Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Региональный геоэкологический анализ природно-техногенной геосистемы горно-металлургического комплекса Среднего Урала

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Региональный геоэкологический анализ природно-техногенной геосистемы горно-металлургического комплекса Среднего Урала"

На правах рукописи

Почечуи Виктория Александровна

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ ГЕОСИСТЕМЫ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА СРЕДНЕГО УРАЛА

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Томск-2014

Рабата выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет» на кафедре гидрологии и охраны водных ресурсов и федеральном государственном бюджетном образовательном учреждений высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет» на кафедре геоэкологии

Научный консультант: доктор географических наук, профессор

Двинских Светлана Александровна

Официальные оппоненты:

Абдрахманов Рафил Фазылович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии Уфимского научного центра Российской академии наук, лаборатория гидрогеологии и геоэкологии, заведующий лабораторией

Гаев Аркадий Яковлевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет», кафедра геологии, профессор

Яэиков Егор Григорьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», кафедра геоэкологии и геохимии, заведующий кафедрой

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение

науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, г. Иркутск

Защита состоится 15 октября 2014 г. в 14.30 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.267.19, созданного на базе федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет», по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 (Главный корпус, ауд. 119).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на сайте федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» www.tsu.nl.

Автореферат разослан Ж августа 2014 г.

Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте I I У: http://www.Lsu.ni/content/news/announcement_of_the_dissertations_in_the_Lsu.php

Ученый секретарь

диссертационного совета ¿Г. С*^" { Савина Наталья Ивановна

¿Г би-}

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Добыча и переработка минерально-сырьевых ресурсов по-прежнему является безальтернативной основой существования цивилизации на современном этапе и одновременно источником ее экологических проблем. Несмотря на широкомасштабные экономические реформы в России тенденции техногенного и природоемкого развития экономики сохраняются. Однако на современном этапе развития отечественной экономики наблюдается возросший интерес к решению экологических проблем.

Минеральные ресурсы Среднего Урала имеют длительную историю промышленного освоения с необычайно высокой для природных систем концентрацией тяжелых металлов, которые имеют высокую миграционную способность и заражают собой окружающую среду. Это относится к состоянию всех элементов ландшафта, включающих снежный покров, почвенный слой, природные воды и живое вещество.

В современных условиях на основе требований устойчивого развития территорий с развитым горно-металлургическим комплексом (ГМК),- в целях обеспечения экологической безопасности востребованной и актуальной является проблема разработки методологических основ регионального геоэкологического анализа окружающей среды, базирующегося на системно-диалектическом подходе.

Результаты исследований В.Б. Сочавы, А.Д. Арманда, Н.Ф. Реймерса, А.Г. Исаченко, A.B. Позднякова, Б.В. Ряшко, Т.П. Девятковой, С.А. Двинских и других ученых в области системного подхода позволяют предположить, что геоэкологический анализ должен рассматривать окружающую среду, находящуюся под воздействием горнометаллургического комплекса, как природно-техногенную геосистему (ПТГС) III уровня, характеризующуюся структурой, функционированием и развитием, которые определяются региональными особенностями.

Цель работы заключается в разработке методологических основ геоэкологического анализа, используемого при решении региональных проблем управления и экологической оптимизации ПТГС, находящейся под воздействием предприятий ГМК.

Основные задачи:

1. Обоснование использования системно-диалектического подхода как методологической основы регионального геоэкологического анализа.

2. Изучение структуры ПТГС с позиции регионального геоэкологического анализа, включающего изучение природных и техногенных элементов и характеристику современного состояния структуры.

3. Характеристика и анализ функционирования ПТГС, включающего поступление и миграцию загрязняющих веществ в геосистему и, как следствие, изменение ее устойчивости.

4. Разработка управленческих решений по оптимизации экологического состояния ПТГС на основе анализа ее возможного развития.

Исходные данные и методы исследований.

Региональный геоэкологический анализ основывается на большом количестве литературных источников, фондовых, статистических и картографических материалов, данных мониторинга природной среды. Для подтверждения возможности использования этого анализа в прикладных целях проведены многолетние (2003 - 2012 гг.) исследования ГМК Среднего Урала.

Значительная часть необходимой информации получена в процессе экспедиционных исследований с участием автора. В работе использовано более 6000 проб количественного анализа хапькофильных и сидерофильных элементов различных компонентов окружающей среды (почвообразующего горизонта, почв, снежного покрова, поверхностных вод, биоты). С целью установления фоновых концентраций элементов для тест-объекта исследована биохимия 500 проб Drosophila melanogaster. В лабораторных условиях проанализировано несколько тысяч особей Drosophila melanogaster на разных этапах развития, а также несколько десятков особей мелких млекопитающих и рыб на разных индикационных показателях.

В процессе обработки результатов исследований использовались основы теории информации, графическое моделирование, тематическое картографирование, биоиндикация, геоинформационное и программное обеспечение, одномерная вариационная статистика, многофакторный регрессионный анализ и ряд других.

Научная новизна:

1. Обоснованы научно-теоретические и методические положения регионального геоэкологического анализа с целью оценки состояния ПТГС.

2. Предложен ряд новых трактовок понятий: региональный геоэкологический анализ, критерий оценки загрязнения окружающей среды, природно-техногенная геосистема ГМК, меднорудная геосистема III уровня, железорудная геосистема III уровня.

3. Разработаны структура и содержание анализа, а также процедура исследований экологической ситуации в рамках природно-техногенной геосистемы.

4. Дана геоэкологическая оценка современного состояния компонентов окружающей среды под воздействием предприятий ГМК Среднего Урала.

5. Впервые установлены региональные фоновые концентрации для экологической тест-системы Drosophila melanogaster и доказана возможность использования данного тест-объекта для оценки экологического состояния биологической составляющей геосистемы.

6. В качестве показателя устойчивости ПТГС использовано экологическое состояние мелких млекопитающих.

7. Предложен метод и проведен расчет биогеохимического баланса, включающий приход, накопление и вынос загрязняющих элементов из отходов горно-металлургических предприятий в компоненты природной среды (атмосферный воздух, природные воды, почвы, почвообразующий горизонт, биоту).

8. Предложен критерий оценки экологической ситуации ПТГС.

9. Доказаны преимущество и экономическая эффективность использования биогеохимических барьеров для очистки поверхностных вод предприятий ГМК.

Практическая значимость.

Теоретические разработки и практические рекомендации автора используются на предприятиях ГМК (ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» («СУМЗ»), ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» («НТМК»), ОАО «Уралгидромедь», ОАО «Кировградский медеплавильный комбинат» («КМК»). В настоящее время ведется внедрение биогеохимических барьеров на предприятии ОАО «Уралгидромедь». Получен Патент на полезную модель №133826 от 27.10.2013 г. Результаты исследований компонентов окружающей среды используются в Министерстве природных ресурсов Свердловской области, Ростехнадзоре по УрФО, Росприроднадзоре по УрФО, научно-исследовательских институтах, занимающихся проблемами экологии, а также при проведении НИР в рамках государственного задания на выполнение работ по теме «Развитие методологии оценки и управления экологическими рисками на горных предприятиях».

По теме исследований изданы два учебных пособия: «Статистические методы в гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии», «Теория, методика и практика геоэкологической оценки окружающей среды горно-металлургических комплексов», которые используются в курсах лекций по общей экологии, промышленной экологии и геоэкологии.

Личный вклад автора:

1. Разработка регионального геоэкологического анализа.

2. Разработка программ полевых исследований в рамках хоздоговорных работ: «Мониторинг компонентов окружающей среды Кировградского промузла», «Проведение экологического мониторинга компонентов окружающей среды зоны воздействия ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод», «Разработка Проекта экологического мониторинга на ОАО «СУМЗ», «Мониторинг экологического состояния компонентов окружающей среды района размещения объектов складирования отходов ОАО «НТМК», «Разработка Программы экологического мониторинга за состоянием окружающей среды в районе размещения объектов складирования отходов ОАО «НТМК», «Проведение предпроектных работ для подготовки проекта реконструкции верхнего участка южного рукава

Северского водохранилища в водоем инженерно-биологической очистки стока р. Железянки и производственных вод предприятия «Уралгидромедь», с учетом предложенного регионального геоэкологического анализа.

3. Участие в полевых и лабораторных работах, камеральной и статистической обработке материалов.

4. Теоретическое обобщение и систематизация данных, увязка сложившейся экологической ситуации с технологическими особенностями предприятий ГМК.

5. Расчет биогеохимического баланса, экологической и экономической эффективности использования биогеохимических барьеров, биоиндикационные исследования, картографирование результатов исследований.

6. Моделирование в лабораторных условиях биогеохимических барьеров.

7. Выявление региональных фоновых концентраций загрязняющих элементов для живых организмов (Drosophila melanogaster), путем разработки методов биотестирования.

Апробация и публикации.

Основные положения диссертационного исследования обсуждены на: научно-практических конференциях «Уральская горнопромышленная декада», Екатеринбург, 2003, 2004, 2005; Международной научно-практической конференции «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов», Архангельск, 2004; Международной научно-практической конференции «Экология фундаментальная и прикладная», Екатеринбург, 2005; годичных сессиях Научного совета РАН «Сергеевские чтения», Москва, 2006, 2007, 2009; I Уральском международном экологическом конгрессе «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов», Екатеринбург, 2007; XI Международной конференции «Экология и развитие общества», Санкт-Петербург, 2008; Международной научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов», Пермь, 2009; Всероссийской научной конференции «Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации», Киров, 20)0; II Уральском международном экологическом конгрессе «Экологическая безопасность промышленных регионов», Екатеринбург - Пермь, 2011.

По теме диссертации подготовлены и опубликованы 43 работы, из них 4 монографии, 2 учебных пособия, 12 статей в ведущих журналах из Перечня рецензируемых научных изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертаций.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 279 наименований. Работа изложена на 322 страницах текста, содержит 123 рисунка, 65 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулированы его цель и задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе «Геоэкологические исследования: теория и практика» приведен литературный обзор в области геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды. Отмечены исследования различных авторов по изменению окружающей среды под антропогенным воздействием (В.И. Вернадский, 1934; А.Е. Ферсман, 1939), антропогенной миграции химических элементов (Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин, 1986), экологической геохимии элементов (В.В. Иванов, 1994), природной и техногенной металлоносности окружающей среды ГМК Урала (А.И. Семячков и др. 2001, 2007, 2008, 2009), атмосферной миграции загрязняющих элементов (Ю.Л. Мельчаков, В.Н. Удачин, 2009). Произведен также анализ литературы в области системного подхода. Отмечены работы авторов, изучавших объекты как систему или геосистему (В.Б. Сочава, А.Д. Арманд, 1975, 1989, A.B. Поздняков, 2007, Б.В. Ряшко, 1995). Обоснована возможность изучения экологического состояния компонентов окружающей среды, находящихся под воздействием предприятий ГМК, как природно-техногенной геосистемы III уровня.

