WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Особенности остаточного загрязнения хлорорганическими пестицидами территории Республики Алтай

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

Куликова-Хлебникова Елена Николаевна

ОСОБЕННОСТИ ОСТАТОЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ ПЕСТИЦИДАМИ

ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Барнаул - 2012


Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:    кандидат геолого-минералогических наук

Робертус Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор географических наук (профессор?)

Сухова Мария Геннадьевна

доктор биологических наук Барановская Наталья Владимировна

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет"

Защита состоится 22 июня 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук

Автореферат разослан 18 мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.г.н., доцент                                         ^*!1~~-               И.Н. Ротанова


Введение

Актуальность исследования. Среди разнообразных химических экотоксикантов антропогенного происхождения к числу наиболее опасных для окружающей среды и человека относится такой класс стойких органи­ческих загрязнителей как хлорорганические пестициды (ХОП): ДДГ, ГХЦГ, линдан, в 1950-1980-е годы интенсивно использовавшиеся в Гор­ном Алтае для различных хозяйственных целей.

По ориентировочным подсчетам в этот период в регионе было ис­пользовано до 3 тысяч тонн ХОП, которые хранились в более 50 времен­ных складах. В 1990-е годы большинство складов пришло в негодность, остатки пестицидов были собраны для последующей утилизации, частич­но захоронены или остались на месте хранения. В ряде сел места бывшего хранения ХОП были застроены или отданы под застройку.

За время использования ХОП произошло загрязнение многих сели­тебных зон и смежных с ними территорий, где образовалось большое ко­личество локальных, но опасных для населения очагов загрязнения депо­нирующих природных сред - почв, донных осадков, растений.

Цель работы. Уточнение уровней присутствия и характера распре­деления хлорорганических пестицидов, ранее хранившихся и применяв­шихся на территории Республики Алтай.

Для ее достижения решались следующие задачи.

  1. Установить уровни присутствия остаточных концентраций ХОП в природных средах на участках их бывшего хранения и применения.
  2. Изучить особенности распределения и поведения остаточных кон­центраций ХОП в объектах окружающей среды.
  1. Оценить экологические последствия хранения и применения ХОП на территории Республики Алтай.
  2. Изучить возможность ремедиации загрязненных ХОП почв в ус­ловиях Республики Алтай.

Объектом исследования явились ореолы остаточного загрязнения ХОП объектов окружающей среды, а его предметом - уточнение уровней присутствия и характера распределения ХОП в природных средах, осо­бенностей их трансформации, миграции и транслокации, а также возмож­ности ремедиации загрязненных пестицидами почв.

При выполнении работы использовались теоретические и методиче­ские подходы и положения геоэкологического анализа, изложенные в тру­дах В.И. Бгатова, Э.К. Буренкова, В.Т. Трофимова и других исследовате­лей. Применялись сравнительно-географический, биогеохимический, кар­тографический, математико-статистический и геоинформационные мето­ды исследования.

1


Фактический материал и методы исследования. В основу диссер­тации положены материалы Алтайского регионального института эколо­гии, полученные с участием автора в 2006-2011 гг. В этот период было исследовано 1423 пробы природных сред и продуктов питания раститель­ного и животного происхождения, для которых в испытательной лабора­тории ФГУП "Центральная научно-производственная ветеринарная ра­диологическая лаборатория" (г. Барнаул) методом газовой хроматографии выполнено 7638 определений метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ, а в ИВЭП СО РАН - 300 определений физико-химических свойств почв.

Научная новизна работы: Впервые оценены уровни присутствия ХОП и выявлены основные особенности их распределения и поведения в объектах окружающей среды на территории Республики Алтай. Уточнены факторы, влияющие на устойчивость пестицидов и их миграционные и транслокационные свойства. Установлено, что основным фактором фор­мирования ореолов загрязнения ХОП является ветровой, в меньшей сте­пени, водный перенос пестицидов. Оценены возможности ремедиации загрязненных ХОП почв in situ и получены положительные результаты при их санации нетрадиционными химическими реагентами.

Практическая значимость работы. Фактические данные, получен­ные в процессе исследования, позволили: 1) достоверно оценить эколого-гигиеническую обстановку на территории более 50 населенных пунктов Республики Алтай; 2) разработать целевую программу РА по утилизации устаревших ХОП и ликвидации очагов их загрязнения; 3) вывести из хо­зяйственного пользования более 30 участков, загрязненных ХОП; 4) реко­мендовать продолжение работ по ремедиации загрязненных ХОП почв в опытно-производственном варианте.

Достоверность проведенного исследования обеспечена значитель­ным объемом, комплексным характером и глубиной проработки получен­ного и использованного в работе фактического материала.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссерта­ции отражены в 11 статьях, опубликованных в материалах международ­ных и региональных научно-практических конференций, в том числе в 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Результаты работ по теме исследования докладывались на конферен­циях: "Охрана окружающей среды и обеспечение благополучия населения Республики Алтай" (Горно-Алтайск, 2009), "Отражение био-, гео-, антро-посферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове" (Томск, 2010), "Современные проблемы загрязнения почв" (Москва, 2010), а также на семинарах Института водных и экологических проблем СО РАН.

