Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Радиационный фактор в антропогенном загрязнении окружающей среды 8
1.1. Проблема антропогенного загрязнения окружающей среды 8
1.2. Радиоактивное загрязнение окружающей среды 12
1.3 Экологическая политика в управлении природопользованием 47
Глава 2. Методика исследования 55
2.1. Радиоэкологическая классификация типов леса 55
2.2. Методические подходы к оценке устойчивости территории к воздействию радиоэкологического фактора 65
Глава 3. Радиочувствительность лесных экосистем как основной критерий предельно допустимого радиационного воздействия на наземные экосистемы 69
3.1. Чувствительность лесных экосистем к радиационному воздействию 69
3.2. Радиоэкологическая классификация территории субъектов Российской Федерации 81
Глава 4. Геоэкологическая классификация территории Российской Федерации по степени опасности воздействия радиоэкологического фактора на экосистемы 93
4.1. Природные критерии оценки потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора на экосистемы 93
4.2. Социально-экономические критерии оценки потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора на экосистемы 122
Глава 5. Оценка степени потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора для целей управления природопользованием 137
5.1. Комплексная оценка территории Российской Федерации по степени потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора 137
5.2. Оценка степени потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора на территории субъекта Российской Федерации на примере Республики Саха (Якутия). 149
5.3. Управление природопользованием в субъектах Российской Федерации в условиях воздействия радиоэкологического фактора 160
Заключение 165
Литература 169
Приложение 1 Основные термины и определения 185
Приложение 2 Естественные и искусственные радиоизотопы 191
- Проблема антропогенного загрязнения окружающей среды
- Чувствительность лесных экосистем к радиационному воздействию
- Природные критерии оценки потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора на экосистемы
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Начиная с середины XX в. одной из актуальных экологических проблем стало радиоактивное загрязнение окружающей среды, связанное с испытанием ядерного оружия, широким распространением радиационно опасных объектов, используемых для гражданских и военных целей. С этими процессами связаны радиоактивные осадки, вызванные испытаниями ядерного оружия и авариями на атомных объектах, а также необходимость захоронения ядерных отходов. В настоящее время Россия обладает высокой степенью реального и потенциального риска радиационного загрязнения. При этом использование ядерной энергии в обозримом будущем будет увеличиваться.
Особую значимость в условиях риска радиоактивного загрязнения приобретают количественные оценки воздействия ионизирующего излучения на природную среду, на основании которых могут быть приняты соответствующие экологические нормативы. Для человека действуют «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)», «Санитарные правила и нормы», «Строительные нормы и правила» и др. Эти нормативные документы, так или иначе, регламентируют воздействие радиации на здоровье. Однако для экосистем такие нормы или правила отсутствуют, и природная среда является относительно защищенной от вредного ионизирующего воздействия лишь в местах пребывания человека. Следовательно, действенного механизма защиты экосистем от воздействия ионизирующего излучения не существует. В этих условиях проведение геоэкологической оценки устойчивости территории к воздействию ионизирующего излучения и анализа факторов, ограничивающих данное воздействие на экосистемы, становится особенно актуальным, что и предпринято в рамках настоящего диссертационного исследования.
При подготовке диссертации использованы научные подходы, разработанные Н.Н. Баранским, В.В. Докучаевым, А.Н. Красновым, А.А. Минцем, Г.Ф. Морозовым, Ю.Г. Саушкиным, В.Н. Сукачевым, Г.И. Танфильевым, и развитые в работах В.Л. Бабурина, Г.И: Гладкевич, Ю.Л. Мазурова, Г.А. Приваловской, Т.Г. Руновой и др. В работе также использованы методы радиоэкологии, основы которых заложены в трудах В.И. Вернадского, Н.В. Тимофеева-Ресовского, А.В. Абатурова, P.M. Алексахина, Ю.А. Израэля, Д.А. Криволуцкого, А.Д. Покаржевского, А.И. Таскаева. Дальнейшее развитие данного направления связано с исследованиями Е.И. Голубевой, Д.М. Гродзинского, Р.Т. Карабаня, В.Г. Линника, И.И. Марадудина, А.В. Маркелова, Д.А. Маркелова, А.А. Мартынюка, В.И. Мигунова, Н.Я. Минеевой, А.В. Панфилова, А.П. Рябинкова, Д.А. Спирина, В.Д. Старкова, Ф.А. Тихомирова, Е.Ю. Успенской, В.А. Шубина, А.И. Щеглова и др.
