Введение к работе
Актуальность исследования. Глобальное загрязнение окружающей среды продуктами хозяйственной деятельности человека приобрело в современном мире характер экологического кризиса В настоящее время ваияейпие обязанности государства заключаются в обеспечении населения экологически чистыми продуктами питания, постоянном контроле за состоянием объектов окружающей среды и реализация мероприятий по предотвращения их загрязнения. Кроме того, региональная взаимосвязанность экологических процессов определяет ответственность каждой страны за сохранность и чистоту ее природных объектов перед шровин сообществом, поэтому ЭффвК-тивггое решение природоохранных проблем является . необходимой предпосылкой интеграции государства в общемировые структуры.
Актуальность экологических задач для Украины связана с высокой концентрацией промышленного и сельскохозяйственного производства в регионе, ограниченностью земельных ресурсов, интенсивно* химизацией сельского хозяйства. В области стояща перед УССР природоохранных проблем особенно важно предупреждение и снимание загрязнения почв и продукции растениеводства химическими средствами зашиты растении (ЖЗР) или пестицидами, поскольку последние непосредственно воздействуют на посевы сельскохозяйственных культур, в связи с чем их использование в значительной мере определяет экологическую чистоту продуктов питания человека.
Для реиения указанной проблемы необходимы всестороннее Исследование загрязнения почв и продукции растениеводства, пестицидами, выделение факторов, определяющих его динамику, изучение количественных связей меяду ними, оценка текущее масштабов загрязнения и прогноз изменения ситуации в регионе при различном состоянии характеристик, обусловливающих развитие изучаемого процесса. Эффективным инструментом решения такого рода задач, предусматривающих сбор, хранение и обработку больших объемов статистической информации, являются методы математического моделирования и обработки многомерных информационных массивов, реализованные на современных средствах вычислительной техники. Использование экономико-математических методов для изучения процесса загрязнения почв и продукции растениеводства пестицидами в регионе представляется актуальным, поскольку позволяет провести объективный анализ, разработать аппарат исследования,-а также оперативно получать непротеворечивые альтернативные прогнозы его развития.
В СССР вопросами оценки и прогнозирования загрязнения природных объектов применяемыми в сельском хозяйстве ХСЗР занимаются ВНИИ гигиены, токсикологии пестицидов, полимеров и пластических шее, Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦШАО), НИИ Госкомгидромета В области изучения процессов загрязнения почв и продукции растениеводства пестицидами большой интерес представляют работы Ивановой А. Н. , Спыну Е. И., Лунева Ы. И., Шостак Л. Б. , Соколова М. С., Галиулина Р. В. Среди зарубежных исследований в данной области следует отметить труды таких ученых, как Walker A. , Pi mental D. , Grokket A. , Cottam C,
Настоящая диссертационная работа посвящена решению проблемы оценки и прогнозирования регионального загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР остаточными количествами пестицидов (ОКП). Актуальность выбранной темы диссертационной работы подтверждается: рядом правительственных постановлений экологического характера, принятых как на союзном, так и на республиканском уровнях, предусматривающих значительное расширение научно-исследовательских работ по природоохранным проблемам; необходимостью выработки эффективной стратегии экологически приемлемого использования ХСЗР в республике при отсутствии методологии и моделей для разработки ^текущей и перспективной оценки регионального загрязнения ОКП почв и продукции растениеводства; свявью темы работы с республиканской целевой программой исследований по вопросам отрицательного воздействия химизации сельского хозяйства, научно-производственной деятельностью республиканских проек-тно-изыскательных станций химизации в области осуществления мониторинга за ОКП в окружающей среде, тематикой ЦШАО.
Цель и задачи исследования. Цели диссертационной работы заключаются в разработке методологии, математических методов и моделей решения проблемы оценки и прогнозирования загрязнения почв и продукции растениеводства пестицидами на региональном уровне; анализе состояния, комплексной оценке, создании аппарата исследований и определении альтернативных перспектив развития изучаемого процесса в УССР.
Основными задачами исследования являются:
- разработка методологии решения проблемы оценки и прогнозирования загрязнения почв и продукции растениеводства пестицидами на региональном уровне, включающей определение системы по-казателеА обоснование используемых математических методов и ме-
тодику конструирования экономегрическоя модели для определения альтернативных перспектив разпггия изучаемого процесса;
разработка методики расчета системы региональных показателей загрязнения почв и продукции растениеводства ОІШ;
анализ ретроспективной динамик;; системы региональных показателей загрязнения пота и продукции рязтениеводства в УССР;
комплексная оценка текуиэго и перспективных уровней загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР на основе системы региональных показателей;
разработіса экснометрических моделей прогнозирования регионального загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР остаточными количествами хлор-органических соединении (ХОС), фос-форорганических соединений (<10С) и гербицидов;-
оценка прогнозных свойстз разработанных зкоиометрических коде гей;
разработка сценариев и реализация прошозно-имэтациошшх расчетов на сконструированных моделях по региональному загрязнению почв и продутщии растениеводства ОКП в УССР.
Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования рассматриваются растениеводство как отрасль сельсіюго хозяйства и сельскохозяйственные угодкя УССР. Предметом исследования является процесс регионального загрязнения почв и продукции растениеводства остаткам! пестицидов в УССР.
Методология исследования. Методологическую базу исследования составляют правительственные документы з области экологшг и рационального использования природных ресурсов, концепция мониторинга антропогенного загрязнения окружавшей среды, теория системного анализа, методы эконометрического моделирования, и многомерного сравнительного анализа.
Научная новизна результатов работы состоит в том, что впервые в отечественной практике оценки и прогнозирования загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП сделано следунцее:
1. Разработана методология решения проблемы оценки и прогнозирования регионального загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП, в рамках которой:
- определена и обоснована система показателей, позволяющих
дать комплексную характеристику загрязнения почв и продукции
растениеводства всеми контролируемыми видами пестицидов на реги
ональном уровне;
_ 4 -
обосновано применение методов многомерного сравнительного анализа для разработки комплексной оценки загрязнения почв и продукции растениеводства в регионе ОКЯ;
разработана методика конструирования экокометрической модели прогнозирования загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП, где обоснована ее структура, установлены основные взаимосвязи и предложена базовая спецификация ограничений.
-
Разработана методика расчета системы региональных показателей загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП, выполнен анализ их текущего состояния для УССР.
-
Сконструированы эконометрические модели прогнозирования регионального загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР остаточными количествами ХОС, ШЗ и гербицидов, представляющие собой системы ограничения смешанного типа с наличием нелинейных форм функциональной зависимости.
-
Реализованы прогнозно-имитационные решения и получена альтернативная динамика загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР ОКП по сценариям, предусматривающим изменения в количестве и ассортименте применяемых пестицидов.
6. Разработаны комплексные оценки ретроспективного и перспективного загрязнения ОКП почв и продукции растениеводства в УССР, основанные на фактическое и сценарной динамике системы региональных показателей, характеризующих исследуемый процесс.
Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная в ней методология решения поставленной проблемы, методика-расчета системы региональных показателей загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП, структура зконометрическіїх моделей и спецификация их ограничений могут быть использованы как типовые при решении аналогичных задач по другим территориальным объектам, а также по другим видам химических полютантов, например нитратов. ' Практическая направленность работы предполагает использование разработанных моделей и результатов прогнозно-имитационных расчетов природоохранными органами республики для анализа текущего, состояния загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР ОКП, а также для оценки экологических последствий тех или иньк решений в области применения в регионе химических средств защиты растений.
Реализация и внедрение результатов исследования. Работа связана, с тематикой ЦИНАО и научно-производственной деятель-
ностью токсикологических подразделений проектно-изисгсательных станций химизации УССР по осуществлению мониторинга за ОКП в окружавшей среде. Результаты исследований использовались в институте "Укрзешроект" при разработке в 1388 г. "Генеральной схемы использования земельных ресурсов УССР на период до Я005- года" в разделе "Площади земель, загрязненных пестицидами и минеральными удобрениям!, и заграти нз предотвращение и ликвидацию загрязнения", а такаяе в работе органов Госкомприроды УССР при контроле за применением колхозами и еозхозаш средств химизации сельского хозяйства. Представленная в работе методкіса расчета системы показателей загрязнения ггочв и продукции растениеводства ОКП на региональном уровне используется з учебном процессе в Украинской сельскохозяйственной академии при изучении проблемы производства экологически чистой продукции.
tia заоггу выносятся следудпие результаты диссертации:
методология ресения проблемы оценки и прогнозирования регионального загрязнения ОКП почв и продутадии растениеводства;
методика расчета системи региональных показателей загрязнения почв и продукции растениеводства ОКП и результаты анализа их динамики для УССР;
результаты таксономического анализа ретроспективной и прогнозной динамики исследуемого процесса для УССР;
комплекс эшоноыетрическнх моделей прогнозирования регио-. пального загрязнения почв и продукции растениеводства в УССР остаточными количествами КОС, 00 и гербицидов;
результаты прогнозно-имитационных расчетов развития регионального загрязнения почв и продукции растениеводства в ' УССР остаткам;! пестицидов на период до 2000 г.
Апробация работы. Результаты проведенныхисследований докладывались на Республиканской научно-технической конференции "Агроэколргическая обстановка на сельскохозяйственных угодиях Украинской ССР и пути снижения их загрязнения токсичлкми веществами" (г. Черкассы, 1S89 г.), Республиканском сеюшаре "Совершенствование системы контроля за загрязнением почв и продукции растениеводства", (г. Ровно, 1989 г.)'и Всесоюзной научно-практической конференции "Агрометерологические ресурсы и продукционные процессы в растениеводстве" (г. Киев,-1991 г.).
Публикация. Результаты исследований представлены в пяти научных публикациях общим объемом 3,5 усл.- печ. л.
- 6 ~
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы . (101 наименование) и приложений. Работа содержит 199 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 35 таблиц.