Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Техногенные факторы изменчивости геоэкосистем лесостепи правобережья Средней Волги

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Техногенные факторы изменчивости геоэкосистем лесостепи правобережья Средней Волги"

На правах рукописи УДК:504.05/504.75

Песков Сергей Николаевич

ТЕХНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕОЭКОСИСТЕМ ЛЕСОСТЕПИ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ СРЕДНЕЙ ВОЛГИ

Специальность: 25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

7 ФЕВ 2013

Санкт-Петербург 2012

005049240

005049240

Работа выполнена на кафедре геологии и геоэкологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена»

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор, профессор кафедры геологии и геоэкологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена» Гавриленко Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. лабораторией гидролесомелиорации федерального бюджетного учреждения «Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства» Константинов Виктор Кузьмич

кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и природопользования федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена» Нестерова Лариса Анатольевна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Ведущая организации:

Защита состоится Мг^Еч 2013 года в !_[[_ часов на заседании Совета Д 212.199.26 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, созданного на базе Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 12, ауд. № 21.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 5.

Автореферат разослан »^ЗУ^^ЛЗОП г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.П. Махова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Уникальность геоэкосистем лесостепи правобережья Средней Волги заключается в том, что на данной территории находятся редчайшие типы северных и южных степей. Здесь представлены уникальные лесные и степные экосистемы испытывающие антропогенный пресс. Они представляют собой весьма редкие в Поволжье природные эталоны, дающие возможность лучше познать природу лесостепья. Район исследования обладает своеобразными природными особенностями: геологической неоднородностью территории, многочисленными овражно-балочными системами, разнообразными отложениями и др. Комплексное исследование природы и результаты проведенных работ позволяют более уверенно прогнозировать тенденции развития ландшафтов исследуемой территории на ближайшую и относительно отдаленную перспективу. При исследовании геоэкологических особенностей лесостепи необходимо выявить суть взаимодействия природных, природно-антропогенных и локальных факторов влияющих на общее экологическое состояние. Территория до сих пор не подвергалась комплексному геоэкологическому исследованию, что и определяет актуальность данного исследования.

Объектом исследования является лесостепь правобережья Средней Волги. В качестве предмета исследования в диссертации выступают факторы изменчивости территории и их влияние на здоровье населения.

Целью диссертационной работы является комплексная геоэкологическая оценка состояния территории, выявление основных факторов загрязнения, закономерностей между загрязнением окружающей среды и здоровьем населения. Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- определение методики исследований геоэкологического состояния региона;

- выявление и картографирование ареалов загрязненных территорий с применением компьютерных технологий;

- определение роли природных, природно-антропогенных, локальных факторов в экологической нестабильности района;

- обоснование необходимости создания природных заповедников;

диагностика основных проблем природопользования для выявления геоэкологических проблем, в том числе на прогнозный период;

- разработка рекомендаций по рационализации дальнейшего природопользования рассматриваемой территории.

Положения, выносимые па защиту:

1. Для лесостепной зоны правобережья Средней Волги важнейшим фактором, обусловливающим изменчивость основных показателей зональности является литогенный, определяющий особенности рельефа и перераспределение почвенных, климатических, гидрографических и других показателей.

2. Установлено, что для выявления влияния антропогенной нагрузки на атмосферный воздух на территории населенных пунктов и в районах автомагистралей целесообразно использовать методы биоиндикации с помощью изучения сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) и березы повислой (Bétula péndula), что позволяет выявить места экологического неблагополучия.

3. Мониторинг изменчивости геоэкологических факторов среды лесостепной зоны правобережья Средней Волги показал, что источниками загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова и растительности являются: природный (региональное превышение природного

з

фонового содержания Fe, Mn, F в подземных водах) и антропогенный (региональное загрязнение от автотранспорта и локальное загрязнение промышленными предприятиями) факторы.

4. Негативное воздействие окружающей среды на человека в регионе проявляется в ухудшении демографических показателей, снижении защитных сил организма, увеличении показателей заболеваемости и смертности населения в местах максимального сосредоточения промышленных предприятий.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

- исследовано влияние факторов антропогенного и природного воздействия на структуры геосистем региона;

- впервые проведено геоэкологическое исследование влияния транспортного фактора и ТЭЦ на качественное состояние снежного и почвенного покровов Пензенской области;

- выяснена степень влияния различных геоэкологических факторов на здоровье населения;

- на основании проведенных геоэкологических исследований природных комплексен Пензенской области впервые разработаны геоэкологические картографические материалы.

Теоретическая значимость проведенного диссертационного исследования состоит в выявлении особенностей развития геоэкосистем лесостепи обширного региона Средней Волги и в дальнейшей разработке принципов геоэкологической оценки территории в условиях антропогенной нагрузки.

Практическое значение работы заключается в использовании положений и выводов, содержащихся в работе, при разработке перспективных схем территориального планирования с учетом геоэкологических факторов. Материал работы может быть использован в высших учебных заведениях при изучении Среднего Поволжья и для создания эколого-географического атласа. Проведенные исследования позволят решить актуальные практические задачи разработки и проведения в исследуемом регионе природоохранных мероприятий, размещения планируемых производственных предприятий на территории лесостепи правобережья Средней Волги. Данные исследования определяют уровень экологической нагрузки и основные экологические проблемы по ранжированным таксономическим единицам, ранее к данной территории не применявшиеся. Данные диссертационной работы переданы в ПГПУ имени В.Г. Белинского, РГПУ им. Герцена, Росприроднадзор по Пензенской области.

