Оценка влияния эмиссий от лесных пожаров на экологическое состояние урбанизированных территорий

Елфимова, Татьяна Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Оценка влияния эмиссий от лесных пожаров на экологическое состояние урбанизированных территорий
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка влияния эмиссий от лесных пожаров на экологическое состояние урбанизированных территорий"

На правах рукописи

ЕЛФИМОВА Татьяна Александровна

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭМИССИЙ ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ г. ЧИТА ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ)

03.02.08 - экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

о 4 СЕН 2014

Оренбург-2014

005552193

Работа выполнена в лаборатории медицинской экологии Федерального государственного бюджетного учреждения «Восточно-Сибирский научный центр экологии человека» СО РАМН, г. Ангарск.

Научный руководитель:

доктор биологических наук Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор

Забуга Галина Алексеевна

Ефимова Наталья Васильевна

Официальные оппоненты:

Филиппова Ася Вячеславовна - доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биологии, природопользования и экологической безопасности ФГБУ ВПО «Оренбургский аграрный университет» Игнатьева Лариса Павловна — доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой коммунальной гигиены и гигиены детей и подростков ГБОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кемерово

Защита состоится «A f> » CJLi^Obрр 2014 года в « Q » часов на заседании диссертационного совета Д.2(18.066.03 при ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Минздрава России по адресу: 460000, г. Оренбург, ул. Советская, д. 6, аудитория 205, конференц-зал, тел.: 8 (3532) 40-35-62; факс: 8 (3532) 77-24-59; e-mail: orgma_dsl@esso.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке, а также на официальном сайте ОрГМА (www.orgma.ru).

Автореферат разослан «

(хМ'Щ&бЬ- 2014

г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.м.н., профессор

Немцева Наталия Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Пирогенный фактор относится к числу регуляторов жизнедеятельности лесных сообществ (Курбатский Н.П., 1980; Цветков П.А., 2006), однако в современных условиях изменения климата на фоне глобального потепления прогнозируется увеличение количества и интенсивности пожаров, продолжительности пожароопасных сезонов и горимости лесов (Фуряев В.В., Заболотский В.И., 2002; Carvalho A. et al., 2011; Wastl С. et al., 2012). Это не только представляет опасность для существования самих лесных экосистем (Juday G., 2005; Чебакова Н.М., 2006), но и является причиной серьезных экологических последствий, к числу которых относится, прежде всего, изменение качества атмосферного воздуха на локальном и региональном уровнях (Ситнов С.А., 2011; Miranda A.I. et al., 2008; Kane E.S., Vogel J.G., 2009; Chun M.Y., 2011). Поскольку многие лесные пожары случаются в непосредственной близости от населенных пунктов, продукты горения попадают в селитебную зону, изменяя экологическую обстановку и увеличивая риски обострения различных заболеваний, а также повышения смертности населения (Сабирова З.Ф., 2001; Новиков С.М. и др., 2002,2009; Суховский B.C., 2009; Зайратьянц О.В. и др., 2011; Васильева О.С., Гусаков A.A., 2011).

Увеличивающаяся частота и масштабность лесных пожаров, их прямое и косвенное воздействие на урбоэкосистемы и человека обусловливают актуальность изучения самых различных аспектов этого явления. Вместе с тем оценка влияния эмиссий лесных пожаров на природные и урбанизированные экосистемы, включая негативные последствия трансформации среды обитания людей в результате воздействия продуктов горения лесных пожаров, остается недостаточно исследованной и разработанной. Несомненный научный интерес представляет и разработка комплексного подхода к оценке ущерба от лесных пожаров, включая сравнение экологических потерь на уровне природной и урбанизированной экосистем.

Цель исследования:

Изучить уровень загрязнения атмосферного воздуха в период массовых лесных пожаров и его влияние на отдельные составляющие социоприродной среды.

Задачи исследования:

1. Дать количественную оценку эмиссии от массовых лесных пожаров и представить распределение загрязняющих веществ в пределах селитебной территории.

2. Изучить изменения показателей, характеризующих популяционное здоровье населения, в зависимости от загрязнения атмосферного воздуха в период массовых лесных пожаров.

3. Оценить ущерб природной и урбанизированной экосистеме, обусловленный массовыми лесными пожарами на основе комплексного подхода

Научная новизна работы

Впервые в период массовых лесных пожаров проведен расчет эмиссий и рассеивания основных загрязняющих веществ несколькими методами, основанными на модели Гаусса, и сравнение полученных данных с результатами лабораторных исследований на пунктах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, что позволило дать научное обоснование адекватности применения расчетных методов. Показана сопряженность измененных условий среды обитания людей и здоровья экспонированного населения в период массовых лесных пожаров: при росте загрязнения атмосферного воздуха увеличиваются уровни обращаемости за скорой медицинской помощью и смертности населения.

Впервые с использованием методик, учитывающих «ресурсный» и «эко-системный» подходы, дана комплексная оценка ущерба от лесных пожаров социоприродной среде в наиболее пожароопасный период.

