Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Мониторинг снежного покрова 12
1.2. Характеристика обследованных территорий 37
1.3. Характеристика металлов 41
Глава 2. Экспериментальная часть 45
2.1. Технология отбора снеговых проб 45
2.2. Поступление пыли на снежный покров 52
2.3. Приготовление аналитических образцов из водной фазы
2.4. Приготовление аналитических образцов из твердой фазы 55
2.5. Атомно-абсорбционный анализ аналитических образцов 55
2.6. Статистическая обработка результатов 56
Глава 3. Обсуждение основных результатов 59
3.1 Аэротехногенное поступление металлов на территорию Республики Татарстан
3.2. Оценка аэротехногенного загрязнения снежного покрова металлами (на примере Республики Татарстан)
3.3. Оценка аэротехногенного загрязнения почв крупных промышленных центров Республики Татарстан металлами
3.4. Аэротехногенный эффект загрязнения поверхностных водоемов Диффузное загрязнение металлов поверхностных водных объектов Республики Татарстан со снеговыми стоками (на примере озер Дальний, Средний и Ближний Кабан)
Выводы 138
Список использованных источников
- Характеристика обследованных территорий
- Приготовление аналитических образцов из водной фазы
- Статистическая обработка результатов
- Оценка аэротехногенного загрязнения почв крупных промышленных центров Республики Татарстан металлами
Введение к работе
Актуальность исследования.
Концепция экологической безопасности Республики Татарстан (РТ), намеченная на 2007-2015 годы, и предполагающая проведение эффективной экологической профилактики, сбалансированное и рациональное использование природных ресурсов, постоянный контроль состояния окружающей среды, разработку региональных экологических нормативов, внедрение экологически безопасных технологий и систем экологического менеджмента на предприятиях, не может быть реализована без оценочных характеристик поступлений металлов в результате антропогенной деятельности. В то же время уровень экологических нормативов требует усовершенствования.
Так как значительная часть территории РТ подвержена влиянию предприятий химической и нефтехимической промышленности, актуальной проблемой является комплексное экологическое исследование степени загрязнения природных депонирующих сред (снежного покрова, почв, воды) РТ химическими соединениями металлов для принятия управленческих решений выявленных экологических проблем.
Данное исследование было включено в число программных природоохранных мероприятий Министерства экологии и природных ресурсов РТ 2005-2009 г.г., утвержденных Кабинетом Министров РТ.
Целью исследований являлась разработка способов оценки аэротехногенного загрязнения природных сред на базе анализа поступления металлов на снежный покров.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
- разработка способа оценки интенсивности процесса загрязнения снежного покрова металлами, независимого от фоновых нормативных показателей;
- усовершенствование способа оценки интенсивности загрязнения почвенного покрова металлами;
- разработка способа биомониторинга качества вод водных объектов;
- апробация разработанных способов в эколого-геохимических исследованиях загрязненности снежного покрова металлами во всех 43-х районах РТ и крупных промышленных центрах химии и нефтехимии в зимние периоды 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 г.г.
Научная новизна заключается в том, что:
1. Впервые в методику оценки процесса загрязнения снежного покрова водорастворимыми соединениями металлов введена новая единица измерения – интенсивность реального загрязнения снежного покрова, нормируемая по отношению к реальному предельно-допустимому поступлению металлов, вызывающему повышение загрязненности снеговой воды на 1 ПДК в 1 кг снега, размещенного на 1 м2 депонирующей поверхности, которая позволяет сравнивать уровни аэротехногенного воздействия на природные объекты (снежный покров, снеговые воды, поверхностные водоемы) в различных регионах и в ретроспективе лет.
