и прилегающих к ним территорий активной рекреацион-но-хозяйственной деятельности населения.

Значение этой опасности для здоровья местного населения усиливается тем обстоятельством, что практически все выявленные очаги загрязнения ХОП находятся на землях сельскохозяйственного назначения, т.е. в зоне производства продуктов питания.

Максимальные уровни присутствия остаточных количеств ХОП в почвах изученных населенных пунктов РА варьируют в широких пределах - от первых мг/кг до первых тысяч мг/кг. Средние концентрации ДДТ в почвах очагов загрязнения на территории РА варьируются от 0,131 до 6,855 мг/кг (1,3-68,5 ПДК), а ГХЦГ от 0,091 до 7,963 мг/кг (0,9-79,6 ПДК).

Общая площадь загрязненных ХОП земель на уровне более 1 ПДК (по состоянию на конец 2011 г.) составляет порядка 456 га. Из них 19 га занимают очаги загрязнения в местах бывшего хранения пестицидов и 437 га — 25 участков их бывшего применения.

В связи с этим, одной из важнейших составляющих оценки эколого-гигиенической обстановки на территории обследованных населенных пунктов РА является уточнение уровней присутствия ХОП в кормовых растениях и в растительных продуктах питания, выращенных в пределах выявленных очагов загрязнения, а также на смежной с ними территории.

В изученных образцах травянистой растительности концентрации ХОП и их метаболитов (изомеров) варьируют в очень больших пределах (5-6 порядков) - от тысячных долей мг/кг до 837,5 мг/кг Д ДТ (Артыбаш) и 385,9 мг/кг ГХЦГ (Ортолык) (табл. 12), которые присутствуют в эпицентрах очагов с визуально различимыми остатками устаревших ХОП. Следует отметить, что уровень присутствия ХОП в травянистой растительности, как правило, на один-два порядка ниже, чем в почвах.

Таблица 12

Содержание ХОП в травянистых растениях в очагах загрязнения, мг/кг

Пара- с. Артыбаш с. Камлак с. Ортолык с. Мухор-Тархата

метры ДД1' ддэ ддг ддэ а-ГХЦГ|Р-ГХЦГ|у-ГХЦГ а-ГХЦГ | Р-ГХЦГ | у-ГХЦГ

п 28 10 7 8

тщ 0,044 0,007 0,037 0,002 0,180 0,058 0,024 0,021 0,045 0,004

тах 7,782 0,732 36,74 5,780 0,577 0,565 0,127 2,639 3,617 0,596

X 2,175 0,193 8,150 0,713 0,365 0,184 0,077 0,401 0,574 0,127

Максимальное содержание ДДТ в овощах составляет 0,374 мг/кг (1,9 МДУ) при среднем уровне присутствия 0,05 мг/кг. В единичных образцах яблок из садов сел Артыбаш и Беле отмечено высокое содержание ДДТ -до 16,9 МДУ.

Большой разброс в содержании ДДТ наблюдается для коровьего и козьего молока, максимальные концентрации которого (6 МДУ) установлены для молока коз, выпасающихся на площади очага загрязнения в с. Камлак. Повышенное (до 5,3 МДУ) содержание ДДТ установлено также в отдельных особях придонных рыб (налим) из Телецкого озера (табл. 13).

Таблица 13

Уровни присутствия ХОП (мг/кг) в продуктах питания_

Параметры Злаки (п = 5) Овощи (п = 20) Фрукты (п = 8) Молоко (п = 12) Рыба (п = 8)

ЛЛТ ппэ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДД'11 ДДЭ

Мах 0.052 0.006 0,374 0,000 1,118 0,031 0,242 0,012 1,593 0,092

х 0,032 0,003 0,046 0,001 0,152 0,004 0,023 0,002 0,320 0,019

МДУ 0,1 мг/кг 0,2 мг/кг 0,1 мг/кг 0,05 мг/дм 0,3 мг/кг

Для оценки возможности химической ремедиации загрязненных ХОП почв in situ в период 2007-2009 гг. проводились опытные работы на экспериментальных площадках в пределах очага загрязнения ДДТ "Вертолетная площадка" в с. Артыбаш. Эти площадки в летний период раз в месяц обрабатывались кислотными химическими реагентами "Нетрол" и "Кристалл-КФ", производимыми в г. Бийске.

Полученные в ходе эксперимента данные свидетельствуют о постепенном снижении остаточных концентраций ДДТ и его производных в почвогрунтах обработанных площадок. Так, за время экспериментов в 2007-2009 гг. исходные концентрации ДДТ и его метаболитов (ДДД, ДДЭ) в почвенном горизонте А (интервал 0-10 см) уменьшились в 6,7-18,4 раз, в среднем в 13,3 раза, в т. ч. в зоне слабого загрязнения в 15 раз, умеренного - в 13,5, сильного загрязнения - в 11,5 раз (рис. 7).

Кроме того, во время эксперимента содержание ДДТ и его метаболитов в растениях на площадках уменьшилось в 1,1-3,8 раза, при этом наблюдалось ускоренное снижение содержания ДДТ (в среднем на 5,8%).

Нетрол Нетрол+Кристалп Кристалл

а—* ¿1, —г- 0 « V1« ™ « г « «. V.» « х

[ХТ1 время (месяц) внесения реагента в почву [Щ1 расход реагента (г/м )

Рис. 7 Изменение содержания ДДТ в почвах экспериментальных площадок в зоне слабого (вверху) и сильного (внизу) загрязнения

Таким образом, при использовании химических реагентов происходит не только снижение концентраций ДДТ, но и усиление его метаболи-зации. Предварительно установлено, что наибольшая эффективность при детоксикации загрязненных ХОП почвогрунтов может быть получена при совместном применении препаратов "Кристалл-КФ"и "Нетрол".

