Введение к работе
Актуальность проблемы.
Решение проблемы снижения антропогенной нагрузки на экосистемы в результате выбросов загрязняющих веществ (ЗВ), воздействия биологических, физических и других факторов представляет собой важную природоохранную задачу. При этом не менее важной самостоятельной задачей является повышение резистентности (устойчивости) экосистем к определенным факторам антропогенного воздействия на них.
Известно, что самоочищающие, самовосстанавливающие функции природных экосистем, в целом, исчерпаны или находятся на пределе этого исчерпания. Очевидны все признаки декомпенсации компонентов биосферы - расстройства их функционирования, возникающие при неспособности приспособительных механизмов компенсировать вызванные антропогенным воздействием нарушения. В этой связи актуальной задачей является изучение методов усиления компенсаторного эффекта – механизма приспособления экосистем к внешним воздействиям с целью снижения их неблагоприятных последствий.
Компенсаторный эффект, в принципе, является совокупностью ответных приспособительных реакций самого организма (экосистемы) и в обычных условиях генерируется самопроизвольно («автоматически»). Однако, признавая основной причиной нарушения экологического равновесия - антропогенную нагрузку, очевидно, следует признать и насущную необходимость «антропогенного участия» в процессе формирования защитных, приспособительных реакций окружающей среды (ОС), как меры моральной ответственности общества за нарушение принципов рационального природопользования.
Достаточно серьезными являются экологические проблемы крупного промышленного центра - города Тулы и его пригородных территорий. В атмосферу региона выбрасывается около 200 наименований ЗВ. Основной вклад в массу выбросов от стационарных источников вносят предприятия металлургии – 46 %, электроэнергетики – 40 %, химической промышленности - 6 %. Тульская область характеризуется одним из самых высоких показателей в России плотности выпадения тяжелых металлов (ТМ): свинца (более 10 кг/км2 в год), ртути (50 - 100 г/км2 в год).
В этой связи цель и задачи настоящего исследования были сформулированы следующим образом.
Цель работы: установление закономерностей усиления компенсаторного эффекта экосистем пригородных территорий, как механизма повышения их устойчивости и приспособления к возрастанию уровня антропогенной нагрузки с целью снижения неблагоприятных последствий (ущерба).
Задачи работы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
изучить характер взаимодействия антропогенных выбросов ЗВ с различными типами экосистем пригородных территорий и методы повышения компенсаторного эффекта данных экосистем;
-
провести моделирование взаимодействия антропогенных выбросов ЗВ с компонентами экосистем пригородных территорий;
-
изучить закономерности загрязнения ТМ сельскохозяйственных культур, культивируемых на пригородных территориях, и методы повышения компенсаторного эффекта экосистем при воздействии ТМ;
-
исследовать условия фитодетоксикации почв пригородных территорий, загрязненных ТМ;
-
разработать методы снижения содержания ТМ в сельскохозяйственной продукции.
Научная новизна.
В ходе работы получены результаты, которые вносят вклад в развитие теории мониторинга ОС, изучения процессов миграции ЗВ в элементах биосферы, а именно:
-
установлена взаимосвязь между состоянием и соотношением элементов экосистемы (поле-луг-лес) и условиями пространственного распространения выбросов ЗВ на пригородных территориях промышленного центра; показано, что при соотношении длины территорий поле:луг:лес, равном 1:2:1, каждый элемент и экосистема, в целом, в наибольшей степени способствуют усилению компенсаторного эффекта и минимизации рассеивания ЗВ;
-
адаптирована модель распространения ЗВ по территории пригородной экосистемы, , учитывающая закономерности конвективного диффузионного переноса токсикантов, закономерности движения воздушных масс, а также поглощение ЗВ растениями; установлено, что максимальные значения параметров поглощения ЗВ соответствуют данным натурных наблюдений, что подтверждает адекватность разработанной модели и возможность ее использования в целях прогнозирования развития экологических ситуаций;
-
установлены закономерности процессов миграции ТМ в почве и сельскохозяйственных культурах; показано, что наибольший уровень загрязнения отмечается в пахотном слое (20-25 см) обрабатываемых сельхозугодий, а на необрабатываемых площадях (луг, поле) в верхних горизонтах почвы (0-10 см) ТМ содержится больше, чем на обрабатываемых угодьях; отмечено повышение компенсаторного эффекта элементов экосистем за счет фитодетоксикации почв, загрязненных ТМ.
