Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. Геохимическая характеристика приоритетных загрязняющих 9
элементов.
ГЛАВА 2. Физико-географическая характеристика района исследования 40
2.1 .Месторасположение района 40
2.2.Рельеф 40
2.3.Климат 40
2.4.Гидрогеология 42
2.5.Гидрология 45
2.6. Минеральные ресурсы 46
2.7 Растительный покров 46
2.8.Геологические условия района 47
2.9.Почвы 50
ГЛАВА 3. Источники загрязнений, объекты и методы исследования 53
3.1. Характеристика источников загрязнения 53
3.1.1.Машиностроительные предприятия как источники загрязнения 53
окружающей среды.
3.1.2.Характеристика выбросов промышленных предприятий. г.Ковров 56
в атмосферу.
3.1.3.Характеристика сбросов промышленных предприятий г.Ковров в 57
поверхностные воды.
3.2. Объекты исследований 60
3.3 Методы полевых и лабораторных исследований 61
Полевые исследования. 61
Методы лабораторных исследований. 65
Способы обобщения и представления полученных данных. 69 ГЛАВА 4. Формирование аэрогенной геохимической аномалии. 73
4.1. Содержание тяжелых металлов в твердой фазе снегового покрова 73
4.2 Пространственные особенности загрязнения снежного покрова. 73
Анализ загрязнения снежного покрова по пылевой нагрузке. 73
Анализ загрязнения снежного покрова по суммарному показателю 74 нагрузки (СПН) и суммарному показателю загрязнения (СПЗ).
4.3 Содержание химических элементов в снеговой воде. 80
ГЛАВА 5. Тяжелые металлы в почвах и растениях фоновых и загрязненных 82
территорий.
5.1 Почвы фоновых ландшафтов. 82
5.1.1. Химические свойства почв исследуемого района. 82
Содержание тяжелых металлов в почвах фоновых территорий. 83
Распределение тяжелых металлов по профилю фоновых почв. 83
5.2. Тяжелые металлы в растениях фоновых ландшафтов. 85
5.3.Анализ ассоциаций химических элементов, загрязняющих почвы в 86
зоне воздействия машиностроительных предприятий
Приоритетные загрязняющие элементы. 86
Очаги загрязнения почв. 88
Пространственное распределение тяжелых металлов в 89 загрязнённых почвах.
5.3.4 Анализ геоморфологических профилей через промышленные 91
зоны.
5.3.5 Сравнительная оценка ореолов рассеяния химических элементов 93
по снеговому покрову и почвам.
5.3.6 Загрязнение тяжелыми металлами почв в районе складирования 94
твердых промышленных и бытовых отходов.
ГЛАВА 6. Тяжелые металлы в водных экосистемах. 98
Тяжелые металлы в природных поверхностных водах р. Клязьма и 99 её притоков.
Загрязнение подземного водоносного горизонта шестивалентным 101 хромом и проблема качества питьевой водой.
Тяжелые металлы в донных отложениях. 103 6.3.1. Распределение тяжелых металлов в профиле донных отложений. 105
6.3.2 Распределение тяжелых металлов в донных отложениях с 107
расстоянием от источника загрязнений.
6.3.3 Накопления тяжелых металлов донными отложениями разного 113
литологического состава
6.3.4 Экстрагируемые формы тяжелых металлов в донных отложениях. 116
6.4. Оценка экологического риска для экосистемы р.Клязьма. 120
6.5. Тяжелые металлы в гидробионтах. 123
ГЛАВА 7. Техногенное загрязнение окружающей среды и здоровье населения. 127
ВЫВОДЫ. 131
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ. 132
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 133
ПРИЛОЖЕНИЯ 148
Введение к работе
Геохимическое преобразование природы человеческой деятельностью, постоянно усиливающееся в ходе научно-технической революции, привело к появлению центральной проблемы современной экологической ситуации - проблемы загрязнения окружающей среды. Загрязнение окружающей среды происходит разными путями: в результате газопылевых выбросов в атмосферу, промышленных и бытовых стоков в природные водоемы, при захоронении твердых отходов, рассеивании средств химизации, применяемых в сельском хозяйстве.