Информационную базу исследования составили многочисленные историко-архивные, фондовые, картографические, литературные и научные источники, современная космическая информация. С целью получения информации о геоэкологическом состоянии территории автором было проведено полевое изучение и опробование различных элементов ландшафта, природных вод и атмосферного воздуха. Анализы были произведены в лицензированных лабораториях Росприроднадзора, в Центре гигиены и эпидемиологии и других организаций. Для составления картографического материала были использованы компьютерные программы Photoshop 7.0, CorelDRAW 11, CorelXARA 2.0.

Важнейшими методами исследования являлись: метод системного анализа, наблюдения, эксперимент, сравнения, картографический метод; проводились полевые, лабораторные и камеральные исследования с целью выявления ареалов загрязнения исследуемой территории. Для изучения экологического состояния

природно-территориального комплекса вблизи автомобильных дорог использовались методы фитоиндикации и биоиндикации, основанные на измерении изменчивости физиологических реакций различных растений, в данном случае сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) и березы повислой (Bétula péndula).

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на: II Международной студенческой научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века» (Новосибирск, 2010), Международной научно-практической конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (Волжский университет им. Татищева, 2010), IV Международной научно-практической конференции «Наука и современность - 2010» (Новосибирск, 2010), III Международной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» (Москва, 2010), VII Международной научно-практической конференции «Геология в школе и вузе: геология и цивилизация» (РГПУ им А.И. Герцена, 2011), Международной научно-практической конференции «Геология, геоэкология, эволюционная география» (РГПУ им А.И. Герцена, 2010), Международной научно-практической конференции «Геология, геоэкология, эволюционная география» (РГПУ им А.И. Герцена, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 в журналах числящихся в российских рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основной текст диссертации изложен на 184 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков, 46 таблиц и списка литературы из 202 наименований.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены объект, предмет и цель исследования, основные задачи работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснованы научная новизна и практическая значимость результатов исследования. В первой главе «Природные факторы развития территории» рассмотрены особенности функционирования геоэкосистем в лесостепной зоне правобережья Средней Волги, наряду с теоретическими проблемами геоэкологического мониторинга рассматривается влияние природной среды на геоэкологическое состояние региона.

При исследовании природных условий лесостепи правобережья Средней Волги автором показано влияние одних природных условий на другие, такое наложение причинно-следственных связей позволяет выявить провинциальность территории и определить влияние природных факторов каждой выявленной зоны на геоэкологическое состояние региона в целом. При рассмотрении геологического строения территории проявляется четкая провинциальность. Самая западная часть относится к Пачелмскому прогибу (авлакогену). Территория слагается комплексом пород нижнего мела. Далее на восток Окско-Донская низменность сменяется Керенско-Чембарской структурой сложенной комплексом пород верхнего мела. Восточная часть исследуемого региона представлена Волго-Уральской антеклизой сложенной отложениями палеогенового возраста. Самые древние слои палеогена, получившие название сызранских, сложены опоками и песчаниками. Более молодые отложения палеогена - саратовские слои, представлены иными породами. Четвертичные отложения представлены на отдельных участках долин наиболее крупных рек. В формировании четвертичных отложений важную роль играли

ледниковые морены, проявленные преимущественно в западной части (Кузьмин,2011).

При оценке геологического строения и рельефа территории показано, что западная часть исследуемого региона находящаяся в районе Пачелмского авлакогена, в рельефе представлена Окско-Донской низменностью, вследствие чего поверхность в долине реки Выши наиболее понижена, и не достигает 100 м над уровнем моря. Внутри излучины Суры расположено высокое - до 270 - 300 м -Сурское плато, а в центральной части региона возвышается до 360 м возвышенность Сурская Шишка. К западу от нее выделяются Сурско-Мокшинская и Керенско-Чембарская возвышенности с высотами до 270 - 290 м. Наибольшие высоты в центральной и восточной частях обусловлены нахождением здесь Волго-Уральской антеклизы покрытой осадками палеогенового возраста. Для территории характерны три денудационные ступени (уровни), располагающиеся на абсолютных высотах 100 -120м. (западная часть), 120 - 220м. (центральная часть) и 220 - 320 (восточная) (Марденский, 1986). Эрозия и другие внешние процессы осложнили поверхность, создали ее детали: долины, междуречья, балки, овраги, эоловые холмы, западины, конусы выносов и прочие мелкие формы рельефа.

