Введение к работе
Актуальность работы.
Охватить весь комплекс проблем, связанных с загрязнением почвенных биоценозов - задача очень сложная и многообразная. В почве, населенной мириадами организмов, - от бактерий до млекопитающих включительно - процессы обмена столь многообразны и сложны, что мы еще только подходим к их пониманию. Ведущее место в изучении сложных природных объектов должны занимать не столько составляющие элементы этих объектов, сколько их взаимосвязи. В решении этой задачи невозможно обойтись без применения системного подхода. И без того непростая система, какой является почва, существенно осложняется при попадании в нее техногенных нефтепродуктов.
Энергетическая программа России на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи «черного золота», а это, в свою очередь, ведет к расширению сети трубопроводов, возрастанию объемов перевозок нефти и нефтепродуктов, увеличению количества транспортных средств. Вследствие этого невозможно полностью исключить вероятность аварий, разливов нефти и нефтепродуктов, катастрофических пожаров и взрывов. Поступление в почву инородных нефтепродуктов может привести к возникновению чрезвычайной ситуации (ЧС), однако критерии, по которым следует выделять зоны ЧС, весьма противоречивы. Среди критериев оценки территорий для выявления зон чрезвычайной ситуации используются показатели, оценивающие воздействие нефтепродуктов на биологические объекты. Однако до сих пор в нормативных документах рекомендовано использовать только косвенные критерии этой группы - угнетение роста растений, определение фитотоксичности почвы. Эти критерии не позволяют учитывать существующие особенности накопления органических загрязнителей в биотканях. Изучение количества и состава органических загрязнителей в биологических объектах позволяет судить о загрязнении экосистем, а также оно направлено на обеспечение безопасных условий жизни человека, что является конечной целью мониторинга окружающей среды при прогнозировании ЧС.
Для того, чтобы определить степень негативного влияния нефтепродуктов на почву, необходимо выявить характер их взаимодействия со всеми компонентами почвенного биоценоза. Почвенные отложения являются одними из наиболее сложных объектов экспертного исследования при изучении находящихся в них посторонних нефтепродуктов. Эти объекты всегда содержат органические компоненты, часть из которых образуется в них ввиду происходящих процессов жизнедеятельности организмов и их последующего посмертного преобразова-
ния. Помимо этого в природных объектах всегда содержатся фоновые количества занесенных извне техногенных примесей и загрязнений, большую долю которых составляют нефтепродукты. До настоящего времени не до конца разработанной остается проблема изучения инородных техногенных нефтепродуктов, рассеянных в почве и находящихся в состоянии динамического равновесия между почвенным покровом и почвенными организмами. С трудом поддаются качественной и количественной оценке процессы взаимного перехода опасных и вредных веществ между этими средами, способные оказывать негативное воздействие на биологические объекты, а также по цепочкам пищевых связей составлять прямую или косвенную угрозу здоровью людей.
Решаемая в диссертации научно-техническая задача - разработка методов оценки степени неблагополучия территорий для выявления зон чрезвычайной ситуации на основе изучения количества и состава нефтяного зафязнения в почвенных биоценозах.
Целью диссертационной работы является совершенствование методов мониторинга состояния почвенного покрова и идентификации нефтяного загрязнения при прогнозировании чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса.
Задачи исследования:
-
Синтезировать систему функционирования техногенных нефтепродуктов в сопредельных средах «почва - почвенные организмы» с системой получения и обработки доказательной экспертной информации по нефтяному загрязнению почвенного покрова.
-
Разработать методику оценки негативного воздействия нефтяного загрязнения на почвенные биоценозы, основанную на изучении количества и состава нефтепродуктов в биомассе растений методами спектрального анализа.
-
Разработать методику обработки спектральных данных методом зонального кодирования посредством выделения в спектрах логически определенных сегментов.
-
Обосновать признаки идентификации нефтяного загрязнения в системе «почва - биомасса растений» на основе обработки результатов экспертных исследований методами математической статистики.
