Введение к работе
Актуальность проблем* Действующее в настоящее время санитарно-гигиенические нормативы в виде системы предельно допустимых концентраций токсических веществ (ОДК) призваны защитить человека от воздействия загряанений окружающей среды. Однако одной этой системы для защиты человека недостаточно, так как окружающая среда воздействует на человека не только непосредственно, но и опосредованно.
Непосредственно - череа потребляемые им компоненты окружающей среды: воздух, воду, пищу, рекреационные ценности и т. д. Опосредованно - через доброкачественное, продуктивное состояние самой среды, то есть природных систем океана и суши, ее слагающих, во всем их комплексе, на всех широтах Земли, вне зависимости от того, живут'там люди или нет. Даже там,, где люди не живут и не ведется никакой хозяйственной деятельности, в отдаленных районах, биосфера выполняет важные для человека Функции: продуцирует кислород, очищает воду и воздух, производит биомассу растений и животных, поддерживает циклы эверго- и массообмена, хранит генофонд дикой природы. Все эти компоненты окружающей среды, как и многие другие, здесь не названные, не менее важка для человека, чем непосредственно им потребляемые, и также должны быть охвачены исследованиями, мониторингом, нормированием. В загрязненных зонах городов и промышленных агломераций люди могут существовать и работать только при благополучном и продуктивном состоянии биофона планеты.
Поэтому параллельно с системой санитарно-гигиенических ЦЦК должна быть разработана система экологических предельно допустимых концентрации (ЗЩК), призванная защитить от антропогенных воздействий природные сообщества, а на ' ее основе должны быть рассчитаны экологические предельно допустимые выбросы промышленных предприятий (ЭПДВ).
В этом направлении работают ряд ученых и научных коллективов Москвы, Санкт-Петербурга и др. городов; Уральского и Кольского центров РАН: Д. А. Криволуцкий, Ю. Г.Пузсченко, Ю. И. Чернов, А. МЛар-ко, 0. А. Пястолова, В. С. Беаель, НГМ. Люоашзвский, В. В. Крючков, Г. А. Евдокимова, Т. Д. Макарова, В. В. Никонов, В. Т. Ярмишко, В. А. Алексеев, Р. Т. Карабань, Е. Г. Мозолевская, В. С. Николаевский, В. Ф. Цветков и др. За рубежом подобные работы также ведутся достаточно широко. і -ІЗЬіГ
- 4 -Особенно много исследований осуществлено при изучении воздействия на лесные сообщества дымо-гааовых выбросов двух металлургических комбинатов: Гузумского (Швеция) и комбината в Садбери (Канада).
Изучение этих работ показало, что полученные в них результаты содержат ценную информацию по отклику различных структурно-функциональных блоков лесных экосистем на антропогенную, в том числе на токсическую, нагрузку. Однако, наряду с развитием этих работ возникает необходимость их объединения, генерализации с TeVi, чтобы выйти на уровень реакции экосистем как целого на антропогенные воздействия.
Однако обобщить и генерализовать реаультаты этих работ не представляется возможным,- так как они получены на разных объектах, в разных экологических условиях, с использованием различных методов. Таким образом, нормативы ЭПДК-ЭПДВ в настоящее время находятся в стадии становления, в связи с чем актуальным остается разработка критериев допустимого. антропогенного воздействия на природные комплексы. Иными словами, необходимо понять: что, где, когда и как надо изучить в природных экосистемах, чтобы обосновать нормы воздействия на них со стороны промышленных предприятий, а затем пересчитать эти нормативы на выбросы из труб.
Необходима организация комплексных работ, когда все нужные данные получаются на одних и тех же пробных площадях, по единой методологии, в сжатые фенологические сроки.
Цель работы. Разработать методологию определения экологических предельно допустимых атмосферных выбросов промышленных предприятий и применить ее к конкретным комбинатам цветной металлургии.
Задачи исследований:
критически осмыслить действующую систему санитарно-гигиенического нормирования и по аналогии с ней разработать принципы и методику экологического нормирования;
разработать методику и технику экспериментальных' полевых исследований при изучении воздействия дымо-газовых смесей предприятий цветной металлургии на лесные экосистемы;
разработать и обосновать принципиально ноеьн критерии допустимой токсической нагрузки на лесные сообщества;
разработать методику расчета предельно допустимых атмосферных выбросов предприятий цветной металлургии;
- Б -
- разработать методику дешифрирования аэро- и космоснимков по оптической плотности отображений для целей оценки состояния и биологического ущерба, наносимого природным сообществам со стороны промышленных предприятий.
Материалы, положенные в основу работы. При решении поставленных -задач были обобщены многолетние (1967-1992) оригинальные исследования автора по изучению воздействия атмосферных выбросов четырех комбинатов цветной металлургии на окрестные лесные сообщества: в Уральском регионе - Карабашского и Красноуральского медеплавильных комбинатов; в регионе Кольского полуострова - комбинатов "Североникелъ" и "Печенганикель".
В ходе этих работ были всесторонне изучены отклики лесных экосистем на токсическое воздействие дымо-газовых выбросов комбинатов, разработана методика генерализации этих данных, что позволило выйти на экосистемный уровень исследревний.
Комплексный характер работ позволил привлечь к исследованиям специалистов разного профиля. Разработка методологии, определение задач, разработка программы исследований, организация работ и оперативное руководство ими, а, "?акже обобщение полученных результатов, их теоретическое обоснование выполнены автором лично при непосредственном личном участии в работах на всех этапах исследований.