Теоретическая и практическая значимость работы

Материалы диссертационной работы дополняют знания о последствиях для лесных экосистем массовых лесных пожаров и показывают, что в период их пика и увеличения масс продуктов горения соответственно изменяются условия среды обитания и состояние популяционного здоровья людей, проживающих в зоне непосредственного влияния поллютантов.

Результаты сравнительного анализа данных, полученные расчетными методами, концентрации поллютантов, измеренные на постах наблюдения за загрязнениями (ПНЗ), и определенные пределы возможных различий их расчетных и экспериментальных величин могут быть использованы при оценке загрязнения атмосферы продуктами горения от лесных пожаров на территории населенных мест, где не проводится мониторинг состояния атмосферного воздуха.

Результаты исследований используются в практической деятельности Государственной лесной службы Забайкальского края (акт внедрения от25.11.2013). Результаты исследования применяются в работе Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Забайкальскому краю и Иркутской области (акт внедрения от 01.10.2013). Разработаны методические рекомендации «Оценка влияния краткосрочного загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения», утвержденные главным государственным санитарным врачом по Забайкальскому краю (2012); результаты исследования представлены в ежегодном государственном докладе о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения Забайкальского края 4

(2010). Полученные материалы вошли в программы подготовки магистров по специальности «Техносфериая безопасность и экология» (акты внедрения от 17.01.2013,05.11.2013).

Основные положения, выносимые на защиту

1. В период массовых лесных пожаров увеличивается загрязнение атмосферного воздуха, при прохождении пожаров вблизи населенных мест концентрации загрязняющих веществ значительно превышают гигиенические нормативы.

2. Использованные методы расчета концентрации поллютантов, обусловленных выбросами от низовых лесных пожаров, показали высокую сходимость расчетных и экспериментальных данных по СО (до 52 %) и существенные расхождения по взвешенным веществам, саже и NOx.

3. Популяционные потери здоровья характеризуются ростом обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания среди населения в возрастных группах 0-49 лет, старше 65 лет и смертности населения в возрасте старше 65 лет.

Личный вклад автора

Автором самостоятельно выполнено 85 % исследований. В частности, обработаны исходные данные о лесных пожарах в Читинском лесничестве Забайкальского края, выполнены расчеты масс и концентраций загрязняющих веществ, представлена характеристика среды обитания людей, проживающих в г. Чите, в период массовых лесных пожаров, рассчитаны показатели, характеризующие их популяционное здоровье и риски, дана комплексная оценка ущерба от лесных пожаров, проведен анализ полученных результатов.

Апробация работы

Результаты работы представлены на научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные вопросы права и безопасности на современном этапе» (Иркутск, 2010), 20th Annual International Symposium "Ecology & Safety" (Sunny Beach, Bulgaria, 2011), II Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Человек: здоровье и экология» (Иркутск, 2011), Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Экологические и медицинские проблемы Сибири» (Ангарск, 2012), Международной научно-практической конференции «Здоровье и качество жизни» (Листвянка, 2013), Межрегиональном семинаре «Основные вопросы развития социально-гигиенического мониторинга Иркутской области» (Иркутск, 2010,2011,2012).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах, входящих в список ВАК (IF 0,055-0,559), 1 статья в зарубежном журнале, 4 публикации в материалах конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 155 страницах, содержит 31 таблицу и 36 рисунков. Список литературы включает 133 наименования, из которых 32 являются источниками иностранной литературы.

Благодарности

Автор искренне благодарит и глубоко признателен начальнику отдела охраны и защиты леса Государственной лесной службы Забайкальского края С.А. Агаркову за предоставленную информацию о лесных пожарах, заведующему отделом СГМ Управления Роспотребнадзора по Забайкальскому краю Н.Е. Бурдинскому за предоставленную информацию о смертности и обращаемости за С МП населения г. Читы, научному сотруднику Института динамики систем и теории управления СО РАН, к.т.н. Т.С. Зароднюк за проведенный ею трехмерный анализ исследуемых показателей.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

Объектом исследований служили лесные пожары на территории Читинского лесничества, непосредственно прилегающего к г. Чите, за период 1998-2008 гг. с акцентом на массовых лесных пожарах весной 2008 г.

Воздействие лесных пожаров на окружающую среду было изучено по их динамике за 1998-2008 гг., учитывали количество случаев, площадь, причины возгорания (140 ед. наблюдений), отдельно рассмотрены данные о лесных пожарах с марта по май 2008 г. (288 ед. наблюдения). Массы загрязняющих веществ, выбрасываемых при лесных пожарах, были рассчитаны по «Методике определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных пожаров» (1997), в которой учитываются данные о площадях лесных пожаров, запасе лесных горючих материалов, коэффициенты эмиссии и полноты сгорания.