2. Усовершенствован и доведен до уровня изобретения способ оценки процесса загрязнения почвенного покрова водонерастворимыми соединениями металлов, включающий такой показатель как интенсивность загрязнения почвенного покрова, нормируемый по отношению к предельно-допустимому поступлению металлов, вызывающему повышение загрязненности почв на 1 ПДК в 1 кг почвы, размещенном на 1 м2 почвенного покрова;
3. Разработаны:
– способ натурного биотестирования водного объекта непосредственно в водоеме;
– устройство для биотестирования водного объекта непосредственно в водоеме;
– спиралеобразная счетная камера для оценки качества воды по биоразнообразию организмов.
Защищаемые положения
1. Способ оценки интенсивности загрязнения снежного покрова металлами, основанный на использовании введенного впервые показателя – реальных предельно-допустимых поступлений металлов на 1 кг снега, размещенного на 1 м2 территории.
2. Результаты оценки интенсивности загрязнения природных сред (снежного покрова, поверхностных вод, почв, атмосферного воздуха) приоритетными загрязняющими веществами в зонах воздействия крупных промышленных центров и предприятий РТ позволяющие:
- выявить годовую динамику загрязнения территории РТ металлами;
- ранжировать экономические зоны, административные районы РТ и крупные промышленные центры по интенсивности загрязнения определенными металлами и их суммой;
- оценить загрязненность атмосферного воздуха над территориями аграрных районов РТ и ее крупных промышленных центров;
- определить приоритетные химические элементы, загрязняющие почву, снежный покров и, соответственно, снеговую воду и водоемы;
- сравнивать интенсивность загрязнения снежного покрова и почв в различных регионах и в разные годы;
- выявить динамику загрязнения природных сред металлами.
Практическое применение
Научная продукция, полученная в результате данного исследования: «Способ оценки интенсивности загрязнения почв тяжелыми металлами», «Способ оценки интенсивности загрязнения снежного покрова», «Способ определения загрязненности водного объекта с использованием гидробионтов», «Устройство для биотестирования», "Счетная спиралеобразная камера» (на которые получены патенты РФ), методические рекомендации «Оценка аэротехногенного загрязнения природных сред химическими элементами по результатам мониторинга снежного покрова», «Инструкция по отбору проб снега в условиях РТ», применяется при проведении экспериментальных работ и обработке экспедиционных данных работниками Министерства экологии и природных ресурсов РТ и сотрудниками Института экологии природных систем АН РТ.
Материалы исследований использованы при составлении государственных докладов «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан» в 2005, 2006, 2007 и 2008 г.г.
Апробация работы
Основные положения диссертации были доложены на 25 научных конференциях: Седьмом международном конгрессе «Вода; экология и технология» - Москва, 2006; Седьмой всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» - Екатеринбург, 2006; "Итоговой научной конференции Казанского государственного университета за 2006 г." – Казань, 1 февраля 2007; IX Международном симпозиуме "Чистая вода России – 2007" – Екатеринбург, 17-20 апреля 2007; Региональной научно-практической конференции «Картография, навигация, геоинформационные технологии» - Казань, 5-7 июня 2007; Второй межрегиональной конференции «Промэкология и безопасность» - Казань, 4-5 сентября 2007; Третьей международной научно-практической конференции «Современные экологические проблемы устойчивого развития Полесского региона и сопредельных территорий: наука, образование, культура» - Белоруссия, г. Мозырь, Мозырский гос. педагог. университет им. И.П.Шамякина, 26-27 сентября 2007; Четвертой международной научно-практической конференции «Проблемы природопользования, устойчивого развития и экологической безопасности регионов» - Украина, г. Днепропетровск, 2-5 октября 2007; Седьмой научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» - Казань, 11 декабря 2007; Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы агропромышленного комплекса, лесного хозяйства и экологии" – Казань, 25-26 марта 2008; Третьей региональной научно-практической конференции «Геодезия и картография. Геоинформационные технологии. Дистанционное зонирование земли.» - Казань, 6 июня 2008 г.; Третьей научной конференции «Промышленная экология и безопасность.» - Казань, 10 сентября 2008 г.; Международной конференции "Экологические проблемы бассейнов крупных рек – 