2


Основные защищаемые положения:

  1. Уровни присутствия и особенности распределения хлорорганиче-ских пестицидов в объектах окружающей среды на территории Республи­ки Алтай определяются антропогенными факторами (хранения и приме­нения) и природными условиями региона, а также характером перераспре­деления остаточных концентраций препаратов.
  2. Основными объектами локализации устаревших пестицидов явля­ются очаги их загрязнения, сформировавшиеся вследствие переноса ХОП из мест стационарного и полевого хранения. Процессы трансформации остатков пестицидов в почвах протекают медленно, а их миграция путем воздушного и водного переноса, в основном, слабая и умеренная. Транс­локация пестицидов наиболее активно протекает в системе почва - расте­ние.
  3. Экологическое состояние депонирующих природных сред - почв, растений, донных осадков в очагах остаточного загрязнения ХОП небла­гоприятное, а сами участки непригодны для проживания и хозяйственной деятельности. Предварительно установлена возможность ремедиации за­грязненных пестицидами почв путем их обработки химическими кислот­ными реагентами "Нетрол" и "Кристалл-КФ".

Структура и объем работы. Диссертация объемом 140 страниц со­стоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 150 наиме­нований. Работа содержит 47 таблиц и 65 рисунков.

Содержание работы

В введении обоснована актуальность проведенного исследования, сформулированы его цель и задачи, изложена научная новизна и практи­ческое значение полученных результатов.

В главе 1 "Состояние проблемы. Методы исследования" приведе­ны сведения о хлорорганических пестицидах, их поведении в окружаю­щей среде и медико-экологических последствиях применения пестицидов. Дана характеристика видов, объемов и методов полевых и лабораторных работ, а также методов обработки и интерпретации полученных данных.

В главе 2 "Природные условия. Объекты изучения" дана краткая характеристика природных условий Республики Алтай. Приведены сведе­ния об объектах прошлого хранения и применения пестицидов на терри­тории республики и охарактеризована изученность этой проблемы.

В главе 3 "Уровни присутствия хлорорганических пестицидов и их производных в природных средах и продуктах питания" приведены сведения об остаточных концентрациях ХОП в природных средах (почвы, природные воды, донные осадки, растения) и в изученных продуктах рас­тительного и животного происхождения на территории Республики Алтай.

3


В главе 4 "Особенности поведения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды Республики Алтай" раскрыты особен­ности распределения, трансформации, миграции и транслокации ХОП в изученных природных средах на территории республики.

В главе 5 "Экологические последствия хранения и применения хлорорганических пестицидов на территории Республики Алтай" да­на эколого-гигиеническая оценка загрязнения ХОП обследованных насе­ленных пунктов, охарактеризованы вещественно-морфологические типы очагов загрязнения, оценена возможность санации загрязненных почв.

В заключении подведены итоги и сформулированы основные выво­ды проведенного исследования.

Обоснование защищаемых положений

Первое защищаемое положение: Уровни присутствия и особенности распределения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды на территории Республики Алтай определяются антропогенными факторами (хранения и применения) и природными условиями региона, а также характером перераспределения остаточных концентраций препа­ратов.

Полученные в процессе исследования данные позволили определить современные уровни присутствия ХОП в объектах окружающей среды на загрязненной территории РА. Установлено, что они варьируются от ты­сячных-сотых долей мг/кг на фоновых участках до сотен и первых тысяч мг/кг в эпицентрах выявленных очагов остаточного загрязнения почв.

Так, среднее содержание ДДТ в почвах составляет 4,76 мг/кг, в рас­тениях 0,86 мг/кг, природных водах - 0,005 мг/дм3, донных осадках - 0,5 мг/кг. Средние уровни присутствия его конечного метаболита ДДЭ ниже в 6-17,3 раза, при этом наибольшая его доля характерна для поверхностных вод, а минимальная - для сопряженных с ними донных осадков (табл. 1).

Таблица 1 Параметры распределения ДДТ, ДДЭ в природных средах, мг/кг (мг/дм3)

Пара­метры

Почвогрунты

Растения

Природные воды

Донные осадки

ДДТ   I   ДДЭ

ДДТ   I   ДДЭ

ДДТ   I   ДДЭ

ДДТ  I   ДДЭ

п

863

94

50

37

mm

0,001

0,001

0,001

0,001

0,0003

0,0001

0,001

0,001

max

750,37

32,74

7,78

0,88

0,0180

0,0024

6,86

0,25

X

4,76

0,40

0,86

0,12

0,0048

0,0008

0,50

0,03

Уровень остаточных концентраций ХОП в почвах зависит, в основ­ном, от их свойств, а также от состава и свойств почв, в частности, от их рН, сорбционной емкости, содержания гумуса, механического состава, условий аэрации, а также от наличия геохимических барьеров, водного режима и пр. Благодаря высокой стабильности в условиях РА, ХОП и продукты их распада, попадая в почву, остаются в ней на долгие годы.

4


Слабо повышенные уровни загрязнения почв ХОП - пх0,1-1 мг/кг (nxl-ІО ПДК) установлены на участках бывших пионерлагерей, в преде­лах "старых" туристских баз, на плантациях хмеля и отдельных участках ветеринарной обработки домашних животных, в местах бывших плотбищ при проведении молевого сплава леса (Артыбаш, Каракокша и др.).

Умеренно и реже высоко повышенные уровни загрязнения почв ХОП - nxl-10 мг/кг (пхЮ-100 ПДК) характерны для площадок нахождения бывших складов хранения ХОП, большинства бывших ветеринарных ап­тек и участков, отдельных локальных участков наиболее "старых" хмель­ников в селах Майма, Кызыл-Озек, Карлушка.

Высокие уровни присутствия остаточных концентраций ХОП в за­грязненных почвах - пхЮ-100 мг/кг и более (пхЮО-1000 ПДК) споради­чески выявлены в разных частях РА, но чаще они встречаются на участках бывших стационарных складов и в местах полевого хранения пестицидов. В этих местах, как правило, присутствуют визуально различимые уста­ревшие препараты, в которых остаточные концентрации действующего вещества составляют десятки и первые сотни г/кг.