Объекты исследования: в качестве объектов физико-химического исследования выступали нефть и товарные нефтепродукты, почвогрунт, биомасса растений; объектами статистического исследования были массивы доказательной экспертной информации.
Предмет исследования: нефтяное загрязнение почвенных биоценозов на объектах нефтегазового комплекса, информационные массивы экспертных данных.
Методы исследования: определение фитотоксичности, инфракрасная спектроскопия (ИКС), молекулярная люминесценция, регрессионный анализ, корреляционный анализ.
Научная новизна.
Реализован системный подход к изучению нефтяного загрязнения в сопредельных средах «почва - почвенные организмы», заключающийся в совместном применении трех взаимосвязанных систем: системы функционирования техногенных нефтепродуктов в почвенных биоценозах, системы получения аналитической информации по данным объектам, системы математической обработки доказательной экспертной информации.
В качестве способа оценки степени неблагополучия территорий для выявления зон чрезвычайной ситуации предложен метод изучения количества и состава нефтепродуктов в биомассе растений двумя независимыми спектральными методами исследования.
Разработана методика зонального кодирования ИК-спектров и спектров люминесценции на основе логически определенного выбора сегментов в изучаемых спектрах.
Разработан полиномиальный способ визуализации и сравнения кодов спектральных данных для идентификации нефтяного загрязнения в системе «почва - биомасса растений».
Практическая значимость.
Внедрение методики прямого анализа нефтепродуктов в биомассе растений расширяет возможности экспертного исследования техногенных нефтяных загрязнений и способствует определению возможности возникновения чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса.
Разработанный способ оценки степени неблагополучия территорий для выявления зон чрезвычайной ситуации путем изучения содержания и состава нефтепродуктов в биомассе растений может быть использован при проведении наблюдений за количественными и качественными показателями состояния окружающей среды и для информационного обеспечения государства, юридических и физических лиц по вопросам состояния окружающей среды.
Результаты работы используются в практической деятельности экспертных организаций МЧС России и в структурах Министерства природных ресурсов Российской Федерации, что повышает эффективность и достоверность про-
ведения мониторинга чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса.
Основные положения работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при проведении занятий по дисциплине «Методы и средства судебно-экспертных исследований».
Достоверность научных положений и выводов, изложенных в диссертации, подтверждается использованием современных физико-химических методов анализа и обеспечена значительным объемом экспериментального материала по изучению нефтяного загрязнения в почвенных биоценозах. Обработка результатов проведена методами зонального кодирования, регрессионного анализа, корреляционного анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Система функционирования техногенных нефтепродуктов в сопредельных средах «почва - почвенные организмы», синтезированная с системой получения аналитической информации по данным объектам и системой математической обработки доказательной экспертной информации.
-
Методика оценки негативного воздействия нефтяного загрязнения на почву, основанная на изучении содержания и состава нефтепродуктов в сопредельной с почвой среде биомассы растений двумя независимыми спектральными методами исследования.
-
Система зонального кодирования инфракрасных спектров и спектров люминесценции экстрактов почвенных отложений и биомассы растений, позволяющая проводить математическую обработку аналитической информации.
-
Параметры идентификации нефтяного загрязнения, основанные на полиномиальном способе визуализации спектральных данных и сравнении визуальных образов путем графического наложения и с использованием методов математической статистики.
Апробация работы.
Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры исследования и экспертизы пожаров Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также на:
- Межрегиональной научно-практической конференции «Перспективы развития пожарно-технической экспертизы и расследования пожаров», Санкт-Петербург, 30 июня-1 июля 2005 г.
- Ill Международной научно-практической конференции «Технические
средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-
Петербург, 30-31 октября 2007г.
Основное содержание диссертации изложено в 5 печатных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК (Вестник СПб института ГПС МЧС России, 2006. № 4; Безопасность жизнедеятельности, 2008. № 8).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов. Общий объем работы составляет 137 страниц печатного текста, содержит 47 рисунков, 22 таблицы. Список литературы включает 113 наименований.