4" – Тольятти, 9-11 сентября 2008; Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития.» - Киров, 25-27 ноября 2008 г.; Всероссийской научной конференции с международным участием «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований». КГУ-Казань, 19-22 мая 2009 г.; IV Международной научно-практическая конференция. «Современные экологические проблемы устойчивого развития Полесского региона и сопредельных территорий: наука, образование, культура». Беларусь, г. Мозырь Мозырский ГПУ 24–25 сентября 2009 года; IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» Казань, 9 сентября 2009 г.; V Международной научно-практическая конференция «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов» Украина, г. Днепропетровск, 6-9 октября 2009 г. Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России» г. Воронеж, 2-4 декабря 2009 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы географических исследований региона»//Чув.ГУ г. Чебоксары, сентябрь 2009 г.; I международном конгрессе "Чистая вода", г. Казань, 17-19 февраля 2010; II Международной научно-практической конференции “Актуальные проблемы современного общества», г. Набережные Челны, 2010; V Межрегиональной научно-практической конференции “Промышленная экология и безопасность», г. Казань, 9 сентября 2010 г.; IV Международной конференции «Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов – теория, методы, практика», г. Нижневартовск, 26-30 октября 2010 г.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 48 публикациях, в том числе: 28 статьях в научных изданиях (из них в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России – 3), 15 тезисах в материалах научных конференций, 5 патентах.
Фактическим материалом для настоящей работы послужили данные экспедиционных исследований загрязненности снежного покрова на территории всех 43 районов Республики Татарстан в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, а также крупных промышленных центров Республики: Казань – 2005-2009 г.г.; Альметьевск, Набережные Челны, Нижнекамск – 2006-2009 г.г.; Бугульма, Елабуга, Зеленодольск, Лениногорск – 2006 г.; Заинск – 2007 г., проведенных Институтом экологии природных систем АН РТ совместно с Министерством экологии и природных ресурсов РТ, полученные при личном участии автора данной работы.
Вклад автора
Автором выполнена геохимическая съемка снежного покрова г. Казани и отдельных районов РТ в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, подготовка снеговых проб к анализу методом атомно-абсорбционной спектроскопии, обработка результатов экспедиций и составление отчетов в 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, разработка новых методов мониторинга снежного покрова и почв, биомониторинга водных объектов, сбор и обобщение натурных, фондовых и литературных материалов, оформление публикаций, апробация результатов на научных конференциях.
Структура и объем диссертации
Характеристика обследованных территорий
Основные положения диссертации были доложены на 25-и научных конференциях: Седьмом международном конгрессе «Вода; экология и технология» - Москва, 2006; Седьмой всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» - Екатеринбург, 2006; "Итоговой научной конференции Казанского государственного университета за 2006 г." -Казань, 1 февраля 2007; IXМеждународном симпозиуме "Чистая вода России — 2007" — Екатеринбург, 17-20 апреля 2007; Региональной научно-практической конференции «Картография, навигация, геоинформационные технологии» - Казань, 5-7 июня 2007; Второй межрегиональной конференции «Промэкология и безопасность» - Казань, 4-5 сентября 2007; Третьей международной научно-практической конференции «Современные экологические проблемы устойчивого развития Полесского региона и сопредельных территорий: наука, образование, культура» -Белоруссия, г. Мозырь, МозырскиЙ гос. педагог, университет им. И.П.Шамякина, 26-27 сентября 2007; Четвертой международной научно-практической конференции «Проблемы природопользования, устойчивого развития и экологической безопасности регионов» - Украина, г. Днепропетровск, 2-5 октября 2007; Седьмой научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» - Казань, 11 декабря 2007; Всероссийской научно-практической конференции "Современные проблемы агропромышленного комплекса, лесного хозяйства и экологии" - Казань, 25-26 марта 2008; Третьей региональной научно-практической конференции «Геодезия и картография. Геоинформационные технологии. Дистанционное зонирование земли.» - Казань, 6 июня 2008 г.; Третьей научной конференции «Промышленная экология и безопасность.» - Казань, 10 сентября 2008 г.; Международной конференции "Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 4" - Тольятти, 9-11 сентября 2008; Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития.» - Киров, 25-27 ноября 2008 г.; Всероссийской научной
