Содержание к диссертации
Введение
1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОКРУГ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ (обзор литературы) 9
1.1 Экологические проблемы создания, хранения и уничтожения химического оружия в Саратовской области 9
1.2 Исследование отечественного и зарубежного опыта по организации биологического мониторинга в условиях штатного и аварийного функционирования объектов повышенной экологической опасности 13
1.3 Анализ репрезентативных методов мониторинга биоты районов хранения и уничтожения химического оружия 18
1.4 Обоснование и выбор индикаторных показателей состояния экосистем для целей биологического мониторинга 27
1.5 Разработка и обоснование критериев качества окружающей среды
по биологическим показателям 36
1.6 Обоснование алгоритма биологического мониторинга применительно к объекту по уничтожению химического оружия в Саратовской области 40
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 45
2.1 Общая характеристика объекта по уничтожению химического оружия в Саратовской области 45
2.1.1 Рельеф и гидрографическая сеть 46
2.1.2 Климатические условия и почвенный покров 47
2.1.3 Краткая характеристика биологического разнообразия 47
2.2 Объем и методы полевых и лабораторных исследований 48
2.2.1 Теоретические и практические подходы к выделению модельных площадей 49
2.2.2 Методы интегральной оценки состояния биоты 57
3 ОЦЕНКА ФОНОВОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПО УНИЧТОЖЕНИЮ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ 61
3.1 Оценка фонового биологического разнообразия экосистем района расположения ОУХО. 62
3.1.1 Анализ флоры и растительности в ЗЗМ ОУХО.' 62
3.1.2 Анализ фауны в ЗЗМ ОУХО 70
2 Мониторинговые исследования ассоциаций первичных продуцентов наземных экосистем 81
3.3 Мониторинговые исследования ассоциаций консументов наземных экосистем 88
3.4 Анализ основных форм лимитирующих и элиминирующих средовых и антропогенных факторов 95
4 ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ И ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПО УНИЧТОЖЕНИЮ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ 102
4.1 Результаты анализа морфологического, цитогенстического и иммунологического гомеостаза живых компонентов наземных экосистем 102
4.2 Результаты анализа морфологического, цитогенстического и иммунологического гомеостаза живых компонентов водных экосистем 114
5 СТРАТЕГИЯ МОНИТОРИНГА БИОТЫ, ОХРАНА И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЖИВЫХ КОМПОНЕНТОВ ЭКОСИСТЕМ . 130
5.1 Принципиальная схема мониторинга биоты вокруг объектов по уничтожению химического оружия 130
5.2 Концепция охраны и восстановления биоразнообразия в системе биологического мониторинга вокруг объектов по уничтожению химического оружия 133
5.2.1 Разработка концепции территориальной охраны экосистем 136
5.2.2 Применение искусственного лесоразведения и озеленения при восстановлении биологического разнообразия 141
5.2.3 Разработка и внедрение системы мероприятий по охране редких и находящихся под угрозой исчезновения объектов растительного и животного мира 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152
ВЫВОДЫ 160
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 162
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Экологические проблемы создания, хранения и уничтожения химического оружия в Саратовской области
- Общая характеристика объекта по уничтожению химического оружия в Саратовской области
- Оценка фонового биологического разнообразия экосистем района расположения ОУХО.
Введение к работе
Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении ратифицирована Россией в 1997 г. (Конвенция..., 1994; О ратификации..., 1997). В рамках выполнения взятых обязательств на основе Постановления Правительства РФ от 30.12.1994 г. № 1470 был создан первый в Российской Федерации ОУХО, расположенный в нос. Горный Красиопартизанского района Саратовской области. Он приступил к уничтожению отравляющих веществ в 2002 г. К декабрю 2005 г. здесь были уничтожены все запасы иприта и люизита, что составило около 3.0% от общего объема запасов ХО в стране. В настоящее время работа ОУХО в нос. Горный продлена до 2012 г. с целью уничтожения реакционных масс.
Строительство и функционирование потенциально опасных промышленных объектов связано с различными типами антропогенных перестроек экосистем. Учитывая социальную значимость возникающих экологических проблем, а также пристальный контроль со стороны государственных и общественных российских и международных организаций, ключевым направлением процесса УХО является обеспечение экологической безопасности (Куценко и др., 1994; Холстов и др., 1995; Синманский, 1999). Основополагающим условием безопасного УХО является экологический мониторинг. Его многоуровневая система на территориях вокруг ОУХО включает концепцию биологического мониторинга. Именно с помощью биомониторииговых исследований могут быть получены объективные сведения об экологическом состоянии природных комплексов. Разработка и адаптация локальной системы БМ представляет собой важное диагностическое звено но обеспечению экологической безопасности всего региона, а также по минимизации отрицательных воздей-
ствий, возникающих в процессе УХО и в последующие после уничтожения периоды.
