Эколого-геохимическая характеристика территории г. Барнаула по результатам изучения листьев тополя бальзамического

Работа направлена на изучение элементного состава листьев тополя, как биогеохимического индикатора состояния окружающей среды крупных городов. Исследование проведено на примере г. Барнаула.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 12
1 БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ И
СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛИСТЬЕВ
ТОПОЛЯ …………………………………………………………………………………………………. 16
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Г. БАРНАУЛА ….. 22
3 ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Г. БАРНАУЛА ……………… 32
3.1 Источники воздействия на окружающую среду ………………………………… 32
3.2 Состояние атмосферного воздуха …………………………………………………….. 36
3.3 Состояние поверхностных вод …………………………………………………………. 40
3.4 Состояние почвенно-растительного покрова…………………………………….. 42
3.5 Функциональное зонирование территории города ……………………………. 45
3.6 Медико-экологическая оценка г. Барнаула ……………………………………….. 46
4 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ……………………………………………………………….. 50
4.1 Отбор и пробоподготовка листьев тополя ………………………………………… 50
4.2. Аналитическое обеспечение исследований ……………………………………… 53
4.3 Методика обработки аналитической информации …………………………….. 57
5 РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
В ЛИСТВЕ ТОПОЛЯ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГО НА ТЕРРИТОРИИ Г.
БАРНАУЛА …………………………………………………………………………………………….. 60
5.1 Особенности элементного состава листьев тополя ……………………………. 60
5.2 Ртутная нагрузка ……………………………………………………………………………… 73
5.3 Интегральная оценка содержания элементов в листьях тополя …………. 76
6 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………. 81
6.1 Технико-экономическое обоснование продолжительности и объемы
работ …………………………………………………………………………………………………….. 81
6.2 Расчет затрат времени и труда на научно-исследовательскую работу .. 83
6.3 Расчет затрат на материалы для научно-исследовательской работы ….. 84
6.4 Расчет затрат на оплату труда ………………………………………………………….. 84
6.5 Расчет амортизационных отчислений……………………………………………….. 85
6.6 Расчет затрат на подрядные работы ………………………………………………….. 86
6.7 Общий расчет сметной стоимости научно-исследовательской работы . 86
7 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………. 88
7.2 Охрана окружающей среды ……………………………………………………………… 94
7.3 Защита в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………… 95
7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 100
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА ………………………………………………….. 105
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………….. 106
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………… 1119

