Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Радиационное загрязнение как экологический фактор... 10
1.1. Источники радиоактивного загрязнения 10
1.2. Атмосфера 18
1.3. Природные воды 23
1.4. Почва 30
1.5. Растительность 33
1.6. Антропогенные факторы среды 37
1.7. Малые дозы радиации 38
Глава 2. Физико-географическая характеристика района исследования 45
2.1. Краткий очерк природных условий исследуемого района 45
2.1.1. Геологическое строение 45
2.1.2. Геоморфолого-гидрологические условия 49
2.1.3. Растительный покров 52
2.2. Техногенная характеристика района исследования 54
ГлаваЗ. Объекты и методы исследования 55
Глава 4. Результаты исследований 64
4.1. Радиационное загрязнение воздушной среды ., 64
4.2. Особенности радиационного загрязнения водных экосистем. .. 71
4.2.1. Подземные воды 71
4.2.2. Водные биоценозы 72
4.3. Миграция и аккумуляция радиоактивных элементов в наземных экосистемах..,. 79
4.3.1. Материнские породы 80
4.3.2. Почвенный покров 82
4.3.3. Растительный покров 89
4.3.4. Агроценозы 96
4А Здоровье человека и среда обитания , 99
4.4.1. Анализ медико-демографической ситуации в г. Ельце 99
4.4.2. Общая характеристика заболеваемости населения г. Ельца по возрастным группам: 107
4.4.2.1. Взрослое население 107
4.4.2.2. Подростки 112
4.4.2.3. Детское население 113
4.4.2.4. Выявление причинно-следственных связей в системе "Среда обитания - заболеваемость детского населения" 118
Глава 5. Профилактические меры борьбы с радиационным за грязнением 124
Выводы 130
Список литературы 132
- Источники радиоактивного загрязнения
- Геоморфолого-гидрологические условия
- Особенности радиационного загрязнения водных экосистем.
Введение к работе
Интенсивное развитие промышленности, энергетики, сельского хозяйства, деградация лесов, развитие транспорта, урбанизация с каждым годом ухудшают состояние природных экосистем. Создается явное противоречие между попыткой улучшения комфортности жизни человека, удовлетворением его потребностей и ухудшением среды его обитания. В отдельных же районах условия жизни для человечества оказываются вообще непригодными.
Нарастание антропотехногенного прессинга вызывает трансформацию среды обитания (атмосферный воздух, вода подземных и поверхностных водоисточников, почва), ухудшающую ее параметры, что сопровождается ростом заболеваний населения, которые коррелируют с уровнем антропогенного нарушения природной среды и санитарно-гигиенической обстановкой.
Решение проблем гигиены окружающей среды предусматривает необходимость интеграции знаний комплексного, комбинированного и соче-танного действия факторов окружающей среды на организм, процессе адаптации к неблагоприятным воздействиям, количественных и качественных характеристик окружающей среды и ее взаимодействия с организмом. В этих условиях особую роль приобретает концептуальный подход к совершенствованию системы охраны здоровья населения на основе реализации программы "Эколого-гигиенические проблемы безопасности России и пути их решения".
В России накоплен обширный опыт исследований, о негативных изменениях состояния здоровья населения, проживающего в экологически неблагополучных регионах (Гресь, 1994; Гончарук, 1997; Шевченко, 2001). Разработаны концепция и методы эколого-гигиенической оценки нагрузки вредных факторов на население различных территорий (Савельев, 1995; Есауленко и др., 1999). Обоснована методология оценки риска здоровью связанного с загрязнением окружающей среды (Агалыдов, 1998; Хоружая, 1998; Антипов, 2000).
В тоже время, несмотря на многочисленные публикации сведений о зависимости состояния здоровья населения от качества среды обитания, многие вопросы в этом аспекте остаются нерешенными. Неясны механизмы причинно-следственных связей в системе "среда обитания — здоровье".