Организация систем БМ на территориях, сопредельных с потенциально опасным предприятием, направлена на получение информации о состоянии живых компонентов в условиях антропогенного вмешательства (Израэль, 1974- 1980, 1984; Зубцовский, Захаров, 1993; География и мониторинг.., 2002; Захаров, 2002; Зубцовский, 2002; Кургузкин, 2002; Решетников, 2002; Рембов-ский и др., 2002; Трубачев и др., 2002).
Разработка, внедрение и эксплуатация системы БМ вокруг конкретного терминала по УХО сталкивается с рядом теоретических, методологических и критериальных проблем. Например, в доступной литературе, главным образом, освещены общие подходы к проектированию систем экологического мониторинга, при этом опыт организации локальных систем БМ достоверно недостаточен (Колодкин, 2002; Стрельцов, 2003). 13 то же время, эффективная система БМ должна обладать арсеналом унифицированных и адаптированных к местным условиям методов, объективно отражающих состояние и динамику биоценозов. Следовательно, при формировании стратегии БМ в районах расположения ОУХО особенно актуален выбор репрезентативных методов моии-. торинга биологических переменных, в том числе методов биоиндикации и биотестирования. Здоровье экосистем и отдельных видов в настоящее время может быть изучено с помощью интегральных методик, основанных на анализе морфогенетического, цитогенетического и иммунологического гомеостаза организмов (Захаров, 1987; Захаров, Кларк, 1993; Захаров и др., 2000 а).
Заключение о негативных процессах в экосистемах невозможно без их сравнения с критериями качества окружающей природной среды. Определение критериев качества по биологическим показателям, представляет собой одно из направлений БМ. Кроме того, суждение о качестве среды в системе мониторинга биоты должно формироваться с учетом ключевых лимитирующих и
элиминирующих факторов, проявление которых возможно в районе расположения техногенного объекта.
Одной из проблем, с которыми сталкивается внедрение системы БМ, является проблема оценки фонового состояния экосистем, сопредельных с ОУХО. При этом в качестве ключевой характеристики состояния природных комплексов может рассматриваться биологическое разнообразие, опорным уровнем которого является видовое разнообразие (Лебедева и др., 2004). Исследование видового разнообразия экосистем районов расположения ОУХО подготавливает инвентаризацию флоры и фауны, а также закладывает основу для прогнозирования возможных направлений трансформации экосистем в последующие после УХО периоды. Формирование суждений о фоновом состоянии живых компонентов экосистем должно дополняться сведениями о динамических особенностях сообществ.
Вопросы прикладного характера сопровождают внедрение БМ в районах расположения ОУХО. В конечном итоге любые биомониторинговые системы вокруг предприятий с повышенной экологической опасностью должны быть направлены на разработку и внедрение стратегии охраны и восстановления живых компонентов экосистем, и особенно популяций редких и исчезающих видов растений и животных. Именно на сопредельных с ОУХО территориях могут возникать процессы, когда обитавший в их пределах редкий или малочисленный вид, может оказаться крайне чувствительным к комплексному воздействию экологических факторов и исчезнуть из обычных местообитаний.
Вышеизложенное подтверждает актуальность создания научно обоснованных систем БМ в районах функционирования терминалов по УХО, в том числе и в Поволжском регионе. Основной целью исследования является разработка, внедрение и эксплуатация системы мониторинга биоты вокруг ОУХО (на примере терминала в пос. Горный Саратовской области). В ходе реализации цели решались следующие задачи:
анализ отечественного и зарубежного опыта функционирования систем экологического мониторинга, определение теоретических и практических подходов к организации системы мониторинга биоты вокруг объектов повышенной экологической опасности;
разработка алгоритма и внедрение в эксплуатацию регламента биологического мониторинга вокруг ОУХО в пос. Горный Саратовской области, обоснование комплекса рекомендаций по ее использованию на других объектах по уничтожению ХО в РФ;
анализ современного (фонового) состояния экосистем и выявление основных форм лимитирующих и элиминирующих средовых и антропогенных факторов, влияние которых возможно в ЗЗМ объекта и на сопредельных с терминалом территориях;
анализ динамики биотических показателей в районе расположения ОУХО в рамках функционирования системы биологического мониторинга с использованием интеїральной методики оценки экологического здоровья среды;
определение и обоснование путей минимизации возможного ущерба флоре и фауне при строительстве и функционировании ОУХО, разработка стратегии охраны и восстановления живых компонентов экосистем на сопредельных с терминалом территориях.