Во второй главе «Структура природно-техногенной геосистемы III уровня» представлена структура ПТГС как триада взаимосвязанных между собой частей:

1. Природные элементы, характеризуемые фоновыми концентрациями химических элементов в компонентах природной среды (почвах, атмосфере, подземных и поверхностных водах, растениях и живых организмах) и обусловленные геологическими условиями формирования пород и руд, проявившихся на различных стадиях геологического развития района, осложненные метаморфизмом, магматизмом. Индикатором экологического состояния природных компонентов структуры служит почвообразующий горизонт.

2. Техногенные элементы - предприятия ГМК, исследование и ранжирование которых по видам и интенсивности загрязнения показывают, что в зависимости от вида добываемого и перерабатываемого сырья, а также технологических процессов, в окружающую среду поступают различные ассоциации тяжелых металлов.

3. Природно-техногенные элементы структуры - результатом взаимодействия природной и техногенной подсистем является образование природно-техногенных геохимических аномалий. Эти аномалии определяют

современное экологическое состояние ПТГС. Проведен анализ всех природно-техногенных компонентов - атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, растений и живых организмов на основе геоэкологической оценки. Доказана возможность использования при геоэкологической оценке состояния живых организмов в качестве биоиндикатора Drosophila melanogaster.

В третьей главе «Функционирование природно-техногенной геосистемы III уровня» рассматривается функционирование ПТГС как процесс трех взаимосвязанных между собой частей:

1. Поступление веществ в ПТГС (в ГМК это поступление загрязняющих веществ в результате выбросов, сбросов, отходов). Оно проведено по экологической оценке снежного покрова, показывающей интенсивность такого поступления.

2. Миграция загрязняющих веществ в ПТГС. Проведена оценка миграционной активности загрязняющих элементов и установлена взаимосвязь между компонентами окружающей среды.

3. Изменение устойчивости ПТГС. В качестве одного из информативных критериев показателя устойчивости в работе рассмотрено экологическое состояние мелких млекопитающих, находящихся под воздействием предприятий меднорудной промышленности. На основе биогеохимического баланса загрязняющих элементов выявлен механизм устойчивости ПТГС.

В четвертой главе «Развитие природно-техногенной геосистемы III уровня» рассмотрены пути возможного развития двух геосистем III уровня: меднорудной и железорудной. Показано, что развитие ПТГС характеризуется ее современным состоянием.

Современное состояние меднорудной ГС оценено с помощью разработанных критериев, в соответствии с которыми состояние водных объектов характеризуется как «экологическое бедствие». Для улучшения экологического состояния необходимо внедрение природоохранных мероприятий. Оптимальным из возможных вариантов таких мероприятий являются биогеохимические барьеры. Эколого-экономическая оценка предложенной технологии защиты меднорудной ГС с помощью биогеохимических барьеров показала, что данная технология является инновационной, что связано с ее высокой экологической и экономической эффективностью и возможностью применения в любых природно-техногенных условиях.

Современное состояние железорудной геосистемы оценено на основе районирования, которое показало, что данная территория относится к категории загрязнения «опасная». Улучшение экологической ситуации в этом случае возможно только на основе экологического мониторинга, для разработки структуры которого предлагается использовать СДМ.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты проведенных исследований.

Автор выражает благодарность и признательность научному консультанту доктору географических наук, профессору, заведующей кафедрой гидрологии и охраны водных ресурсов ПГНИУ С.А. Двинских, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заведующему кафедрой геоэкологии УТТУ А.И. Семячкову за научные консультации и большую помощь в выполнении работы, а также доктору технических наук, профессору, заведующему лабораторией рационального использования водных ресурсов РосНИИВХ А.Н. Попову, кандидату биологических наук, доценту кафедры зоологии УрФУ A.M. Марвину за поддержку. Автор сотрудничал при выполнении работы с экологической службой муниципального образования города Кировград, экологическими отделами ОАО «НТМК», ОАО «СУМЗ», ОАО «Уралгидромедь», Министерством природных ресурсов Свердловской области, где внедрены результаты исследований, а также Институтом экологии растений и животных УрО РАН. Всем этим организациям и их сотрудникам автор выражает благодарность.

ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Разработанный на основе системно-диалектической методологии региональный геоэкологический анализ базируется на изучении триады -структура, функционирование, развитие. Это позволяет логически выстроить оптимальный путь исследования природно-техногенной геосистемы ГМК, достоверно оценить ее экологическую ситуацию и принять эффективные управленческие решения.

В XX веке системная методология сформировалась как научная теория. Это связано с необходимостью изучения сложноорганизованных систем, включающих техногенные и природно-техногенные системы, которые требуют иных методов изучения и управления, нежели природные системы. Наилучшим способом постановки и решения задач в области исследования природно-техногенных систем разного масштаба, с разнообразным сочетанием природно-естественных и техногенных факторов является системный подход.

В нашем понимании системный подход, являясь теоретической основой, определяет путь и логику исследований, помогает конструировать объект исследований и выявляет те основные факторы, которые определяют сущность и закономерности функционирования системы.

В качестве одного из объектов исследований системная методология использует геосистему (ГС). В настоящее время не существует ни единой трактовки понятия «геосистема», ни общепринятой классификации ГС. Вероятно, это связано с тем, что исследователи, ставя перед собой какую-то цель, конструируют удобный для ее реализации объект исследований. Ясно

одно, что этот объект, представляющий научную абстракцию, должен иметь пространственную определенность, его границы должны совпадать с территориальным расположением изучаемого объекта (рис. I).

К этому «вырезанному» объекту должны быть применены системные методы исследования. А от того, какую структурную сущность этого объекта будем изучать, зависит выбор той или иной классификации, которая отражает его иерархическую структуру. Геосистема ГМК Среднего Урала включает в себя ГС II и III уровней. ГС II уровня представлены меднорудным и железорудным ГМК, а III уровня - территориями расположения промышленных предприятий, относящихся к меднорудному и железорудному ГМК (рис. 1). Объектом наших исследований являются ГС III уровня.

Известно, что системный подход реализуется через различные виды анализа (системный, социально-экономический, структурно-функциональный и т.д.), в зависимости от поставленной цели исследования. В.Б. Ряшко в рамках системного подхода разработана системно-диалектическая методология (СДМ), которая реализуется через изучение триады взаимосвязанных между собой частей: структуры, функционирования, развития. Эта триада решаемых СДМ задач нами адаптирована к решению поставленной цели - разработке регионального геоэкологического анализа.

Рисунок 1 - Иерархическое строение изучаемой ГС (сост. автором)

В этом случае геоэкологический анализ объекта заключается в обоснованном выделении его из среды как самостоятельной целостности, установлении внешних взаимодействий, выделении функциональных связей,

описании его развития для принятия управленческих решений. Логическую цепочку исследования развития ГС можно представить следующим образом:

ГС (изучаемый объект) -► подсистемы (составляющие части ГС,

определяют вид ГС) -^ структура подсистем (изучение основных

природных и техногенных элементов) —► функционирование (показатель

направленности функционирования—►устойчивость) -► развитие

(показатель направленности развития - экологическая обстановка).

Объекты нашего исследования по физико-географическому районированию расположены в низкогорной полосе Среднего Урала и Восточных предгорьях Урала, в пределах месторождений рудных полезных ископаемых (Ломовско-Карпушихинское, Левиховское, Ежовское рудные поля, Гумешевское месторождение медистых глин, Высокогорское железорудное месторождение) (рис. 2). Они рассматриваются нами как ПТГС, имеющие пространственные границы, определенные базисом -крупными горнодобывающими и перерабатывающими металлургическими предприятиями: ОАО «КМК», ОАО «СУМЗ», ОАО «Уралгидрмедь», ОАО «НТМК». Каждая изучаемая ПТГС относится к классу природно-техногенных геосистем. Она представлена двумя подсистемами: природной и техногенной.

Структура природной подсистемы включает элементы природной среды: атмосферный воздух, почвы, природные воды, биоту. По сути, речь идет о ГС, которую можно отождествлять с биогенным ландшафтом. Согласно А.И. Перельману, биогенные ландшафты - это сложные биокосные системы, в которых почва, кора выветривания, континентальные отложения, грунтовые и поверхностные воды, растительность, животный мир, приземный слой атмосферы тесно между собой связаны миграцией атомов и образуют единое целое. Так формируется естественный фон.

Техногенная подсистема - предприятия меднорудной и железорудной промышленности. Они формируют техногенные потоки вещества, которые благодаря наличию связей поступают в компоненты природной подсистемы и определяют ее функционирование в определенный момент времени. Функционирование изменяется во времени. В результате этого происходит изменение устойчивости ПТГС.

Под устойчивостью мы понимаем сохранение естественного состояния ГС при внешнем воздействии на нее. Устойчивость меняется в зависимости от поступления и миграции вещества в системе. Поступление и расходование вещества осуществляется через прямые и обратные связи. Если обратные связи менее сильны, чем прямые, то есть преобладает привнос вещества, то в этом случае выявить роль прямых и обратных связей можно с помощью биогеохимического баланса. В связи с тем, что баланс никогда не равен нулю, устойчивость будет постоянно меняться. Смена устойчивости, а следовательно, и функционирования во времени и характеризует развитие

ГС. Если баланс отрицательный, то ГС развивается в сторону истощения, а если положительный, то в сторону загрязнения.

Тш-ха

Рисунок 2 - Положение районов исследований на карте физико-географического районирования Свердловской области (по В.Г. Капустину,

2009)

Если через я,- обозначить элементы ГС, через Ь,- связи в ней, а через - время, то структура ГС (Ус) условно будет описана уравнением: Ус функционирование Уф =/(а/, с,); развитие Ур=/(а„ в/, г,). Как видим, изучение развития ПТГС должно включать исследование и структуры, и функционирования.