В пахотных почвах уровень присутствия ДДТ низкий и умеренно по­вышенный и составляет в среднем 0,27 мг/кг или 2,7 ПДК. Содержание в них ДДТ и ДДЭ на 25 и 18 % ниже, чем в сопряженных целинных почвах. Это указывает на более интенсивную деструкцию остаточных концентра­ций ДДТ в пахотных почвах в результате их постоянной обработки.

Средний уровень присутствия действующего вещества в остаточных концентрациях ХОП, присутствующих в загрязненных почвах, варьирует­ся для ДДТ в пределах 56,6-87,2 % и, в основном, составляет 60-70 %. При этом просматривается зависимость доли исходного препарата от времени его применения. Так, в очагах загрязнения почвенного покрова, образо­ванных в 1950-60-е годы, доля ДДТ не превышает 65-70 % (рис. 1).

  1. Артыбаш
  2. Беле
  3. Камлак
  4. Ябоган
  5. Майма
  6. Турочак
  7. Карлушка
  8. Яйлю
  9. Анос

дцт, ддэ, %                ^        1

80                                 с     ^-»о                        О

4-   >.*7  8                 \

бо л  /ф   6 ДДТ    4

6

40-                                                                        7

8

20--»-        2                  ДДЭ          9

1960 г.       1970 г.      1980 г.       1990 г.

Рис. 1 Зависимость содержания ДДТ и ДДЭ в загрязненных почвах населенных пунктов РА от времени применения ХОП

5


В настоящее время в устаревшем ДДТ и загрязненных им почвах до­ля исходного препарата выше 50 %, что является интегральным показате­лем его высокой стабильности в природных условиях Горного Алтая.

Уровень долевого присутствия у-изомера ГХЦГ - действующего ве­щества гексахлорана - в устаревшем пестициде и загрязненных им почвах варьируется в пределах 18,7-40,2 % и в среднем составляет 25-35 %. Для ГХЦГ также проявлена зависимость доли действующего вещества исход­ного препарата от времени его применения.

Установлено, что доля исходного ДДТ в почвах изученных очагов за­грязнения снижается при уменьшении содержания пестицида, а конечного метаболита ДДЭ, напротив, увеличивается. Средняя амплитуда этих изме­нений для ДДТ варьируется от 2,5 % до 7,5 % для соседних классов (по­рядков) его содержания в почве, а доли ДДЭ в пределах 2-4 % (табл. 2).

Таблица 2 Доля ДДТ и ДДЭ в почвах очагов загрязнения в населенных пунктах РА (%)

2 ДДТ, мг/кг

Артыбаш(п=10)

Беле (п= 17)

Камлак(п=10)

Майма(п=10)

яйлю (п=ю;

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

> 100

63,4

6,3

84,9

1,9

72,1

3,7

82,4

1J

-

-

100-10

62,1

9,4

-

-

71,1

10,5

-

-

85,8

1,1

10-1

54,3

19,3

59,9

19,2

60,4

12,2

74,4

3,2

79,8

2,2

<1

53,7

22,8

53,9

20,3

59,0

18,9

72,8

7,4

71,4

5,3

Эта особенность остаточного загрязнения ДДТ указывает на более высокую степень метаболизма (трансформации) пестицида в случае его пониженных исходных концентраций в почвах, т.е. при рассредоточенном распределении пестицида его разложение протекает более интенсивно.

Идентичная ситуация проявлена и для остаточных концентраций ГХЦГ в почвах. Так, доля действующего вещества (у-ГХЦГ) снижается, а более устойчивого а-изомера увеличивается при уменьшении содержания пестицида в почве, что свидетельствует о более интенсивной деструкции ГХЦГ в природных условиях РА в случае его пониженных концентраций. Амплитуда изменений доли этих изомеров ГХЦГ в среднем в 1,5-2 раза больше (табл. 3), чем для ДДТ. На основании этого предположено, что снижение инсектицидных свойств гексахлорана в условиях Горного Алтая протекает примерно вдвое быстрее, чем для ДДТ.

Таблица 3

Доля а-

и у-изомера ГХГ

У (%) для разных уровней его содержания

в почве

ГХЦГ, мг/кг

Тобелер (п=10)

Кызыл-Таш (п=34

Ортолык(п=14)

Чендек (п=6)

у-ГХЦГ

а-ГХЦГ

у-ГХЦГ

а-ГХЦГ

у-ГХЦГ

а-ГХЦГ

у-ГХЦГ

а-ГХЦГ

> 100

49,5

50,5

35,7

64,3

-

-

-

-

100-10

47,0

53,0

33,8

65,6

18,8

81,2

39,2

60,8

10-1

45,6

54,4

31,4

68,6

14,9

85,1

34,6

65,4

<1

26,1

73,9

29,2

70,7

13,0

87,0

14,7

85,3

6


На всех очагах загрязнения ХОП максимальные остаточные концен­трации пестицидов и их метаболитов (изомеров) проявлены в приповерх­ностном горизонте почв - в интервале глубин 0-5, 0-10, 0-20 см (кроме захоронений пестицидов). С глубиной интенсивность загрязнения резко уменьшается. На примере очага загрязнения "Вертолетная площадка" ус­тановлено, что содержание ДДТ на глубине 0,2-0,5 м в 4 раза меньше, чем в интервале 0-0,2 м, а на глубине 0,5-1 м меньше уже в 12-16 раз.

