Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Азот играет огромную роль в создании биомассы и функционирования природных и техногенных экосистем, является одним из основных загрязнителей компонентов окружающей среды и сельскохозяйственной продукции. Современное природопользование сопровождается интенсивными изменениями естественных биогеохимических циклов миграции элементов, которые особенно существенны для азота. Его соединения активно мигрируют во всех средах, основной барьер для них -биогеохимический. Наиболее важными свойствами поведения азота являются: инертность в миграции молекулярной формы, устойчивость, слабая подвижность органической и высокая - минеральных форм; способность, особенно нитратов, к накоплению; участие в биохимических функциях живого вещества. Вследствие своих химических свойств, элемент и его соединения наиболее чувствительны к антропогенному воздействию, приводящему к значительным изменениям геохимического поведения: увеличивается скорость миграции, происходит перераспределение форм нахождения, изменяется направление миграционных потоков. Он способен накапливаться в количествах, превышающих естественный фон. Знание закономерностей его круговорота и динамики форм нахождения в конкретных условиях ландшафта и региона являются важным при оценке состояния окружающей среды и прогнозе ее качества.
Антропогенные нарушения цикла азота вызывают негативные послед-.ствия в состоянии живого вещества, прежде всего связанные с заболевания- ,. ми человека и животных, с качеством сельскохозяйственной продукции. Поэтому особый интерес приобретает выяснение тенденций и степени региональных изменений в поведении азота, устойчивости и способности к самоочищению среды в отношении этого элемента. Образующиеся новые при-родно-техногенные системы с участием азота, в частности в связи с Чернобыльским радиоактивным загрязнением среды, породили ряд региональных проблем медицины и сельского хозяйства, обусловленные ассоциативными связями нитратов с химическими элементами, в том числе техногенными радиоизотопами.
Органическая форма азота, связанная с осадочными породами и почвами, выступает индикатором палеоусловкй седшеягогенсза и педогенеза, что используется при реконструкции геологических и геохимических процессов недавнего прошлого и прогнозе состояния природной среды в будущем.
Вышесказанное определяет теоретическую и практическую значимость решения региональной проблемы геохимии азота.
Связь работы с научными программами. В основу диссертации положены материалы, полученные в ходе выполнения научных тем по респуб-
ликанским программам "Земная кора и верхняя мантия", "Онкология", "Литосфера", "Ликвидация последствий аварии на Чернобыльской АЭС", "Геологические процессы": "Комплексное геохимическое изучение ландшафтов БССР и их изменение под влиянием техногенеза" (1975-1979 гг.), "Изучение эпидемиологии рака в БССР в связи с геохимической спецификой почво-грунтов и питьевых вод" (1978-1985), "Ландшафтно-геохимическое изучение территории Белорусского Полесья" (1987-1990), "Создание системы почвен-но-геохимического мониторинга основных типов ландшафтов Белоруссии с целью оценки состояния и прогнозирования изменения почв при интенсификации сельскохозяйственного производства" (1988-1991), "Геохимическая реконструкция условий седиментогенеза и педогенеза в голоцене" (1991-1995), "Геохимическое изучение миграции техногенных радионуклидов в ландшафтах Белоруссии, разноудаленных от источника загрязнений" (1987-1996), "Эволюция геохимической среды лито- и педогенеза в голоцене и ее роль в формировании геоэкологических условий" (1996-2000). Первичные материалы автора по азоту изложены в научных отчетах, находящихся в фондах Института геологических наук НАН Беларуси, Научно-исследовательского института онкологии и медицинской радиологии Минздрава Беларуси и Института радиобиологии НАН Беларуси.
Цель и задачи исследований: С геохимических позиций изучить закономерности распределения и миграции азота в окружающей среде Беларуси, оценить процессы трансформации соединений азота для характеристики эколого-геохимнческих изменений в регионе; показать индикационную значимость азота для реконструкции условий седиментогенеза и педогенеза в голоцене, исследовать ассоциации азота с другими химическими элементами.