Под структурой мы понимаем совокупность элементов подсистем -природной (атмосферный воздух, почва, природные воды, биота, естественный (фоновый) химический облик которых формируется в тесной связи с геологическим строением территории - геохимическим составом пород и руд) и техногенной (отходы промышленных предприятий ГМК, определяющие привнос в геосистему химических ингредиентов техногенного происхождения). При взаимодействии элементов этих подсистем возникают природно-техногенные элементы, характеризующиеся отличным от фонового химическим составом (современное состояние окружающей среды) (рис. 3).

Функционирование представляет собой процесс, обусловленный постоянным поступлением химических ингредиентов в ПТГС в результате выбросов предприятиями загрязняющих веществ в атмосферу, сбросов сточных вод и образования отходов, миграцией загрязняющих ингредиентов и как следствие, изменением устойчивости ПТГС (рис. 3).

Развитие ПТГС зависит от ее структуры и функционирования, которые в свою очередь определяют сложившуюся здесь экологическую ситуацию. В зависимости от складывающейся экологической ситуации ГС может развиваться как в сторону регресса, так и в сторону прогресса. Чтобы не допустить деградации ГС, необходимо ею управлять, что связано с проведением природоохранных мероприятий (рис. 3).

Рисунок 3 - Необходимая триада частей ПТГС (сост. автором)

Изучение представленной триады и является сутью регионального геоэкологического анализа, под которым мы понимаем логически выстроенный оптимальный путь исследования, учитывающий региональные особенности формирования экологического состояния ПТГС, знание которого необходимо для принятия управленческих решений.

Одним из основных законов СДМ является закон координации (единство и взаимосвязь между однопорядковыми элементами ГС) (С.А. Двинских и др., 1992). ГС III уровня (рис. 1) находятся на одном иерархическом уровне, поэтому к ним может быть применен закон координации, исходя из которого и из имеющейся информации, структура

данной ГС рассматривается на примере территории ОАО «КМК», ОАО «СУМЗ», функционирование - на примере ОАО «СУМЗ», ОАО «НТМК», развитие - на примере ОАО «Уралгидромедь», ОАО «НТМК». Данные предприятия по своим технологическим процессам, природным условиям, типу природопользования являются аналогами, поэтому если недостаточно информации для одного предприятия, например по функционированию или развитию, мы можем воспользоваться имеющейся информацией другого аналогичного предприятия, где имеются необходимые данные.

ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Современное состояние окружающей среды формируется при взаимодействии природных и техногенных элементов структуры геосистемы, определяющих ее экологическую ситуацию, в качестве индикаторов которой можно использовать почвообразующий горизонт, отражающий общую геохимическую обстановку изучаемой геосистемы, и биологический тест-объект - Drosophila melanogaster, характеризующий экологическое состояние биоты.

Структура ПТГС включает в себя элементы природной подсистемы, которые формируются в тесной связи с геологическим строением, обуславливающим фоновые концентрации химических элементов в компонентах природной среды: атмосферном воздухе, почвах, природных водах, биоте, а также элементы техногенной подсистемы (промышленные предприятия ГМК). При взаимодействии этих подсистем возникает ПТГС (современное состояние компонентов окружающей среды) (рис. 3).

Природные элементы структуры ГМК изучены на примере Кировградского промузла, характеризующегося типовой для Среднего Урала геохимической спецификацией пород и руд, обусловленной наличием здесь Ломовско-Карпушихинского, Левиховского и Ежовского рудных полей.

В геолого-структурном отношении исследуемый район располагается в Тагило-Магнитогорском синклинории, являющемся составной частью Главной эвгеосинклинальной зоны Урала. Колчеданные месторождения в Кировградском промузле приурочены к полосе вулканогенных и осадочных пород силур-раннедевонский возраста (S-D|). По составу руд они относятся к медным и медно-цинковым. Рудные тела здесь имеют крутое (50-70°) падение. Рассланцевание вмещающих пород обычно сопровождается метасоматической сульфидной вкрапленностью, характерной для среднеуральских месторождений. Интрузивные горные породы района представлены двумя различными формациями: габбро-перидотитовой и гранитной. Первая из них объединяет комплекс пород Тагильского и Тагило-Невьянского массивов, вторая представлена кислыми интрузивными породами Верх-Исетской интрузии (рис. 4).

Фоновые концентрации химических элементов определялись по их содержанию в почвообразующем горизонте, не затронутом техногенными процессами, и в живых организмах (ЭгозорИНа melanogaster).

Для определения фоновых концентраций химических элементов в почвообразующем горизонте нами на территории Кировградского промузла отобрано и проанализировано 25 проб почвообразующего горизонта. Пробы были отобраны на глубине 1 м (рис. 5). При оценке экологического состояния почвообразующего горизонта в качестве критериев использовались ПДК для почв.

Анализ схем содержания химических элементов в почвообразующем горизонте показывает (рис. 6), что исследуемая территория характеризуется их высокими концентрациями. Максимальные концентрации меди наблюдаются в центральной части территории, где в пределах выделенного ареала ее значения находятся в интервале от 10 до 70 ПДК. В центральной и восточной частях территории выявлена аномалия в почвообразующем горизонте по цинку, содержание которого меняется от 10 до нескольких десятков ПДК.

Состаммии по метфммам Собой«« И Д . 1960 ■ 1 : 200 ООО

В I см 2 >шыимс1р>

РАЗРЕЗ ПОЛИЦИИ А-Б Масштабы горизонтальный и вертикальный 1: 200 ООО

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Рисунок 4 - Геологическая карта Кировградского промузла

Рисунок 5 - Опробование почвообразующего горизонта и снежного покрова Кировградского промузла (сост. автором)

Из схем видно, что максимально высокие концентрации элементов в почвообразующем горизонте не приурочены к источникам техногенного воздействия (ОАО «КМК»), поэтому можно утверждать, что распределение концентраций элементов в почвообразующем горизонте зависит от естественной геохимии пород и руд района.

Таким образом, проведенные исследования природных компонентов структуры показали, что естественное фоновое содержание химических элементов в изучаемой ПТГС в несколько раз превышает ПДК, что зависит от региональных особенностей района (геологического строения, определяющего содержание и геохимическое распределение химических элементов в породах и рудах). Это согласуется с исследованиями Л.И. Сипливых и др., 1973, Г.А. Вострокнутова, 1991, которыми выявлен набор элементов Си, Хп, РЬ, Аб, Сё, имеющих повышенные концентрации, по сравнению с другими регионами России и ПДК. Это позволяет предположить, что в качестве индикатора экологического состояния возможно использовать почвообразующий горизонт, отражающий общую геохимическую обстановку изучаемой геосистемы.

Содармими* цинм ыг/яг (ПДК)

0-110(0-10 ПДК) 110-220 (10-20 ПДК) 220-330 (20-30 ПДК) 330-440 (30-40 ПДК) 440-S50 (40-50 ПДК) МО-ООО (50-00 ПДК)

б)

Рисунок 6 - Содержание: а) меди, б) цинка в почвообразующем горизонте Кировградского промузла (сост. автором)

Для оценки экологического состояния живых организмов необходимо установить в них региональные фоновые концентрации тяжелых металлов. В литературе имеются немногочисленные данные о содержании тяжелых металлов в наземных животных. Такие данные могут быть приняты только за глобальный фон. Нами для оценки экологического состояния живых организмов в качестве тест-объекта выбрана йгояорИНа 1пе1апо$ах1ег, так как этот тест-объект удобен для такого рода исследований: имеет

небольшой миграционный ареал, а также возможно выявление не только токсического, но мутагенного эффекта от воздействия тяжелых металлов в ряду поколений. Однако неясно, возможно ли биохимические параметры данного тест-объекта сопоставить с биохимическими параметрами человека, то есть можно ли Ого.юрН'йа melanogasIer использовать для биоиндикации экологического состояния окружающей среды?

Для ответа на этот вопрос нами была проведена серия экспериментов. Известно, что для экологической оценки воздействия конкретного вещества на биологический объект используются различные критерии, которые позволяют дать количественную характеристику его мутагенного и токсического эффектов. Для ОгояоркИа melanogaster наиболее приемлемы такие комплексные показатели, как изменение в процессах морфогенеза крыла, а также генотоксический эффект. С помощью такого рода критериев определяются предельно допустимые концентрации для модельной тест-системы. Если полученные предельно допустимые концентрации модельной тест-системы сопоставимы с ПДК, установленными для человека, это указывает на то, что ее возможно использовать для оценки экологического состояния окружающей среды. Опыты проводились по наиболее распространенному элементу, поступающему в окружающую среду от предприятий меднорудной промышленности, - меди. Поступление меди в организм тест-объекта осуществлялось с водой.

Влияние соединений меди на соматические клетки в ходе онтогенеза было прослежено при изучении процессов с использованием родительских форм, при концентрации СиБО^ в 1,2, 2,5 и 5 мг/дм3. При минимальной концентрации СиБОд никаких морфологических изменений не наблюдалось, и результаты эксперимента были сопоставимы с контролем. При максимальной концентрации Си504 общая площадь крыла в опыте достоверно меньше таковой в контроле, как у самок, так и у самцов. Однако анализ площади отдельных ячеек крыла в целом обнаруживает уменьшение по данному показателю среди ряда ячеек. Обращает на себя внимание, что наибольшее различие обнаруживается по 24 и 25 ячейкам (рис. 7).

На фоне снижения общей площади крыла и большинства ячеек в опыте наблюдается увеличение площади 24 ячейки, в то время как центральная зона крыла претерпевает почти трехкратное уменьшение.

Анализ влияния Си804 при концентрации 2,5 мг/дм1 на генотоксический эффект частоты возникновения эмбриональных деталей показал, что результаты эксперимента превышают контроль (рис. 8,а). В третьей серии эксперимента рассматривался еще один показатель генотоксического эффекта - частота возникновения постэмбриональных деталей (рис. 8,6).

Анализ этой серии эксперимента показал, что при концентрации Си304 2,5 мг/дм3 результаты опыта также превышают контроль. Таким образом, данная тест-система реагирует на изменение окружающей среды по

тем же критериям, что и человек, и указывает на возможность использования этого тест-объекта для оценки экологического состояния биологической составляющей районов меднорудной промышленности.

Общая площадь крыла в контроле и в опыте (1*104 м2)

самки самцы

самцы /0.92 " 7 ч.Он

61.-12

_

контроль опыт

Площадь Я24 в контроле и в опыте (1*10'4 м:)

38.6

самцы

30 тс

самцы самки 11 Я9 !