Зависимость почвообразования от литолого-геологического состава осложняет общий зональный характер распределения почв. При сопоставлении геолого-морфологических особенностей лесостепи правобережья Средней Волги отчетливо проявляется провинциальность в распределении почвенного покрова территории. В западной, наиболее пониженной части, сложенной осадками нижнего мела, наблюдается преобладание различного типа черноземов, а к востоку наиболее повышенной сложенной осадками палеогена, преобладание почв, сформированных древесной растительностью. Для лесов характерны серые лесные и дерново-подзолистые почвы легкого механического состава, для степных пространств — черноземы. Эти различия обусловлены, прежде всего, тем, что леса, кроме пойменных, приурочены преимущественно к почвам легкого механического состава и к возвышенностям, на которых выпадает больше осадков. В северных, лучше увлажненных, частях широко развиты оподзоленные и выщелоченные черноземы. Значительные площади, особенно на северо-западе (Окско-Донская низменность), заняты серыми лесными почвами. К югу степень выщелачивания черноземов ослабевает, и в южных районах преобладают слабо-выщелоченные и типичные черноземы, серые почвы здесь почти отсутствуют.

Климат в лесостепной зоне правобережья Средней Волги умеренно континентальный. Его континентальность увеличивается в восточном направлении. Климатической особенностью является то, что по ее территории в широтном направлении проходит ось барометрического максимума, которая устанавливается в зимнее время как отрог Восточносибирского антициклона. Среднегодовая температура положительная (от +2 до +5° С). Средние температуры января колеблются от -13 (на западе) до -17° С (на востоке). Средние температуры июля составляют от +16 на западе до +21° С на востоке.

Характерной чертой проявления провинциальности в распределении осадков на территории лесостепной зоны правобережья Средней Волги является уменьшение их количества как с севера на юг, так и с востока на запад. Уменьшение осадков с востока на запад связано с тем, что восточная часть региона располагается на Волго-Урачьской антеклизе, которая наиболее приподнята по сравнению с западной частью (Пачелмский авлакоген), в связи, с чем на данной территории выпадает большее

б

количество осадков, что в свою очередь приводит к изменению почвенного и растительного покровов. Среднее распределение годовых осадков в пределах лесостепи составляет от 800 мм на севере до 500 - 450мм на юге. На востоке суммы осадков достигают 650 мм, а западе и в широких долинах рек - 550 мм и менее.

При рассмотрении гидрологических условий автором установлена связь превышения одних химических показателей над другими с запада на восток с изменением геологического строения и почвенного покрова территории. Исследуемый район по условиям формирования стока для Средневолжского бассейна в пределах лесостепной зоны правобережья Средней Волги не является типичным в силу особенностей геолого-литологического строения, климатических условий и почвенно-растителъного покрова. Восточная часть территории имеет большую крутизну склонов, больший уклон междуречных пространств в связи с нахождением на Волго-Уральской антеклизе, в рельефе она представлена наиболее приподнятой частью Приволжской возвышенности, по сравнению с западной частью.

Вышеизложенное позволило сформулировать первое защищаемое положение: для лесостепной зоны правобережья Средней Волги важнейшим фактором, обусловливающим изменчивость основных показателей зональности является литогенный, определяющий особенности рельефа и перераспределение почвенных, климатических, гидрографических и других показателей.

Во второй главе «Особенности проведения комплексного геоэкологического исследования территории» описана методика геоэкологических исследований лесостепи правобережья Средней Волги. Приведены учреждения, в которых проводились исследования, описаны основные места и методы отбора проб воздуха, почвенного покрова, поверхностных и подземных вод, снежного покрова вдоль автомобильных дорог, растительности.

Геоэкологические исследование территории включали подробные исследования атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, биологического разнообразия, снежного и потаенного покрова и др. Они проводились с целью оценки характера, степени и опасности загрязнения территории различными загрязняющими веществами. Исследование данной территории проблематично, из-за недостаточного количества необходимых научных геоэкологических печатных материалов для их анализа и дальнейшего синтеза. Проведено исследование печатной картографической литературы, статистических данных, отчетов Министерства Природных ресурсов и экологии России и Пензенской области, Министерства Здравоохранения России и Пензенской области и др. ведомств. Результатом исследования явились первые картографические материалы геоэкологического состояния региона.

В третьей главе «Техногенные факторы изменчивости среды жизнедеятельности (на примере Пензенской области)» подробно описаны результаты геоэкологических исследований на территории. Подготовлено значительное количество графиков, карт, таблиц представленных в тексте диссертации.

Для исследования атмосферного воздуха Пензенская область была разделена в соответствии с административным делением на 15 районов. Отбор проб проходил относительно центра созданных районов. Для наиболее эффективного исследования проводился отбор проб фоновых концентраций загрязняющих веществ в удаленных от населенных пунктов, автомобильных и железных дорог, производственных предприятий местах.