Необходимо особо отметить скачкообразный переход максимальных концентраций ХОП и их трансформантов в поверхностном слое почв к его пониженному содержанию в нижележащих горизонтах. Амплитуда такого скачка, как правило, составляет 1-2 порядка (табл. 4).

Таблица 4 Распределение ДДТ, ДДД, ДДЭ и ФХС в почвенном профиле Р6-10

Интервал глубин, см

Гори­зонт

Материал проб

ДДТ,

мг/кг

ДДД

мг/кг

ДДЭ, мг/кг

Гумус, %

рН,

ед.

ЕКО, мг-экв.

0-8

А

Супесчаная почва

94,32

14,27

6,88

2,9

5,63

15,2

8-21

Si

Суглинок-супесь с галькой, гравием (озерная терраса)

2,32

0,38

0,28

1,6

5,93

14,4

21-74

s2

0,42

0,07

0,03

1,1

5,96

14,4

74-104

S3

0,16

0,04

0,01

1,0

5,97

11,4

104-215

ВС

Песчано-гравийный

0,01

0,01

0,00

0,4

6,12

8,4

215-225

С

Песчано-глинистый

0,00

0,00

0,00

0,3

6,37

2,9

Этот резкий переход указывает, с одной стороны, на отчетливо выра­женную локализацию ранее поступившего в почву пестицида в поверхно­стном слое почвы, а с другой - на инертность в перемещении по профилю его остаточных концентраций, закрепленных в верхнем слое почвы.

На примере очагов загрязнения в с. Артыбаш выявлено, что глубина проникновения ДДТ превышает 2-2,5 м при его содержании на этой глу­бине 0,01-0,03 мг/кг. Глубина проникновения ГХЦГ в очаге загрязнения в с. Ортолык составляет 2,2 м при его содержании 0,24 мг/кг.

Между остаточными концентрациями ДДТ и составом и свойствами почв установлены значимые положительные связи с содержанием гумуса, физической глины и емкостью катионного обмена (рис. 2), что свидетель­ствует об увеличении сорбции пестицида с повышением содержания гу­муса и при утяжелении механического состава почвы.


 


¦

* ДДТ, мг/кі

гумус, %

п=46

1-0.31

¦        ¦ ¦      ¦

¦ ¦¦

»уь»


ф

40 ,

мз. глина

%

30

п=23 г=0.33

¦   ¦    ¦

20 10-

п

/»

»     ¦

¦

ДДТ, мг/кг


п=0.46 г=0.20

*  ¦

«•»  4». ¦¦    ¦ ¦¦


¦  ¦ *

¦ ¦

ДДТ, мг/кг


Рис. 2 Связь концентраций ДДТ с физико-химическими свойствами почв

7


Таким образом, более песчанистые почвы имеют пониженную сорб-ционную способность и быстрее "очищаются" от ДДТ, что подтверждает­ся отрицательным значением коэффициента корреляции между содержа­нием в них физического песка и остаточных концентраций пестицида. Значимые корреляционные связи с ФХС отчетливо увеличиваются в ряду ДДТ-ДДД-ДДЭ, что, по-видимому, указывает на более стабильные "отно­шения" конечных метаболитов с вмещающими почвами.

В изученных типах природных вод остаточные концентрации ДДТ из-за его слабой растворимости в воде низкие - менее 0,1 мг/дм3. Средний уровень присутствия ДДТ уменьшается в следующем ряду типов вод: по­верхностные - подземные (грунтовые) - атмосферные осадки (табл. 5).

Таблица 5 Параметры распределения ДДТ в природных водах Республики Алтай

Параметры

дождевые*

снеговые*

речные

озерные**

подземные***

п

12

6

13

6

44

min, мг/дм3

< 0,0001

< 0,0001

< 0,0001

0,0002

< 0,0001

max, мг/дм3

0,1223

0,0020

0,0100

0,0104

0,0053

X мг/дм3

0,0300

0,0010

0,0080

0,0050

0,0015

* - осадки в очагах загрязнения с. Артыбаш, ** - озеро Телецкое, *** - грунтовые воды

В донных осадках поверхностных водотоков и водоемов на загряз­ненных участках концентрации ХОП, как правило, выше ПДК для почв (табл. 6). Это свидетельствует о проявлении седиментационного закрепле­ния ХОП в донных осадках, что способствует вторичному загрязнению вод. Характерно, что отношения ДДТ и его метаболитов в донных осадках унаследованы от поступающих в водоемы загрязненных частиц почв.

Таблица 6 Уровни загрязнения ХОП донных осадков поверхностных водоемов РА

Параметры

Оз. Телецкое

Притоки озера

Притоки р. Майма

Притоки р. Сема

ДДТ I ДДЭ

ДДТ   I ДДЭ

ДДТ   I   ДДЭ

ДДТ   I   ДДЭ

п

14

11

6

3

max, мг/кг

1,273

0,019

1,064

0,128

2,942

0,095

6,862

0,254

X, мг/кг

0,217

0,007

0,246

0,012

0,595

0,031

2,470

0,098

Второе защищаемое положение: Основными объектами локализа­ции устаревших пестицидов являются очаги их наложенного загрязнения, сформировавшиеся вследствие переноса ХОП из мест стационарного и полевого хранения. Процессы трансформации остатков пестицидов в почвах протекают медленно, а их миграция путем воздушного и водного переноса, в основном, слабая и умеренная. Транслокация пестицидов наи­более активно протекает в системе почва -растение.