10.62

конгрош. ОПЫ1

Площадь Я25 в контролен в опыте (1*10"чм2) Рисунок 7 - Общая площадь и площадь отдельных ячеек крыла дрозофилы

(сост. автором)

Таким образом, биохимические параметры данного биологического тест-объекта сопоставимы с биохимическими параметрами человека и ОгояорИНа melanogaster можно использовать как биоиндикатор экологического состояния окружающей среды.

94.2

всего яиц

96-

всего яиц

Опыт

а)

Контроль

8,9-лнчино чные

3-куколо чные

" —» летали

\_88

88.1-вылете вшне имаго

)-кукш«»|1ЫС ■1СШЛН

.'111ЧННОЧ11ЫС

летали

Опыт Контроль

б)

Рисунок 8 - Частота возникновения: а) эмбриональных леталей в %, при концентрации Си804 2,5 мг/дм3 и в контроле; б) постэмбриональных леталей в %, при концентрации СиЯ04 2,5 мг/дм3 и в контроле (сост. автором)

При оценке регионального фона для живых организмов в лаборатории генетики УрФУ нами были взяты имаго ОгоьорННа melanogaster линии дикого типа «Север», в количестве 500 особей, которые культивировались на протяжении двух лет и претерпели более 50 поколений отбора. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в теле имаго ОгозорИИа melanogaster пннт\ «Север» (сост. автором)_

Элемент Региональный фон, мг/кг

Си 2,20

Ъл 72,34

РЬ 0,5

Сс1 0,05

Техногенные элементы структуры ПТГС представляют собой промышленные предприятия ГМК, объединенные одним типом природопользования - получением металла. Ранжирование предприятий по видам и интенсивности поступления в ГС загрязняющих элементов показывает, что железорудная промышленность формирует ассоциацию, включающую Fe, Mn, V, Со, Сг, меднорудная - Cu, Zn, Pb, Cd, As. Эти металлы поступают в окружающую среду в результате выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод, пыления с отвалов и имеют высокую миграционную способность, загрязняя собой окружающую среду. Это относится к состоянию всех компонентов среды, включая снежный покров, почвенный слой, природные воды и живое вещество.

Современное экологическое состояние элементов структуры ПТГС изучено на основе экологического мониторинга, включающего полевые исследования, лабораторные и камеральные работы. Исследования проводились в городах с развитыми меднорудной (Кировград, Первоуральск, Ревда, Полевской) и железорудной (Нижний Тагил) отраслями промышленности.

В ходе полевых и лабораторных исследований изучены все компоненты окружающей среды: почвы, подземные и поверхностные воды, растительность (Betula pendula) и живые организмы (Drosophila melanogaster). Всего отобрано и проанализировано около 6000 проб. Изучались элементы, ассоциации которых были выявлены при ранжировании предприятий по видам и интенсивности поступления в ГС загрязняющих элементов Fe, Mn, V, Со, Cr от железорудной промышленности и Си, Zn, Pb, Cd, As - от меднорудной. В качестве критериев экологического состояния взяты установленные нами региональные фоновые концентрации указанных элементов. При камеральной обработке и построении карт и графиков загрязнений использовались компьютерные программы ArcWie, Surfer и Excel.

Исследования показали, что элементы структуры ПТГС (почва, природная вода, биота) загрязнены и серьезно трансформированы. Концентрация, например, меди на изучаемых территориях превышает фон в несколько раз. Участки с максимальным загрязнением расположены в центральных частях и приурочены к промышленным площадкам предприятий (рис. 9).

На рис. 10 показано распределение меди в насекомых (Drosophila melanogaster). Ареал техногенного загрязнения составляет примерно 2/3 изучаемой площади и превышает фон в 120 и более раз.

Таким образом, изучение последствий техногенеза и фоновых характеристик природных компонентов ГС свидетельствует о современном природно-техногенном характере их химического состава, что проявляется в наличии природно-техногенных геохимических аномалий.

Рисунок 9 - Распределение меди в почве (сост. автором)

Рисунок 10 -

Распределение меди в йгохорИНа melanogaster Кировградского промузла, мг/кг (сост. автором)

ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Техногенное поступление и миграция загрязняющих веществ в результате функционирования геосистемы способствует накоплению загрязняющих элементов в компонентах ГС и ведет к изменению как устойчивости биотической составляющей (это подтверждается ухудшением экологического состояния мелких млекопитающих на всех уровнях: ценотическом, популяционном и организменном), так и геосистемы в целом (о чем свидетельствуют результаты расчета биогеохимического баланса).

Функционирование ПТГС представляет собой процесс, обусловленный постоянным поступлением загрязняющих элементов в ГС, их миграцией из одних компонентов ГС в другие и, как следствие, изменением ее устойчивости (см. рис. 3).

Поступление загрязняющих веществ в ПТГС происходит в виде воздействия на окружающую среду пылевых выбросов, сбросов сточных вод и отходов производства, основу которых составляют тяжелые металлы. Интенсивность поступления загрязняющих элементов в ГС можно оценить по загрязнению снежного покрова, так как он характеризует среднегодовые выпадения загрязняющих веществ на дневную поверхность в кг/км2, то есть индикатором техногенного поступления загрязняющих веществ в ГС может служить снежный покров.

Нами проведены исследования химического состава снежного покрова района Кировградского промузла, на территории которого находится ОАО «КМК».

Всего было отобрано 25 проб снега (см. рис. 5). Экологическая оценка состояния снежного покрова производилась с учетом региональных фоновых характеристик, то есть за критерий оценки приняты фоновые концентрации.

В качестве примера на рисунке 11 приведено распределение меди в растворимой и нерастворимой формах. Анализ полученных данных показал, что концентрации меди в снеговой воде в растворенной форме очень высокие, максимум составляет 0,8 мг/дм3, что в 800 раз превышает фон (рис.11, а). Ареал загрязнения хорошо согласуется с основными источниками загрязнения. Максимальная концентрация меди в пыли более 100 мг/кг (рис. 11,6). Из рис. 11 (б) видно, что ареал загрязнения занимает практически всю территорию промышленного узла.

Таким образом, в ПТГС идет интенсивное поступление загрязняющих элементов в результате выбросов, сбросов и образования твердых промышленных отходов, что доказано химическим составом снежного покрова.

Поступившие на изучаемую территорию загрязняющие элементы интенсивно мигрируют. Мы предположили, что их миграционная

подвижность может быть определена по степени зависимости между содержанием загрязняющих веществ в различных компонентах ГС. В связи с этим проведен корреляционно-регрессионный анализ и построены вероятностно-статистические модели содержаний основного элемента-загрязнителя от меднорудной промышленности - меди в компонентах окружающей среды: атмосферном воздухе, почве, природных водах, биоте. Анализ показал, что этот элемент имеет высокую миграционную подвижность.

б)

Рисунок 11 - Содержание меди: а) растворенная форма в снежном покрове б) в пыли, поступающей на снежный покров Кировградского промузла (сост. автором)

На рисунке 12 приведен полный цикл миграции по меди от ее техногенного привноса в результате выбросов предприятиями в атмосферу и пыления с отвалов до выпадения ее на снежный покров, а затем через почву поступления ее в организмы растений. Проверка значимости коэффициента корреляции подтверждена расчетом критерия Стьюдента, а за основную была принята следующая гипотеза: между содержанием меди в снежном покрове (х) и растениях (у) существует тесная корреляционная зависимость. Расчет показал, что коэффициент корреляции значимый: г = 0,55, при Р = 0,95, то есть между содержанием меди в снеге и растениях существует корреляционная зависимость.

Достоверный коэффициент корреляции позволяет с помощью уравнения регрессии определить содержание меди в различных средах: Си в снеге (л:сн) - Си в растениях(з>р) ур = 5,6601+8,6645*дгся

Это уравнение можно использовать как прогнозное, что доказано его проверкой на данных натурных наблюдений.

Сир,„=5.в601-»8,6645 ' Сц,»«, Коэффициент корреляции 0,55527

О

о .. -'О О

«г»»*—' ...Л- "о в ... » о о

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Концентрация меди в снежном покрове, мг/кг

Рисунок 12 - Зависимость содержания меди в растениях от ее содержания в снежном покрове (сост. автором)

Таким образом, установленные зависимости говорят о том, что загрязнение абиотических компонентов геосистемы приводит благодаря процессам миграции к изменению концентраций тяжелых металлов в биоте, где они накапливаются. Один из законов диалектики говорит, что количественные изменения в конечном итоге приводят к качественным. Это справедливо и по отношению к ГС, в которой переход от количества к качеству связан с изменением ее устойчивости. Так как конечным звеном миграции является биота, можно предположить, что она в данном случае

является показателем устойчивости ГС. Чтобы подтвердить или опровергнуть данное предположение, было изучено состояние мелких млекопитающих в районе воздействия медеплавильного завода (ОАО «СУМЗ»). Для характеристики населения мелких млекопитающих заложено три ключевых участка: на расстоянии 1-2 км (импактная зона), 5-6 км (буферная зона) и 2030 км (фоновая зона) от промплощадки завода (рис. 13). Выбранные территории характеризовали серию местообитаний животных в градиенте техногенного воздействия. Всего было отловлено 490 особей.

Среднегодовая роза ветров

Рисунок 13 - Расположение экологической трансекты в окрестностях Первоуральско-Ревдинского промузла (сост. автором)

Традиционно для мелких млекопитающих (бурозубок, куторов, кротов, лесных и серых полевок, лесных мышей) наиболее важными и показательными, отражающими изменения качества среды обитания, являются отдельные характеристики ценотического, популяционного и организменного уровней. Изучение биотической составляющей ГС ГМК показало, что при сравнении трех зон - импактной, буферной и фоновой -выявляются следующие особенности:

" топоэкологический профиль с пробными площадками Зоны экологической ситуации

I 11 - фоновая зона

НИ - буферная зона III - импактная зона

Условные обозначения

1. Импактная территория характеризуется малым видовым разнообразием (4 вида: лесная мышь (Apodemus uralensis), серая полевка (Myodes rufocanus), полевая мышь (Apodemus agrarius), домовая мышь (Aíms musculus)), малой численностью (на ней заселяется 2% общей площади обследованной территории), угнетенным состоянием живых организмов, находящихся в физиологической напряженности, которое определялось по размерным показателям тела животных, сердца, тимуса и селезенки (Шварц, 1968), повышенным содержанием во внутренних органах загрязняющих элементов (концентрация цинка в органах-депо возрастает в 2-2,5 раза, кадмия в 2,2-3,7 раза, свинца в 3,5-7,9, меди в 6,4-14,7 раза по сравнению с фоном).