Уровнем загрязнения природных компонентов окружающей среды
химическими элементами и их соединениями, обладающими токсичными
свойствами, определяется эколого-геохимическое состояние территории.
Актуальной научной и производственной задачей является
определение и контроль содержания загрязняющих веществ и их соединений
с помощью современных аналитических методов в атмосферном воздухе,
почвах, природных и питьевых водах, в донных отложениях, промышленных
отходах, в различных биологических средах, в том числе растениях, кормах,
продуктах питания и т.д.
Результаты эколого-геохимических исследований и оценки в высокой
степени зависит от правильного и четкого использования методов
статистической обработки – оценки числовых характеристик содержаний
химических элементов, проведения корреляционного, кластерного и
факторного анализа. Одним из важнейших методов при эколого-
геохимических исследованиях является метод эколого-геохимического
картирования с использованием современного программного обеспечения.
Город Барнаул является административным центом Алтайского края.
Город располагается на юге Западно-Сибирской равнины, в её лесостепной
зоне, в северо-восточном районе Приобского плато, на левом берегу в
верхнем течении реки Оби Барнаул – основной промышленный,
медицинский, образовательный и культурный центр в Алтайском крае. Это
промышленный узел, имеющий мощный машиностроительный,
энергетический, химический, металлообрабатывающий,
нефтеперерабатывающий комплексы. Алтайский край граничит с
Казахстаном, что обуславливает проблему трансграничного переноса
загрязняющих веществ.
На состояние окружающей среды территории города оказывают
влияние в большей степени техногенные факторы, которые приводят к
нарушению экологического равновесия и обострению экологических
ситуаций. Техногенную нагрузку на окружающую среду города оказывают
различные предприятия, расположенные в трёх промышленных зонах города,
а также автотранспорт. Самыми крупными предприятиями, вносящими
наибольший вклад в загрязнение окружающей среды, являются три
теплоэлектростанции, завод «Сибэнергомаш», Барнаульский
станкостроительный завод, Алтайский завод прецизионных изделий,
Алтайский моторный завод, Барнаултрансмаш, Алтайский завод самоходных
машин, Барнаульский завод асбестовых технических изделий, Барнаульский
комбинат железобетонных изделий №1.
Барнаул характеризуется устойчивым и прогрессирующим
загрязнением окружающей среды, что обусловлено, отчасти, естественными
процессами миграции и рассеивания вещества, связанным с петрогенным
(геохимические особенности горных пород) и почвенным фактором.
Основные результаты и выводы выпускной квалификационной работы:
1) У растений существуют свои преимущества для мониторинга и
оценки состояния окружающей среды, т.к. их элементный состав отражает
особенности среды произрастания и локальные загрязнения. Широкое
применение древесная растительность получила на урбанизированных
территориях с целью оценки особенностей накопления химических
элементов в условиях техногенеза и функционирования промышленных
предприятий [40]. Древесные растения представляют собой особый
природный фильтр – они извлекают химические элементы из внешних сред и
концентрируют их в своих тканях [36]. Листья более чувствительны к
загрязнению, так как являются прямыми органами-мишенями для
атмосферных загрязнителей, и именно на них наиболее часто наблюдаются
симптомы поражения [65]. Установлено, что большая масса загрязняющих
веществ в растения поступает из атмосферы [37]. В работе изучались листья
тополя бальзамического (Populus balsamifera L.)
2) По рассчитанным коэффициентам концентрации построены
геохимические ряды, которые позволили выявить специфику территории
Барнаула, а именно повышенные концентрации ряда как легких, так и
тяжелых редкоземельных элементов, а также повсеместного загрязнения
территории такими элементами, как хром, кальций, рубидий, стронций,
барий и кобальт.
3) С помощью корреляционного анализа и построения граф-ассоциаций
выявлено, что основу составляют литофильные элементы. Литофильность
большинства элементов, обладающих значимыми корреляционными связями,
может свидетельствовать о естественной природе данных ассоциаций. Состав
и свойства почвообразующих пород, зависящих от участия в формировании
профиля почв, влияют на содержание и соотношение лантаноидов в почвах.
В почвах на элювии глин концентрация РЗЭ принимают высокие значения,
при этом проявляется тенденция к относительному накоплению тяжёлых
лантаноидов [22].
4) Посредством факторного анализа определено влияние на общую
дисперсию факторных нагрузок элементов. По первому фактору значимые
нагрузки наблюдаются у ряда редкоземельных элементов, тория, хрома и
железа – Sc-Cr-Fe-Cs-Ce-Hf-Th, по второму фактору – у La-Sm-Eu-Tb, по
третьему – у Sb, по четвертому – у Sr. Влияние первого фактора на общую
дисперсию элементов, обусловлено влиянием природных и техногенных
источников поступления исследованных элементов, а также это отражает
специфику геохимического состава горных пород на территории г. Барнаула
(редкоземельные элементы).
5) По данным опробования сухой массы листьев тополя установлен
уровень содержания и характер распределения ртути на территории г.
Барнаула. Из проанализированных данных следует, что для
жизнедеятельности неблагоприятными являются территории, расположенные
вблизи санитарно-защитных зон предприятий Северной промышленной зоны
и северо-западная часть города, в которой происходит накопление ртути,
перенесенной с территории Власихинской промышленной зоны. В
центральной части города и в районе Южной промышленной зоны значения
ртути не превышают средний уровень содержания Hg в листьях тополя в
городах Сибири более, чем в 2 раза. В целом, на территории Барнаула
аномальных концентраций содержания ртути не выявлено.
Помимо описанных источников, причиной повышения содержания
ртути относительно регионального фона может быть: использование
пестицидных удобрений на территориях частных хозяйств внутри городской
черты и на садовых и огородных участках на примыкающих к городу
территориях; трансграничный перенос загрязняющих веществ – ртуть может
попадать на территорию Алтайского края посредством трансграничного
переноса с территории Восточного Казахстана.
6) На территории города, в связи с природными особенностями,
сформированы биогеохимические районы с повышенным содержанием
определенных элементов.
7) Можно выделить ряд загрязняющих химических элементов
характерных для определенной части города, в зависимости от природных
факторов и наличие поблизости промышленных предприятий.
8) В результате исследования можно подтвердить, что наибольший
уровень загрязнения атмосферы и наивысшие показатели заболеваемости
формируются в районах расположения крупных промышленных
предприятий. Картами, построенными в результате статистической
обработки данных, выявлено, что большинство загрязняющих веществ
распределяются именно по описанной схеме – вблизи промышленных зон, в
которых и наблюдается повышенная смертность от рака легкого.
Подтверждается, что районы городов с повышенной смертностью от
онкологических заболеваний имеют привязку к местам расположения
промышленных предприятий различной специализации и территориально
совпадают с зонами наиболее сильного загрязнения атмосферного воздуха
промышленной пылью и различными токсикантами [47].
Таким образом на территории г. Барнаула наблюдается высокое
содержание редкоземельных элементов (Sc, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu), а
также типичных элементов-загрязнителей урбанизированных территорий
(хром, кобальт, стронций, барий) и радиоактивных (Th) элементов в золе
листьев тополя. Данный спектр элементов служит индикатором
повышенного влияния на обострение экологической ситуации объектов
теплоэнергетики, объектов сельского хозяйства и техногенной нагрузки от
автотранспорта.
Результаты исследования подтверждают наличие индикаторных
свойств у листьев тополя, что позволяет использовать этот объект в
биогеохимическом мониторинге для оценки загрязнения окружающей среды.
На основании технического плана рассчитываются затраты времени и
труда. Расчет был определен с помощью «Инструкции по составлению
проектов и смет на геологоразведочные работы» и ССН-93 выпуск 2
«Геолого-экологические работы» [101]. Стоимость работ, для выполнения
работы по оценке эколого-геохимического состояния территории г. Барнаула
по данным биогеохимической съемки, составляет округленно 130 тыс.
рублей с учетом НДС.
В работе рассмотрены и проанализированы вредные и опасные
факторы производственной деятельности, виды работ, связанные с работой
на персональном компьютере – ПК в закрытом помещении в период
камеральных работ. Разработаны меры по защите в чрезвычайных ситуациях,
описаны правовые и организационные вопросов обеспечения безопасности в
соответствии с [86-93, 96-100, 102-104].
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА

1) Александрова С.Н., Турсуналиева Е.М. Листья тополя (Populus
balsamifera L.) как биогеохимический индикатор ртутной нагрузки на
территории городов Алтайского края / С.Н. Александрова, Е.М.
Турсуналиева, науч. рук. Д.В. Юсупов, Е.Е. Ляпина // Проблемы геологии и
освоения недр: труды XXII Международного симпозиума имени академика
М. А. Усова студентов и молодых ученых. – [приняты к публикации].