8


Картографирование загрязненных ХОП участков показало, что все они имеют ясно выраженный локализованный очаговый характер. По ха­рактеру проявления очаги остаточного загрязнения почв ХОП отчетливо делятся на две группы, основная из которых представлена локальными ореолами на объектах прошлого и настоящего хранения ХОП, а вторая -"негеометризуемыми" очагами на участках бывшего применения пестици­дов (поля сельхозкультур, места массового отдыха и пр.).

Очаги первой группы находятся, как правило, в черте населенных пунктов. Их площадь изменяется от первых сотых га до 3 -5 га, но основ­ная часть (75 %) имеет площадь менее 1 га. Содержание ХОП в почвах очагов варьируется в больших пределах (пх 1-1000 мг/кг).

Очаги второй группы образованы в результате обработок различных территорий республики от иксодового клеща, от вредителей зерновых, овощных и прочих культур, а также при борьбе с вредителями леса, пара­зитами домашних животных, переносчиками природных инфекций и др.

Для этой группы очагов загрязнения характерен однородный низкий уровень концентраций ХОП в почвах, который на примере ДДТ варьирует в узких пределах - от 0,26 до 0,46 мг/кг, что говорит о выдержанных тех­нических регламентах при бывшем применении ХОП (табл. 7).

Таблица 7

Уровни присутствия ДДТ в почвах в местах его применения в РА (мг/кг)

Пара­метры

Обработка от иксодового клеща

Обработка от вредителей сельхозкультур

Борьба с вредите­лями и паразитами

п/лагеря

оз. Телецкое

хмельники

плантации

поля

леса

животных

N очагов

4

1

15

4

4

2

6

Nnpo6

6

34

78

11

15

20

35

mm

0,28

0,00

0,00

0,01

0,03

0,02

0,00

max

0,85

4,22

1,38

1,22

1,72

2,34

5,88

X

0,46

0,44

0,26

0,40

0,40

0,32

0,32

Увеличение морфометрических параметров очагов первой группы, сформированных за счет ветрового переноса летучих фракций ХОП из объектов их хранения, происходит в ряду: ветучастки (ветаптеки) - скла­ды ХОП - места полевого хранения ХОП. В этом ряду в 3,5 раза (с 25 до 90 м) увеличивается средняя длина очагов.

Интенсивность загрязнения почв ХОП на месте ликвидированных стационарных складов в среднем на 40 % выше, а их площадь в 2-4,5 раза больше, чем вокруг сохранившихся и закрытых складов. В случае прису­щего для мест полевого хранения ветрового переноса одновременно лету­чих фракций и пылеватых частиц пестицидов, параметры очагов загрязне­ния возрастают до 3-5 раз, а степень их вытянутости по розе ветров в среднем увеличивается в 1,3-1,5 раза (табл. 8).

9


Таблица 8 Параметры очагов наложенного загрязнения ХОП в местах их хранения

Параметры

Ветаптеки, ветучастки*

Расходные склады*

Места полевого хранения

закрытые

раскрытые**

закрытые

раскрытые**

Число объектов

3

5

22

14

7

min/max, мг/кг

0,001/12,3

0,001/32,1

0,001/1074

0,001/2388,2

0,005/5545,2

X, мг/кг

2,1

2,9

18,4

25,9

76,1

L, м/S, га

25/0,05

50/0,23

40/0,22

50/0,45

90/1,75

L/m, ед.

1,5

2,0

1,5

2,0

2,2

*- действующие и бывшие склады ядохимикатов, ** - в том числе разобранные склады, L и m - длина и ширина очагов загрязнения, S - площадь очагов

Эта последовательность нарастания морфометрических параметров загрязнения почв пестицидами в местах их хранения дополняется очагами на участках применения ХОП (посевы зерновых, овощных, ягодных куль­тур, хмельники), показатели которых на 1-2 порядка больше (табл. 9).

Таблица 9 Морфометрические параметры очагов наложенного загрязнения ХОП

Пара­метры

Очаги на местах х

эанения: L, м/S, га

Очаги в местах применения: L, м/S, га

Закрытое хранение

Открытое хранение

"Ручная" обработка

Авиаобработка

п

22

7

6

3

min

30/0,05

80/0,2

280/2,8

1300/70

max

170/1,3

360/5,5

750/14,5

1750/105

X

90/0,4

170/1,5

410/5,6

1520/90

L/m, ед.

1,5

2,0

-

-

L и m - длина и ширина очагов загрязнения, S - площадь очагов

Первая группа очагов загрязнения, сформированных в местах хране­ния ХОП, имеет ясно выраженную эллипсовидную и изометричную фор­му с ориентировкой длинной оси эллипсов по направлению преобладаю­щих в теплый период года ветров (как правило, западных и близких к ним румбов). Для них характерно контрастное концентрически зональное рас­пределение остаточных концентраций пестицидов в почвах (рис. 3).


Превалируют очаги с одним эпицентром, в качестве которого высту­пает объект хранения ХОП, реже проявлены очаги с 2-3 центрами и без четко выраженной зональности (табл. 10).

Таблица 10 Вещественно-морфологическая группировка очагов загрязнения почв ХОП

I. Форма очага (п, %)

П. Внутреннее строение (п, %)

III. Распределение ХОП (п, %)

1. Эллипсовидная(70)

1. Зональное с 1 центром (70)

1. Высококонтрастное (60)

2. Изометричная (15)

2. Зональное с 2-3 центрами (10)

2. Среднеконтрастное (25)

3. Неясной формы (10)

3. С неясной зональностью (10)

3. Слабоконтрастное(10)

4. Сочетание форм 1-3 (5)

4. Азональное (10)

4. Неконтрастное (5)

Распределение ХОП в очагах относится, в основном, к высоко- и среднеконтрастному типам, для которых характерно резкое уменьшение остаточных концентраций пестицида от центра к периферии очага. Наи­большей контрастностью характеризуются очаги загрязнения, приурочен­ные к местам бывшего полевого хранения ХОП и/или к раскрытым ста­ционарным складам с видимыми остатками устаревших пестицидов.