На основе расчетных данных об эмиссии загрязняющих веществ (ЗВ), образующихся при лесных пожарах, были рассчитаны их концентрации в зоне воздействия двумя методами. При расчете концентраций поллютантов с помощью унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) «Эколог», версия 3.0, основанной на нормативном документе ОНД-86 (Методика расчета..., 1987), учитывали рельеф местности, температурный фактор, мощность и высоту источника выброса, принимая лесной пожар за площадной непрерывный источник со струей, ориентированной вдоль земной поверхности (Берлянд М.Е., 1985) и другие факторы. Для расчета концентраций загрязняющих веществ, образующихся при лесных пожарах, был также использован метод полей концентрации (Мастрюков Б.С. и др., 2007). Данный 6

метод учитывает такие показатели, как мощность источника, коэффициенты дисперсии, скорость ветра на высоте очага лесного пожара (до 1 м). Полученные расчетные концентрации были проанализированы в сравнении с данными о концентрациях загрязняющих веществ, измеренных на шести ПНЗ г. Чита (12 900 проб). Распределение загрязняющих веществ (ЗВ) по территории г. Чита было рассмотрено в четырех районах города, условно приписанных к поликлиникам (рис. 1).

поликлиника; район № 2 - Поликлиника № 7; район № 3 - Поликлиника № 3; район № 4 - Поликлиника № 9. Прямоугольниками обозначено расположение наиболее масштабных лесных пожаров.

Характеристику фонового качества атмосферного воздуха проводили по среднегодовым концентрациям взвешенных веществ (ВВ), Б02, 1чЮ2, Н28, фенола, сажи, формальдегида. При этом был определен интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха (Р) (Пинигин М.А., 2001). Оценка загрязнения атмосферного воздуха в период лесных пожаров была дана по кратности превышения ПДКсс и ПДКмр, коэффициентам (НО) и индексам (Н1) опасности для острого и хронического ингаляционного воздействия (Руководство по оценке риска..., 2004).

Воздействие окружающей среды на здоровье населения изучено с использованием персонифицированных данных обращаемости за СМП по поводу болезней органов дыхания (БОД) и сердечно-сосудистой системы (ССЗ), полученных из баз данных станции скорой медицинской помощи г. Читы. Выполнен стандартный расчет интенсивных показателей заболеваемости по обращаемости и смертности на 100 тыс. населения. Рассчитан относительный риск (КЛ), его доверительный интервал (ДИ) и «экологическая» составляющая

(EF) (Онищенко Г.Г., Новиков С.М., Рахманин Ю.А., 2002). Совместно с ИДСТУ СО РАН проведен трехмерный анализ данных с помощью пакета программ Surfer (Golden Software).

Экономический ущерб от лесных пожаров был оценен в рамках двух подходов: «ресурсного» (Инструкция о порядке..., 1986) и «экосистемного» (Большаков В.Н. и др., 1998; Муравей JI.А. и др., 2000). Экономический ущерб от потерь здоровья населения, подвергающегося действию продуктов горения, образующихся при лесных пожарах, был оценен на основе экономических параметров, представленных в работах И.Л. Абалкиной с соавт. (2005) и Б.А. Ревича с соавт. (2007).

Статистическая обработка проведена с помощью программ Microsoft Excel, Statistica 6.0. Для попарного сравнения концентраций загрязняющих веществ использовали тест Mann - Whitney, обращаемости населения за СМП -t-критерий Стьюдента. Различия считали значимыми при р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

За 1998-2008 гг. на территории Забайкальского края произошло 14 279 пожаров (в среднем 1298 случаев ежегодно). В рассматриваемый период максимальное число пожаров регистрировалось каждые 3~4 года. Максимальная площадь лесного пожара составляла 853 210 га (2003 г.), а минимальная -19 784 га (2005 г.). Среди причин возникновения лесных пожаров «пожары по вине граждан» составляли наиболее значительную долю (более 60 %).

На территории Читинского лесничества в 2008 г. прошло 125 лесных пожаров, из них 66 % - в пригороде г. Читы. Наиболее масштабные пожары имели место во второй декаде апреля. В этот период отмечена максимальная суммарная площадь как на момент обнаружения возгорания (159,7 га), так и на момент тушения пожара (2055 га).

— О— Сосна Лиственница

— А — Береза

Рис. 2. Объемы древесины основных лесообразующих пород, потерянных при лесном пожаре в марте-мае 2008 г. в Читинском лесничестве.

В период с марта по май 2008 г. было потеряно древесины общим объемом 78 564 м3, из них 75,3 % пришлось на сосну, 20,7 % - на лиственницу, 4 % - на березу. Максимальные потери древесины, зафиксированные во второй декаде апреля, составили для сосны 57 418 м3, для лиственницы - 13 026 м3, для березы - 2482 м3. В среднем в каждой декаде за изучаемый период потери древесины по породам были следующие: 6 570 м3 — сосна, 1 809 м3 - лиственница, 350 м3 - береза (рис. 2).

Расчеты итоговых масс загрязняющих веществ, выбрасываемых лесными пожарами, свидетельствуют о том, что наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха среди продуктов горения вносили оксид углерода, диоксид углерода и метан: их вклад составлял почти две трети. Вторыми по значимости вклада (27,9 %) являлись взвешенные вещества, РМ , 5 и сажа. В таблице 1 представлены результаты расчета средних за пожароопасный период масс выбросов загрязняющих веществ.

