Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время проблема взаимодействия созданной человеком технической цивилизации и окружающей среды приняла глобальные масштабы и встала в ряд приоритетных задач, от решения которых во многом зависит будущее человечества. Несмотря на то, что в ряде регионов, особенно на севере Европы, наметилась тенденция к улучшению качества окружающей среды, во многих странах были отмечены негативные последствия загрязнения воздуха, воздействия на людей химических веществ, загрязнения почвенных и водных ресурсов, безопасности продуктов питания, воздействия биологических факторов (Окружающая среда и охрана здоровья. Европейская хартия и комментарии. Копенгаген, Европейское региональное бюро, 1090 ). Наиболее наглядно эти процессы проявились в атмосфере и гидросфере, изучению загрязнения которых были посвящены многие исследования последних десятилетий. В тоже время загрязнение верхнего слоя литосферы - почвы, оставалось, по ряду причин, менее изученным. Вопросы загрязнения почвы веществами техногенного происхождения (тяжелыми металлами, пестицидами, минеральными удобрениями, нитратами и др.) получили развитие . в частности, в работах Киевской школы акад. Е.И.Гончарука (Е.И.Гончарук ,1089.1960,1991). Однако, как подчеркивается многими исследователями (В.А.Ковда.1985; O.Wong et al.,1989; П.Н.Линник,1980; А.П.Красавин ,1991 .), изучение изменения качества почвы должно интенсифицироваться и носить комплексный характер, поскольку в условиях длительного ее загрязнения экзогенными химическими веществами, и, в первую очередь, тяжелыми металлами, они способны перераспределяться в грунтовые и поверхностные воды, накапливаться почвенной микробиотой и растениями (В.Б.Ильин,1091), включаясь в трофические цепи человека и животных.
Особую актуальность данная проблема приобретает в условиях крупных промышленных регионов Украины , характеризующихся дефицитом земельных ресурсов и значительным загрязнением .плодородного слоя почвы как аэрогенным путем, так и непосредственно - при складировании битовых и промышленных отходов. Особенно значительно количество таких отходов в добывающих отраслях и их влияние на почву должно иметь первоочередную гигиеническую оценку с целью разработки наиболее безопасных и эффективных способов утилизации ( И.Г.Важенин.І089; Е.И.Гончарук, 1989; А.П.Красдл///1991). Важность изучения отмеченных вопросов подтверждается тем. что в Ук-
раине, и, в частности, в крупнейшем по промышленному потенциалу и уровню деградации окружающей среды Донецко-Приднепровском регионе, около 70% тепловой и электрической энергии вырабатывается на ТЭЦ. путем сжигания ископаемых видов топлива, среди которых значительную долю занимает уголь. Отвальные шахтные породы и отходы углеобогащения являются значительным источником подвижных соединений тяжелых металлов, нанося основной урон почвенному покрову и опосредовано негативно влияя на качество грунтовых вод и химический состав растений.
В связи с этим крайне важна разработка и осуществление ряда эколого-гигиенических, проектных, технологических и других мероприятий, направленных, на оздоровление окружающей среды в районах размещения предприятий угольной промышленности. Одним из таких мероприятий является рекультивация нарушенных земель. Изучение ее технологии, агро-химических и агро-биологических особенностей рекультивированных почв в последнее время было дополнено исследованиями возможного их влияния на здоровье человека как непосредственно, так и черев воду и продукты питания ( М.Я.Шелюг,1986; О.В.Мельник,1987; Э.А.Деркачев,1991). Этот вопрос не потерял своей актуальности, поскольку опыт, накопленный в Украине и других странах, показывает, что не всегда экологические мероприятия ведут к восстановлению пригодных для использования объектов среды и без дополнительной оценки и четкого регламентирования искусственно воссозданные почвы и водоемы могут служить дополнительным источником опасных поллютантов - тяжелых металлов, представляющих немалую опасность для здоровья человека. Вышесказанное,,обусловило необходимость исследований с целью изучения гигиенических аспектов рекультивации нарушенных земель и, в частности, оценки возможного негативного влияния тяжелых металлов на объекты среды и здоровье человека.
Пелью настоящей работы явилась эколого-гигиеническая оценка миграции и транслокации тяжелых металлов в рекультивированных почвах при угледобыче и разработка рекомендаций, направленных на ограничение вагрязнения почв й продуктов питания растительного происхождения. Для достижения поставленной цели были определены следующие вадачи:
1. Иэучить перспективу развития угледобывающего комплекса Западного Донбасса, основные направления негативного воздействия угледобычи на окружающую среду и дать эколого-гигиеническую оценку планируемых и осуществляемых мероприятий по ее охране.
-3- .-
2. Исследовать особенности миграции тяжелых металлов в систе-
' ме "шахтная порода - рекультивированные почвы - растения" в зави
симости от физико-химических свойств шахтных пород, интенсивности
протекания процессов современного выветривания и различных стра
тификационных схем рекультивированных участков.