Полученные данные по метаболизму ДДТ позволили рассчитать по используемой в экотоксикологии экспоненциальной зависимости время полураспада и распада на 95 % и 99 % исходных концентраций пестицида в почвах очагов загрязнения, находящихся в разных природно-климати­ческих зонах - от переувлажненной черневой тайги северо-востока РА (с. Артыбаш) до сухостепных условий межгорных котловин (с. Ябоган).

Согласно проведенным расчетам время полураспада ДДТ в почвах этих очагов составит 50-70 лет, а время полного распада - 330-450 лет (табл. 11). При этом максимальная стабильность пестицида проявлена в более засушливых условиях межгорных котловин.

Таблица 11 Расчетное время деструкции остатков ДДТ в почвах очагов загрязнения, лет

Пункты

Типы почв

Дата применения ДДТ

Т5о

Т95

Т99

Артыбаш

Серая лесная

1966

50

215

330

Камлак

Лугов о-черноземная

1967

58

250

380

Ябоган

Темно-каштановая

1967

68

300

450

К числу важнейших экологических свойств изученных ХОП отно­сится низкая летучесть, слабая растворимость в воде, высокая липофиль-ность. Их сочетанный эффект определяет характер поступления, миграции и аккумуляции ДДТ и ГХЦГ в природных средах и организмах, в частно­сти, особенности их ветрового и водного переноса. Несмотря на низкую летучесть ХОП, их парение способствует формированию локальных ин­тенсивных очагов вокруг объектов длительного хранения пестицидов.

11


Высокая гидрофобность изученных ХОП в условиях горной местно­сти и интенсивно проявленного плоскостного смыва способствует перено­су сорбированных в почвах частиц пестицидов и их дальнейшей аккуму­ляции в пролювиальных склоновых отложениях и донных осадках водото­ков. При этом содержание переотложенных ХОП в почвах увеличивается вниз по склону (в донных осадках - вниз по течению) и в местах аккуму­ляции возрастает многократно (рис. 4).

На примере очагов загрязнения в с. Артыбаш установлена приуро­ченность к их эпицентрам максимальных концентраций ДДТ на глубине, что указывает на наличие внутрипрофильной миграции пестицида и на сопряженность его поверхностных и глубинных концентраций, т.е. глуби­на проникновения пестицида прямо зависит от уровня его присутствия в поверхностном слое почвы. Эта особенность распределения ХОП на глу­бину обусловливает формирование объемной формы загрязненных поч-вогрунтов, представляющей собой перевернутый сильно уплощенный ко­нус, вершина которого отвечает эпицентру очага загрязнения (рис. 5).


ED 1    2ZE 2                            *

Рис. 5 Распределение ДДТ в профиле почв очагов загрязнения с. Артыбаш

1 - неизученная часть разреза, 2 - интервалы опробования в скважинах

Особенности транслокации ХОП в условиях РА изучены в первом приближении. Достоверно установлена прямая связь между содержанием ХОП в загрязненных почвах и в произрастающих на них растениях (рис. 6), что указывает на высокие транслокационные свойства пестицидов.

12


И1 0203E4S5 Рис. 6 Очаги наложенного загрязнения ХОП почв и растений в селах РА

1 - пункты отбора проб, 2-3 - изоконцентраты ХОП (мг/кг) в почвах (2) и растениях (3), 4-5 - места стационарного (4) и полевого (5) хранения ХОП

На примере очагов загрязнения ДДГ в с. Артыбаш это подтверждает­ся совпадением площадей и уровней загрязнения почв и сопряженных с ними растений, что указывает о наличии тесной связи между ними. Про­странственное совпадение контуров и эпицентров загрязнения ХОП поч­венного и растительного покрова характерно для всех изученных очагов.

Для выяснения возможности трансляции ХОП по пищевым цепочкам в организм человека были оценены уровни их присутствия в местных про­дуктах питания растительного и животного происхождения. Предвари­тельно установлено, что содержание ХОП в злаках, овощах и фруктах, выращенных на загрязненных участках, в основном, не превышает суще­ствующие гигиенические нормативы. В единичных образцах растительных продуктов отмечен повышенный уровень ДДТ - до 1,9-16,9 МДУ. В боль­шинстве образцов продуктов питания животного происхождения (молоко, рыба) содержание ХОП также не превышает действующих гигиенических нормативов. В единичных образцах рыбы и молока отмечен повышенный уровень присутствия ДДТ - до 5,3 и 6 МДУ соответственно.

Третье защищаемое положение: Экологическое состояние депони­рующих природных сред - почв, растений, донных осадков в очагах оста­точного загрязнения ХОП неблагоприятное, а сами участки непригодны для проживания и хозяйственной деятельности. Предварительно уста­новлена возможность ремедиации загрязненных пестицидами почв путем их обработки химическими кислотными реагентами "Нетрол" и "Кри-сталл-КФ ".

Большое число выявленных очагов остаточного загрязнения ХОП и высокий уровень их присутствия в объектах окружающей среды на терри­тории РА, а также способность ХОП накапливаться в трофических цепях в сочетании с их высокой токсичностью и патологичностью обусловливают значительную медико-экологическую опасность загрязнения пестицидами селитебных зон и прилегающих к ним территорий активной рекреацион-но-хозяйственной деятельности населения.