При исследовании воздушного бассейна в регионах Пензенской области автором выявлено, что измеряемые показатели оставапись в пределах нормы (рис.1). Во всех пробах концентрация бензола составляет менее 0.02 мг/м3 при ПДК 0.2 мг/м3, азота диоксид (в перерасчете на ИОг) менее 0.02 мг/м3 при ПДК 0.2 мг/м3, диоксида серы менее 0.007мг/ м3, сероводорода 0.001 мг/м3 в пробах № 2, 3, 4, 6, 9, 11, 15 -0.0014 мг/м3 в пробах № 1, 12, 14, в пробах № 5, 7, 8 концентрация сероводорода составляет 0.002 мг/м3, концентрация фенолов в пробах № 2, 3, 10, 7 составляет 0.004 мг/м3 в пробе № 1, 4, 5 - 14 0.005 мг/м3, в пробе № 6,12, 13,15 - 0.0036 мг/м3, количество пыли в пробах № 10, 7 составляет 0.009 мг/м3 в пробе № 5-0.21 мг/м3, № 1,4 составляет 6.1 и 5.4 мг/м3 соответственно, основной причиной высокого содержания пыли на данной территории является сосредоточение предприятий в г. Пенза и г. Мокшан, в пробах № 2,3 - 2.1 мг/м3, № 6, 8 - 0,34 мг/м3, № 11,12,13,14,15 содержание пыли не превышает 0.5 мг/м3, концентрация оксида углерода варьирует в пределах 1.1 мг/м3 и 1.7 мг/м3 (№ 6, 9, 10 - 1.4 мг/м3, в пробах № 11,12,13,15 - 1,1 мг/м3, № 1 - 1.7 мг/м3, № 2 - 1,2 мг/м3, № 3,5 - 1.6 мг/м3, максимальное из разовых концентраций по суммарным углеводородам составляет 0.00014 г/с в пробе № 1 -0.0000785 г/с в пробе № 4 - 0.0000655 г/с в пробе № 6 - 0.0000853 г/с в пробе № 13.

Мжпщпш

Рис. 1. Места отбора проб и загрязнение атмосферного воздуха в различных районах

Пензенской области.

На рисунке показано, что основные наиболее загрязненные образцы (красные пунсоны) располагаются непосредственно вдоль федеральных дорог и населенных пунктов. А наименее загрязненные (синие пунсоны) вдали от них. Таким образом, при исследовании выявлена закономерность изменения качества атмосферного воздуха под влиянием населенных пунктов и автомагистралей. Для подтверждения того, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются конкретные предприятия, автором были проведены исследования вблизи наиболее крупных промышленных предприятий области, часть данных была получена в результате исследования статистических отчетов экологических служб.

Автором установлено, что причинами превышения ПДК на отдельных предприятиях являются снижения эффективности работы пылегазоулавливающих установок (ПГУ) и нарушение технологических режимов (применение исходных материалов и нагрузок, не предусмотренных при разработке проекта предельно допустимых выбросов (ПДВ)).

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в городах Пензенской области являются: ЗАО «Элеком» (по сумме твердых веществ 9,7 ПДК), ОАО «Пензмаш» (по хрому шестивалентному 75,3 ПДК, по хлористому водороду 6,7 ПДК), ЗАО «Волгостальмонтаж» (по толуолу 6,8 ПДК), 000«Горводоканал» г.Пенза (по сероводороду 6 ПДК, по аммиаку 40 ПДК, по диоксиду азота 980 ПДК, по окиси углерода 476 ПДК), ООО НПП «Рубин» (по диоксиду азота 6,3 ПДК, по серной кислоте 12,5 ПДК), ЗАО «Пекоф» (по сумме твердых веществ 21,7 ПДК), ФГУП «ПО Электроприбор» (по сумме твердых веществ 85,84 ПДК) и др.

Для исследования экологической ситуации в населенных пунктах Пензенского и Бессоновского районов автором использовались методы биоиндикации.

Объектами исследования служили естественные растительные сообщества (ассоциации) Пензенского района произрастающие на различной территории. В каждом насаждении в период с 9 июля по 14 сентября 2008 г. проведен сбор листьев с укороченных побегов березы повислой из нижней части кроны с целью определения флуктуирующей асимметрии пластических признаков. Всего со 154 учетных деревьев собрано 2309 листьев, пригодных для выполнения анализа. Камеральная обработка полевого материала проводилась по следующей технологии. В качестве наиболее простой системы признаков, удобной для получения большого объема данных для различных популяций, использовали систему промеров листа у растений с билатерально симметричными листьями (березы повислой). Для оценки величины флуктуирующей асимметрии использовали признаки, характеризующие общие морфологические особенности листа, удобные для учета и однозначной оценки (Беляева, 1989).

На каждой листовой пластинке выполнялись по 5 измерений с левой и правой сторон листа. При этом устанавливали: 1 - ширину левой и правой половинок листа (для измерения лист складывали пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки, разгибали лист и по образовавшейся складке проводили измерения); 2 - длину жилки второго порядка, второй от основания листа; 3-расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка; 4-расстояние между концами этих же жилок; 5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Основным подходом при оценке морфологических изменений, вследствие нарушений гомеостаза, является морфогенетический. Снижение эффективности гомеостаза приводит к появлению отклонений от нормального строения различных морфологических признаков. Последствия этих нарушений как явных аномалий, могут быть оценены по величине показателей флуктуирующей асимметрии, как незначительных отклонений от совершенной билатеральной симметрии (Чистякова,2001). В результате автором получены следующие результаты: варьирование показателя флуктуирующей асимметрии 0,0043-0,1774; основное отклонение - 0,0261±0,0004; среднеарифметическая величина - 0,0520±0,0006; коэффициент изменчивости - 50,56±0,93 %; асимметрия вариационного ряда -1,1762±0,0566;

э

Для наиболее полного изучения влияния автотранспорта на атмосферный воздух в населенных пунктах автором проведено исследование, на основе метода фитоиндикации, проведенной на территории Бессоновского района (Кузнецов, Шивякова,1999). Данное исследование показало явную зависимость между интенсивностью движения автотранспорта и содержанием свободного пролина в хвое (таблЛ).