Таблица 1

Средние значения масс загрязняющих веществ (т), выбрасываемых при лесных пожарах

Значение СО СОг Метан ВВ РМ2.5 Сажа Озон N0*

М 27,8 19,4 15,5 14,2 7,1 3,8 0,2 0,08

т 19,9 13,8 11,1 10,1 5,1 2,7 0,1 0,05

Примечание: М - среднее; т - ошибка среднего арифметического значения.

В дни «пиковой» активности лесных пожаров массы таких веществ, как оксид углерода, диоксид углерода и метан, становились весьма значительными, составляя 600, 417 и 333 т соответственно.

Концентрации загрязняющих веществ, выделившихся

от лесных пожаров в апреле 2008 г.

При рассеивании взвешенных веществ (ВВ) зоны наибольших концентраций (8-9 ПДКМ ) формировались в непосредственной близости от очагов лесных пожаров (рис. 3). В пределах селитебной территории города концентрация ВВ. выбрасываемых лесными пожарами, составляла 5-8 ПДКм . На рисунке 3 представлены районы исследования № 1, № 2 и № 3, которые располагались между изолиниями от 7,5 до 8 ПДКм а № 4 — между изолиниями 5-7,5 ПДКм р.

Кратность превышения ПДКМ РМ2 5 в селитебной зоне колебалась от 7,5 до 16,0 раз. Районы № 1, № 2 и № 3 по концентрации РМ, 5 попадали между изолиниями 10-16 П ДКм . В районе № 4 кратность превышения ПДКМ РМ2 5 изменялась от 7,5 до 10 раз.

Рис. 3. Распределение полей концентраций взвешенных веществ (кратность превышения ПДКм р).

Наибольшие концентрации оксида углерода (3,5 ПДКм ) формировались в непосредственной близости от очага пожара. В результате процессов рассеивания на границах города концентрация СО снижалась, причем районы № 1, № 2 и № 3 попадали в область, где концентрации СО колебались от 1,5 П ДК и более, а в районе № 4 она составляла менее 1,5 ПДКм .

В селитебной зоне города концентрации сажи превышали ПДКм 1 в 5-9 раз (рис. 4). При этом в районах № 1 и № 2 превышение ПДКм доходило до 7,5-9,0, а в районах № 3 и № 4 - до 5,0-7,5 раз

Рис. 4. Распределение полей концентраций сажи (кратность превышения ПДКм ). 10

Сравнение расчетных концентраций загрязняющих веществ, полученных с помощью ПО «Эколог», с результатами других расчетных методов и данными о концентрациях, полученных инструментальными методами, представлено в таблице 2.

Таблица 2

Концентрации загрязняющих веществ, полученные расчетными способами и инструментально измеренные на ПНЗ г. Читы

Тонки Концентрации в Центральном районе, мг/м3

СО ВВ РМ2,5 Сажа Озон NO*

Расчет на ПО «Эколог» 5,5 2,8 1,4 0.7 0,04 0,02

Расчет на расстоянии 10 км (по Мастрюкову Б.С., 2007) 3,8 2,0 1,0 0,4 0,03 0,01

Фактические концентрации* 3,6 0,6 - 0,04 - 0,05

Примечание: «-» - по данным веществам на ПНЗ г. Читы наблюдения не проводили; * - максимальные из замеренных (95-й процентиль).

Расчетные концентрации, полученные на основе методики Б.С. Мастрюко-ва (2007), в точке, находящейся в селитебной зоне г. Читы на расстоянии 10 км от очага пожара, распределились следующим образом. Наибольшей оказалась концентрация оксида углерода, затем - концентрация взвешенных веществ и, наконец, расчетная на заданном расстоянии концентрация РМ2 5, а наименьшими были концентрации сажи и оксида азота. По таким ингредиентам, как оксид углерода, ВВ, РМ2 5 и сажа, максимальные расчетные концентрации превышали ПДКм в 3,6, 18,7, 29,3 и 11,3 раза соответственно.

Таким образом, с помощью двух методов были определены концентрации СО, взвешенных веществ, РМ2 5 и сажи, которые варьировали мало при их расчете с помощью УПРЗА «Эколог» (1,4-1,6 раза) и очень сильно - при расчете методом полей концентрации (более 25 раз). При сравнении концентраций этих веществ с инструментально измеренными в центральной части города ее величинами установлена наиболее близкая сходимость результатов по СО (кратность различий - 1,1-1,5 раза), тогда как по взвешенным веществам и саже расчетные концентрации были выше инструментально измеренных в 3-5 и 10-17 раз соответственно.

Оценка качества атмосферного воздуха г. Читы

Представлены данные о концентрациях загрязняющих веществ, измеренных на ПНЗ г. Читы. Интегральный показатель загрязненности атмосферы Р свидетельствовал о том, что за многолетний период чаще всего регистрировался умеренный уровень загрязнения атмосферного воздуха - 55 % дней наблюдения. Доля сильного и слабого уровня загрязнения составляла, соответственно, 33 % и 11 %.