Таким образом, в настоящей работе рассмотрены ключевые вопросы организации системы БМ вокруг терминала по УХО в окрестностях пос. Горный. В качестве основного разработчика проекта БМ выступал Саратовский государственный университет. Объектом исследования являлись биологические компоненты сопредельных с ОУХО экосистем. В работе предпринят комплексный подход к оценке современного состояния флоры и фауны, анализируются результаты эксплуатации системы БМ на этапе в 2002-2007 гг. Разработана принципиальная схема БМ, рекомендованная к использованию на других потенциально опасных промышленных объектах.
Экологические проблемы создания, хранения и уничтожения химического оружия в Саратовской области
Создание систем БМ вокруг ОУХО невозможно без анализа экологических проблем, связанных с разработкой, производством, применением, накоплением и УХО на территории региона. Вопрос о химическом разоружении и связанные с ним экологические проблемы в Саратовской области возникли вместе с разработкой ХО в СССР (Холодная смерть..., 1985; Кунцевич, Назар-кин, 1987; Петров, 1993; Назаров, 1996; Моисеенко, Мязитов; 1997; Обеспечение..., 1997; Сапожников, 1999). В 1928 г. на территории Вольского района в пос. Шиханы на базе военного объекта был организован Центральный войсковой химический полигон по созданию ХО и средств защиты (в последующем Институт химической обороны, в настоящее время - Государственный институт технологии органического синтеза). Технологии, разрабатываемые Институтом, были направлены на создание новых средств индивидуальной защиты кожных покровов и органов дыхания, дегазационных приборов и др. В разные периоды совершенствовались методы индикации (разведки) ОВ, иснытыва-лись огнеметно-зажигательиые смеси и дымовые шашки, разрабатывались технологии выпуска и применения ОВ третьего поколения (Химическая оборона..., 1998).
Однако ключевым рубежом в истории химического разоружения стало строительство первого в России ОУХО на базе склада ХО, существующего в пос. Горный Краснопартизанского района Саратовской области с 1941 г. Решение о создании экологически опасного промышленного объекта основывалось на том, что к началу 1990-х гг. Россия обладала самыми крупными запасами ОВ в мире. Их общее количество составляло около 40 тыс. т. Необходимо отметить, что, начиная с послевоенного периода, на объекте в Саратовской области хранилось 1142226 кг ОВ, из них иприта - 691631 кг, иприта в нефтепродуктах - 1078 кг, люизита - 254586 кг, смесей иприта с люизитом -123200 кг, смесей иприта с люизитом в дихлорэтане - 339 кг (Шкодич, 1999; Шкодич и др., 2004). Таким образом, в Саратовской области ХО размещалось на протяжении многих десятилетий, что являлось фактором потенциального экологического риска для экосистем и человека. Согласно указа Президента РФ (1995 г) экологически безопасное уничтожение могло быть осуществлено только в месте его хранения (Рыбальченко и др., 1994; Федоров, 1995; Син-манский, 1999; Экология, 2002; Россия: XXI век..., 2003).
Первый в РФ ОУХО, расположенный в пос. Горный Саратовской области, начал функционировать в декабре 2002 г. Он был построен в соответствии с Конвенцией, ратифицированной Россией, и на основе Федерального закона РФ «Об уничтожении химического оружия» (Конвенция..., 1994; О ратификации..., 1997; Капашин и др., 1998). Пуск ОУХО позволил РФ выполнить свои обязательства по детоксикации 1% запасов ХО: к апрелю 2003 г. уничтожено 401.406 т иприта. В декабре 2005 г. ликвидированы все запасы иприта и люизита, хранящиеся на его территории, что составило 2.9% от общего объема российского ХО. В настоящее время работа ОУХО в пос. Горный продлена до 2012 г. с целью уничтожения реакционных масс (РМ), получаемых в результате детоксикации люизита на ОУХО в г. Камбарке. В 2011-2012 гг. на базе объекта планируется разработать технологии переработки гальванических отходов и извлечения из них ценных компонентов, а также производство бытовой химии.