-
Установить особенности транслокации тяжелых металлов в сельскохозяйственные культуры для различных почвенных условий.
-
Разработать интегральный индекс оценки степени опасности загрязнения рекультивированных почв тяжелыми металлами.
-
Дать оценку безопасности и безвредности растений - продуктов питания, выращенных на рекультивированных почвах ( на основании результатов токсико-гигиенических исследований с использованием различных тест-объектов).
-
Обосновать комплекс эколого-гигиенических мероприятий по прішенению оптимальных направлений рекультивации и перечень рекомендуемых для выращивания растений - продуктов питания человека и животных.
Научная новизна работы. Неучены закономерности миграции специфических загрязнителей - тяжелых металлов в рекультивированных и естественных техногенно загрязненных почвах в районах интенсивного техногенного воздействия угледобывающих предприятий. Предложен интегральный индекс для оценки степени опасности тяжелых металлов в рекультивированных и ненарушенных почвах, базирующийся на их физико-хшических, фито- и биотоксических свойствах. Изучены искусственно воссозданные неоднородные почвогрунты с точки зрения особенностей их воздействия на подвижность водорастворимых форм тяжелых металлов. Установлены закономерности выноса микроэлементов из отвальных шахтных пород в зависимости от их физико-химических сеойств и интенсивности протекания процессов современного выветривания. Установлены транслокационные характеристики различных тяжелых металлов в условиях почв, подвергающихся комплексному техногенному воздействию через подстилающие шахтные породы' и атмосферный воздух. Показана принципиальная возможность использования одноклеточных микроорганизмов Teirahyrrv;-na pyrlphormls для экспрессной оценки токсичности растительных продуктов питания с рекультивированных участков. Установлена степень влияния продуктов растительного происхождения с рекультивированных почв на физиологические, бпохимнмческие, иммуннологнческне, морфологические псолзатели белях крыс. Научно обоснована эколо-го-биологическая необходимость якраннруюаих прослоек между перо-
дой и плодородным слоем почвы при выращивании растений - продуктов питания человека и животных. Предложен ряд необходимых мероприятий в процессе создания и эксплуатации рекультивированных участков для повышения их медико-биологической надежности при выращивании сельхозрастений.
Практическая значимость работы, материалы диссертации были использованы при разработке технико-экономических проектов по защите окружающей среды от воздействия горнорудных предприятий институтом "Днепрогипрошахт", ряда пректов ОВОС для угольных шахт объединения "Свердловантрацит" Днепропетровским Институтом гесн технической механики. Институтом экологических технологий Донбасса. Рекомендации, изложенные в работе, используются объединением "Павлоградуголь" при проведении рекультивации вемель. в научно-практических работах Днепропетровского Государственного университета и Депропетровского Государственного аграрного университета, а также при осуществлении предупредительного и текущего санитарного надвора санэпидслужбами Днепропетровской и Донецкой областей.
- Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на региональной научно-практической конференции "Проблемы рационального использований и охраны водных ресурсов бассейна нижнего Днепра" (Днепропетровск, 1990); республиканской конференции "Биотехнология получения кормового белка, экологически чистых препаратов, повышающих урожайность премиксов, ферментов и витаминов кормового назначения"- (Днепропетровск, 1990),; республиканской научной конференции "Эколого-гигиенические проблемы питания населения" (Киев, 1992); конференции молодых ученых и специалистов Днепропетровского медицинского института (Днепропетровск, 1993); 1-ом Международном симпозиуме "Зооиндикация и экотоксикология животных в условиях техногенного ландшафта" (Днепропетровск, 1993); международной конференции " Биоэкологические и горнотехнические проблемы рекультивации нарушенных вемель и повышение их продуктивности" (Днепропетровск, 1993).
Основные положеня. выносимые на защиту:
1. При использовании отвальных шахтных пород и отходов углеобогащения для целей рекультивации из них в почву вымывается ряд тяжелых металлов, характер распределения которых по почвенному профилю вависит от-стратификации перекрывающих почвогрунтов.
-5-..
-
Скорость и объемы выщелачивания тяжелых металлов прямопро-'порциональны интенсивности процессов современного выветривания в породах.
-
Уровни транслокации микроэлементов в растения иа рекультивированных и ненарушенных региональных почв достоверно не отличаются.
-
Растения, полученные на рекультивированных, почвах, не оказывают выраженного повреждающего действия на организм теплокровных животных, а имеющие место транэиторные изменения иммунологических, физиологических и биохимических показателей находятся в пределах регуляторних возможностей организма.
Пубд-дсацик. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 173 страницах машинописи и состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной материалам и методам, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, списка использованной -литературы и приложений. Работа проиллюстрирована 26 таблицами и 25 рисунками. Библиография включает 202 варубежных и отечественных источника.