При изучении закономерности развития природных и антропогенно-трасформированных экосистем необходимо учитывать, при каких условиях воздействия их свойства останутся инвариантными (Хмелев, Хлызова, 1997).
Экосистемы характеризуются различным уровнем сложности, в них происходит взаимодействие живых организмов между собой и окружающей средой (Негробов, 1988, 1996). В последние десятилетия в связи с ростом энергетики и расширением круга проблем, решение которых связано с использованием искусственных радионуклидов, а также в связи с аварией на Чернобыльской АЭС, одной из важнейших является проблема изучения влияния на живой организм хронического облучения, инкорпорированных радионуклидов, а также их взаимодействия с другими абиотическими факторами среды (Зяблицкая, 1993; Михеев, 1997; Кузьмина, 1999; Нефедов, 2001).
Биологическому действию ионизирующего излучения чаще придается негативный оттенок. С меньшим вниманием воспринимается разумная оценка, основанная на реальных научных данных и мировом опыте специалистов, изучающих данную проблему.
В 1991 году коллективом авторов Госгидромета (Западное аэрогеодезическое предприятие ГУКТК СССР) по заказу Госкомчернобыля Российской Федерации была составлена карта радиоактивного загрязнения центра Европейской части России цезием - 137, а в 1992 - 1995 гг. проведено уточнение и детализация радиационной обстановки населенных пунктов областей Российской Федерации. Общая плотность загрязнения цезием по Липецкой области составляет - 1619 км2 , уровень загрязнения от 1 до 5 К и/км2 (Булатов, 1996).
В конце XX столетия ученые обратили внимание на "радоновую" проблему. Наряду с другими, влияние радона оказалось неоднозначным по отношению к здоровью и жизни человека. В настоящее время нормирование содержгания радона — 222 в воздухе жилых помещений базируется на санитарно-гигиенических принципах и нормах.
Между тем до последнего времени специальные и планомерные исследования по радиационному загрязнению природных и антропогенно-трансф ормированных экосистем г. Ельца и Елецкого района не проводились, с:отя их реализация крайне необходима, поскольку названные загрязняю щне вещества из отдельных звеньев пищевой цепи через пищевой рацион представляют потенциальную опасность для здоровья человека. Изучение накопления нуклидов и распределение токсикоэлементов в организме дает возможность проведения корреляции между патологическим процес; сом и возникновением неблагоприятных, в том числе отдаленных последствий (Богачев, 1999).
Дать точный прогноз отдаленных последствий, по-видимому, прин-ципиа_ш.но невозможно, поскольку радиационное загрязнение индуцирует в ЖИВЕ»І:Х организмах на разных уровнях их организации сложные, разнонаправленные, вероятностные процессы. В этот комплекс входят и работа систем репарации, и реакции, усугубляющие первичное поражение, все процес І»І могут быть модифицированы сопутствующими факторами среды. Тем не менее, вероятностная оценка отдаленных последствий может и должна быть сделана корректно.
Недостаток теоретических и фактических материалов по изучению влияния радиационного загрязнения на природные и антропогенные экосистем: ъ! г. Ельца (в том числе и на здоровье населения) послужили предпосылкой для написания данной работы.
Цель работы: изучить влияние радиоактивного загрязнения на природные и антропогенные экосистемы г. Ельца. В соответствии с целью были намечены следующие задачи: 1. Изучить радиационное загрязнение воздушной среды гамма - излучением: определить уровень радиационного фона на территории г. Ельца и в различных типах жилых зданий; установить степень концентрации радона в жилых помещениях г. Ельца,
2. Установить степень радиационного загрязнения водных экосистем, в том числе грунтовых вод.
3. Выявить уровни накопления и распределения радионуклидов в на земных экосистемах г. Бльца: материнские породы; почва; растительный покров; агроценозы.
4. Выявить особенности и закономерности изменения состояния здоровья населения в условиях низкоконцентрированного действия малых доз радиации на организм.
5. Дать прогнозные оценки уровней заболеваемости детского населения.