Объект исследования - лесные экосистемы территории России в условиях воздействия радиоэкологического фактора.
Предмет исследования - оценка устойчивости территорий субъектов Российской Федерации к воздействию радиоэкологического фактора.
Цель исследования - разработка научных основ управления природопользованием в субъектах Российской Федерации в условиях воздействия радиоэкологического фактора.
Задачи диссертационного исследования:
1) обоснование диапазона допустимого воздействия ионизирующего излучения на основные лесообразующие породы;
2) классификация лесов России по устойчивости к воздействию радиационного фактора с учетом административно-территориального деления, проведенная на основе существующей радиоэкологической классификации типов леса;
3) выбор критериев для оценки потенциальной опасности воздействия ионизирующего излучения на экосистемы территорий субъектов Российской Федерации;
4) районирование территории Российской Федерации по устойчивости к потенциальной опасности воздействия ионизирующего излучения для управления природопользованием в данной сфере воздействия.
Под степенью потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора нами понимается устойчивость экосистем на территории субъектов Российской Федерации к воздействию ионизирующего излучения на ранней стадии гипотетической радиационной аварии.
Методологическая основа и информационная база. Методологической основой исследования послужил системный подход. Специфика исследования обусловила необходимость опоры на идеи физической и социально-экономической географии. При работе над диссертацией автором использованы методы - радиоэкологический, картографический, сравнительно-географический, статистический, комплексной оценки, а также применялись ГИС-технологи, в частности, при создании карт использовалась программа Arc View GIS Version 3.1.
Теоретической и информационной основой послужили работы отечественных и зарубежных географов, экологов, нормативные правовые акты Российской Федерации, а также данные Министерства природных ресурсов Российской Федерации, Рослесхоза, Госкомстата и др.
Научная новизна работы. В диссертации впервые разработана классификация территорий субъектов Российской Федерации по степени потенциальной опасности радиационного воздействия, основанная на комплексной оценке природных и социальных условий. Помимо этого, предложены рекомендации по управлению природопользованием в условиях воздействия радиоэкологического фактора, основывающиеся на использовании указанной комплексной оценки.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для обоснования критических нагрузок при проведении нормирования воздействия ионизирующего излучения на экосистемы. Создана серия карт, отображающих пространственное распределение показателей, влияющих на радиорезистентность территорий. Предложенный подход может быть использован как при анализе воздействия ионизирующего излучения, так и при исследовании антропогенного воздействия другого типа, например, химического загрязнения. Кроме того, на основании разработанных в диссертации рекомендаций могут приниматься управленческие решения при планировании размещения объектов потенциальной радиационной опасности, оценке экологической ситуации и проведении мониторинга на территории административно-территориальных единиц различного ранга.
Апробация работы. Основные идеи и результаты работы рассматривались на заседании ученого совета Всероссийского научно-исследовательского института охраны природы в 2001 г., заседании кафедры рационального природопользования в 2004 г., заседании научно-технического совета центра эколого-географический исследований ГУЛ МОС НПО «Радон» в 2005 г. Они также используются на географическом факультете в учебном процессе в курсах «Общая экология» и «Управление природопользованием».
Основные положения диссертации также докладывались на следующих научных конференциях: «Всероссийская конференции молодых ученых и специалистов, посвященная 225-летию государственного университета по землеустройству» (Москва, 2004); «Экология промышленного региона и экологическое образование» (Нижний Тагил, 2004); «X Кирилло-Мефодиевские чтения» (Смоленск, 2004); «Инженерная экология-2005» (Москва, 2005); «Рациональное природопользование» (Москва, 2005), «Инженерная экология-2007» (Москва, 2007).
Личный вклад автора. Работа выполнена в рамках научных исследований, проводимых кафедрой РПП географического факультета МГУ и Всероссийским научно-исследовательским институтом охраны природы, в процессе выполнения одного из этапов программы «Создание единой государственной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации».