Таблица 1.

Влияние уровня загрязнения атмосферного воздуха на содержание свободного

пролина в хвое сосны обыкновенной

Интенсивность движения на различных автотрассах Расчетный объем выделяемых токсинов в атмосферу, л/час Содержание свободного пролина в хвое, мг

оксид углерода углеводорода диоксид азота

Нет транспорта (контроль) - - - 8,6 ± 1,2

Минимальная 0,033 0,005 0,002 11,6 ±2,6

Низкая 4,461 0,711 0,221 18,4 ±3,4

Средняя 11,966 2,092 1.040 26,9 ± 4.0

Высокая 19,414 10,469 7,115 38,5 ±3,8

Вышеизложенное позволило сформулировать второе защищаемое положение: для выявления влияния антропогенной нагрузки на атмосферный воздух на территории населенных пунктов и в районах автомагистралей целесообразно использовать методы биоиндикации с помощью изучения сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) и березы повислой (Bétula péndula), что позволяет выявить места экологического неблагополучия.

Поверхностные и подземные воды.

При исследовании внутренних вод автором доказана закономерность увеличения загрязняющих веществ от истока к устью. Основной причиной процесса накопления является прохождение реки через населенные пункты, причем концентрация загрязняющих веществ увеличивается после каждого населенного пункта в несколько раз.

В результате исследования выявлены наиболее загрязненные реки области: Ворона, Исса, Кадада, Сура, Пенза (рис.2.) и наименее загрязненные Ломовка, Выша, Мокша, Атмис (рис.3).

Еще одной причиной загрязненности рек области является то, что часть рек поступает па территорию из соседних областей. Данные водные объекты являются заведомо загрязненными из-за влияния на них промышленности соседних регионов. За последние пять лет от 40 до 50% от общего сброса составляют загрязненные сточные воды. Зональность гидрологических условий территории связана с изменением геологического строения и почвенного покрова, что приводит к природному превышению одних химических показателей над другими с запада на восток.

В западной часта на осадках нижнемелового возраста наблюдается превышение природного фона железа (до 4,6 ПДК), минерализации (до 1,4 ПДК), жесткости (до 1,6 ПДК), марганца (до 4,1 ПДК). В центральной части территории

ю

(верхнемеловые осадки) в поверхностных водах наблюдается повышенное содержание железа (1,4 ПДК), натрия (до 1,1 ПДК), марганца (до 2 ПДК). В Восточной части исследуемой территории наблюдается превышение железа (до 6,4 ПДК), марганца (до 2,9 ПДК) натрия (до 2,0 ПДК), хлоридов (до 1,1 ПДК), фтора (до 2,0 ПДК).

Превышения ПДК шгряиянища веществ в штиле* мгуя шеннш реках облает

Марганец Желе» Фемопы

млритаый

Повышения ПДК Ш|)Я1НЯК>Ш11\ вешгетв в наимевн-шряженит реках

1.1.

Ма(*а«сц Железо Фенолы Ахи Медь ЛОСК хпк общее нитртос

Рис.2. Превышение ПДК загрязняющих Рис.3. Превышение ПДК загрязняющих веществ в наиболее загрязненных реках веществ в наименее загрязненных реках области. области.

С целью достижения нормативных показателей по качеству сбрасываемых сточных вод в реки в соответствии с экологическими требованиями, автором разработана концепция водоотведения ливневых стоков с их повсеместной очисткой. Такая масштабная очистка реки от взвешенных веществ предусмотрена впервые.

В работе автором показано, что подземные воды Пензенской области не отвечают требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по 81 случаю из 441 обследованных (по данным статистических служб г. Пензы). Из них 82,7% проб приходится на загрязнение подземных вод компонентами природного происхождения (железо общее, фториды, хлориды и др.). Основные причины загрязнения подземных вод на водозаборах и родниках - несоблюдение реэ/сима в защитно-санитарных округах (ЗСО)1 пояса.

Влияние твердых бытовых отходов (ТБО) на геоэкологическую ситуацию

региона.

На территории Пензенской области автором выявлен ряд потенциально экологически опасных промышленных и военных объектов, которые представляют серьезную угрозу для окружающей среды и населения области. Этими объектами являются: объект по хранению и уничтожению химического оружия, полигон уничтожения обычных авиационных средств поражения, места прошлого уничтожения химического оружия и т.д. Большинство городских, районных и поселковых свалок, не обустроены согласно требованиям законодательства.

На территории области существует порядка 100 городских, районных и поселковых свалок, большинство из которых не обустроены даже в элементарном отношении (рис.4).

Автором показано, что в каждом населенном пункте существуют не менее двух стихийных свалок, зачастую располагающихся в непосредственной близости к жилым

11

строениям и к выходам водных источников. Множество мусора сосредоточено в рекреационных местах области.

Рис.4. География полигонов и несанкционированных свалок Пензенской области.

Только на одном пруду, расположенном недалеко от с. Пазелки сосредоточено около 3 тонн мусора, складированного на месте купания туристов. Нетерпимая обстановка сложилась на Пензенской горсвалке. В значительный период времени своего существования территория свалки площадью порядка 150 га использовалась для сжигания отходов. Ежегодно на городскую свалку поступает как минимум 100 тысяч тонн ТБО. Причём в последние годы, в связи с нахлынувшим потоком импортных товаров в пластиковой упаковке, резко изменился качественный состав отходов.