-10-конференции с международным участием «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований». КГУ-Казань, 19-22 мая 2009 г.; IV Международной научно-практическая конференция. «Современные экологические проблемы устойчивого развития Полесского региона и сопредельных территорий: наука, образование, культура». Беларусь, г. Мозырь Мозырский ГПУ 24-25 сентября 2009 года; IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» Казань, 9 сентября 2009 г.; V Международной научно-практическая конференция «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов» Украина, г. Днепропетровск, 6-9 октября 2009 г. Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России» г. Воронеж, 2-4 декабря 2009 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы географических исследований региона» Чув.ГУ, г. Чебоксары, сентябрь 2009 г.; I международном конгрессе "Чистая вода", г. Казань, 17-19 февраля 2010; II Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы современного общества», г. Набережные Челны, 2010; V Межрегиональной научно-практической конференции "Промышленная экология и безопасность», г. Казань, 9 сентября 2010 г.; IV Международной конференции «Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов - теория, методы, практика», г. Нижневартовск, 26-30 октября 2010 г.; ежегодно используются в Гос. докладах «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан».
Основное содержание диссертации изложено в 48 публикациях, в том числе: 28 статьях в научных изданиях (из них в журналах, рекомендованных ВАК Минобр России - 3), 15 тезисах в материалах научных конференций, 5 патентах. Фактическим материалом для настоящей работы послужили данные экспедиционных исследований загрязненности снежного покрова на всей -и -территории Республики Татарстан в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, а также крупных промышленных центров Республики: Казань - 2005-2009 г.г.; Альметьевск, Набережные Челны, Нижнекамск - 2006-2009 г.г.; Бугульма, Елабуга, Зеленодольск, Лениногорск — 2006 г.; Заинек - 2007 г., проведенных ИнЭПС АН РТ совместно с Министерством экологии и природных ресурсов РТ, полученные при личном участии автора данной работы.
Автором выполнена геохимическая съемка снежного покрова г. Казани и отдельных районов РТ в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, подготовка снеговых проб к анализу методом атомно-абсорбционной спектроскопии, обработка результатов экспедиций и составление отчетов в 2006, 2007, 2008 и 2009 годах, разработка новых методов мониторинга снежного покрова и почв, биомониторинга водных объектов, сбор и обобщение натурных, фондовых и литературных материалов, обработка результатов и оформление публикаций, апробация результатов на научных конференциях.
Структура и объем диссертации Диссертация общим объемом 152 страницы состоит из введения, 3 глав и заключения. Содержит 47 таблиц и 37 рисунков. Список литературы включает 167 наименований работ. Работа выполнена в период с 2005 по 2008 годы в лаборатории малых рек Института экологии природных систем АН РТ и с 2006 по 2010 год на кафедре Инженерной экологии Казанского государственного технологического университета.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы, доктору химических наук, профессору Фридланду СВ., заведующей лабораторией малых рек ИнЭПС АН РТ, кандидату географических наук Горшковой А.Т. и начальнику отдела мониторинга окружающей среды. Министерства экологии и природных ресурсов РТ, кандидату географических наук Шлычкову А.П. за существенные советы и помощь при выполнении диссертационного исследования.
Приготовление аналитических образцов из водной фазы
Основной вклад в загрязнение водоемов, расположенных на территории г. Казани (р. Казанка, озеро Кабан и др.) с учетом их количества (массы) и значений ПДКР.Х. вносят со снеговыми водами водорастворимые соединения меди и цинка, поступления которых превышали предельно-допустимые уровни от 2 до 15 раз. Доля их вклада в общую загрязненность снеговых вод снежного покрова г. Казани ТМ составляет в различные годы для меди от 18 до 77%, для цинка - от 4 до 72%, в то время как вклад никеля от 1,5 до 33%.