Заключение

Во время прошлого хранения и применения ХОП произошло загрязнение ряда населенных пунктов Республики Алтай и земель сельскохозяйственного назначения, на которых сформировались многочисленные очаги опасного загрязнения почв и сопряженных с ними природных сред.

В результате исследования сделаны следующие основные выводы:

— максимальные уровни присутствия остаточных количеств ХОП в почвах на территории Республики Алтай проявлены в местах их хранения, а минимальные — на участках их прошлого применения;

— главными факторами формирования очагов загрязнения ХОП является ветровой, частично, водный перенос их частиц, паров и аэрозолей;

— среди морфологических типов очагов загрязнения почв преобладают локальные эллипсовидные контрастно-зональные очаги вокруг объектов бывшего и настоящего стационарного и полевого хранения ХОП;

— уровни присутствия и особенности распределения ХОП в почвах обусловлены как их антропогенным поступлением, так и природными условиями, а также процессами латеральной и вертикальной "промывной" нисходящей и, в меньшей степени, восходящей миграции пестицидов;

— основные переходы изученных ХОП происходят в системе почва-растение, в меньшей степени, в системе почва-вода-донные осадки;

— максимальные остаточные концентрации ХОП проявлены в гумусовом горизонте профиля почв в интервалах глубин 0-5 (0-10, 0-20 см);

— максимальные концентрации ХОП на глубине и наибольшая глубина их проникновения проявлены в эпицентрах очагов загрязнения;

— между остаточными концентрациями ДДТ и физико-химическими свойствами почв (содержание гумуса и физической глины, емкость поглощения) существуют положительные значимые связи;

— на глубине ДДТ и ГХЦГ разлагаются менее интенсивно, чем в приповерхностных условиях, эта же закономерность характерна для более высоких остаточных концентраций этих пестицидов в почве;

— уровень трансформации ДДТ и ГХЦГ зависит от срока их нахождения в почвах, в условиях Республики Алтай полураспад исходных концентраций ДДТ происходит в среднем за 50-70 лет, а полный распад за 300-500 лет;

— применение нетрадиционных химических препаратов "Нетрол" и "Кристалл-КФ" способствует снижению остаточных концентраций ДДТ в почвах и способствует ускоренной его метаболизации (деструкции).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Робертус Ю.В. Ушакова В.Г., Куликова-Хлебникова E.H. Особенности поведения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды Горного Алтая / Вест. Моск. госуд. обл. ун-та. - Вып. Химия и химическая экология. — № 3. -2006. -С. 147-152.

2. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова E.H. Новые данные о загрязнении территории Республики Алтай хлорорганическими пестицидами / Природные ресурсы Горного Алтая.- 2007 - №2 - С 56-59

3. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова E.H., Охременко

Предварительные результаты работ по химической детоксикации загрязненных пестицидами почвогрунтов / Вестник АГАУ - 2008 - № 5 (43).-С. 26-31.

4. Робертус Ю.В., Куликова-Хлебникова E.H. О проблеме детоксикации почвогрунтов, загрязненных хлорорганическими пестицидами / Бюлл.

Природные ресурсы Горного Алтая". - 2009. - № 1. -С. 91-93.

5. Кивацкая A.B., Куликова-Хлебникова E.H. Влияние природных факторов на деструкцию ДЦТ в загрязненных почвах (на примере пос. Арты-баш, Республика Алтай) // Отражение био-, reo-, антропосферных взаимо-деиствии в почвах и почвенном покрове. Матер. IV Всеросс науч конф Т. 3. - Томск: ТМЛ-Пресс, 2010.-С. 106-108.

6. Робертус Ю.В., Пузанов A.B., Кивацкая A.B., Куликова-Хлебникова

Особенности поведения ДЦТ и его метаболитов в прибрежных почвах Телецкого озера (Горный Алтай) // Современные проблемы загрязнения почв. Мат. Межд. науч. конф. - М.: 2010. - С. 421-425.

7. Куликова-Хлебникова E.H., Робертус Ю.В., Кивацкая A.B. Поведение ДЦТ в профиле почв прибрежной зоны Телецкого озера / Бюлл "Природные ресурсы Горного Алтая". - 2010. -№ 2. - С. 142-145.

8. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова E.H. О проблеме остаточного загрязнения территории Республики Алтай хлорорганическими пестицидами // Охрана окружающей среды и обеспечения благополучия населения Республики Алтай. Матер, науч.-практ. конф - Горно-Алтайск: 2010. - С 55-59.

9. Куликова-Хлебникова E.H., Робертус Ю.В. Связь параметров очагов загрязнения пестицидами почв Горного Алтая с условиями их хранения и применения // Проблемы региональной экологии. - 2011. -№5. - С 15-18

10. Куликова-Хлебннкова E.H., Робертус Ю.В., Кивацкая A.B. Особенности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях Горного Алтая,- Вестник АГАУ - 2011.-№Ю- С 50-53 1L Робертус Ю.В., Кивацкая A.B., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова E.H. Характер миграции и транслокации пестицидов в условиях Алтайской горной области // Ползуновский вестник - 201 !.-№ 4-2. - С. 125-128.

Отпечатано: Предприниматель А. Орехов: издательство и типография.

св. №2117 от 01.04.1996.. г. Горно-Алтайск, ул. Матросова, 17. Усл.печ.л. 1,15. Заказ № 15. Тираж 100 экз.