ОУХО в пос. Горный Краснопартизанского района Саратовской области - это комплексное производственное подразделение (Федеральное управление..., 2000; Федеральные и региональные..., 2004). Он предназначен для опытно-промышленного совершенствования технологий уничтожения кожно-нарывных ОВ, уничтожения запасов ХО, хранящегося на объекте; обеспечения безопасности хранения ХО до момента его полного уничтожения; временного хранения РМ и долговременного хранения отходов производства на полигоне. Терминал характеризуется полным набором необходимых служб управления, эксплуатации, контроля и ремонта, обеспечивающих возможность непрерывной круглосуточной его эксплуатации. База хранения ОВ представляла собой специально оборудованную территорию и хранилища, а также цистерны, которые были установлены на железнодорожной платформе. Хранящиеся здесь токсиканты являлись наиболее опасными и стойкими ОВ кожно-нарывного и общетоксического действия: сернистый и азотистый иириты, люизит, а также ипритно-люизитные смеси (Руководство по токсикологии..., 1964, 1972).
Общая характеристика объекта по уничтожению химического оружия в Саратовской области
Первый российский ОУХО был построен в окрестностях нос. Горный Саратовской области. Поселок городского типа возник в 1934 г. на берегу р. Сакмы, развиваясь по мере разработки в его окрестностях горючих сланцев. Планировка поселка своеобразная: он включает несколько пришахтиых поселений, население которых составляет более 7 тыс. человек.
Горный является центром Краснопартизанского района, который располагается в центре северо-восточной части левобережья Саратовской области (Легенькая, Шабанов, 1973). Район граничит со следующими административными образованиями: с севера, северо-востока и востока - с Пугачевским, с северо-запада на небольшой протяженности - с Балаковским, с запада и юго-запада - с Ершовским, с юга - с Дергачевским, с юго-востока - с Озинским районами. Численность населения в стокилометровой зоне от ОУХО составляет 987.8 тыс. человек. Крупные города, находящиеся в этой зоне - Пугачев и
Балаково. Площадь земельного участка, занимаемая арсеналом составляет 498 га, площадь отчужденного для строительства земельного участка - 13 га. Таким образом, ОУХО располагается в густо населенном районе области, рядом с крупными населенными пунктами, поэтому обеспечение экологической безопасности является главным приоритетом в процессе функционирования терминала.
Территория расположения ОУХО представляет собой слабо возвышенную часть Сыртовой равнины, окаймленную на востоке возвышенностью. Рельеф сглаженный, уплощенный. Слагают Сыртовую равнину морские отложения, покрытые глинами и суглинками. Основными ее элементами являются сырты, сыртовые склоны и речные долины. Небольшая часть Сыртовой равнины представляет собой эрозионные склоны, направленные к долинам рек. В районе пос. Горный абсолютная высота равнины не превышает 50-60 м над уровнем моря. Уплощенный рельеф, однотипность покровных отложений и напряженность влагооборота, созданная континентальным климатом, предопределили условия для четкого выражения зональных признаков (Шабанов, 1964; Лихоман, 1964; Исаченко, 1991; Макаров, Пестряков, 1993).
Левобережье Саратовской области пересекает несколько левых притоков р. Волги. Самая крупная р. Б. Иргиз пересекает его с северо-востока па юго-запад, район исследований находится в нижнем ее течении. В ЗЗМ объекта имеются естественные пруды, а также построены искусственные водохранилища, собирающие талую воду и подпитывающиеся из оросительно-обводнительного канала, проходящего по территории района. Через пос. Горный протекает р. Сакма, превращенная в небольшое проточное водохранилище благодаря построенной плотине. В непосредственной близости от поселка находятся три небольших непроточных пруда. Эти данные свидетельствуют о неглубоком залегании грунтовых вод, что оказывает немаловажную роль на растения во время вегетационного периода. Гидрографическая сеть осложняется многочисленными оврагами и промоинами.
Климат Заволжья резко-континентальный, это выражается в резких суточных и годовых колебаниях температур. Для пос. Горный характерна холодная зима, когда абсолютный минимум может достигать -41 С, а также засушливый и жаркий вегетационный период с абсолютным максимумом +42С. Весной температура воздуха переходит выше 0С в период с 1 по 4 апреля, а общее число дней со средней суточной температурой воздуха, превышающей 0С составляет 215. В целом во время теплого периода (апрель - октябрь) наивысшей средней температурой является +28С, а самой низкой - +19С. В этот же период количество осадков составляет 200-250 мм, а за весь год осадков выпадает 350—400 мм. Господствующими ветрами в районе пос. Горный в целом за год являются северные и южные, а летом преимущественно юго-восточные. Характер розы ветров учитывался при эксплуатации системы БМ в районе расположения ОУХО.