Общая масса ТМ (водо-растворимые соединения), сброшенных с территории г. Казани в водоемы с поверхностным весенним стоком (без учета потерь) в различные годы колебалась от 1 т в 1995 г. до 6 т в 1989 г. Основную массу поступлений обеспечивают цинк и медь. Величина поступления ТМ в различных точках отбора проб имеет очень большой разброс.
Поступления водорастворимых соединений железа, марганца, никеля и хрома находились в основном ниже "фоновых" предельно-допустимых поступлений. Незначительное превышение над допустимыми нормами (для вод рыбохозяйственных водоемов) показал кадмий. Основной вклад в загрязнение снеговых вод внесли соединения меди, затем цинка и свинца. Медь и цинк являются приоритетными элементами и при загрязнении снеговых вод во все годы наблюдений.
Общая оценка загрязненности снежного покрова г. Казани ТМ (водорастворимые соединения) проведена с использованием формализованного показателя - суммарного индекса загрязненности снежного покрова с учетом 5-ти приоритетных элементов (СИЗСП5) [74].
-23 Поступление пыли (водонерастворимые соединения) на снежный покров г. Казани приведено на рис. 1.1.1. Сильно запыленные районы выделяются западнее ОАО "Оргсинтез" (1), на правом берегу р. Казанка между Ленинской и Кировской дамбами (2), в Ново-Савиновском районе (3), на берегу оз. Кабан (4), в районе пос. Ливадия (5), и в районе ФГУП "ФНПЦ "ГК НЛП им. В.И. Ленина" (6). Окраины города мало запылены.
В течение многих лет эти участки города являются аккумуляторами пылевых выпадений, вследствие чего их почвенный покров оказался загрязненным ТМ в значительно большей степени, чем участки, расположенные в пригородных зонах. Это явление обнаруживается систематически при рассмотрении результатов мониторинга снежного покрова в 1989-2005 гг. Действительно, загрязненность почвенного покрова в низких формах рельефа г. Казани определенная еще в 2000-2003 гг. [75] полностью совпадает с запыленностью этих зон, выявленной при мониторинге снежного покрова г. Казани в 2005 г. (рис. 1.1.2.).
Накопление ТМ в низких формах рельефа может быть объяснено особенностями микроциркуляции атмосферного воздуха и поверхностного стока снеговых вод. На возможность повышенного загрязнения низменных участков обращается внимание и в других работах [76, 77], авторы которых отмечают, что физико — географическое положение города и особенности климатических условий обусловливают скопление выбросов от промышленных предприятий и автотранспорта в его котловинной части.
Из наблюдений 1999 — 2005 гг. можно сделать вывод, что поступление ТМ (водонерастворимые соединения) на снежный покров г. Казани в течение последних лет было стабильным и находилось в пределах 3 - 3,5 т. При этом основную массу поступлений обеспечили цинк — 28 — 42%; марганец — 18 -37% и медь — 10 - 15%. Массы поступлений остальных элементов (Со, Ni, Pb, Сг) значительно меньше и находятся в пределах 4 — 10%. Очень малый вклад кадмия - колеблется на уровне 1%. Железо поступает на снежный покров в очень больших количествах 14 — 25 т/200 км 5 мес, что составляет 80 — -24-87% от массы поступлений всех ТМ. Поэтому мы, рассматривая вклад в загрязнение снежного покрова ТМ, не включаем железо.
Институтом экологии природных систем АН РТ разработана система оценки загрязненности атмосферного воздуха промышленного центра ТМ по результатам мониторинга снежного покрова, которая заключается в следующем:
1. В результате многолетних исследований Института экологии природных систем Академии Наук Республики Татарстан была определена масса ТМ, поступивших на снежный покров на территорию г. Казани водорастворимые соединения [78] и водонерастворимые соединения [79].