Определены основные направления и программа исследования. Проведена разработка и апробация методик научного исследования, осуществлялся сбор, обработка и анализ литературной и фондовой информации. Создана серия соответствующих карт. Кроме того, автор принимал участие в полевых исследованиях по изучению состояния лесных экосистем в зонах интенсивного техногенного воздействия.
Благодарности. Автор благодарит д.г.н. А.С. Викторова, к.г.н. Т.А. Воробьеву, д.г.н. Ю.Л. Мазурова, д.б.н. И.И. Марадудина, к.б.н. А.А. Мартынюка, д.г.н. Н.С. Мироненко, к.г.н. Н.И. Тульскую, коллектив кафедры рационального природопользования за консультации, замечания и помощь при подготовке диссертации. На протяжении всего периода работы неоценимую помощь оказывала к.б.н. Е.Ю. Успенская, за что автор ей искренне признателен.
Проблема антропогенного загрязнения окружающей среды
Загрязнение природной среды человеком прослеживается на протяжении всей истории человечества. Резкий скачок загрязнения произошел во второй половине XX века, что связано с беспрецедентным ростом населения планеты и производства. В результате загрязнение среды стало одной из острейших глобальных проблем (Голубев, 1999).
В современных условиях загрязнение - это главный фактор формирования экологической ситуации. Под загрязнением понимается процесс поступления и накопления в окружающей среде вредных веществ в опасных для этой среды и для человека концентрациях, превышающих фоновые значения. (Мазуров, Пакина, 2003).
Загрязнение может быть связано как с естественными причинами (вулканизм, лесные пожары, пыльные бури и др.), так и с производственной деятельностью человека - антропогенное загрязнение. В современных условиях число лесных пожаров и пыльных бурь существенно возросло под влиянием антропогенных факторов (Одум, 1975).
В процессе загрязнения окружающей среды происходит прогрессирующее накопление загрязняющих веществ в живых организмах и на так называемых геохимических барьерах - почвенном гумусе, в торфяниках, донных отложениях водоемов и пр. В результате могут создаваться геохимические аномалии с уровнями загрязнения, опасными для здоровья людей (Мягков, 1992). Широко известны такие негативные последствия загрязнения среды, как кислотные дожди, различные виды смога, эвтрофикация водоемов, специфические заболевания и др. (Данилов-Данильян, 1999).
Обычно загрязнение подразделяется на следующие виды:
химическое (выбросы газов, аэрозолей, пыли, копоти, сажи, сбросы сточных вод и т.п. от производственных и коммунальных объектов, транспорта и др.);
физическое (радиоактивное, электромагнитное, шумовое или
акустическое, тепловое);
биологическое (бактериологическое, вирусное, распространение сорных растений, вредных животных и т.д.);
эстетическое или визуальное (резкое изменение привычного облика природных ландшафтов, особенно наиболее ценных - эталонных или уникальных, вследствие строительства или других значительных преобразований естественной среды).
В реальной жизни при оценке экологической ситуации в расчет принимается прежде всего химическое загрязнение как наиболее массовое и практически повсеместное. Все без исключения города с их промышленными предприятиями, коммунальными объектами и транспортом являются источником поступления в окружающую среду (воздух, подземные и поверхностные воды, почвы) разного рода загрязняющих веществ (поллютантов). В зависимости от токсичности последние дифференцированы по классам санитарной вредности: от первого (наиболее опасные, такие, как бенз(а)пирен, соединения тяжелых металлов и т.д.) до четвертого (мало опасные вещества, например, окись углерода, обычная пыль и др.) (Данилов-Данильян, 1999).
По мере накопления вредных веществ в окружающей среде экологическая ситуация все больше сказывается как на развитии производства, так и на качестве жизни людей. Специальными исследованиями установлена зависимость между уровнем и характером загрязненности среды с одной стороны, и эффективностью экономики региона с другой. Так, например, выявлены формы и степень отрицательного воздействия атмосферных загрязнений на урожайность, питательную и кормовую ценность сельскохозяйственных культур, состояние лесонасаждений. Определено, что водные загрязнения снижают продуктивность животноводства и качество его продукции, ухудшают условия орошаемого земледелия сокращают продуктивность рыбного хозяйства. Под воздействием загрязняющих веществ резко ускоряется коррозия металлов, и их сплавов. Интенсификация коррозионных процессов в химически агрессивной (загрязненной) среде, а также повышение загрязненности и засоренности технологического оборудования, ведут в конечном счете к ускорению износа основных фондов (Гладкевич и др., 1993).