13


Значение этой опасности для здоровья местного населения усилива­ется тем обстоятельством, что практически все выявленные очаги загряз­нения ХОП находятся на землях сельскохозяйственного назначения, т.е. в зоне производства продуктов питания.

Максимальные уровни присутствия остаточных количеств ХОП в почвах изученных населенных пунктов РА варьируют в широких пределах - от первых мг/кг до первых тысяч мг/кг. Средние концентрации ДДТ в почвах очагов загрязнения на территории РА варьируются от 0,131 до 6,855 мг/кг (1,3-68,5 ПДК), а ГХЦГ от 0,091 до 7,963 мг/кг (0,9-79,6 ПДК).

Общая площадь загрязненных ХОП земель на уровне более 1 ПДК (по состоянию на конец 2011 г.) составляет порядка 456 га. Из них 19 га занимают очаги загрязнения в местах бывшего хранения пестицидов и 437 га - 25 участков их бывшего применения.

В связи с этим, одной из важнейших составляющих оценки эколого-гигиенической обстановки на территории обследованных населенных пунктов РА является уточнение уровней присутствия ХОП в кормовых растениях и в растительных продуктах питания, выращенных в пределах выявленных очагов загрязнения, а также на смежной с ними территории.

В изученных образцах травянистой растительности концентрации ХОП и их метаболитов (изомеров) варьируют в очень больших пределах (5-6 порядков) - от тысячных долей мг/кг до 837,5 мг/кг ДДТ (Артыбаш) и 385,9 мг/кг ГХЦГ (Ортолык) (табл. 12), которые присутствуют в эпицен­трах очагов с визуально различимыми остатками устаревших ХОП. Сле­дует отметить, что уровень присутствия ХОП в травянистой растительно­сти, как правило, на один-два порядка ниже, чем в почвах.

Таблица 12 Содержание ХОП в травянистых растениях в очагах загрязнения, мг/кг

Пара­метры

с. Артыбаш

с. Камлак

с. Ортолык

с. Мухор-Тархата

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

а-ГХЦГ

р-гхцг

у-ГХЦГ

а-ГХЦГ

р-гхцг

у-ГХЦГ

п

28

10

7

8

min

0,044

0,007

0,037

0,002

0,180

0,058

0,024

0,021

0,045

0,004

max

7,782

0,732

36,74

5,780

0,577

0,565

0,127

2,639

3,617

0,596

X

2,175

0,193

8,150

0,713

0,365

0,184

0,077

0,401

0,574

0,127

Максимальное содержание ДДТ в овощах составляет 0,374 мг/кг (1,9 МДУ) при среднем уровне присутствия 0,05 мг/кг. В единичных образцах яблок из садов сел Артыбаш и Беле отмечено высокое содержание ДДТ -до 16,9 МДУ.

Большой разброс в содержании ДДТ наблюдается для коровьего и козьего молока, максимальные концентрации которого (6 МДУ) установ­лены для молока коз, выпасающихся на площади очага загрязнения в с. Камлак. Повышенное (до 5,3 МДУ) содержание ДДТ установлено также в отдельных особях придонных рыб (налим) из Телецкого озера (табл. 13).

14


Таблица 13 Уровни присутствия ХОП (мг/кг) в продуктах питания

Пара­метры

Злаки (п = 5)

Овощи (п = 20)

Фрукты (п = 8)

Молоко (п = 12)

Рыба (п = 8)

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ

ДДЭ

ДДТ I ДДЭ

Мах

0,052

0,006

0,374

0,000

1,118

0,031

0,242

0,012

1,593

0,092

X

0,032

0,003

0,046

0,001

0,152

0,004

0,023

0,002

0,320

0,019

МДУ

0,1 мг/кг

0,2 мг/кг

0,1 мг/кг

0,05 мг/дм3

0,3 мг/кг

Для оценки возможности химической ремедиации загрязненных ХОП почв in situ в период 2007-2009 гг. проводились опытные работы на экспериментальных площадках в пределах очага загрязнения ДДТ "Верто­летная площадка" в с. Артыбаш. Эти площадки в летний период раз в ме­сяц обрабатывались кислотными химическими реагентами "Нетрол" и "Кристалл-КФ", производимыми в г. Бийске.

Полученные в ходе эксперимента данные свидетельствуют о посте­пенном снижении остаточных концентраций ДДТ и его производных в почвогрунтах обработанных площадок. Так, за время экспериментов в 2007-2009 гг. исходные концентрации ДДТ и его метаболитов (ДДД, ДДЭ) в почвенном горизонте А (интервал 0-10 см) уменьшились в 6,7-18,4 раз, в среднем в 13,3 раза, в т. ч. в зоне слабого загрязнения в 15 раз, умеренного -в 13,5, сильного загрязнения - в 11,5 раз (рис. 7).

Кроме того, во время эксперимента содержание ДДТ и его метабо­литов в растениях на площадках уменьшилось в 1,1-3,8 раза, при этом на­блюдалось ускоренное снижение содержания ДДТ (в среднем на 5,8 %).


I ДДТ. мг/кг 1.5

Площадка A3

Нетрол


Нетрол+Кристалл


Кристалл


|А х| время (месяц) внесения реагента в почву          | 30! расход реаіеніа Іі м )

Рис. 7 Изменение содержания ДДТ в почвах экспериментальных площадок в зоне слабого (вверху) и сильного (внизу) загрязнения

15


Таким образом, при использовании химических реагентов происхо­дит не только снижение концентраций ДДТ, но и усиление его метаболи-зации. Предварительно установлено, что наибольшая эффективность при детоксикации загрязненных ХОП почвогрунтов может быть получена при совместном применении препаратов "Кристалл-КФ"и "Нетрол".