В.И.Вернадский первым раскрыл геохимический смысл преобразования природы человеком. Характеризуя необходимость прикладных геохимических исследований, он писал: «Подходя к научному изучению природы, мы никогда не должны и не можем забывать, что оно всегда неизбежно связано с практическим значением его в жизни человечества...Особенно это должно чувствоваться, когда мы касаемся вопросов геохимии, где культурная жизнь человечества является могучей силой, меняющей химические явления нашей планеты...Лик планеты - биосфера - химически резко меняется человеком сознательно, и, главным образом, бессознательно. Меняется человеком физически и химически воздушная оболочка суши, все ее природные воды» (Вернадский В.И., 1987). Вернадский показал, что проблема антропогенного воздействия является, прежде всего, биогеохимической, вьщелив биогенную миграцию атомов третьего ряда, вызываемую человеческим разумом и трудом.
Развитие общества по пути технического прогресса определяет две взаимосвязанные задачи, решение которых необходимо для преодоления экологического кризиса:
мониторинг окружающей среды с целью выявления неблагоприятных изменений различных её компонентов,
разработка принципов оптимизации взаимодействия общества и окружающей среды.
До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным образом, пыль, оксиды углерода, серы и азота, ядохимикаты, радиоизотопы, синтетические органические соединения. В последние десятилетия резко повысился интерес к загрязнению различными химическими элементами (тяжелым металлам, микроэлементам) (Сает, 1990), что связано с фактами проявлении острых токсичных эффектов, вызванных промышленным загрязнением среды ртутью, кадмием, селеном, свинцом. Для многих химических элементов, помимо прямого токсического воздействия, характерны и косвенные, отдаленные эффекты, затрагивающие основополагающие функции живых организмов - воспроизводство и биопродуктивность.
В 1983 году в нашей стране принята классификация химических элементов по токсичности и распространенности в окружающей среде. В ряду наиболее опасных загрязняющих элементов названы ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, фтор, цинк и др.
В отличие от многих веществ, тяжелые металлы, включаясь в биологический круговорот, неизбежно приводят к загрязнению всех природных сред и аккумулируются в живых организмах, вызывая специфические и неспецифические заболевания, особенно аллергического характера. С другой стороны, в процессе миграции химических элементов в транспортирующих средах (воздушной, водной) и накопления в депонирующих средах ( почве, снежном покрове, растениях) может происходить как рассеяние химических элементов, так и их накопление. Формируются геохимические аномалии, меняются уровни и формы содержания химических элементов, следовательно, и степень их токсического действия на живые организмы. Поэтому важно комплексное изучение поведения загрязняющих веществ в различных взаимосвязанных компонентах биосферы.
Цель работы: Выявление взаимосвязи между процессами миграции и аккумуляции ТМ в сопряжённых компонентах наземных и водных экосистемах бассейна р.Клязьма с устойчивостью экосистем в условиях развитой промышленной инфраструктуры.
В задачи исследования входило:
Выявление приоритетных источников химического загрязнения и степени их опасности для загрязнения окружающей среды региона.
Изучение характера и степени химического загрязнения основных компонентов природной среды в сопряженном ряду: атмосфера, почвенный и растительный покров, подземные и поверхностные воды, донные отложения, гидробиоаты. Выявление ассоциации химических элементов - загрязнителей в этих средах и пространственной картины загрязнения, очагов вторичного загрязнения, размеров техногенных аномалий.
Исследование особенностей процессов накопления и миграции ТМ в депонирующих средах, химических форм содержания ТМ в донных отложениях для оценки возможности загрязнения подземных водоносных горизонтов.