Научная новизна.
Впервые проведено комплексное исследование состояния природных и антропогенных экосистем г. Ельца Липецкой области в условиях радиационного загрязнения: изучены фоновые концентрации радиоактивных элементов, исследована барьерная роль природных экоситем по отношению к миграции и аккумуляции радионуклидов (137Cs, К, 226Ra, 2). Рассмотрено распределение радионуклидов по основным компонентам природных экосистем г. Ельца и его окрестностей. Проведена оценка качества городской среды по параметрам здоровья детей как биоиндикационным показателям.
Обоснованны критерии состояния общественного здоровья населения г. Ельца, базирующиеся на учете и анализе заболеваемости, смертности, продолжительности жизни, функциональном состоянии контингента, относящегося к группе риска. На основе эколого-гигиенической характеристики исследуемого района создана база данных для текущего и перспективного планирования мероприятий по формированию региональной экологической доктрины.
Практическая значимость работы.
Результаты исследования позволили:
- дать общую оценку радиационного загрязнения исследуемого района;
- создать предпосылки научно-обоснованного ведения биомониторинга в исследуемом районе;
- изучить особенности и закономерности изменения состояния здоровья населения в условиях низкоконцентрированного действия малых доз радиации на организм.
Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре биологии и экологии растений ВГУ, на кафедре основ медицинских знаний ЕГУ им. И.А. Бунина и внедрены в деятельности медицинского колледжа г. Ельца.
Апробация работы.
Основные положения работы обсуждались на заседаниях следующих научно-практических конференциях: "Биоразнообразие и экологические особенности природы Русской лесостепи", заповедник Таличья гора", 2000 г.; "XXI век: здоровый образ жизни", г. Елец, 2001 г.; "Проблемы охраны здоровья и медицинской помощи населению", г. Липецк, 2002 г.; "Актуальные проблемы профессиональной деятельности и подготовки медицинских работников среднего звена", г, Курск, 2002 г.; "Обеспечение охраны общественного здоровья и совершенствование организации сестринского, акушерского, фельдшерского дела: задачи, проблемы, пути решения", г. Елец, 2002 г.; "Экологическая безопасность. Природа и общество", г. Санкт-Петербург, 2004 г.; "Благополучная среда обитания - залог здоровья населения", г. Воронеж, 2004 г.; "Современные проблемы экологии и экологического образования", г. Елец, 2004 г.; "Экология и биология почв", г. Ростов-на-Дону, 2004 г.
Источники радиоактивного загрязнения
Научные проблемы оценки влияния факторов окружающей среды на здоровье человека и обоснование государственных оздоровительных мероприятий сегодня являются приоритетными задачами государственной политики (Протасов, 1995; Шевчено, Фетисов, 2001).
В последние десятилетия фактор радиационной природы, его воздействие на людей и живые организмы, стал предметом обостренного внимания и интереса населения.
В России регулирование радиационной безопасности и защита населения от воздействия загрязняющих веществ регламентируется Федеральными Законами "О радиационной безопасности населения" (1996), "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (1999), "Об использовании атомной энергии" (1996). На основе указанных законов разработаны и утверждены "Нормы радиационной безопасности" (НРБ - 1999), регламентирующие требования законов в форме основного дозового предела, допустимого уровня воздействия ионизирующих излучений и других требований по ограничению облучения человека. Санитарно-гигиенические требования к обеспечению радиационной безопасности населения, методы обеспечения основных дозовых пределов и некоторые производных нормативы (мощности эквивалентной дозы, допустимые уровни поверхностного загрязнения, допустимые удельные активности радионуклидов в различных средах) изложены в Санитарных правилах 2.6.1.758-99, Основных Санитарных правилах обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ - 99), Санитарных правилах 2.6.1.799 - 99 и других документах.