На основе оценки качества атмосферного воздуха в период высокого загрязнения дымом лесных пожаров (апрель 2008 г.) было рассчитано сезонное фоновое содержание примесей в воздушном бассейне, которое в апреле составляло: взвешенные вещества - 0,26 ± 0,021 мг/м3, 802 - 0,017 ± 0,0009 мг/м3, СО - 1,46 ± 0,13 мг/м3, Ы02 - 0,03 ± 0,002 мг/м3, сажа - 0,01 ± 0,001 мг/м3. В период пожара содержание ВВ, СО, N02 и сажи превышало их сезонные фоновые и среднегодовые концентрации более чем на 1/3 ПДКсс. Превышение ПДКсс по диоксиду азота составляло 1,3-1,5, а по взвешенным веществам -1,8-2,5 раза. В целом ранжирование районов г. Читы по степени загрязненности атмосферного воздуха на основе данных ПНЗ было таким же, как и при учете расчетных концентраций. В результате получили, что район № 1 - «высоко загрязненный», район № 2 - «загрязненный», район № 3 - «умеренно загрязненный», район № 4 — «условно чистый».

Оценка опасности острых общетоксических эффектов проводилась по данным о концентрациях загрязняющих веществ в период массовых лесных пожаров на основе анализа индексов опасности. Средние значения полученных индексов опасности возникновения БОД по всем районам колебались в пределах от 1,3 до 2,1. По всем районам наибольший вклад в формирование индекса опасности по БОД вносили взвешенные вещества (от 58 до 84 %). Средние значения индекса опасности возникновения ССЗ в исследуемых районах колебались в пределах 0,08-0,15. В результате расчета индекса опасности выявлено, что формирование опасности острых нарушений функции сердечно-сосудистой системы было связано, главным образом, с влиянием оксида углерода. Индекс опасности формирования общетоксических эффектов по районам города колебался в пределах значений 1,4-2,2, что свидетельствовало об увеличении рисков развития неблагоприятных эффектов для здоровья населения. Максимальные значения общетоксических индексов опасности за пожароопасный период доходили до 19 (рис. 5).

Рис. 5. Динамика индекса опасности Н1ас в апреле 2008 г. 12

Оценка опасности хронического воздействия на здоровье населения показала, что индексы опасности развития БОД в районах г. Читы составляли 5,3-7,6. Наибольший вклад в индекс опасности во всех районах вносили ВВ (62-76 %). Н1 развития ССЗ в различных районах колебались от 4,8 до 6,3. Наибольший вклад в их формирование был у ВВ (78--81 %) и СО (10-17 %). Индекс опасности по веществам, обусловливающим дополнительные случаи смерти в районах г. Читы, колебался в пределах 4,2-5,8. Общетоксический Н1 в районах города превышал допустимый уровень в 6,0—8,4 раз. Территориями, в пределах которых население в большей мере было подвержено риску возникновения неблагоприятных эффектов, являлись районы № 4 и № 1. На территории районов № 2 и № 3 Н1 достигали меньших значений, однако и здесь вероятность развития неблагоприятных эффектов для здоровья также оставалась высокой.

Оценка опасности острых эффектов по расчетным концентрациям загрязняющих веществ показала, что значения индексов опасности (Н1) для всех видов воздействия (общетоксическое, БОД и ССЗ) в целом колебались в пределах значений 46—67, что и свидетельствовало о высоких рисках развития неблагоприятных эффектов. Наибольший вклад в формирование Н1 вносили такие вещества, как РМ2 5, ВВ и сажа.

Изучение динамики частоты болезней органов дыхания и сердечнососудистой системы в г. Чите позволило оценить фоновую заболеваемость различных групп населения. На этой основе были определены потери здоровья населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров. Ежедневная обращаемость населения за СМП в дни пика лесных пожаров увеличилась до 6 раз практически во всех исследованных возрастных группах и районах г. Читы. При этом высокий уровень обращаемости за СМП сохранялся на протяжении 4-6 дней после регистрации максимумов концентрации ЗВ в воздухе городской среды. Наибольшие показатели обращаемости по поводу БОД были зафиксированы в младшей возрастной группе (0-17 лет) и в среднем по городу на 12 % превышали среднегодовой и на 18 % — постэкспозиционный уровень. Наибольшие уровни обращаемости по поводу ССЗ были зафиксированы в возрастной группе 65 лет и старше и в среднем составляли 118 случаев на 100 000 населения, что было больше среднегодовых показателей на 16 %. Отметим, что в постэкспозиционном периоде в старшей группе наблюдался прирост обращаемости по поводу ССЗ на 27-50 %.