Специфическим феноменом современной экологической ситуации стало трансграничное загрязнение, распространяемое в атмосфере и гидросфере и порождающее серьезные проблемы международных экологических отношений (Кочуров, 2003).
При анализе экологической ситуации часто пользуются понятием предельно допустимой концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в среде -воздушной, водной или почвенной. ПДК - это такое содержание вредных веществ в среде, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченно долгого времени не может вызвать у человека каких-либо патологических изменений или заболеваний. В практических целях пользуются также таким индикатором экологической ситуации как индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), определяемый по сумме пяти наибольших для рассматриваемого поселения среднегодовых концентраций поллютантов, выраженных в ПДК. Требования, предъявляемые к ПДК в Российской Федерации, являются более жесткими, чем в большинстве других стран мира (Мазуров, Пакина, 2003).
Чувствительность лесных экосистем к радиационному воздействию
Основной критерий предельно-допустимого радиационного воздействия на экосистемы основан на оценке из радиочувствительности. Среди наземных экосистем особое место занимают лесные экосистемы, выполняющие важнейшую биосферную функцию, значение которой трудно переоценить.
Леса играют планетарную роль в сдерживании глобальных изменений климата, регулировании углеродного бюджета, поддержании кислородного баланса в атмосфере, водного баланса суши, защите почв от эрозии (Марадудин и др., 2001). Кроме того, в Российской Федерации леса представляют собой обширный по размерам, разнообразный и сложный по структуре объект хозяйственной деятельности, имеющий большое значение в экономике (заготовка древесины, других полезностей леса, рекреационные функции и др.).
Кроме того, наиболее эффективным «фильтром» для радионуклидов выпадающих с глобальными выпадениями, являются древесные яруса растительности (Алексахин, Нарышкин, 1977).
Загрязнения радионуклидами лесных экосистем могут быть достаточно разнообразны (Клечковский, 1958; Маркелов, 1999; Нифонтова; 1997; Радиоэкология животных, 1978; Смирнов, 1993; Тестов и др, 1988, Тихомиров, 1993; Щеглов и др., 1992, 1999 и др.) они описаны для самых разных организмов (Методические указания..., 1985); но методология защиты естественной живой природы здесь принципиально отлична от защиты человека (Гродзинский, 1989). Если по санитарно-гигиеническим и социальным требованиям должен быть надежно защищен каждый индивидуум (Голутвина; 1989), то для растительного и животного мира даже самые жесткие требования не идут дальше защиты природных популяций, обеспечения возможности их естественного самовозобновления (Дубинин, 1966). А это даже для организмов с одинаковой радиочувствительностью допускает смягчения нормативов по облучению как минимум на 2 порядка, т.е. в 100 раз, поскольку и при таких показателях основная часть популяций животных и растений способна обеспечить репродуктивное возобновление популяции (Криволуцкий, 1994). Но при этом вполне возможно теоретически и реально регистрируется на практике наличие в экосистемах радиационных заповедников особей, популяций и сообществ явно страдающих от ионизирующего излучения (Ильенко, 1971; Карабань и др., 1968; Криволуцкий, 1996).
Зональные особенности распределения в окружающей среде поступивших радионуклидов определяются миграционными свойствами самих радионуклидов, их неизотопных носителей, то есть химических элементов-аналогов, и миграционной способностью ландшафтов (Маркелов и др., 2001).
Применение критериев предельно-допустимого радиационного воздействия на наземные экосистемы осуществляется в соответствии с административно-территориальным делением территории Российской Федерации. Границы диапазона численных значений предельно-допустимого радиационного воздействия на наземные экосистемы для данного субъекта РФ определяются на основе радиоэкологического класса рассматриваемой территории.
В случае, когда в пределах границ рассматриваемого субъекта Российской Федерации находятся территории различного радиоэкологического класса, разработка критериев осуществляется по наиболее уязвимому классу, находящемуся на данной территории.
Разработка критериев регионального и локального уровня осуществляется в соответствии с Картой районирования территории Российской Федерации для целей экологического нормирования, радиационного воздействия на наземные экосистемы на основе принадлежности рассматриваемой территории к определенной провинции. Данная карта построена посредством наложения границ современных субъектов Российской Федерации на карту лесорастительного районирования, созданную Курнаевым С.Ф. (Курнаев, 1973).