Проведенный автором лабораторный анализ почвенного покрова в радиусе 4 км от полигона ТБО с. Чемодановка показал, что валовое содержание цинка составляет 1,2 ПДК, меди от 3,0 до 3,7 ПДК, марганца 1,6 ПДК. В пробах почвы в радиусе 4 км от свалки МУП «Кондольское МПО ЖКХ» обнаружено превышение ПДК по марганцу от 3,1 до 6,68 раз. В пробах почвы в радиусе 4 км от свалки МУП «Малосердобинское ЖКХ» обнаружено превышение ПДК по марганцу от 1,6 до 2,5 раз. Вокруг всех свалок наблюдалось повышенное содержание метана, сероводорода, диоксинов и др.

Автором проведено исследование качества снежного покрова вдоль автомобильных дорог, с целью выявления регионального воздействия на геоэкосистемы. Выявлено, что общая длина наиболее загрязненных автомагистралей составляет приблизительно 106 километров, более половины из которых -приходится на федеральные трассы Москва - Челябинск, Саратов - Саранск, и трассу Пенза - Тамбов (рис 5). Наиболее загрязнен снежный покров на трассе Москва - Челябинск, на которой количество автомобилей варьирует от 7000 до 20000 в сутки в обоих направлениях. В местах, где автотрасса проходит около г. Пензы количество автомобилей превышает 20000 в сутки (рис.5). На данной федеральной

Свалки, полигоны ТБО с площадью более 5 га. ^ Свояки, полигоны ТБО с площадыо менее 5 га. • Несанкционированные свалки малых населенных пунктов

ф Свалки ф Полигоны

трассе площадь загрязнения снежного покрова превышает 6000 м2/км, а в местах пересечения автотрасс и административных районных центров площадь загрязнения увеличивается и в отдельных случаях достигает 11 ООО м2/км (около Пензы). Немного меньше загрязнение на федеральной трассе Саранск - Саратов. Так от с. Булычева до пос. Лунино загрязнение снежного покрова составляет от 5900 м2/км до 6570 м2/км, от пос. Лунино и до города Пенза загрязнение увеличивается до 8000-9000 м2/км. На территории трасы проходящей через Пензу загрязнение составляет 10600м2/км на севере до 8300 м2/км на юге. На трассе Пенза - Тамбов - умеренное загрязнение автомобильных дорог с интенсивностью движения от 3000 до 7000 автомобилей в сутки в обоих направлениях.

Условные обозначения.

Центры административных районов

Сильно загрязненные автомобильные дороги с интенсивностью движения 7000-20000 автомобилей в сутки Умерено загрязненные автомобильные дороги с интенсивностью движения 3000-7000 автомобилей в сутки Низко загрязненные автомобильные дороги с интенсивностью движения менее 3000 автомобилей в сутки

Рис.5. Загрязнение снежного покрова вдоль автомобильных дорог Пензенской области.

Площадь загрязнения снежного покрова составляет от Пензы до Каменки 60004600 м2/км, от Каменки до г. Белинский 4500-3300 м2/км, западнее Белинского района загрязнение снежного покрова уменьшается до 3000 м2/км.

Низкое загрязнение автомобильных дорог с интенсивностью автомобильного движения менее 3000 автомобилей в сутки в обоих направлениях наблюдается на областных дорогах, соединяющих районные центры между собой. Плотность загрязнения снежного покрова в разных районах не превышает 3000 м2/км, но в основном оно варьирует от 1700 м2/км до 2800 м2/км. Анализ проб снега показал, что максимальное содержание всех изученных элементов отмечаются вблизи городов и автомобильных дорог. Содержание хлористого натрия в пробах, отобранных на автотрассе М 5, превышает ПДК в 2 раза, в некоторых местах достигает 3700 мг/л, что превышает ПДК в 11 раз, количество нефтепродуктов в пробах варьирует от 2.7 мг/л до 5.1 мг/л, концентрация свинца в пробах составляет № 1 (г. Городище) 0.12 мг/дм3, № 2 (г. Нижний Ломов) 0.15 мг/дм3, № 3 (г. Пенза) более 0.2 мг/дм3, загрязнение цинком наблюдается по всему направлению автодорог федерального

значения и составляет Кя 1 (Спасск) 1.2 мг/дм3, А» 2 (Нижний Ломов) 3.6 мг/дм3, № 4 (г. Кузнецк) 2.7 мг/дм3, максимальная концентрация приходится на пробу № 3 (Пенза) 5.2 мг/дм3.

Автором проводилось исследование почвенного покрова вокруг наиболее крупных ТЭЦ области с целью выявления их влияния на почвенный покров близлежащих территорий и здоровье населения.

Основная закономерность, связанная с географическим распространением загрязняющих веществ, прослеживается во всех группах экологической классификации. Природно-климатические условия в месте расположения ТЭЦ оказывают существенное влияние на рассеивание загрязняющих веществ (ЗВ), но не определяющее. Было рассмотрено состояние почв вокруг наиболее мощных городских теплоэлектроцентралей (ТЭЦ г. Пенза, ТЭЦ г. Каменка, ТЭЦ г. Кузнецк) на примере десяти наиболее значимых химических элементов - загрязнителей (РЬ, 7п, Си, Со, №, Яг, Ва, Сг, V, Аб), объединенных в группы по их экологической классификации (АлексеенкоДООО).