Безвозвратные потери населения г. Читы в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха оценены по уровням смертности от ССЗ среди лиц 65 лет и старше. В различных районах г. Читы средний за пожароопасный период уровень смертности от ССЗ составлял от 16 до 30 случаев на 100 000 населения в сутки. Для города в целом значение показателя смертности составляло 22 случая на 100 000 населения в сутки. Прирост смертности колебался по районам от 48 до 175 %. Средний городской показатель

смертности от ССЗ был выше среднегодового в 1,5 раза, что обусловливало прирост смертности на 96 %.

При трехмерном анализе полученных данных выявлена «реакция» уровня смертности на изменения уровней загрязненности атмосферного воздуха (выражена через индекс опасности по оси ординат) и обращаемости за СМП по поводу ССЗ (ось абсцисс) (рис. 6). При увеличении индекса опасности до значения 4, а числа обращений за СМП - до 4 случаев в сутки наблюдались резкие «пики» суточной смертности, которые от 3 до 7 раз превышали первоначальный уровень. Продолжающееся одновременное увеличение индекса опасности и числа обращений за СМП сопровождалось стабилизацией смертности и фиксацией ее значений на уровне 0,15-0,2 случая в сутки.

Рис. 6. Зависимость ежедневной смертности от ССЗ населения г. Читы от загрязнения атмосферного воздуха и ежедневной обращаемости по поводу ССЗ: 7. - индекс опасности; Б - смертность, О - обращаемость.

Относительные риски (ЯК) здоровью населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха рассчитаны относительно фоновых величин. Максимальные значения ЯК развития БОД отмечались в период лесных пожаров в районах № 2 и № 3 в возрастной группе 18-49 лет, составляя, соответственно, 2,3 и 3,0 (рис. 7).

Практически во всех районах, кроме района № 3, величина ЯЯ развития БОД не превышала 2,0. Так, в группе 0-17 лет ЯЛ оказался равен 1,2-1,3, в группе 65 лет и старше величина этого показателя колебалась в пределах 1,2-1,9. Вклад неблагоприятных экологических условий, обусловленных загрязнением атмосферного воздуха продуктами горения лесных пожаров, в увеличение уровня обращаемости по БОД в возрастной группе 18-49 лет в районах № 2 и № 3 составлял 55 % и 66 % соответственно. Большой вклад в высокие показатели относительного риска по БОД неблагоприятных условий

окружающей среды был отмечен в группах 50-64 лет (район № 2) - 68 % и 65 лет и старше (районы № 3 и № 4) - 48^9 %.

0-17 лет

18-49 лет

50-64 года

65 лет и старше

-Допустимое значение 1ЧР(

г\ 1 ГХУУУ1> '1/Л IV-ЛУИ!

Район 1 Район 2 Район 3 Район 4

Рис. 7. Относительные риски развития болезней органов дыхания.

Значимые величины ИЛ развития ССЗ в период массовых лесных пожаров 2008 г. были отмечены только в районе № 1 (рис. 8), который характеризовался высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, как по данным ПНЗ, так и по расчетным концентрациям. Максимум развития ССЗ отмечался в возрастной группе 18^49 лет (2,7), а в возрастных группах 50-64 и 65 лет и старше его величина составляла 1,4 и 1,2 соответственно. При этом была установлена экологическая обусловленность высокой величины КК развития ССЗ в группе 18^19 лет (ЕР = 62 %). В это же время среди лиц в возрасте 50-64 и 65 лет и старше вклад условий окружающей среды в увеличение уровня обращаемости по поводу ССЗ был менее значительным и составлял 28,5 % и 10,7 % соответственно.

IX " У 10-17 лет

18-49 лет

50-64 года

65 лет и старше

-Допустимое значение

Район 1 Район 2 Район 3 Район 4

Рис. 8. Относительные риски развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Оценка ущерба от воздействия массовых лесных пожаров показала, что средняя величина ущерба от потерь древесины за весь пожароопасный период 2008 г., рассчитанная с помощью «ресурсного» подхода, составляла 994,7 тыс. рублей, а максимальный ущерб - 5 486 тыс. рублей.

В то же время средний ущерб, рассчитанный с использованием «экоси-стемного» подхода, только за 1 га составил 2074,5 тыс. рублей. Таким образом, ущерб лесным экосистемам, рассчитанный через стоимость энергетического эквивалента утраченной при пожаре биомассы сосны, существенно превышал его величину, найденную принятым в лесохозяйственной практике методом, в основе которого лежит стоимость 1 м3 древесины соответствующей древесной породы.

Экономический ущерб от повышения уровня обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания колебался по районам от 19,3 до 67,6 тыс. рублей за весь период высокого загрязнения атмосферного воздуха. Наибольшие экономические потери от повышенной обращаемости за СМП были зафиксированы в районах № 2 и № 1. Экономический ущерб от повышения уровня обращаемости по поводу БОД в целом по городу составил 193,6, а по поводу ССЗ - 78,3 тыс. рублей.