За 18 лет, прошедшие после аварии на Чернобыльской АЭС, выполнено множество исследований, раскрывающих разные аспекты проблемы радиоактивного загрязнения окружающей среды и позволяющие яснее представить масштабы этого события. Уточнение количеств и изотопного состава выбросов, размеров загрязненных территорий позволяет класси фицировать ее как глобальную радиационную катастрофу. Согласно офи циальным оценкам, суммарный выброс в атмосферу радионуклидов (без учета инертных радиоактивных газов) составил около 50 млн. Ки и обу словил значительное загрязнение местности в трех направлениях: запад ном, северном и южном на большом удалении от АЭС (Аварии , 1995; Ильин и др., 1994).
Изотопный состав выбросов был очень сложным, часть из них в окружающей среде находилась в виде аэрозолей, другие в виде "горячих частиц", представлявших собой сплав топлива с материалами конструкции реактора. После аварии на ЧАЭС радиационная обстановка определялась различными группами радионуклидов. В первый период (несколько месяцев) мощность экспозиционной дозы формировалась за счет наиболее ко-роткоживугцих изотопов: wlo; J; Те +1 J; 140Li и др. Их вклад был в 10-20 раз выше, чем остальных продуктов деления. На второй год радиационная обстановка определялась относительно короткоживущими изото-пами 95Zr, 95Nb, ,06Ru, ,34Cs, ,44Ce.
Через пять лет основными дозообразующими радионуклидами стали 90Sr, ,37Cs и трансурановые элементы, их роль сохраняется и в настоящее время (Израэль и др., 1987; Буланов, 1996).
Следует иметь в виду, что со временем радиационную ситуацию в том или ином районе может определять существование вторичных источников загрязнения, например, в воде как вторичном источнике поступления радионуклидов по водным пищевым цепочкам в организм человека. Дозовые нагрузки на население формируются за счет поступающих в организм человека, хотя и малых, но практически постоянных количеств радионуклидов с водой и продуктами питания. С течением времени масштабы радиоактивного загрязнения приобретают глобальный характер в результате выветривания почв и рассеивания продуктов ядерного деления на поверхности земли. Поэтому возникает острая необходимость в проведении исследований по изучению радиоактивных веществ в почве, воде, в пищевых продуктах, в строительных материалах.
Радионуклиды, поступающие в природные экосистемы в результате техногенных аварий или аварийных выбросов и стоков, распределены в них неравномерно, что обусловливает широкий диапазон дозовых нагрузок в пределах загрязненных территорий, а значит и разнообразие биологических эффектов (Алексахин, 1993; Ревелль, 1995).
К изучению биологического действия ионизурующего излучения на организм человека приступили еще в первые десятилетия двадцатого столетия. Изучением закономерностей накопления, миграции и распределения радионуклидов в природных экосистемах, а также влиянием ионизирующих излучений на популяции и сообщества организмов занималось ряд исследователей (Тимофеева-Рессовская, 1963; Передельский, 1957; Odum, 1957; Piatt, 1957). Работы по определению содержания радионуклидов, скорости их миграции не завершались оценкой биологических последствий этих процесов, а биологи, обнаружив изменения у живых организмов, затруднялись с интерпретацией этих данных (Бурлакова, Жижина, 1999).
Геоморфолого-гидрологические условия
Водоносные горизонты елецких слоев верхнего девона, залегающие на глубине 20 -30 метров тесно связаны с водами четвертичных отложений (Дублянский,1949). Эти воды представлены родниками по речным долинам, глубоким балкам и питают пойменные, балочные и гетерогенные болота в бассейнах Дона и Б.Сосны. Реки, ручьи и речки разделили на крупные участки Среднерусскую возвышенность.
Наиболее крупной рекой является река Быстрая Сосна, протекающая с юго-запада на северо-восток и впадающая в Дон справа за пределами района. Она берет начало в Орловской области, на южном участке водораздела европейской части России, на небольшом Малоархангельском плато. Это место Среднерусской возвышенности примечательно тем, что здесь берут начало реки трех речных систем Восточной Европы: Ока, Свана и приток Дона - Быстрая Сосна. Общая протяженность реки Б. Сосна составляет 280 километров, в том числе по Липецкой области — 98 км, по г. Ельцу — около 15 км. Глубина реки от одного до восьми метров, ширина 8—100 метров. В пределах городской черты Б. Сосна делает два крупных поворота, меняя направление с востока на север и вновь на восток.