2. Буферная зона является переходной между фоновой и импактной территориями. Здесь наблюдается увеличение видового разнообразия (рыжая полевка (Clethrionomys glareolus), лесная мышь (Apodemus uralensis), серая полевка (Myodes rufocanus), полевая мышь (Apodemus agrarius), обыкновенная бурозубка (Sorex araneus), численности (на ней заселяется 14% общей площади обследованной территории).

3. Фоновая территория характеризуется большим разнообразием (8 видов: лесная мышь (Apodemus uralensis), серая полевка (Myodes rufocanus), полевая мышь (Apodemus agrarius), крот европейский (Talpa europaea), лесная мышовка (Sicista betulina), пашенная полевка (Microtus agrestis), обыкновенная полевка (Microtus arvalis), обыкновенная бурозубка (Sorex araneus)) и обилием видов (на ней заселяется 60% общей площади обследованной территории), физиологическая активность уменьшается, что говорит о том, что организмы животных находятся не в стрессовом состоянии, во внутренних органах наблюдается значительное снижение концентрации загрязняющих веществ по сравнению с буферной и импактной зонами (табл. 2).

Таблица 2 - Уровни накопления свинца в скелете и кадмия в почках рыжих полевок, отловленных в окрестностях ОАО «СУМЗ» и на фоновых территориях (сост. автором) _

Функционально-возрастная группа Зона исследования

фоновая | буферная | импактная

Свинец в скелете, мкг/г сухого веса

Перезимовавшие особи 12,75±1,44 42,70±5,07 66,00±7,50

Половозрелые прибылые 20,27±3,l 1 48,03±4,20 57,93±5,47

Неполовозрелые прибылые 19,48±1,53 36,92±2,14 50,78±6,12

Кадмий в почках, мкг/г сухого веса

Перезимовавшие особи 10,88±0,90 35,97±3,28 55,69±9,52

Половозрелые прибылые 7,20±1,Э4 34,04±6,22 22,64±3,11

Неполовозрелые прибылые 3,06±1,27 22,87±2,17 24,34±3,54

Из приведенных данных можно заключить, что устойчивость биотической составляющей по мере приближения к источнику загрязнения нарушается. Но можно ли утверждать, что в связи с этим уменьшается устойчивость и всей изучаемой ГС? Для ответа на этот вопрос рассчитан биогеохимический баланс (БГБ<). Мы исходили из того, что если приходная и расходная части уравнения баланса равны, то аккумуляция загрязняющих веществ в ней не наблюдается и устойчивость сохраняется. В случае если приходная часть больше расходной, наблюдается аккумуляция загрязняющих веществ, в противном случае (приход меньше расхода) преобладает вынос, и в том, и другом случае наблюдается деградация ГС.

БГШ = Ув.а+Ус.р+ У0.0.+П*С(-У,,0*СВВ., где 1 - компонент окружающей среды;

Ув а - среднегодовая концентрация элемента в выбросах в атмосферу, мг/дм3;

Ус.р.- среднегодовая концентрация элемента в сбросах в реки, мг/дм3;

У„ 0 - среднегодовая концентрация элемента в складируемых отвалах, мг/дм3;

V/-объем пробы компонента окружающей среды, дм ;

С, - среднегодовая концентрация загрязняющего элемента в компоненте

окружающей среды, мг/дм3;

V,.,.- объем пробы поверхностных вод, дм3;

Св в - среднегодовая концентрация загрязняющего элемента в поверхностных водах, мг/дм3.

Для расчета были использованы данные о содержании загрязняющих веществ в выбросах, сбросах и отходах; полученные в ходе анализа литературных источников (Семячков, Грязное и др., 2001), и данные о концентрациях загрязняющих элементов в компонентах окружающей среды, полученные в результате собственных полевых и лабораторных работ. Результаты расчета приведены в табл. 3, 4.

Таблица 3 - Результаты расчета среднегодового биогеохимического баланса территории Кировградского промузла (сост. автором)

2 Компоненты природной среды

Ё и и Г) Снежный покров, % Почвы, % Почвообразующий горизонт, % Растения, % Насекомые, % Сумма£, т/год

Си 1.14 2,59 1,79 3,8 90,68 102822,05

гп 1,26 1,8 0,96 30,6 65,33 148055,79

Аэ 3,63 1,98 94,39 4199,13

Сс1 5,09 4,06 84,55 539,78

РЬ 16,9 12,56 3,38 29,8 37,33 6399,57

Таблица 4 - Результаты расчета среднегодового биогеохимического баланса

Компоненты природной среды

Элементы Снежный покров, % Почвы, % Почвообра зующий горизонт, % ч Е У ж >ч и

Мп 35,80 59,51 4,69 443,27

V 25,64 62,1 12,27 301,66

Анализ таблиц показывает, что при воздействии предприятий ГМК на окружающую среду наибольшая часть загрязняющих веществ депонируется в биоте, где процент их накопления в несколько десятков выше, чем в абиотических компонентах.

Таким образом, в результате интенсивного поступления загрязняющих элементов в ПТГС и их миграции происходит изменение ее устойчивости, что подтверждается накоплением элементов в компонентах окружающей среды, особенно в биоте, определяя тем самым и изменение функционирования ГС, доказательством этого служит ухудшение состояния млекопитающих на всех уровнях: ценотическом, популяционном и организменном.

ЧЕТВЕРТОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Направление развития геосистемы зависит от накопления в ее элементах загрязняющих веществ. При отсутствии нормативных значений загрязнителей нормирование может проводиться по критерию оценки, использующего как предельно допустимые, так и фоновые концентрации. При длительном превышении нормативов формируется неблагоприятная экологическая ситуация. В этом случае для обеспечения развития геосистемы в сторону прогресса необходимо ею управлять, что связано с внедрением экологически и экономически эффективных природоохранных мероприятий - биогеохимических барьеров и системно организованного мониторинга.

Развитие изучаемой ПТГС, как говорилось выше, зависит от ее структуры и функционирования, которые, в свою очередь, определяют сложившуюся здесь экологическую ситуацию. В результате развития ПТГС происходит переход ее в качественно новое состояние, где возникают новые или уничтожаются старые элементы структуры и, соответственно, повышается или уменьшается эффективность ее функционирования. В зависимости от складывающейся вследствие этого экологической ситуации

30

ГС может развиваться как в сторону регресса (деградация природной составляющей), так и в сторону прогресса (сохранять или приближаться к естественному состоянию). Чтобы не допустить деградации ГС, необходимо ею управлять. Управление, с точки зрения сохранения естественных свойств природной составляющей, связано с внедрением природоохранных мероприятий (рис. 14).

Рисунок 14 - Развитие ПТГС (сост. автором)

Из схемы (рис. 14) следует, что изучение направленности развития должно начинаться с оценки сложившейся экологической ситуации, после чего нужно перейти к мероприятиям по ее улучшению или стабилизации (управлению), при этом важным фактором является эколого-экономическая оценка этих мероприятий. Такой путь позволит оптимально управлять развитием ГС (экологической ситуацией).

В качестве модельного объекта для изучения возможного пути развития ПТГС нами выбрано предприятие ОАО «Уралгидромедь», как типичное предприятие ГМК, расположенное на Гумешевском месторождении в районе г. Полевской и ведущее добычу меди (рис. 15).

В настоящее время на Гумешевском месторождении работает система опытно-промышленного подземного выщелачивания и добыча меди реализуется через подачу в систему разноуровневых откачных и закачных скважин потоков рабочих выщелачивающих растворов, представляющих собой водный раствор серной технологической кислоты с концентрацией 10-30 г/дм3. В результате формируются отходы, представленные сточными водами. Сточные воды поступают в Южный залив Северского пруда, образовавшегося в пойме р. Железянки. При разгрузке скважин образуются три основных загрязняющих стока в Железянский залив, который является частью Южного залива (рис. 16). Сточные воды, поступая в водные объекты,

изменяют их естественный состав, влияя тем самым на экологическое состояние поверхностных вод, и определяют развитие ГС.

Рисунок 15 - Расположение ОАО «Уралгидромедь» и гидрографической сети

района (сост. автором)

Современная экологическая ситуация оценивалась нами в ходе исследований, включающих оценку состояния компонентов окружающей среды. Для этого были отобраны пробы: поверхностных вод (230 проб), почв (60 проб), растительности (60 проб). Степень загрязнения этих компонентов оценивалась путем сопоставления концентраций содержащихся в них загрязняющих веществ с нормативными значениями. Нами предложен критерий оценки (КО), использующий как предельно допустимые, так и фоновые концентрации: если ПДК и фоновые характеристики близки, то в качестве КО использовались ПДК, если ПДК и фоновые характеристики значительно отличаются друг от друга, то в качестве КО принимались последние (табл.5).

Анализ полученных результатов показал следующее:

1. Экологическое состояние почвенно-растительного слоя территории сформировалось за счет заброшенных отвалов (положительные формы), а также заросших старых карьеров Гумешевского рудника, начавшего отработку медной руды еще в 1702 г. Среди тяжелых металлов, загрязняющих территорию, главное место принадлежит меди, концентрация которой составляет 2-3 КО (рис. 17). Анализ рисунка 17 показывает, что в почвах ареал с содержанием меди от КО до 2КО занимает практически всю изучаемую территорию, однако участок с максимальным содержанием меди (более ЗКО) приурочен к Железянскому заливу Северского водохранилища.

В растениях содержание меди по всей территории не превышает КО, несколько небольших ареалов, в которых содержание меди составляет от КО до 2КО, расположены хаотично, но в большей степени тяготеют к расположению Южной и Юго-Восточной залежей меди.

Основные параметры водохранилища:

Длина 4,5 км.

Ширина 0,6 км.

Глубина 3,5 м.

Объем воды 12,5 млн. м3.

Полезный объем воды 8.99 млн. м3.

Рисунок 16 - Расположение стоков в Северское водохранилище и мест отбора

проб (сост. автором)

Условные обозначении:

I- локализованный сток загрязняющих веществ; - точка опробования поверхностных вод

2. Поверхностные воды представлены Южным заливом Северского пруда. Как сказано выше, загрязняющие вещества попадают сюда с промышленными стоками, сформировавшимися в результате процесса подземного выщелачивания, и в первую очередь попадают в Железянский залив, который является частью Южного залива. Химический анализ 154

33

проб воды, отобранных из 7 створов Южного залива (рис. 16), показал максимальные превышения над КО по следующим компонентам: медь - 100 КО, цинк - 5 КО, а в 76 пробах, взятых из трех стоков, поступающих в Железянский залив, превышения загрязняющих элементов над КО составляют: медь - 2140 КО, цинк - 4604 КО (табл. 6).