2. При анализе экспедиционных данных и использовании литературных источников определена масса элементов, поступивших на основную территорию г. Казани (200 км ), пригородную зону (500 км") и сопредельные, районы. Принято, что масса поступлений элементов на снежный покров этих территорий равна массе промышленных выбросов предприятий города [80].
3. Принимая, что все промышленные выбросы первоначально поступают в городскую атмосферу, перемешиваются в ней и лишь затем рассеиваются с установлением динамического равновесия, создавая определенную среднюю концентрацию загрязняющего элемента в воздухе, рассчитана эта средняя концентрация ТМ в атмосферном воздухе за зимний период при эффективной площади города 200 км", высоте слоя перемешивания 0,7 км, объеме загрязненного атмосферного воздуха 140 км по формуле:
Ссс = М/ V, где: Ссс - средняя суточная концентрация элемента в воздухе, мкг/м3; М - масса выбросов элементов в атмосферу г. Казани, равная поступлениям этого элемента на снежный покров г. Казани и прилегающих территорий, кг/сут., 109 мкг/сут.; V - объем воздушного пространства, в котором происходит перемешивание выбросов элемента, км , 10 м .
Статистическая обработка результатов
Так как пространственная и временная изменчивость поступлений снега на депонирующую поверхность не даёт возможности сравнивать показатели загрязнённости, полученные для различных регионов и в различное время с использованием концентраций загрязняющих веществ в снеговой воде, фоновых коэффициентов концентраций, коэффициентов опасности, массы поступлений на депонирующую поверхность, превышения поступлений по отношению к фоновым предельно — допустимым поступлениям и др., необходимо было найти меру величины, которая была бы одинаковой для любых регионов в любое время. Основной неизменной характеристикой снежного покрова для любых регионов, в любые годы, является поступление 1 кг снежной массы на 1 м" территории за определенный период времени.
Для получения сопоставимых результатов о процессах загрязнения снежного покрова в различных регионах, независимых от "фонового" запаса снега и, соответственно, от "фоновых" предельно-допустимых поступлений металлов на снежный покров в данной работе предлагается ввести новую
Индекс интенсивности реального загрязнения снежного покрова характеризует скорость, с которой происходит накопление металла в массе снега 1 кг, поступившего на 1 м депонирующей поверхности и повышающее загрязненность снежного покрова- на соответствующее количество единиц ПДК. Таким образом, например, 150 ІРПДПСп/t можно расшифровать следующим образом: в течение периода времени t (сутки, месяц, год) происходит увеличение загрязненности снега (снеговой воды) массой в 1 кг, поступившего на 1 м2 депонирующей поверхности, на 150 единиц соответствующих РПДПСп (рыбохозяйственных или хозяйственно-питьевых). Чем больше значение ИИРЗСп, тем быстрее содержание металлов в снежном покрове достигнет 1 ПДК.
Исходя из этого, порядок использования предложения заключается в следующем:
В результате снегомерных съемок на обследуемой территории отбираются пробы снега, определяется масса снега в пробе и рассчитывается поступление снега (ПснеГа) на обследуемую территорию за определенный период времени (кг/(м t). Снеговые воды анализируются на содержание в них металлов.
Определяется реальное поступление (РП) металлов на 1 м обследуемой подстилающей поверхности по формуле: где: С - концентрация металла в снеговой воде, мкг/л, t - период времени от момента установления снежного покрова до взятия проб.
Вычисляется индекс интенсивности реального загрязнения снежного покрова на обследуемой территории металлами (ИИРЗСп) за определенный период времени. ИИРЗСп оценивает скорость загрязнения снежного покрова в зависимости от массы поступления загрязняющих веществ и их санитарно-токсикологических характеристик и характеризует интенсивность техногенного поступления металлов на снежный покров (снеговые воды).