В бассейне реки на территории города расположены три левых притока, ориентированных в северо-западном направлении: р. Пальна, р.Ельчик, и р.Воргол. Общая длина притоков р. Быстрая Сосна составляет 583 км. Максимальная абсолютная отметка рельефа изучаемой территории приурочена к крайнему юго-востоку и расположена в пределах водораздела рек Б.Сосна и Дон. Склоны водоразделов достаточно интенсивно расчленены овражно-балочной сетью. Русло реки Б.Сосна в пределах территории меандрирует и проходит по Ельцу, разделяя его на лево - и правобережную части, образуя левый - высокий берег, и правый - пологий, террасированный. Пойма р. Быстрая Сосна затапливается ежегодно во время половодий до двух метров. Река протекает извилистым руслом по долине с низкими склонами, поросшими кустарниками. Пойма луговая или кустарниковая. Берега несимметричные: один крутой, высотой 2,5 - 3,0 м, другой пологий. Дно реки представлено илистыми, песчано-илистыми и песчаными отложениями.
Река Б. Сосна — водоем второй категории водоиспользования -культурно - бытового и рыбно - хозяйственного назначения, для хозяйственно - питьевого водоснабжения не используется. Река Б. Сосна разделяет территорию города на две части: левобережную, включающую северный, центральный и юго-западный районы, и правобережную, включающую железнодорожный и восточный районы. Небольшая речка Ельчик на картах обозначена как река Елец. На протяжении своих 20 километров она прорезала холмистую равнину в и черте города образовала глубокий овраг - каньон с крупными склонами берегов. Выступающие уступы девонского известняка создают впечатление горного ландшафта, столь неожиданного в лесостепной зоне.
Параллельно Ельчику территорию города рассекла другая река - Лучок, ныне практически высохшая. Ее небольшой, но живописный каньон так и зовется - "Каменья".
Река Воргол является притоком реки Быстрая Сосна, прорезает Среднерусскую возвышенность на севере Черноземного центра. Все реки Елецкого района относятся к типу рек со смешанным, преимущественно снеговым типом питания, на долю которого приходится около 55-60% годового стока. Остальная часть годового стока падает на дождевое питание - 25-30% и за счет подземных вод - 15%. Питание рек меняется по сезонам. Зимой реки питаются главным образом за счет подземных источников, весной — снеговыми водами, летом - дождевыми. Количество воды, стекающее с поверхности бассейна в реку, то есть сток, определяется всем комплексом природных условий: геологическим строением, рельефом, климатом, растительностью. Особенно, большое влияние на сток оказывает климат. В связи с этим каждая природная зона характеризуется своим коэффициентом стока. Лесостепная зона, в пределах которой располагается Елецкий район, имеет коэффициент стока, равный 0,2-0,3.
В большинстве случаев истоками рек служат выходы подземных вод -ключи. Это объясняется особенностями геологического строения местности, широким распространением известняков. Известняки сильно трещиноватые, хорошо поглощают выпавшие атмосферные осадки и тем самым способствуют формированию мощных горизонтов подземных вод.
Таким образом, к географическим особенностям изучаемой территории можно отнести сложный рельеф, характеризующийся перепадами высот, сформированных берегами четырех рек. Климат Елецкого района Липецкой области умеренно-континентальный, со сравнительно жарким и сухим летом и относительно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет 15,3 С. Умеренная средняя температура самого жаркого июля + 20 С и 9,2 С холодного февраля. Абсолютные максимальные температуры совпадают + 38 С летом, зимой - 38 С. Фактическое лето, когда температура суток превышает +15 С, длится с 15 мая по 6 сентября, а зима с 14 ноября по 28 марта. В этот период среднесуточная температура падает ниже нуля. В Елецком районе выпадает достаточное количество осадков — в среднем 519 мм в год. Относительная влажность воздуха колеблется — в среднем от 66 до 75% в среднем.