Нижние слои сыртовой толщи образованы глинами морского происхождения, которые прикрыты плащом лессовидных суглинков. Пос. Горный находится на месте элювиально-делювиальных отложений, на неогеновых (сырто-вых) глинах и суглинках. Также в исследуемом районе наблюдается выход среднечетвертичных юрских отложений. Зональным типом почв являются черноземы южные солонцеватые, а также темно-каштановые почвы. Иногда встречаются супесчаные почвы. На территории районного центра наблюдается выход на поверхность горючих сланцев.
Оценка фонового биологического разнообразия экосистем района расположения ОУХО.
Флора территории ЗЗМ ОУХО объединяет все виды высших растений независимо от частных условий их произрастания и вхождения в состав тех или иных растительных сообществ. Изучение видового состава растений, произрастающих на данной территории (инвентаризация флоры), является основополагающим этапом в системе БМ. Количество слагающих флору видов представляет собой элементарный показатель, отражающий ее богатство (География и мониторинг.., 2002).
Результаты исследования видового состава растений ЗЗМ ОУХО, осуществленные в 2002-2003 гг., показали, что флора данной территории включает 454 вида сосудистых растений, из которых 25 являются редкими (прилож. 3). Относительная бедность флоры района расположения ОУХО (по сравнению с флористическим богатством всего Краснопартизанского района) связана с небольшим разнообразием биотопов ЗЗМ, а также сильной антропогенной их преобразованностыо. Бедность флоры проявляется в отсутствии па данной территории эндемичных и субэндемичных видов.
Главной специфической чертой флоры сопредельных с ОУХО территорий является ее пограничный характер. Район проведения работ находится вблизи расположения Бореального и Древнесредиземноморского флористических комплексов. Крупнейшими семействами исследуемой флоры являются сложноцветные (Asteraceae), злаки (Роасеае), бобовые (Fabaceae). Значительным количеством видов представлены также крестоцветные (Brassicaceae), гвоздичные (Caryophyllaceae), розоцветные (Rosaceae), зонтичные (Лріасеае), губоцветные (Lamiaceae), норичниковые (Scrophulariaceae), лютиковые (Ranunculaceae), лилейные (Liliaceae), бурачниковые (Boraginaccae). Среди ведущих по количеству видов родов данной флоры представлены как бореаль-ные таксоны - осока (Сагех), лютик (Ranunculus), вероника (Veronica), так и древнесредиземнорские группы - полынь (Artemisia), астрагал (Astragalus) и др. В то же время виды семейства орхидных в составе флоры района расположения ОУХО отсутствуют. Соотношение видов, относящихся к классам однодольных и двудольных, в исследуемом районе преобладают последние, что характерно для территорий с континентальными условиями климата.
Во флоре сопредельных с ОУХО территорий доминируют степные виды, которые хорошо приспособлены к засушливому климату (опушенность листьев и стеблей, тонкие листья, рост в дерновинах и т.д.). Второе место занимают сорные растения, что является доказательством антропогенной нарушенное растительного покрова изучаемого района.
Значительную роль в сложении флоры ЗЗМ ОУХО в окрестностях пос. Горный играют прибрежно-водные виды сосудистых растений. Эта группа растений распространена в динамичных, постоянно меняющихся условиях среды и имеет ряд приспособлений к ней (быстрое прорастание семян, энергичное размножение при помощи корневищ, распространение плодов при помощи ветра, а не воды и т.д.). В целом растения этой группы обитают в благоприятных экологических условиях (хорошая обеспеченность водой, яркая освещенность, богатый питательными веществами грунт). Это позволяет им ежегодно образовывать большое количество биомассы.
Во флоре ЗЗМ ОУХО преобладают многолетние травянистые виды, что является типичным для умеренно холодных территорий. Вторые но числу видов являются растения с коротким жизненным циклом - однолетники, одно-двулетники, двулетники. Однолетники приурочены в основном к местообитаниям, на которых имеются или постоянно появляются субстраты, свободные от многолетних видов, прибрежно-водные биотопы, участки сухих степей и полупустынь, меловые обнажения и засоленные местообитания. Автохтонных видов деревьев и кустарников во флоре изучаемого района относительно мало. Они встречаются в пойме р. Сакмы и в искусственных насаждениях. Еще слабее представлены полукустарники и полукустарнички.
Весь растительный покров района расположения ОУХО представлен комплексами и сочетаниями ассоциаций (табл. 4). Анализируя разнообразие ассоциаций, необходимо отметить, что данный район находится в пределах степной зоны южного Заволжья в подзоне сизотиичаково-ковыльных степей в Иргизском геоботаническом округе в Прииргизском районе узколистноко-выльных и ковылково-сизотипчаковых степей.