Заключение

Во время прошлого хранения и применения ХОП произошло загряз­нение ряда населенных пунктов Республики Алтай и земель сельскохозяй­ственного назначения, на которых сформировались многочисленные очаги опасного загрязнения почв и сопряженных с ними природных сред.

В результате исследования сделаны следующие основные выводы:

  1. максимальные уровни присутствия остаточных количеств ХОП в почвах на территории Республики Алтай проявлены в местах их хранения, а минимальные - на участках их прошлого применения;
  2. главными факторами формирования очагов загрязнения ХОП явля­ется ветровой, частично, водный перенос их частиц, паров и аэрозолей;
  3. среди морфологических типов очагов загрязнения почв преоблада­ют локальные эллипсовидные контрастно-зональные очаги вокруг объек­тов бывшего и настоящего стационарного и полевого хранения ХОП;
  4. уровни присутствия и особенности распределения ХОП в почвах обусловлены как их антропогенным поступлением, так и природными ус­ловиями, а также процессами латеральной и вертикальной "промывной" нисходящей и, в меньшей степени, восходящей миграции пестицидов;
  5. основные переходы изученных ХОП происходят в системе почва-растение, в меньшей степени, в системе почва-вода-донные осадки;
  6. максимальные остаточные концентрации ХОП проявлены в гуму­совом горизонте профиля почв в интервалах глубин 0-5 (0-10, 0-20 см);
  7. максимальные концентрации ХОП на глубине и наибольшая глу­бина их проникновения проявлены в эпицентрах очагов загрязнения;
  8. между остаточными концентрациями ДДТ и физико-химическими свойствами почв (содержание гумуса и физической глины, емкость по­глощения) существуют положительные значимые связи;
  9. на глубине ДДТ и ГХЦГ разлагаются менее интенсивно, чем в при­поверхностных условиях, эта же закономерность характерна для более высоких остаточных концентраций этих пестицидов в почве;
  10. уровень трансформации ДДТ и ГХЦГ зависит от срока их нахож­дения в почвах, в условиях Республики Алтай полураспад исходных кон­центраций ДДТ происходит в среднем за 50-70 лет, а полный распад за 300-500 лет;
  11. применение нетрадиционных химических препаратов "Нетрол" и "Кристалл-КФ" способствует снижению остаточных концентраций ДДТ в почвах и способствует ускоренной его метаболизации (деструкции).

16


Список работ, опубликованных по теме диссертации

  1. Робертус Ю.В. Ушакова В.Г., Куликова-Хлебникова Е.Н. Особенно­сти поведения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды Горного Алтая / Вест. Моск. госуд. обл. ун-та. - Вып. Химия и хи­мическая экология. - № 3. - 2006. - С. 147-152.
  2. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. Новые данные о загрязнении территории Республики Алтай хлорорганическими пестицидами / Природные ресурсы Горного Алтая- 2007. - №2- С. 56-59.
  3. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова Е.Н., Охременко В.А. Предварительные результаты работ по химической детоксикации загрязненных пестицидами почвогрунтов / Вестник АГАУ. - 2008. - № 5 (43).-С. 26-31.
  4. Робертус Ю.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. О проблеме детоксикации почвогрунтов, загрязненных хлорорганическими пестицидами / Бюлл. "Природные ресурсы Горного Алтая". - 2009. - № 1. - С. 91-93.
  5. Кивацкая А.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. Влияние природных фак­торов на деструкцию ДДТ в загрязненных почвах (на примере пос. Арты-баш, Республика Алтай) // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимо­действий в почвах и почвенном покрове. Матер. IV Всеросс. науч. конф. Т. 3. - Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. - С. 106-108.
  6. Робертус Ю.В., Пузанов А.В., Кивацкая А.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. Особенности поведения ДДТ и его метаболитов в прибрежных поч­вах Телецкого озера (Горный Алтай) // Современные проблемы загрязне­ния почв. Мат. Межд. науч. конф. - М.: 2010. - С. 421-425.
  7. Куликова-Хлебникова Е.Н., Робертус Ю.В., Кивацкая А.В. Поведение ДДТ в профиле почв прибрежной зоны Телецкого озера / Бюлл. "Природ­ные ресурсы Горного Алтая". - 2010. - № 2. - С. 142-145.
  8. Робертус Ю.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. О проблеме остаточного загрязнения территории Республики Алтай хлорорганически­ми пестицидами // Охрана окружающей среды и обеспечения благополу­чия населения Республики Алтай. Матер, науч.-практ. конф. - Горно-Алтайск: 2010. - С 55-59.
  9. Куликова-Хлебникова Е.Н., Робертус Ю.В. Связь параметров очагов загрязнения пестицидами почв Горного Алтая с условиями их хранения и применения // Проблемы региональной экологии. - 2011. - №5. - С. 15-18.
  1. Куликова-Хлебникова Е.Н., Робертус Ю.В., Кивацкая А.В. Особен­ности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях Горного Алтая- Вестник АГАУ.- 2011- №10- С.50-53.
  2. Робертус Ю.В., Кивацкая А.В., Любимов Р.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. Характер миграции и транслокации пестицидов в условиях Алтай­ской горной области // Ползуновский вестник.- 2011- № 4-2. - С. 125-128.

17

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.