Выявление особенностей миграции ТМ по цепям питания загрязненного водоема и аккумуляции в гидробионтах; определение экологического риска.
Оценка воздействия загрязнения окружающей среды ТМ на здоровье населения.
В результате анализа характера загрязнения территории были выделены приоритетные для исследуемого района загрязняющие вещества, в число которых входят опасные с точки зрения токсичности ртуть, свинец, цинк, медь, хром, никель. Особое внимание уделено практически не изученным вторичным источникам загрязнения:
-загрязненным почвам в районе несанкционированного складирования твердых промышленных и бытовых отходов и обогащенных тяжелыми металлами илов очистных сооружений (Ащеринскому карьеру), и
-хемогенным илам старицы реки Клязьма, длительное время используемой в качестве отстойника сточных вод гальванических производств.
Изучены характер накопления и миграции тяжелых металлов в почвах и донных отложениях, а также формы содержания их в илах. Дана оценка опасности проникновения загрязняющих веществ в нижележащие водоносные горизонты, загрязнение которых в исследуемом районе является актуальной проблемой, т.к. из этих горизонтов осуществляется питьевой водозабор и уже на протяжении почти 50-ти лет отмечается загрязнение питьевой воды шестивалентным хромом.
Изучена миграция тяжелых металлов по цепям питания загрязненного водоема, проанализировано содержание тяжелых металлов в гидробионтах. Дана оценка экологического риска и степени загрязнения старицы реки Клязьма.
Полученные материалы являются основой для разработки мероприятий по охране и контролю состояния окружающей среды в районах действия предприятий машиностроительной отрасли, а также позволяют прогнозировать неблагоприятные последствия загрязнения почв и донных отложений тяжелыми металлами.
Работа выполнена на современном методическом уровне. Полученные результаты обработаны методами математической статистики. Достоверность результатов обоснована объемом и современной методологией инструментальных методов исследования, анализом сопоставимых и однородных данных. Региональные исследования и сбор проб почв, снега, донных отложений, сточных и природных вод, образцов растений и гидробионтов проведены на территории г. Ковров Владимирской области и района в период с 1991 по 2003 год экспедициями ГГП «Центргеофизика» (г. Александров), специализированной инспекцией Владимирского Филиала ФГУ «СИАК по ЦР», Государственным центром агрохимслужбы «Владимирский» (г. Владимир) и КГТА (г. Ковров), в которой автор принимал непосредственное участие. Химические анализы воды, почв, донных отложений были сделаны на базе аттестованных лабораторий. Анализы воды выполнены в лаборатории Водоканала г.Ковров, илов - лабораторией кафедры геохимии геологического факультета МГУ, использовались данные анализа почв, воды и донных отложений эколого-геохимических исследований загрязнения окружающей среды, выполненных в 1992 году экологической партией ГГП «Центргеофизика» (г. Александров). Химический анализ гидрофлоры и гидрофауны проводился на кафедре
8 промышленной экологии ИГХТУ, г.Иваново; анализ ихтиофауны старицы р. Клязьма - в лаборатории кафедры экологии ВлГТУ, г. Владимир.
Диссертационная работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения и кафедре экологической гидрохимии географического факультета МГУ, г. Москва, под руководством к.б.н. Садовниковой Л.К. и д-ра г-мин. н. Савенко B.C., которым автор выражает глубокую признательность.
Автор благодарен за помощь и консультации, оказанные ему в процессе работы, профессорам КГТА Трифонову И.И., Трифонову К.И., Кузьминой В.И. аспиранту КГТА Коньковой Т.А., сотрудникам отдела охраны природы г. Коврова Париковой Л.А., Страховой Г.А., Андреевой Т.В., сан. врачу СЭС г. Коврова Кочетову Н.В., зав. хим. лабораторией Ковровской городской организации «Водоканал» Коршуновой О.М., директору Агрохимцентра «Владимирский» к.б.н. Комарову В.И.