Практическое значение.
На основании научных исследований, выводов и обобщений предложены пути реализации результатов работы:
-
разработаны рекомендации по уменьшению дальности пространственного распространения газообразных и аэрозольных выбросов города - промышленного центра за счет соблюдения соответствующего соотношения длины территорий элементов экосистем (поле-луг-лес); по размещению и конструированию защитных лесополос;
-
предложены меры по предотвращению загрязнения почв ТМ; в целях усиления защитных свойств растений и почвы, снижения концентрации усвояемых форм ТМ в почвах рекомендовано систематическое внесение в почву органических и соответствующих видов минеральных удобрений, а также проведение известкования закисленных почв;
-
разработаны рекомендации по фитодетоксикации почв, загрязненных ТМ; предложено регулировать видовой состав растительности и количество получаемой биомассы, вводить в полевой севооборот корнеплодные культуры (до 20-25% площади сельхозугодий);
-
предложены меры по снижению содержания ТМ в сельскохозяйственной продукции и предотвращению попадания данных токсикантов в трофические цепи за счет применения водной обработки растительной массы, используемой для приготовления зеленого корма, кормовой муки и силосования;
-
результаты работы приняты к реализации хозяйствами, расположенными в пригородных зонах г. Тулы (СПК «Приупские зори», СПК «Восход 2»).
Надежность результатов и достоверность выводов.
Надежность полученных результатов обеспечена использованием современных методов исследования, классического аппарата статистической обработки результатов эксперимента. Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций, сделанных в работе, обусловлена их соответствием фундаментальным положениям теории мониторинга ОС и процессов миграции токсикантов в биосфере.
Апробация работы.
Результаты этапов исследования и работы в целом докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г.Тула, 2003-2004г.г.), на 6-ой международной научно-технической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2003 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Роль социальных, гигиенических и биологических факторов в становлении возрастных особенностей населения» (г. Пенза, 2003 г.), Всероссийской конференции «Современные проблемы экологии и рационального природопользования» (г. Тула, 2003 г.), на 7-ой международной конференции «Высокие технологии в экологии», (г. Воронеж, 2004 г.), на международной научно-технической конференции «Энергосбережение, экология и безопасность», (г. Тула, 2004 г.), на 2-ой международной научно-практической конференции «Экологические проблемы современности» (г. Пенза, 2006 г.).
На защиту выносятся:
-
обоснование взаимосвязи между состоянием и соотношением элементов экосистемы (поле-луг-лес) и условиями пространственного распространения выбросов ЗВ на пригородных территориях промышленного центра;
-
модель распространения ЗВ по территории пригородной экосистемы, учитывающая закономерности конвективного диффузионного переноса токсикантов, закономерности движения воздушных масс, а также поглощение и рассеивание ЗВ растениями;
-
обоснование закономерностей процессов миграции ТМ в сельскохозяйственных культурах и повышения компенсаторного эффекта элементов экосистем за счет фитодетоксикации почв, загрязненных ТМ;
-
практические рекомендации по конструированию и размещению защитных лесополос, по фитодетоксикации почв, загрязненных ТМ, по снижению содержания ТМ в сельскохозяйственной продукции.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в формулировке цели и задач исследования, проведении эксперимента, обсуждении результатов работы и ее апробации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 134 страницах, содержит 25 рисунков, 25 таблиц; состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы (180 наименований) и приложения (объемом 23 страницы).