Таблица 5 - Критерии оценки экологического состояния компонентов окружающей среды (сост. автором)_

Среда Ингредиент пдк Фоновые характеристики Предлагаемые Критерии оиснкл экологического состояния

Поверх ностные воды Хозяйственно-бытовые Рыбохо действенные Глобальный Региональный

Си, мг.дм1 1 1 »10 3 140' З-Ш'Ю'3

2п. мг/дм-' 1 1Ч0-: 10« Ш'1 5-50* 10' 50-10л

Почвы Си. иг/кг 33 60 55 23.9 20 1-32 32

Ък иг/кг 55 70 100 55 50 55 55

Сидр кг 30 2 2 30

Тъ^а! кг 150 20 20 150

Полученные данные позволяют заключить, что Южный залив является фактически техногенным водоемом, качество воды в котором формируется техногенными локализованными стоками.

Таким образом, наибольшее влияние на формирование неблагоприятной экологической ситуации оказывают поверхностные воды, КО для которых равно 100 (по почвам ЗКО, по растительности 2КО). Согласно Критериям оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия, если для веществ 1 -2 класса опасности в поверхностных водах КО = I, то экологическая ситуация водного объекта (или территория) характеризуется как относительно удовлетворительная, при КО от 5 до 10 -как чрезвычайная, а при КО более 10 - экологическое бедствие. В данном случае загрязнение поверхностных вод во много раз превышает загрязнение почв и растительности и может быть охарактеризовано как экологическое бедствие.

б)

Рисунок 17 - Содержание меди: а) в почвах (мг/кг), б) в растениях (мг/кг) района расположения ОАО «Уралгипромедь» (сост. автором)

Таблица 6 - Среднее многолетнее количество веществ, поступающих в Южный залив со стоками (мг/дм3) (сост. автором)____

Ингредиент ко Объединенный сток загрязняющих веществ (мг/дм') Превышение в стоках над КО (разы) Концентрация загрязняющих элементов в заливе (мг/дм3) Превышение в заливе над КО (разы)

Си 0,001 2,14 2140 0,1 100

гп 0,005 23,02 4604 0,025 5

На практике может сложиться ситуация, когда все компоненты ГС находятся в критическом состоянии и положение ГС можно охарактеризовать как экологическое бедствие. В этом случае природоохранные мероприятия не дадут положительного результата. Для его достижения нужно сначала вывести ГС из объектов природопользования и дать возможность природе самой восстановиться, а затем, при положительных результатах ее самовосстановления, разработать природоохранные мероприятия с учетом направленности восстановления геосистемы. Если же экологическое бедствие связано с одним компонентом окружающей среды, например, сильно загрязнен атмосферный воздух, то можно установить очистные сооружения, тем самым переведя территорию из одного экологического состояния в другое.

В изучаемой ПТГС, как показано выше (стр. 34-35), наибольший вклад в формирование неблагоприятной экологической ситуации вносят поверхностные воды. Это же подтверждается эколого-гидробиологическими исследованиями Южного залива Северского водохранилища в процессе которых были изучены видовой состав, развитие и структурно-функциональные характеристики ихтиофауны. Всего отловлено 24 экз. окуня, 14 экз. леща, 13 экз. щуки, 5 экз. плотвы, 2 экз. язя и 1 экз. карасей. Анализ собранного ихтиологического материала показал, что, несмотря на достаточно хорошую кормовую обеспеченность рыб в пруду, темп их роста можно характеризовать как средний или низкий. В костной ткани определено содержание меди (5,35 мг/кг), которое превышает значения для рыб из других водоемов (4 мг/кг), а в 70,2 % улова обнаружилось проявление токсикоза в разрушении лучей хвостового плавника и появлении язв на теле (рис.18). Полученные данные указывают на достаточно высокую токсичность среды для рыб.

£:_Разрушение лучей

■к хвостового ___плавника

:Язва на теле

Рисунок 18 - Окуни Южного залива Северского водохранилища с различными проявлениями токсикоза (сост. автором)

Видимо, судить о степени неблагополучия экологической ситуации ПТГС или ее компонентов по величине критериев, приведенных выше, возможно только с учетом продолжительности и комплексности существующего загрязнения, но говорить о возникновении необратимых изменений уже можно. В нашем случае, чтобы предотвратить превращение экологической ситуации одного компонента в «бедствие» всей ГС, необходимо прибегнуть к управлению - внедрению природоохранных мероприятий, которые в первую очередь должны быть направлены на улучшение состояния водного компонента ГС. Нами в качестве такого мероприятия рассмотрена возможность создания биогеохимического барьера в Железянском заливе. Выбор именно данного вида природоохранных мероприятий основывался на двух факторах:

1. По предварительным исследованиям, выявлено наличие в заливе видов растительности с высокой самоочищающей способностью: хвощ болотный, рогоз широколистный, горец земноводный, рдест курчавый, ряска малая. Однако количество растительности в пруде недостаточное: площадь зарастания составляет всего 28 % и она не может в полной мере участвовать в процессах очищения.

2. Результаты анализов 230 проб воды, отобранных из 10 створов залива, замеров расходов и балансовые расчеты показали высокую самоочищающую способность самого пруда (табл.7) в результате происходящих в нем химических и физико-химических процессов (образование оксигидратов, сорбции, осаждения).

Таким образом, можно утверждать, что в Железянском заливе существуют естественные условия для создания здесь биогеохимического барьера, который будет выполнять роль очистного сооружения на пути локализованных стоков.

Таблица 7 - Результаты исследований самоочищающей способности Железянского залива (сост. автором) ____

Химичес кий элемент пдк хозяйствен ного, питьевого и бытового назначения, мг/л Среднегодовая концентрация, мг/л Разница концентра ций, вход-выход, мг/л Само очищение, % Достигнута/не достигнута ПДК

на входе на выходе

Сульфаты 500 4613,72 492,27 4121,45 100 достигнута

Цинк 5 23,02 0,15 22,87 66,66 достигнута

Медь 1 2,14 0,04 2,1 32,5 достигнута

Железо 0,3 22,39 0,9 21,49 95 не достигнута

Из всего многообразия видов биогеохимических барьеров (предводохранилище, ботплощадка с «банкетами», окислительный канал и т.д.) нами была выбрана разновидность ботплощадки - биоплато (рис. 19). Биоплато - часть водоема, находящаяся вблизи поступления загрязнения, заросшая высшей водной растительностью, не отделенная от общей площади водного объекта никаким устройством.

Рисунок 19 - Конструкция биоплато для очистки Южного залива Северского водохранилища (сост. автором)

Наш выбор был основан на том, что именно биоплато способно очищать водоем от локализованных стоков и предназначено для очистки водного объекта как от макро-, так и от микрокомпонентов (тяжелых металлов), что максимально отвечает характеристикам изучаемого водного объекта.

Проведенное нами лабораторное и натурное моделирование биоплато и изучение очищающей способности водоема в присутствии высшей водной растительности (рогоза узколистного и хвоща болотного) показало, что по всем загрязняющим компонентам (железо, медь, цинк, свинец, кадмий, мышьяк, сульфаты) достигается стабильное снижение концентрации до уровней, соответствующих требованиям, предъявляемым к воде водных объектов питьевого и общесанитарного назначения.

Таким образом, для улучшения экологического состояния поверхностных вод территории ОАО «Уралгидромедь», а соответственно и всей ПТГС в целом, необходимо организовать на части территории Южного залива биогеохимический барьер - превратить Железянский залив в биоплато. Однако возникает вопрос об экономической эффективности данного биоинженерного сооружения. С целью ее обоснования нами проведена экономическая оценка использования биогеохимических барьеров для ОАО «Уралгидромедь». Предотвращенный ущерб от строительства биогеохимических барьеров, при затратах на их строительство в 5 млн руб.,

составляет 95,11 млн руб., что указывает на их высокую экономическую эффективность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Результаты исследований влияния предприятий ГМК на окружающую среду показали возможность использования регионального геоэкологического анализа для решения проблем управления и экологической оптимизации изучаемой ПТГС.

Методологической основой этого анализа является СДМ.

В соответствии с ним предприятия ГМК и окружающая среда, находящаяся под их воздействием, рассматриваются как природно-техногенная геосистема III уровня (см. рис. 1, стр. 9).

Как любая сложная система она обладает структурой, функционированием и развитием. В связи с этим региональный геоэкологический анализ включает изучение трех основных блоков (структура, функционирование и развитие), каждый из которых в свою очередь включает три составляющих (см. рис. 3, стр. 12).

2. Структура изучаемой ГС представляет триаду тесно связанных между собой элементов: природные (начальные) элементы, представленные компонентами природной среды, характеризующиеся фоновым содержанием загрязняющих веществ. Техногенный элемент представлен горнометаллургическими предприятиями, объединенными одним типом природопользования (добыча и переработка металла). Результат взаимодействия природных и техногенных элементов - современный геохимический облик компонентов окружающей среды. Для определения степени изменения геохимического облика ПТГС необходимо сравнение фоновых и современных концентраций химических элементов.

Фоновые концентрации химических ингредиентов в природных элементах структуры обусловлены специфическим геологическим развитием региона и характеризуются повышенным содержанием Яе, Мп, V, Со, Сг, Си, РЬ, Хп, Сс1, Ав. Они определяют естественную экологическую ситуацию. Доказательством этого служат ареалы распространения металлов в почвообразующем горизонте, которые напрямую связаны с геохимией подстилающих материнских пород.

Исследования воздействия металлов на биологический тест-объект ОгояорИИа те1шш}>ах1ег показали реакцию с проявлением мутагенного эффекта при тех же концентрациях, что и санитарно-гигиенические ПДК. Это предопределяет возможность использования данного тест-объекта для оценки экологического состояния биологической составляющей ГС, а установленные концентрации тяжелых металлов в теле имаго йгомрИНа те!апо§а.иег можно принять за региональный фон.

Исследования техногенных элементов (предприятий ГМК Среднего Урала) и их ранжирование по видам и интенсивности поступления в ГС

показывают, что железнорудная промышленность формирует ассоциацию, включающую Ие, Мп, V, Со, Сг меднорудная - Си, 2.п, РЬ, Сс1, А«. В результате взаимодействия природных и техногенных элементов образуются природно-техногенные геохимические аномалии. Эти аномалии определяют современное экологическое состояние ГС. Их анализ показал повышенные концентрации всех загрязняющих химических ингредиентов во всех элементах структуры изучаемой ПТГС - атмосферном воздухе, поверхностных и подземных водах, почвах, особенно загрязнены живые организмы.