Более подробно опишем состояние почвенного покрова вокруг ТЭЦ города Пенза, так как она обладает большей мощностью а, следовательно, максимальным выбросом загрязняющих веществ. Максимальные концентрации тяжелых металлов в почвах на расстоянии в 500 метров составляют: 7п - 563,86 мг/кг, РЬ - 128,65 мг/кг, Аз -23,116 мг/кг. Наибольшее содержание мышьяка наблюдается на востоке и северо-востоке территории, наименьшее на юго-востоке и юге. Максимальные концентрации тяжелых металлов в почвах на расстоянии в 1000 метров составляют: '¿п - 593,77 мг/кг, РЬ - 132,74 мг/кг, Аэ - 24,102 мг/кг. При сравнении рассматриваемых нами проб на расстояниях 500 и 1000 метров от источника загрязнения, мы можем отметить явно выраженное превышение концентрации всех трех элементов, а наибольшие показатели превышения ПДК валового содержания наблюдается у цинка и свинца на расстоянии 500 метров. Причиной является нахождение на данной территории автопарка. Максимальная концентрация загрязняющих веществ на расстоянии 500 метров: Сг - 191,54 мг/кг, N1 - 53,712 мг/кг, Си - 52,783 мг/кг, Со - 12,6491 мг/кг. Прослеживается практически равномерное распределение исследуемых элементов по всем сторонам света. Максимальное содержание исследуемых элементов на расстоянии в 1000 метров вокруг ТЭЦ составляет: Сг - 199,36 мг/кг; Си - 45,753 мг/кг; № - 48,241 мг/кг; Со - 14,281 мг/кг. Максимальное содержание 8г - 195,10 мг/кг; V -111,648 мг/кг, Ва - 537,93 мг/кг на расстоянии 500 метров и йг - 260 мг/кг; V - 114,76 мг/кг, Ва - 985,31 мг/кг на расстоянии 1000 метров. В загрязнение почвы вносят довольно ощутимый вклад перенос воздушных масс, благодаря которым мы видим явное преобладание загрязняющих веществ на юге, северо-западе и юго-западе, следующая причина загрязнения - антропогенное изменение ландшафта вследствие образования антропогенных почво-грунтов в результате строительства дорожных и канализационных сетей, жилых секторов, других видов производственной деятельности, сосредоточенных на незначительном участке.

Вышеизложенное позволило сформулировать третье защищаемое положение: мониторинг изменчивости геоэкологических факторов среды лесостепной зоны правобережья Средней Волги показал, что источниками загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова и растительности являются: природный (региональное превышение природного фонового содержания Ре, Мп, в подземных водах) и антропогенный (региональное загрязнение от

автотранспорта и локальное загрязнение промышленными предприятиями) факторы.

В четвертой главе «Влияние техногенной деятельности на состояние здоровья и демографические показатели» описана оценка риска вредных для здоровья факторов окружающей среды, оценка медико-демографического состояния населения области, рассмотрено локальное влияние техногенной деятельности на здоровье населения Пензенской области.

При исследовании промышленного производства районов Пензенской области (Никольского, Белинского, Кузнецкого, Бессоновского, Камешкирского и др.) автором были выявлены территории наиболее загрязненные (Пензенский район) и наименее загрязненные (Никольский район). Ярко выраженной территорией с максимальным сосредоточением промышленных предприятий является Пензенский район, с административным центром в г. Пенза. На данной территории представлены предприятия машиностроения и металлообработки, легкой промышленности (швейная, пенькообрабатывающая, трикотажная), пищевой промышленности (мукомольно-крупяная, маслосыродельная и молочная, мясная, кондитерская, винно-водочная, пивоварение), деревообрабатывающей промышленности (целлюлозно-бумажная и др.), медико-фармацевтической и т.д. В наименее загрязненном Никольском районе представлены небольшие предприятия легкой, пищевой, стекольно-фаянсовой промышленности.

250 200 150 100 50 О

Ifcb -

■ Пензенский район Никольский район

Болезни оганов Вызовы скор Болезни Болезни Младенческая Нарушение

пищ-я на 10000 помощи на органов органов смертность на ЦНС на 1000

нас 1000 нас дыхания на кровообрна 1000 нас нас

100000 нас 1СЮООО нас

Рис.7. Смертность населения в различных районах Пензенской области 160

^Пензенский район Никольский район

Болезни органов дыхания на ЮООООнас 81 61

Злокачественные новообразования на ЮООООнас 139 119

Рис.8. Впервые выявленные злокачественные новообразования и болезни органов дыхательных путей (на 100000 нас.)

На рис. 7,8 представлены результаты сравнения смертности населения, впервые выявленных злокачественных новообразований и болезней органов дыхания в указанных выше двух районах Пензенской области.