Фитоценотические работы проводились Т, В. Черненьковой и Е. а Усолкиной; мезофауна почв изучалась А. Л. Тихомировой, Т. Е Верещагиной, Р. Г. Куперманом, Е. Л Воробейчиком, Л. С. Некрасовой и Г. Г. Коневой; микроартроподы почв - Г. М. Ханисламовой; почвенные водоросли - Р. Р. Кабировым; мелкие млекопитающие - О. ф. Садыковым и Г. Д. Катаевым; подготовка образцов природных вод и снега к химическому анализу осуществлялась по методике, разработанной сов-, местно с R R Сычевым и М. В. Вирцавсом; обработка космических изображений выполнена О. В. Бутусовым по разработанным им алгоритмам; существенную помощь в дешифрировании космоснимков оказал В. В. Виноградов, наиболее трудоемкие и массовые работы по отбору образцов, ручной разборке.-укосов и почвенных проб выполнялись і привлечением студентов Башкирского государственного педагогического института, Уральского и Московского университетов. г'
Результаты комплексных исследований опубликованы в совместных работах. Всем коллегам по совместной работе автор выражает глубокую признательность и благодарность.
Научная новизна.
-
В отличие от предшествующих методик, оценка токсического воздействия атмосферных выбросов на лесные сообщества основана на анализе с помощью разработанной концептуальной квазистационарной модели взаимодействия димо-газовых смесей предприятий цветной металлургии и лесных экосистем.
-
Подвергнуты ревизии и усовершенствованы методология и техника экспериментальных полевых исследований при изучении реакции лесных сообществ на токсическое воздействие.
-
В качестве критерия допустимой нагрузки используется обнаруженный впервые порог токсического воздействия атмосферных выбросов металлургических производств на лесные экосистемы.
-
При оценке комплексного токсического воздействия на лес используется приближение трассеров, причем учитываются эффекты си-нэргизма и антагонизма отдельных компонентов техногенного загрязнения.
-
Оценка состояния лесных экосистем и расчеты биологического ущерба основаны на предложенном интегральном коэффициенте сохранности (ИКС), отличающимся от предшествующих индексов состояния Солее полным учетом параметров структурных блоков лесных экосистем и использованием приема нормирования на максимальное значение в выборке, что обеспечило корректную генерализацию больших массивов экспериментальных данных.
-
Нормирование воздействия на лес осуществляется не подбором приемлемых значений концентраций токсикантов, а основано на изучении критериев устойчивости, внутренне присущих лесным экосистемам, что дает возможность численного сравнения статической устойчивости лесов разных широтных зон.
-
Для упрощения расчетов предельно допустимых, выбросов металлургических комбинатов приї эняется новый подход, использующий простые эвристические модели атмосферного переноса загрязнений.
8.' Разработано приближение ловушки света в предложенной методике использования аэро- и космических снимков для целей оценки состояния и биологического ущерба, наносимого природным экосисте-
їм со стороны промышленных предприятий.
Практическая и теоретическая значимость работы. Результаты, >лученные в диссертации, могут быть использованы для построения і региональному принципу системы экологических предельно допус-[мых нормативов (ЗЩЩ-ЗПДВ), которая должна действовать паралельно с системой санитарно-гигиенических ПДК и защищать природ-m сообщества от антропогенного воздействия.
Нормативы ЗЇЇДК-ЗПДВ могут быть использованы для разработки пличных аспектов природоохранного законодательства, для обосно-шия требований к снижению атмосферных выбросов, предъявляемых к икдому конкретному предприятию, для проведения экологических кпертиз действующих, строгащихся и проектируемых промышленных >едприятий, могут быть использованы для обоснования выбора места ;роительетва промышленного предприятия из ряда альтернативных іриантов.
Предложенная методика вычисления сравнительной статической їтойчивости лесных биогеоценозов при дальнейшем накоплении дан-jx может служить основой для построения карт статической устой-івоети лесов.
/імков по оптической плотности изображений с использованием поде-' /тниковых экспериментов и вычисления на их основе интегрального эзффициента сохранности природных комплексов - ИКС может быть эпользована при обработке больших массивов мелкомасштабных кос-эснимков, накопленных за последние 20-30 лет, что позволит вылить тренды в изменении состояния природных систем, их деградацию эд действием антропогенных нагрузок с оценкой биологического церба.
Предложенные в диссертации эвристические модели существенно прощают модельные расчеты локального атмосферного переноса про-ышленных токсикантов при сохранении достаточной точности таких асчетов.
В целом полученные результаты составляют единую методологию ормирования атмосферных выбросов промышленных предприятий, в ко-орой использование разработанных методик приводит к получению овых результатов и существенному сокращению трудоемких полевых еследований, сокращению объема расчетов на математических моде-их и упрощению процедур дешифрирования космоснимков.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 7 международных (Ленинград, 1967; Ташкент, 1985; Москва, 1985; Ленинград, 1988; Будеевицы, 1989; Сванвик, 1992; С-Петербург, 1992) и 24 всесоюзных конференциях, а также долохены и обсуждень на научных семинарах в Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, ИЭМЭЖ РАН, ИЭРиЖ РАН, ИГ АН, ИЛУ. ИЗМИРАН, ШГАН. МГУ, ЛГУ, Ужгородском ГУ, Московском институте стали и сплавов, Башпединституте, Московском филиале географического общества, М0-ИП, Госстрое СССР, Ин-те физики и Ин-те неорганической химии Латвии, Мурманском областном комитете охраны природы и ряде другш организаций и вошли в курс лекций, читаемых автором по программ* переподготовки работников природоохранных организаций при Экологическом фонде России.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 77 работ, в том числе 2 монографии, 1 авторское свидетельство и 1 методическое пособие.