3. Функционирование ПТГС представляет собой процесс, состоящий из трех взаимосвязанных частей (поступление и миграция загрязняющих веществ и как результат - изменение устойчивости ГС).

Постоянное и интенсивное поступление загрязняющих веществ происходит в результате выбросов, сбросов и образования отходов предприятий ГМК. Это приводит к накоплению их в компонентах окружающей среды. Индикатором такого накопления может служить снежный покров. Снежный покров характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ от техногенного воздействия: по меди и цинку в растворенной форме - 0,8-6,0 мг/дм3, а содержание их в пыли, поступающей на снежный покров, достигает до 100 мг/кг, что превышает фон в несколько десятков раз (см. рис. I I, стр. 25).

Анализ распространения загрязняющих веществ в ГС показал высокую миграционную способность всех загрязняющих элементов, начиная с их техногенного поступления в абиотические, а затем в биотические компоненты. Нами показана возможность использования математических моделей для прогноза содержания, например, меди в биоте. Такие модели можно использовать для прогноза экологического состояния компонентов окружающей среды, что доказано результатами полевых наблюдений.

Изменение устойчивости ПТГС происходит за счет постоянного и интенсивного поступления загрязняющих веществ в ГС и их миграции. Одним из наиболее информативных показателей ее устойчивости является состояние биоты. Нами проведена оценка состояния мелких млекопитающих в районе воздействия предприятия меднорудной промышленности, которая показала, что по мере приближения к источнику эмиссии происходит деградация живых организмов по всем биологическим показателям ценотическому, популяционному, организменному, морфофизиологическому. По мере приближенности к промышленному предприятию, а значит, по степени интенсивности техногенного воздействия на окружающую среду нами были выделены три зоны: импактная, буферная, фоновая. Оценка разнообразия и обилия видов, их физиологической активности и интерьерных показателей свидетельствует об ухудшении данных показателей по мере приближения к предприятию, а, следовательно, о нарушении устойчивости изучаемой ГС.

Механизм устойчивости ПТГС нами описан с помощью биогеохимического баланса. Он позволил установить, что наряду с постоянным и интенсивным привносом загрязняющих веществ в ГС действуют и механизмы выноса данных веществ из ГС (табл. 3 - 4). Подтверждено, что наибольшая часть загрязняющих веществ депонируется в растениях и живых организмах, в меньшей степени в почвах, из остальных же компонентов окружающей среды (снежный покров, подземные и поверхностные воды) происходит интенсивный вынос загрязняющих веществ в соседние ГС подземным и поверхностным стоком. Для предотвращения загрязнения других ГС, а также для снижения техногенной нагрузки на живые организмы и, следовательно, для дальнейшего прогрессивного развития ПТГС необходимы природоохранные мероприятия.

4. Развитие ПТГС определяется ее современным экологическим состоянием.

В качестве нормирующего показателя загрязнения нами предложен КО, который позволяет выбрать из ряда показателей (санитарно-гигиенические и экологические нормативы, фоновые концентрации) тот, который наиболее объективно позволяет оценить степень загрязнения компонентов природной среды (табл. 5). В качестве модельного объекта, на котором использовался КО, выбрана территория ОАО «Уралгидромедь». Нами установлено, что изучаемая территория представляет собой ареал интенсивного техногенного загрязнения. Особенно загрязнен водный объект - Северское водохранилище, где максимальная концентрация меди составляет 100 КО, следовательно, данная территория относится к территории экологического бедствия и требует внедрения природоохранных мероприятий. Это же подтверждено и проведенными нами ихтиологическими исследованиями. Анализ собранного ихтиологического материала показал, что в костной ткани рыб содержание меди превышает значения для рыб из других водоемов, а в 70 % улова обнаружилось проявление токсикоза в разрушении лучей хвостового плавника и появлении язв на теле. Полученные данные указывают на достаточно высокую токсичность среды для рыб.

Мероприятием по улучшению экологического состояния водного объекта может быть создание биогеохимического барьера.

Данная технология позволяет снижать концентрации загрязняющих веществ до КО и ниже от значительных исходных величин. Экономическая оценка биогеохимических барьеров показала, что предотвращенный ущерб составляет 95,11 млн руб., а на строительство биогеохимических барьеров нужно затратить 5 млн руб. Это указывает на высокую экологическую и экономическую эффективность их использования, но остается опасность загрязнения почв и растительности. Однако даже в случае самых неблагоприятных условий КО ПТГС уменьшится и она перейдет из состояния экологического бедствия в состояние относительно удовлетворительной ситуации.

Предлагаемая технология защиты меднорудной ГС является инновационной, что связано с ее высокой экологической и экономической эффективностью, низкой стоимостью и возможностью применения в любых природно-техногенных условиях. С помощью биогеохимических барьеров возможно управление ГС, предотвращая попадание потоков загрязняющих веществ в соседние ГС.

Результаты проведенных нами исследований свидетельствуют о том, что региональный геоэкологический анализ, основанный на СДМ, может быть использован при изучении, оптимизации и управлении экологической ситуацией ГМК.

Схема проведения анализа приведена на рисунке 20.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ ГЕОСИСТЕМЫ П1УРОВНЯ

Природные элементы

СТРУКТУРЫ Установление н оценки фоновых концентраций загрязняющих веществ в компонентах окружающей срелы. Индикатор фонового экологического состояния

компонентов — почвообразующий горизонт

Техногенные элементы структуры Рянжнрованнс источников загрязнения ПО ВНЛаМ II интенсивности загрнзнспня

Современное состояние элементов структуры Оценка состояния компонентов окружающей

срелы с учетом фона н результатов ранжирования источников загрязнения

Поступление вещества в геосистему Установление концентраций загрязняющих веществ в

выбросах, сбросах, промышленных отходах и механизм их поступлспия в компоненты окружающей срелы. Индикатор интенсивности поступления -снежный покров

Л

Миграция загрязняющих веществ в геосистеме Оценка миграционной активности загрязняющих всщсств в компонентах окружающей срелы

I

Изменение устойчивости

геосистемы Оценка экологического состояния бноты. Расчет биогеохимнческого баланса

Современное экологическое

состояние геосистемы Разработка критериев опенки экологического состояния компонентов окружающей среды с учетом фоновых характеристик и нормативных показателей. Геоэкологическая опенка состояния территории на основе разработанных критериев оценки пли районирование территории

Управление геосистемой

Выбор экологически н экономически эффективных природоохранных мероприятий с учетом современного экологического состояния территории

Эколого-экопомическая опенка сдепария дальнейшего развития Внедрение экологически и экономически эффективных природоохранных мероприятий

Рисунок 20 - Схема регионального геоэкологического анализа ПТГС

(сост. автором)

Публикации автора по теме диссертации

Статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертаций:

1. Семячков А.И., Почечуи В.А. Оценка экологических последствий реализации проекта «Урал промышленный - Урал Полярный» // Экономика региона. - 2007. - № 2(10) - С. 98-105. - 0,44/0,22 п.л.

2. Семячков А.И., Медведев O.A., Почечуи В.А., Архипов М.В. Экологическая оценка состояния геологической среды на основе инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2012. - № 2 - С. 80-85. - 0,31/0,08 п.л.

3. Семячков А.И., Почечуи В.А., Медведев O.A., Архипов М.В. Инженерно-геологические изыскания и экологический мониторинг как основа рекультивации нарушенных земель // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2012. -№ 3. - С. 85-90. -0,31/0,08 п.л.

4. Двинских С.А., Почечуи В.А., Медведев O.A. Структура природно-техногенной системы как источника воздействия на окружающую среду // Вопросы современной науки и практики. - 2012. - № 4(42) - С. 10-17.-0,44/0,15 п.л.

5. Двинских С.А., Почечуи В.А., Рудакова J1.B. Функционирование природно-техногенной системы горно-металлургического комплекса // Фундаментальные исследования. -2013. - № 4 (часть 2) - С. 398-404. -0,37/0,12 п.л.

6. Двинских С.А., Почечун В.А., Семячков А.И. Развитие природно-техногенной системы горно-металлургического комплекса // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 4 (часть 2) - С. 405—413. -0,31/0,10 п.л.

7. Почечун В.А. Системный подход в изучении природно-техногенной системы ГМК Среднего Урала // Вопросы современной науки и практики.-2013.-№ 1(45).-С. 10-17.-0,44/0,44 п.л.

8. Семячков А.И., Почечун В.А., Медведев O.A. Эколого-экономическое обоснование использования биогеохимических барьеров в природно-техногенных системах // Вопросы современной науки и практики. -2013. - № 2(46) - С. 15-21. - 0,37/0,12 п.л.

9. Семячков А.И., Рудакова Л.В., Почечун В.А. Обеспечение экологической безопасности жизненных циклов горнодобывающих предприятий // Экономика природопользования. - М.: ВИНИТИ, 2013. - №1. -С. 53-71,- 1,12/0,37 п.л.

10. Хорошавин Л.Б., Медведев O.A., Почечун В.А., Беляков В.А. Проблемы развития геоэкологии нового поколения II Вопросы современной

науки и практики // Вопросы современной науки и практики. - 2013. - № 4(48). - С. 21-29. - 0,35/0,09 п.л.

П.Мельчаков Ю.Л., Семячков А.И., Почечуи В.А., Козаренко А.Е., Суриков В.Т., Архипов М.В. Некоторые тренды аэротехногенного загрязнения на Урале // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10 (часть 11). - С. 2471-2476.-0,31/0,05 п.л.

12. Почечуи В.А., Мельчаков Ю.Л., Бабенко Д.А. Применение системного подхода при изучении природно-техногенных геосистем // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2014. -№ 5. - С. 953-963.-0,69/0,23 п.л.

Монографии в соавторстве:

13. Семячков А.И., Фоминых A.A., Почечуи В.А. Мониторинг и защита окружающей среды железорудных горно-металлургических комплексов. - Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2008. - 243 с. -15,2/5,07 п.л.

14. Семячков А.И., Парфёнова Л.П., Почечуи В.А., Копёнкина O.A. Теория и практика ведения локального экологического мониторинга окружающей среды меднорудных горно-металлургических комплексов. -Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2008. - 225 с. - 14,1/3,53 п.л.