Нормативы допустимого воздействия ионизирующего излучения на окружающую среду локального и регионального уровня определяются на основе характеристик наземных экосистем округов, выделенных в пределах провинций в соответствии с картой районирования территории Российской Федерации для целей экологического нормирования радиационного воздействия на наземные экосистемы.
Диапазон значений критериев радиационного воздействия на наземные экосистемы для данной территории (регионального и локального уровня) определяется на основе специально разработанной методики-в соответствии с характеристиками рассматриваемой экосистемы.
В соответствии с Концепцией экологического нормирования в Российской Федерации, целью экологического нормирования является регламентация антропогенных воздействий до экологически обоснованного, социально и экономически приемлемого уровня, при котором не происходит существенных структурно-функциональных изменений в окружающей среде.
Природные критерии оценки потенциальной опасности воздействия радиоэкологического фактора на экосистемы
Ландшафт, как целостная территориальная система, обладает определённым экологическим потенциалом, т.е. способностью обеспечивать живущих в нём людей необходимыми условиями: теплом, водой, средствами питания, условиями труда на открытом воздухе, возможностями отдыха (рекреационными ресурсами) и лечения.
Природный экологический потенциал ландшафта определяется, прежде всего, климатом. Наряду с тепло- обеспеченностью и термической комфортностью для жизни населения существенное экологическое значение имеют атмосферные осадки, влажность, скорость ветра, продолжительность периода с устойчивым, снежным по кровом, опасные климатические явления. Экологический потенциал ландшафта определяется также водообеспеченностью. Очень сложно и многообразно экологическое значение для человека биотических компонентов ландшафта растительного и животного мира. Растительный покров - это источник кислорода, средств питания и лекарственных средств; исключительно его рекреационное и эстетическое значение (Исаченко, 2002).
Оценка экологического потенциала ландшафтов сложна из-за многообразия признаков (критериев) этой оценки и отсутствия для них общей единицы измерения. В качестве общей оценки на карте приняты уровни экологического потенциала (от наинизшего, экстремального, до наивысшего), определяемые тепло- и влагообеспеченностью, от которых, в свою очередь, зависит территориальная дифференциация биологических, биогеохимических и многих других экологических показателей. Интегральным показателем тепло- и влагообеспеченности служит индекс биологической эффективности климата (ТК) по Н.Н. Иванову. Этот показатель представляет собой произведение годовой суммы активных температур воздуха выше 10С на коэффициент увлажнения (отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости). В зависимости от величины индекса ТК ландшафты распределены по уровням экологического потенциала: 0-8 - очень низкий, 8-12 - низкий, 12-16 - средний, 16-20 -относительно высокий, 20 и более - высокий. Принятую группировку надо рассматривать как примерную. Наивысшие значения ТК, близкие к 30-40, наблюдаются на Черноморском побережье Кавказа, а экстремальные, исключающие постоянное проживание населения, - на арктических островах. Зона экологического оптимума - средняя полоса Европейской России (ТК около 20-24). К северу и к югу от неё естественные условия обитания ухудшаются: к северу - вследствие общего понижения запасов тепла и сокращения комфортного периода, к югу - вследствие снижения естественной влагообеспеченности и из-за избытка тепла. Экологические условия заметно ухудшаются также по мере удаления от зоны экологического оптимума на восток. В этом направлении нарастает континентальность климата, усиливается продолжительность и суровость зимы, расширяется зона многолетней мерзлоты, беднеет состав растительного покрова. В Западной Сибири на широте экологического оптимума ТК уменьшается до 18, а в Восточной Сибири - до 10 (Исаченко, 2002).
Ухудшение основных условий обитания происходит и по мере возрастания высоты территории над уровнем моря. Горные ландшафты в этом отношении существенно отличаются от равнинных и имеют более низкий экологический потенциал.
Цель оценки экологического потенциала ландшафтов - дать общее представление об условиях существования в них людей, создать естественнонаучную основу для разумной региональной экологической политики, совершенствования системы расселения и социальной сферы, рациональной организации труда и отдыха, охраны здоровья населения (Исаченко, 2002).