При сравнении обоих районов отчетливо проявляется превышение всех значений в местах большего сосредоточения промышленных предприятий (Пензенский район), по сравнению с районами с незначительным развитием промышленных предприятий (Никольский район). Производственные предприятия не оказывают глобального влияния на состояние окружающей среды, за исключением районов с максимальным сосредоточением производственных комплексов. Изменение показателей также зависит от демографической ситуации, социально-экономического и социально-гигиенического состояния населения районов и области, массивной урбанизации, применения новых технических устройств (СВЧ печи, мобильные телефоны и др.), неудовлетворительного демографического состояния, вредных привычек и многих других факторов.

Вышеизложенное позволило сформулировать четвертое защищаемое положение: негативное воздействие окружающей среды на человека в регионе проявляется в ухудшении демографических показателей, снижении защитных сил организма, увеличении показателей заболеваемости и смертности населения в местах максимального сосредоточения промышленных предприятий.

В заключении приведены основные выводы и результаты, полученные в ходе проделанной работы, а также указаны методические рекомендации по улучшению качества природной среды региона.

Основные результаты проделанной работы:

- для лесостепной зоны правобережья Средней Волги важнейшим фактором, обусловливающим изменчивость основных показателей зональности является литогенный, определяющий особенности рельефа и перераспределение почвенных, климатических, гидрографических и других показателей;

- для выявления влияния антропогенной нагрузки на атмосферный воздух на территории населенных пунктов и в районах автомагистралей лесостепи правобережья Средней Волги впервые использованы методы биоиндикации с помощью изучения сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris) и березы повислой (Bétula péndula).

- мониторинг изменчивости геоэкологических факторов среды лесостепной зоны правобережья Средней Волги показал, что источниками загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова и растительности являются: природный (региональное превышение природного фонового содержания Fe, Mn, F в подземных водах) и антропогенный (региональное загрязнение от автотранспорта и локальное загрязнение промышленными предприятиями) факторы.

- установлено, что негативное воздействие окружающей среды на человека в регионе проявляется в ухудшении демографических показателей, снижении защитных сил организма, увеличении показателей заболеваемости и смертности населения в местах максимального сосредоточения промышленных предприятий.

III. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Песков С.Н. Геоэкологическая проблема загрязнения окружающей среды твердыми бытовыми отходами на территории Пензенской области и их влияние на население // Безопасность жизнедеятельности. - №. 8 (128), 2011. - С. 39-42 (0,4 п.л.)

2. Песков С.Н. Проблемы очистки ливневых сточных вод, поступающих в реку Сура с территории города Пенза // Безопасность жизнедеятельности. - №. 3 (123), 2011.-С. 34-38(0,4 п.л.)

3. Песков С.Н. Влияние техногенного фактора на демографическую ситуацию и здоровье населения Пензенской области // Наука и современность - 2010: IV Международная научно-практическая конференция. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010.-С. 125-129 (0,4 п.л.)

4. Песков С.Н., Гавриленко В.В. Основные природные факторы, влияющие на геоэкологическое состояние Пензенской области // Геология, геоэкология, эволюционная география. Т.Х:Сб. науч. тр. / Под ред. Е.М. Нестерова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2010. - С. 114-119 (0,4 п.л./0,3 п.л.)

5. Песков С.Н., Гавриленко В.В. Природно-территориальный комплекс г. Пензы «Ахунский лес»: геоэкологическое состояние и пути рационального природопользования. // Геология, геоэкология, эволюционная география. Т.1Х:Сб. науч. тр. / Под ред. Е.М. Нестерова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2009. - С. 145-147 (0,2 п.л./0,1 п.л.)

6. Песков С.Н. Геоэкологическое состояние рек и структура сбрасываемых сточных вод Пензенской области // Интеллектуальный потенциал XXI века: Сборник материалов II Международной студенческой научно-практической конференции / Новосибирск: Издат НГТУ, 2010. - С. 16-20 (0,4 п.л.)

7. Песков С.Н. Геоэкологические проблемы утилизации твердых бытовых отходов на территории пензенской области // Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики»:Материалы VII Международной научно-практической конференции // Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды. - Тольятти: Волжский университет им. Татищева, 2010. - С. 288-295 (0,5 п.л.)

8. Песков С.Н., Гавриленко В.В. Природные факторы в формировании окружающей среды Пензенской области // Геология в школе и вузе: геология и цивилизация. VII Международная конференция: Сборник научных трудов. T.I / Под ред. Е.М. Нестерова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2011. - С. 268-275 (0,5 п.л./0,3 п.л.)

9. Песков С.Н. Влияние автотранспорта на загрязнение снежного покрова вдоль крупных магистралей Пензенской области // Современные проблемы гуманитарных и естественных наук»:Ш Международная научно-практическая конференция. - М.: НИЦ, 2010.-С. 113-117 (0,4 п.л)

Ю.Песков С.Н. Влияние техногенного фактора на поверхностные воды Волжского бассейна Пензенской области // Стратегия устойчивого развития регионов России: Сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции / Под общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012 (март). - С. 170-176 (0,5 п.л.)

Подписано к печати 10.12.2012 Формат 60х84/16.Бумага офсетная. Печать офсетная. 0бъем:0,75 п л. Тираж: 110 экз. Заказ №212.

Отпечатано в типографии ООО «Копи-Р Групп» 190000, Россия,Санкт-Петербург,пер. Гривцова, д. 6, лит. Б