В таблицах 3.2.3., 3.2.4., 3.2.5., 3.2.6. и 3.2.7. приведены индексы интенсивности реального загрязнения снежного покрова районов РТ металлами в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 г.г., в таблицах 3.2.8., 3.2.9., 3.2.10., 3.2.11. и 3.2.12. приведены данные о реальной загрязненности снежного покрова районов РТ металлами (водорастворимыми соединениями) в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 г.г.
В 1 кг массы снега условно сконцентрированы поступления металлов за весь период с момента установления снежного покрова до взятия проб. Поэтому для определения индекса реальной загрязненности снежного покрова (ИРЗСп) необходимо значение индекса интенсивности реального загрязнения снежного покрова разделить на поступления снега, фактически выпавшего на исследуемую территорию, за тот же период. ИРЗСп = ИИРЗСп/По; И " .ОД -"»/-» __пдк кг/(м ) кг/м При этом исключается необходимость использования значений "фонового" поступления снега (рис. 3.2.1- 8).
Необходимо отметить, что реальная загрязненность снежного покрова металлами несколько выше, чем оцененная по фоновым показателям. Связано это с тем, что запасы снега в 2005 - 2009 годах (130 кг/(м2-5 мес.)) были ниже чем «фоновые» в г. Казани (170 кг/(м 5 мес.)).
В связи с тем, что продолжительность образования и сохранения снежного покрова меняется ежегодно и различна в разных регионах, предпочтительнее вести все расчеты с использованием поступлений металлов и снега в течение одного месяца.
С использованием индексов интенсивности реального загрязнения снежного покрова имеется возможность: охарактеризовывать- относительную скорость загрязнения депонирующей поверхности металлами независимо от количества поступающего снега; - сравнивать различные регионы по скорости загрязнения металлами в ретроспективе лет; - оценивать степень загрязнения снеговой воды одним или несколькими металлами; - определять приоритетные химические элементы, загрязняющие водные объекты; - оценивать интенсивность техногенной нагрузки выбросов металлов на окружающую среду; - оценивать интенсивность загрязнения снежного покрова любыми загрязняющими веществами. - избежать погрешностей, вносимых в оценку загрязненности снежного покрова, при использовании единого для всех регионов и периодов времени "фонового" поступления снега.
Оценка аэротехногенного загрязнения почв крупных промышленных центров Республики Татарстан металлами
Преобладающими факторами аэротехногенеза на территории РТ являются [140]: - нефтегазовый — охватывающий территории, где сосредоточены добыча и переработка нефти и газа, а также размещены электростанции на газовом и мазутном топливе; - транспортный — обычно накладывающийся на все другие виды техногенеза; - мегаполисный - проявляющийся в крупных городах и их окрестностях.
Агроэкосфера совершенно не защищена от негативных проявлений техногенеза и наиболее уязвима при техногенных авариях и катастрофах. Одно из проявлений техногенеза - техногенное загрязнение ландшафтов, агроэкосистем и продуктов питания радионуклидами, токсичными химическими элементами, химическими токсикантами (диоксинами, бенз(а)пиреном, пестицидами) и др.
Сопряженные агроэкосистемные исследования концентрации металлов в почвах и их миграции по пищевым цепям выявили, что нередко при содержании токсичных элементов - свинца или кадмия - в почве на уровне ниже ПДК они, тем не менее, переходят в сельскохозяйственную продукцию в количествах, значительно превышающих ПДК, или наоборот, по концентрации меди, содержание подвижных форм которой в почве примерно в 2-2,5 раза больше ПДК, но в продукции - намного ниже его. Видимо, не существует прямой зависимости между содержанием металлов в почве и их накоплением в растениях. На этот процесс влияют типы почв, вид растений и даже отдельные участки растений (корни, листья, цветы) [141].