Решались следующие задачи:
- охарактеризовать региональные закономерности и особенности рас
пределения азота в окружающей среде, формы его нахождения и миграцию в
зависимости от геохимических условий;
-выяснить роль и степень различных техногенных факторов на перераспределение и трансформацию форм азота в компонентах среды; .
обосновать значение азота и его соединений для палеогеохимических и палеогеографических реконструкций условий седиментогенеза и педогенеза в голоцене с учетом естественных н техногенных процессов;
изучить характер ассоциативных связей азота с химическими элементами.
Предметом наших исследований явилась окружающая среда Белорусского региона. При использовании терминов и их смысловой нагрузки опирались на представления В.И.Вернадского, А.Е.Ферсмана и их последователей - создателей теоретической основы геохимии окружающей среды:
А.А.Беуса, М.АХлазовской, В.А.Ковды, В.В.Ковальского, КИ.Лукашева, А.И.Перельмана.
Окружающая среда, вслед за А. А.Беусом и др. (1972), нами трактуется как геохимическая система, включающая воздушную, водную, почвенную, растительную и литосферную составляющие и находящаяся в различной степени под антропогенным воздействием. Подходы к окружающей среде, как части ландшафтной сферы и биосферы, с геохимических позиций нами базируются на представлениях К.И.Лукашева (1975) о совокупностях покровных пород, почв, растительного и животного мира, вод и газов, объединенных ландшафтными гипергенными процессами и взаимосвязанных химическими составами, испытывающих различное влияние техногенеза.
Научная новизна работы заключается в том, что на основе новейших геохимических подходов и многостороннего обобщения, проведенного впервые, раскрыты и охарактеризованы региональные закономерности распределения и миграции азота; оценены региональные кларки элемента. Составлены карты распределения азота и его форм в снежном покрове и грунтовых водах, служащие основой при оценке экологической обстановки. На большом статистическом и сравнительном материале раскрыты поведение азота в различных компонентах в условиях природных, сельскохозяйственных, промышленных и урбанизированных нагрузок, изменения прн-родного фона азота под влиянием техногенеза. С ландшафтно-геохимических позиций разработана концепция изучения связей между онкологическими заболеваниями и содержаниями азота, микроэлементов и радиоактивных изотопов в ландшафте; предложен новый подход к характеристике качества окружающей среды, исходя из связей азота и химических элементов. Обоснованы геохимические индикаторы азота для реконструкции геоэкологической среды, исходя из современного состояния окружающей среды и ее эволюционного развития на протяжении голоцена. Работа представляет собой первое исследование по азоту в погребенных ландшафтах и его использованию для выяснения процессов педогенеза и седиментогенеза, круговорота элемента и его дисбаланса, реконструкции палеогеографических обстановок.
Эти результаты существенно расширили знания о геохимическом поведении азота в регионе, дополнили представления о геохимии элемента в целом.
Практическая реализация работы. Выявленные региональные осо
бенности поведения азота и его форм в различных природных и техногенных
условиях, в голоценовых отложениях (погребенных почвах, озерных осад
ках) дали возможность разработать ряд практических рекомендаций по
улучшению экологического состояния окружающей среды, в том числе тер
ритории, подвергшихся радиоактивному загрязнению, по использованию
элемента при палеогеографических реконструкциях условий седиментоге
неза в голоцене. ' \г
Картографические материалы по азоту в окружающей среде Беларуси, предложения по мероприятиям в связи с охраной среды близ животноводческих комплексов, минимизацией последствий аварии на Чернобыльской АЭС, по переходу на централизованное водоснабжение в сельской местности и другие были использованы при решении народнохозяйственных задач и имели социальный эффект, в частности, ПО "Белгеологией" - при составлении "Карты загрязненности и защищенности подземных вод территории БССР" масштаба 1:1500000; БелНИИ онкологии и медицинской радиологии - для выяснения причин и характера распространения раковых заболеваний; Институтами усовершенствования врачей, онкологии и медицинской радиологии Минздрава Беларуси, Хойникским и Кормянским районными советами народных депутатов, населением деревень-стационаров Литвиновичи, Новоселки, Дашковка - в связи с мероприятиями по минимизации последствий аварии на ЧАЭС (14 актов внедрения и справок об использовании).