Наибольший ущерб от повышения уровней смертности от ССЗ был отмечен в районе № 4 (27 950 тыс. рублей). В остальных районах экономический ущерб был в 1,2—1,3 раза меньше. Ущерб от повышения уровня смертности от ССЗ в г. Чите в целом составил 97 825 тыс. рублей. Суммарный экономический ущерб от обратимых и необратимых потерь здоровья населения г. Читы за пожароопасный период 2008 г. оказался равным 98 096 тыс. рублей.

Таким образом, суммарный комплексный экономический ущерб, в котором были учтены «экосистемный» и «ресурсный» подходы к оценке последствий лесных пожаров, экономический ущерб от потерь здоровья населения, подвергшегося воздействию дыма от лесных пожаров, составил 6,4 млрд. рублей. Из этой суммы на долю экологической составляющей приходилось 98,1 %, медико-социальной -1,8 %, на долю хозяйственных потерь древесины — 0,1 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования влияния массовых лесных пожаров на состояние окружающей среды установлено, что происходит снижение качества атмосферного воздуха. По расчетным данным на селитебных территориях устанавливались концентрации загрязняющих веществ, в 5—10 раз превышающие ПДКМ . Данные инструментального замера концентраций поллютантов также свидетельствовали о том, что в период массовых лесных пожаров снижалось качество атмосферного воздуха. В дни, когда площади горения лесных земель

достигали своих максимумов, на территории города отмечались концентрации загрязняющих веществ (оксида углерода, взвешенных веществ) в 3,0-3,4 раза больше, чем ПДКм .

В период массовых лесных пожаров на территории г. Читы было отмечено превышение не только гигиенических нормативов, но и характерных для данной территории значений сезонных фоновых концентраций поллютантов. Концентрации рассматриваемых веществ (взвешенные вещества, оксид углерода, сажа и др.) превышали фоновые значения в 3-12 раз.

При изучении воздействия изменений окружающей среды, вызванных лесными пожарами, на качество популяции г. Чите установлено, что снижение качества атмосферного воздуха согласовывалось с повышением обращаемости за СМП и смертности населения. По результатам анализа обращаемости за медицинской помощью отмечено, что наиболее подвержены влиянию краткосрочного повышения загрязнения атмосферного воздуха такие группы населения, как пожилые люди и дети. Наиболее высокой была обращаемость за СМП по поводу заболеваний органов дыхания. Ежедневная обращаемость населения за СМП в дни пика лесных пожаров увеличивалась относительно фонового уровня до 6 раз. При этом высокий уровень обращаемости за СМП сохранялся на протяжении 4-6 дней после регистрации максимумов концентраций загрязняющих веществ в воздухе городской среды.

Уровни смертности по причине ССЗ в период массовых лесных пожаров также подвергались изменениям. Средние уровни смертности за острый период в разных районах города превышали среднегодовые в 1,5-2,8 раза.

В результате исследования разработан алгоритм совместных действий различных структур и органов местного самоуправления в случаях лесных пожаров. В алгоритме взаимосвязаны между собой пять блоков (рис. 9), характеризующих последовательное развитие ситуации с лесными пожарами в рамках трех сценариев. При реализации первого блока вступает в силу первый сценарий реагирования на сложившуюся ситуацию, основу которого составляет мониторинг развития пожара. Если события развиваются по направлениям блоков 2 и 3, то реализуется второй сценарий действия, и доминирующее значение приобретает мониторинг метеорологических условий окружающей среды наряду с мониторингом состояния пожарной ситуации. Реализация ситуации в рамках блоков 4 и 5 приводит к третьему сценарию развития ситуации, связанной с воздействием лесных пожаров. Согласно этому сценарию, мониторинг пожарной ситуации при повышении уровней концентраций загрязняющих веществ в пределах селитебных зон дополняется не только мониторингом состояния атмосферного воздуха, но и при необходимости - мероприятиями по усиленшо медицинской службы за счет организаций здравоохранения.

Рис. 9. Алгоритм действий по снижению рисков для здоровья населения при возникновении массовых лесных пожаров.

выводы

1. В период массовых лесных пожаров 2008 г. в пределах селитебной зоны г. Читы произошло увеличение концентрации загрязняющих веществ, в том числе наиболее значительное взвешенных веществ - до 1,3 мг/м3 (2,6 ПДКМ ) и оксида углерода - до 17 мг/м3 (3,4 ПДКн ).

2. Расчет содержания поллютантов в приземном слое атмосферного воздуха методом «полей концентрации» и по методике ПО «Эколог» показал сходимость результатов на уровне 50-71 %. При сравнении концентраций, рассчитанных и инструментально измеренных, была установлена высокая сходимость результатов (более 50 %) только по СО, а по саже, взвешенным веществам и ИОх расчетные концентрации были выше, по сравнению с их величинами, зарегистрированными на постах наблюдения гидрометеослужбы.

3. В период массовых лесных пожаров выявлено снижение популяцион-ного здоровья населения г. Читы. Изучение зависимости в системе «загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий дымом лесных пожаров - показатели здоровья человеческой популяции» свидетельствовало о приросте смертности и обращаемости за СМП при увеличении индекса опасности загрязнения атмосферного воздуха (Н1 > 3).