Для экологической оценки состояния почв сравнивают концентрации загрязняющего вещества в испытуемой пробе с природным фоном:
Однако, в настоящее время выбрать почвы с фоновым содержанием металлов на территориях крупных городов практически невозможно и, кроме того, не удается пронаблюдать динамику загрязнения почв, т.к. при существующих потоках ежегодные приращения содержания металлов в верхнем слое почв очень малы. С учетом современного содержания металлов в почвах статистически значимое увеличение концентрации металлов в них можно будет зафиксировать лишь через несколько десятков лет.
Для принятия обоснованных решений по улучшению эколого-геохимической обстановки одного выявления геохимических аномалий бывает недостаточно. Требуется количественная оценка последствий природных и техногенных процессов.
Для проведения такой оценки В.А. Алексеенко [121] были введены в практику новые показатели: показатель абсолютного накопления металлов и показатель относительного накопления металлов.
Показатель абсолютного накопления (ПАН) показывает, какая масса определенного металла накопилась в конкретной части геохимического ландшафта в результате техногенного или природного процесса на единицу площади.
Показатель относительного накопления (ПОН) представляет собой отношение массы элемента, накопившейся в результате техногенных или природных процессов, к его местному фоновому содержанию, то есть:
Однако эти показатели не связаны с санитарно-токсикологическими характеристиками металлов. В качестве критерия интенсивности процесса загрязнения почв предлагался параметр удвоения загрязненности, т.е. времени, за которое накапливающиеся на поверхности почвы техногенные выпадения приведут к удвоению фонового содержания токсикантов в поверхностном слое почвы естественного залегания толщиной в 1 см [85-87].
Это предложение включает в себя все недостатки фоновых методов, и также не учитывает санитарно-токсикологические характеристики различных элементов. 1. При фоновой оценке степени загрязненности природных сред: - произволен выбор участка для отбора проб с целью определения фонового показателя; - значения фонового показателя различны для различных регионов. 2. Удвоение содержания каких-либо продуктов в природной среде не характеризует степень загрязнения, т.к. вещества имеют различную степень вредного воздействия, определяемую через систему ПДК (предельно допустимых концентраций).
Как отмечено в литобзоре (гл. 1), для количественной оценки загрязнения почв металлами, поступающими на подстилающую поверхность в составе твердых водонерастворимых выпадений (пыли) при таянии снежного покрова, было предложено ввести новый показатель - предельно-допустимое поступление металлов на почву (ПДПп)[143].
В процессе дальнейшей разработки этого предложения автором данной работы уточнена размерность индекса загрязнения почв, которая имеет более четкий физический смысл - 1 ПДПп/t, вместо ранее предложенного 1/t.
С использованием этого способа впервые появилась возможность оценить процессы аэротехногенного загрязнения почв на территории крупных промышленных центров РТ металлами, входящими в состав водонерастворимой части пылевых выпадений. В связи с тем, что запыленность территорий, отдаленных от промышленных центров мала, загрязненность их водонерастворимыми соединениями металлов не определялась. приведены данные о поступлениях металлов (водонерастворимые соединения) с пылевыми выпадениями на территориях крупных промышленных центров в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах.
Масса поступлений металлов на объект (в частности, почвы) сама по себе не характеризует степени загрязнения, т.к. не отражает степени опасности этого поступления, будучи не связанной с санитарно-гигиеническими или токсикологическими показателями.
Эту связь выражается через интенсивность загрязнения почвы, зависящую от массы поступлений и предельно-допустимых поступлений металлов на 1 кг почвы, размещенной на 1 м2 депонирующей поверхности. Предельно-допустимые поступления в свою очередь являются производными от ПДК почв и зависят от вида и группы почв.
Интенсивность загрязнения почв в крупных промышленных центрах РТ металлами, полученная по результатам экспедиционных обследований снежного покрова в 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 годах приведена в табл. 3.3.2. По этим данным промышленные центры ранжированы по интенсивности аэротехногенного загрязнения их территории отдельным химическим элементом или суммой нескольких (например, пяти) приоритетных металлов (табл. 3.3.3.), по среднему значению за несколько лет наблюдений.