Направление и скорость ветра неодинаковы для различных сезонов года. Зимой преобладают ветры южных румбов, летом - кого -западных. На величину скорости ветра большое влияние оказывает высота места над уровнем моря и характер подстилающей поверхности. Максимальная, зарегистрированная скорость - 30 метров в секунду. Солнечное сияние в июле составляет 506 часов, в январе -356 часов, в декабре - 240 часов.
Почвы неоднородны. В поймах рек — аллювиально-луговые почвы. Пестрота почвенного покрова усиливается наличием на водоразделах оподзоленного чернозема. Почвы обладают разной мощностью гумусового горизонта и неодинаковым содержанием гумуса. В Ельце и к западу от Ельца встречаются серые лесные почвы. Отдельными пятнами они встречаются среди оподзоленных и выщелочных черноземов. Серые лесные почвы образовались из мощных черноземов под влиянием лесной растительности, поселившейся на лесных участках.
Особенности радиационного загрязнения водных экосистем
Содержание радиоактивных элементов в природных водах зависит от условий их формирования. Радиоактивность грунтовых и речных вод имеют свои присущие данным водам особенности. Грунтовые воды скапливаются на первом от поверхности водоупорном слое, находятся в толще осадочных пород.
Водоснабжение города Ельца, как отмечено, осуществляется 6 водозаборами, берущими воды из Елецко - Задонского и Ливенско - Евланов-ского водоносных горизонтов, подстилаемые трещиноватыми известняками.
Реальные значения объемной активности питьевой воды по цезию — 137 значительно ниже уровней контроля и в среднем составляет 4 Бк/л (нормативное значение — 8 Бк/л) и отвечают требованиям, предъявляемым к питьевым водам (СанПин 2.1.4. 559 -96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества") (табл. 4.8). Отличительной особенностью является то, что в летний период содержание радиоактивных элементов (кроме 40К) выше, чем в зимний период. Очевидно, это связано со специфическим геологическим строением и облегченной гидравлической связью подземных вод с поверхностными, так как водоупоры, защищающие питьевой горизонт, на территории г. Ельца и Елецкого района отсутствуют.
Важнейшей задачей пресноводной радиоэкологии является исследование барьерной роли водных экосистем по отношению к миграции радиоактивных веществ. Особенно важна количественная оценка барьерной роли крупных водных систем - рек, закрытых - прудов. Перечисленные типы водных биоценозов широко представлены в исследуемом районе.
В настоящей работе показано, что расчет запасов радионуклидов в компонентах водных экосистем, играющих роль депо радиоактивных веществ, служит количественной оценкой барьерной функции этих биоценозов по отношению к переносу нуклидов за пределы данной экосистемы.
Радиоактивность воды открытых водоемов обусловлена в основном присутствием 40К и 226Ra (табл. 4.9). Пробы, отобранные в апреле (период паводка) 2000-2002 гг. свидетельствуют о том, что содержание К в р. Воргол и р. Ельчик составило 91,56 Бк/л и 58,0 Бк/л соответственно, в то время как в р. Быстрая Сосна содержание не обнаружено. По результатам исследований, проведенных нами в межень — период питания рек в основном за счет подземных вод, установлено, что содержание К в реке Б.Сосна в среднем составило 46,6 Бк/л, а средняя эффективная удельная активность — 23,3 Бк/л, то есть увеличилась в 1,4 раза по сравнению с паводковым периодом. Очевидно, это связано с тем, что при поступлении радиоактивных веществ в воду во время большого паводка в первую очередь отмечается их разбавление, поглощение донными отложениями и аккумуляцией тканями гидробионтов.