15. Попов А.Н., Почечуи В.А., Семячков А.И. Инновационные технологии защиты водных объектов в горнопромышленных районах / Под ред. проф. А.И. Семячкова. - Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2009,- 128 с.-8/2,67 п.л.

16. Семячков А.И. Почечуи В.А. Продовольственный рынок регионов России в системе глобальных риско / Под общ. ред. академика РАН А.И. Татаркина. - Екатеринбург: УрО РАН, 2012. - 388 с. - Глава 4.9. - С. 375-381.-0,37/0,19 п.л.

Учебные пособия:

17. Семячков А.И., Почечуи В.А., Хисматулин Д.Р. Статистические методы в гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии: учеб. пособие по курсу «Математические методы моделирования в геологии» для студентов специальности 130302 - «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» (ГИГ). - Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2005. - 86 с. -5,4/1.8 п.л.

18. Семячков А.И., Почечуи В.А., Советкин В.Л. Теория, методика и практика геоэкологической оценки окружающей среды горнометаллургических комплексов: учеб. пособие / Под ред. Ю.Г. Ярошенко. -Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. 78 с. -4,9/1,63 п.л.

Статьи в других научных изданиях:

19. Грязное О.Н., Семячков А.И., Почечуи В.А., Пермяков С.А., Михайлов Б.В., Фоминых A.A. Эколого-геохимическое воздействие на окружающую среду техногенно-минеральных образований // Техногенная

трансформация геологической среды: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002. - С. 138-140. - 0,19/0,03 п.л.

20. Почечуи В.А. Мутагенный и тератогенный эффекты тяжелых металлов на биологическую систему // Известия УГГГА. Спец. выпуск. Материалы Уральской горнопромышленной декады, г. Екатеринбург, 10-20 апреля 2003 г. - Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2003. - С. 46^8.-0,19/0,19 п.л.

21. Почечуи В.А. Эколого-геохимическая оценка состояния окружающей среды Кировградского промузла // Экология фундаментальная и прикладная. Проблемы урбанизации / Урал. гос. ун-т. - Екатеринбург, 2005. -С. 269-271.-0,19/0,19 п.л.

22.Семячков А.И., Почечуи В.А. Потоки загрязняющих веществ в водной среде горно-металлургических комплексов // Материалы 7-го Междунар. симп. «Чистая вода России». - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2003. - С. 78-80. - 0,19/0,10 п.л.

23. Семячков А.И., Почечуи В.А. Исследования взаимосвязи загрязнения снежного покрова и биоты // Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов. - Архангельск: Изд-во ИЭПС УрО РАН, 2004. - С. 239-241.-0,19/0,10 п.л.

24. Почечуи В.А., Хисматулин Д.Р. Оценка и прогноз состояния окружающей среды Кировградского промузла // Известия УГГУ. Спец. выпуск. Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, 2005.-С. 121-122.-0,12/0,06 п.л.

25. Фоминых A.A., Семячков А.И., Пермяков С.А., Михайлов Б.В., Почечуи В.А. Мониторинг объектов складирования отходов ОАО «НТМК» как основа реабилитационных мероприятий // IX Международная конференция «Экология и развитие общества». 19-24 июля 2005 г. Труды конф. / Под ред. проф. Л.К. Горшкова. - СПб.: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2005. - С. 220-225. -0,31/0,06 п.л.

26. Семячков А.И., Фоминых A.A., Почечуи В.А., Хисматуллин Д.Р. Мониторинг природной среды горно-металлургических комплексов Среднего Урала // Сергеевские чтения. Инженерно-экологические изыскания в строительстве: теоретические основы, методика, методы и практика. - Вып. 8: Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии и гидрогеологии (23 марта 2006 г.) - М.: Геос, 2006. - С. 71-75. - 0,25/0,06 п.л.

27. Семячков А.И., Почечуи В.А. Оценка и прогноз состояния окружающей среды районов меднорудной промышленности (на примере Кировградского промузла Среднего Урала) // Социальные, медицинские и инженерные вопросы экологической безопасности населения: Труды Сибирского конгресса по экологии с международным участием / МАНЭБ. -Омск, 2006. - С. 103-106.-0,19/0,10 п.л.

28.Семячков А.И., Фоминых A.A., Почечуи В,А. Принципы организации мониторинга окружающей среды в горно-металлургических комплексах Среднего Урала. Антропогенная динамика природной среды. Т. IV: Экологический мониторинг: Материалы междунар. науч-практ. конф. (1620 октября 2006 г., г. Пермь) / Перм. ун-т. - Пермь: Изд. Богатырев П.Г., 2006. -С. 287-293.-0,4/0,13 п.л.

29.Семячков А.И., Почечуи В.А., Хисматулин Д.Р. Оценка и прогноз состояния окружающей среды районов меднорудной промышленности (на примере Кировградского промузла Среднего Урала) // Проблемы геоэкологии, охраны окружающей среды и управления качеством экосистем: Всерос. науч.-практ. конф. - Оренбург, ИПК ГОУ ОГУ, 2006. - С. 139-142. -0,19/0,06 п.л.

30. Кайгородова С.Ю., Мухачева C.B., Семячков А.И., Почечуи В.А, Разработка регламента локального экологического мониторинга для предприятий цветной металлургии // Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: научные и образовательные аспекты: сб. материалов Всерос. научной школы (г. Киров, 28-30 ноября 2006 г.). - Киров: Изд-во ВятГГУ, 2006. - С. 97-99. - 0,13/0,03 п.л.

31. Семячков А.И., Почечуи В.А. Методические основы и результаты локального экологического мониторинга для предприятий цветной металлургии // Сергеевские чтения. Опасные природные и техноприродные экзогенные процессы: закономерности развития, мониторинг и инженерная защита территорий. - Вып. 9: Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (2223 марта 2007 г.). - М.: ГЕОС, 2007. - С. 333-335. - 0,12/0,06 п.л.

32. Семячков А.И., Почечуи В.А. Практика проведения геоэкологической оценки окружающей среды в горно-металлургическом комплексе // 1-й Уральский международный экологический конгресс «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов», 12-14 октября 2007 г. - Том I: Геоэкология. Инженерная экология / Под ред. проф. А.И. Семячкова. - Екатеринбург: Свердл. обл. отделение общественной организации «Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы», 2007,- С. 219-224. -0,31/0,16 п.л.

33. Семячков А.И., Почечуи В.А. Системы экологического мониторинга горно-промышленных регионов // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование: материалы всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Часть 2: Рациональное природопользование / Под общ. ред. А.Я. Гаева, П.В. Панкратьева; Оренб. унт; Перм. ун-т и др. - Оренбург; Пермь, 2008. - С. 359-362. - 0,19/0,10 п.л.

34. Семячков А.И., Фоминых A.A., Михайлов Б.В., Почечуи В.А. Принципы организации мониторинга загрязнения окружающей среды от влияния металлургической промышленности // Экология и развитие

общества: материалы XI междунар. конф., 24-27 мая 2008 г. / Под общ. ред. проф. В.А. Рогалева. - СПб.: МАНЭБ , 2008. - С. 221-226. - 0,31/0,08 п.л.

35.Семячков А.И, Почечуи В.А. Концепция реализации комплексного экологического мониторинга для предприятий меднорудного комплекса // Северные территории России: проблемы и перспективы развития: материалы Всерос. конф. с междунар. участием. - Архангельск: ИЭПС УрО РАН, 2008. - С. 1190-1192. - 0,13/0,07 п.л.

36. Семячков А.И., Почечуи В.А. Методика ведения комплексного экологического мониторинга окружающей среды в железорудных горнометаллургических комплексах // Известия Уральского государственного горного университета. -2008. - Вып. 23. - С. 29-32. - 0,19/0,10 п.л.

37. Попов А.Н., Семячков А.И., Почечуи В.А. Возможность использования искусственных биогеохимических барьеров для защиты водных объектов // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов: Труды междунар. науч.-практ. конф. Пермь, 26-28 мая 2009 г. / Перм. гос. унт. - T.TI: Управление водными ресурсами речных водосборов. - Пермь, 2009. -С. 153-157.-0,25/0,08 п.л.

38. Семячков А.И., Марвин A.M., Почечуи В.А. Экологические нормативы состояния загрязнения компонентов окружающей среды // Сергеевские чтения. - Вып. 12: Научное обоснование актуализации нормативных документов инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий. - М.: Изд-во РУДН, 2010. - С. 403-410. -0,42/0,14 п.л.

39. Семячков А.И., Двинских С.А., Почечуи В.А. Системный подход в изучении природно-технической системы как источника воздействия на окружающую среду // Материалы Общероссийской научной конференции. Иркутск, 5-7 июля 2010. - Иркутск, 2010. - С. 225-228. - 0,19/0,06 п.л.

40. Семячков А.И., Марвин A.M., Почечуи В.А. О возможности использования Drosophila melanogaster при биоиндикации окружающей среды // Всероссийская научная конференция «Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации». - Киров: ВятГТУ, 2010. - С. 226-229. -0,19/0,06 п.л.

41. Семячков А.И., Почечуи В.А. Экологическая оценка дикоросов и плодов культурных растений в экологически напряженных районах зон складирования отходов // Материалы II Уральского международного экологического конгресса «Экологическая . безопасность промышленных регионов». Екатеринбург, Пермь, 17-20 мая 2011 г. / Под ред. проф. А.И. Семячкова. - Екатеринбург: Сверд. обл. отделение общественной организации «Международная академия наук экологии, безопасности

1 08 1 11

человека и природы»; Институт экономики УрО РАН, 2011. - С. 132-138. -0,37/0,19 п.л.

42. Семячков А.И., Почечуи В.А., Архипов М.В., Бадьина Т.А. Геоэкологические, биологические и социально-экономические основы геоэкологии // Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий: материалы Всерос. науч -практ. конф. Екатеринбург, УТТУ, 20-21 декабря 2011 г.)/ Редкол.: Грязное О.Н. (отв. ред.) и др. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. - С. 30-32. -0,13/0,03 п.л.

43. Семячков А.И., Двинских С.А., Почечуи В.А. Мониторинг природно-техногенной системы горно-металлургического комплекса Среднего Урала // Вестник КазНУ. - 2013. - № 2/2(38). - С. 320-324. -0,25/0,08 п.л.

Подписано в печать 26.06.2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать на ризографе. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 5115

Отпечатано в типографии ООО «Издательство УМЦ У ПИ» г. Екатеринбург, ул. Гагарина, 35а, оф.2 Тел.: (343) 362-91-16, 362-91-17

2014156143

2014156143