4. Выявлено увеличение обращаемости за СМП по поводу заболеваний органов дыхания (для возрастных групп 0-17 и 18-49 лет) и сердечно-сосудистых заболеваний (для лиц старше 65 лет) в 2 раза (8-14 случаев в сутки), доля экологически обусловленных дополнительных случаев заболеваний составляла 48-66 %.

5. В период массовых лесных пожаров уровень смертности от сердечнососудистых заболеваний среди лиц в возрасте старше 65 лет увеличивался: в районах, приближенных к очагам пожара-на 1,7-1,8, в удаленных районах-на 0,69-0,86 ежедневных дополнительных случаев смерти.

6. Комплексная оценка ущерба от лесных пожаров, включающая такие компоненты, как ущерб лесным экосистемам, хозяйственной деятельности в лесах, социоприродной среде урбанизированных территорий, показала, что общие экономические потери составили 6,4 млрд. рублей, причем на долю экосистемной составляющей приходилось 98,1 %, на долю «ресурсной» - 0,1 %, на долю медико-социальной - 1,8 %.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых журналах:

1. Елфимова Т.А. Использование трехмерного анализа при изучении зависимости потерь здоровья от острого загрязнения атмосферного воздуха / Т.А. Елфимова, Т.С. Зародшок // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 2010. - № 4. -С. 164-168.

2. Методические подходы к изучению влияния на здоровье населения краткосрочного ингаляционного воздействия на фоне длительного загрязнения атмосферного воздуха / Н.В. Ефимова, Т.А. Елфимова, А.Ю. Горнов, Т.С. Зародшок и др. // Информатика и системы управления. - 2010. - № 2. - С. 164-167.

3. Ефимова Н.В. Состояние здоровья экосенситивных групп в период острого загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров / Н.В. Ефимова, Т. А. Елфимова // Изв. Самарского научного центра Российской академии наук.-2011.-Т. 13, № 1 (8). - С. 1874-1877.

4. Елфимова Т.А. Расчет количества и концентрации поллютантов в воздушной среде при лесных пожарах / Т.А. Елфимова, Г.А. Забуга, Е.В. Оскор-кова // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2011. - № 6. -С. 98-107.

5. Елфимова Т.А. Изучение риска здоровью населения г. Читы при кратковременной ингаляционной экспозиции / Т.А. Елфимова, Н.В. Ефимова // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 2011. - № 3, Ч. 2. - С. 89-92.

6. Рукавишников B.C. Изучение риска здоровья при кратковременной ингаляционной экспозиции в условиях лесных пожаров / B.C. Рукавишников, Н.В. Ефимова, Т.А. Елфимова // Гигиена и санитария. - 2013. - № 1. -С. 50-52.

7. Елфимова Т.А. Оценка ущерба от лесных пожаров окружающей природной среде Читинского района Забайкальского края / Т.А. Елфимова, Г.А. Забуга // Проблемы региональной экологии. - 2013. - № 2. - С. 210-214.

Статьи в научных сборниках и периодических научных изданиях:

8. Елфимова Т.А. К вопросу о влиянии лесных пожаров на обращаемость населения за медицинской помощью / Т.А. Елфимова // Матер, науч.-практ. конф. молодых ученых «Актуальные вопросы права и безопасности на современном этапе». - Иркутск, 2010. - С. 134-136.

9. Елфимова Т.А. Эмиссия оксида углерода, образующегося при низовых пожарах в пределах Читинского территориального отдела Забайкальского края / Т.А. Елфимова, Г.А. Забуга // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы развития лесного комплекса». - Вологда, 2010. -С. 41^3.

10. ElfimovaT.A. Pollutant emission and population health in low-based forest fire / T.A. Elfimova, N.V. Efimova, G.A. Zabuga // J. Int. Scientific Publications: Ecology & Safety. -2011. - Vol. 5, Р. 1. -P. 164-170.

11. Елфимова T.A. Лесные пожары как дополнительный фактор, способствующий ухудшению здоровья населения / Т.А. Елфимова // Матер. II молодежной науч. конф. «Молодежь и наука Забайкалья». - Чита, 2011. - С. 110-112.

12. Елфимова Т.А. Оценка риска для здоровья детского населения при воздействии дыма лесных пожаров / Т.А. Елфимова // Матер, межрегион, науч.-практ. конф. молодых ученых «Экологические и медицинские проблемы Сибири». - Ангарск, 2012. - С. 53-59.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БОД - болезни органов дыхания

ВВ - взвешенные вещества

ЗВ - загрязняющие вещества

ПДКм.р. - предельно допустимые концентрации максимально разовые

ПДКсс - предельно допустимые концентрации среднесуточные

пнз - пункт наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха

смп - скорая медицинская помощь

ссз - сердечно-сосудистые заболевания

УПРЗА - унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы

EF (etiological fraction) - этиологическая доля, «экологическая» составляющая риска

HI (hazard index) - индекс опасности