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Миграция и аккумуляция азота и его форм в природных условиях обусловлены поведением органического вещества, физико-химическим состоянием системы, биогеохимическими процессами.
-
Техногенез изменяет естественный фон азота и особенно минеральных (аммонийной и нитратной) форм во всех компонентах окружающей среды.
-
Величины общей концентрации азота, доли элемента в органическом веществе и отношения C.N (как геохимические показатели) отражают степень проточности древних водоемов, палеоклиматические обстановки, этапы осадконакопления и педогенеза, эпигенетические изменения погребенного органического вещества.
-
Ассоциативные связи азота и других химических элементов в окружающей среде определяются геологическими, геохимическими условиями и процессами, состоянием живого и косного вещества, отражают обстановки седиментогенеза. С ландшафтно-геохимических позиций связи азота с уровнем радиоактивности и концентрациями различных групп микроэлементов отражают качество среды.
Личный вклад соискателя. Основные положения диссертации опубликованы в 21 работе без соавторов, в также в 2-х коллективных монографиях я 16 научных отчетах, где нашли отражения разработанные диссертантом различные аспекты геохимического изучения азота в ландшафтах Беларуси.
При решении указанной проблемы соискатель лично разрабатывал теоретические положения, практические рекомендации, систематизировал и интерпретировал научные .материалы, основанные на полученных самостоятельно диссертантом химико-аналитических и радиометрических дан-
ньгх и их статистической обработке. Автор лично проводил полевые исследования по геохимическому изучению ландшафтов.
Апробация результатов диссертации. Отдельные положения диссертации докладывались на 21 совещании, в том числе международных форумах: I конгрессе по биосферным заповедникам (Минск, 1983), конференции "Химизм атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод" (Лодзь, 1990), IV симпозиуме по геохимическим поискам (Пекин, 1993), конференции "Современное сельское хозяйство и окружающая среда" (Тель-Авив, 1994), симпозиумах по геохимии окружающей среды (Краков, 1994) и "Современные и будущие последствия ядерных катастроф Хиросима-Нагасаки и Чернобыль" (Минск, 1994); на всесоюзных совещаниях: "Геохимия ландшафтов при поисках полезных ископаемых и охране окружающей среды" (Новороссийск, 1982), геохимии техногенеза (Иркутск, 1985, Минск, 1991), "Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах" (Обнинск, 1987), гадрохимическом совещании (Ростов-на-Дону, 1987), XIV и XV Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Ташкент, 1989, Минск, 1993), конференции "Охрана и рациональное использование природных ресурсов в районах избыточного увлажнения" (Калининград, 1989), симпозиуме "Радиоэкологические проблемы в ядерной энергетике и при конверсии производства" (Обнинск, 1993); а также совещаниях по изучению четвертичного периода (Москва, 1994), I Российской конференции по радиогеохимии (Дубна, 1994), по экологии Прибалтики и Белоруссии (Вильнюс, 1990), научно-технических семинарах "Геохимическое картографирование техногенных изменений окружающей среды" (Вильнюс, 1984), "Оценка влияния хозяйственной деятельности на геологическую среду" (Минск, 1990) и на заседаниях антропогеновой комиссии АН Беларуси (Минск, 1994, 1997).
Опубликованность результатов. Всего по теме диссертации опубликована 61 работа, объемом 771 с, в том числе 3 монографии, статей в журналах -15, статей в сборниках - 26, тезисов докладов - 17, количество работ без соавторов - 21, публикаций за рубежом - 7.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов и списка использованных источников. Общий объем работы - 276 страниц; она содержит 79 таблиц и 38 рисунков. В списке литературы - 449 наименований.