Интегральная оценка риска загрязнения почв тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, доктор географических наук Овчинникова, Инна Николаевна

• Овчинникова, Инна Николаевна
• доктор географических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор географических наук Овчинникова, Инна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК И ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ

1.1. Экологический риск. Основные понятия и положения.

1.2. Критерии экологического качества почв - решающий фактор в оценке риска загрязнения.

1.2.1. Концепция критериев экологического качества почв.

1.2.1.1. Экологическое качество почвы. Цели и задачи.

1.2.1.2. Проблема качества почвы в отечественной и зарубежной литературе.

1.3. Концепция экологического качества почвы с позиций генетического почвоведения.

1.3.1. Проблема создания экологически ориентированных критериев качества почв.

1.3.1.1. Обоснование выбора базовых показателей критериев экологического качества почв для здоровья населения

1.3.1.2. Проблема создания критериев экологического качества почв как компонента экосистемы.

Глава 2. КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ

2.1. Анализ существующих подходов к оценке опасности загрязнения почв и проблеме нормирования

2.2. Концепция интегральной оценки риска загрязнения почв.

2.2.1. Основные положения концепции.

2.2.2. Основные этапы применения концепции оценки риска.

2.3. Использование критических нагрузок в оценке риска загрязнения почв тяжелыми металлами и устойчивыми органическими веществами.

2.3.1. История создания концепции критических нагрузок.

2.3.2. Принципы расчета критических нагрузок при загрязнении почв тяжелыми металлами и органическими веществами.

2.3.2.1. Принцип расчета критических нагрузок для тяжелых металлов.

2.3.2.2 Методология расчета критических нагрузок д ля устойчивых органических загрязнителей.

Глава 3. КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЕННОГО • ПОКРОВА К ХИМИЧЕСКОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ

3.1. Устойчивость почвы. Понятия и определения.

3.2. Критерии оценки устойчивости почв к загрязнению.

3.2.1. Тип почв.

3.2.2. Растительные формации.

3.2.3. Водный режим.

3.2.4. Положение в рельефе.

3.2.5. Почвообразующие породы.

3.2.6. Гранулометрический состав.

3.3. Пороговые значения токсичности загрязняющих веществ в почве.

3.3.1. Реакция почвы и ее компонентов на загрязнение.

3.3.2. Пороговые значения токсичности загрязняющих веществ в почве

Глава 4. МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ

• 4.1. Основные положения методологии.

4.2. Источники химического загрязнения почв.

4.2.1. Определение удельной массы загрязняющих веществ, поступающих в результате выбросов в атмосферу.

4.2.2. Определение удельной массы загрязняющих веществ, поступающих со средствами химизации сельского хозяйства.

4.3. Миграция загрязняющих веществ из почвы в сопредельные природные среды.

4.3.1. Биогенная миграция.

Ф 4.3.2. Водная миграция.

4.3.2.1. Миграция с жидким поверхностным стоком.

4.3.2.2. Миграция с твердым поверхностным стоком.

4.3.2.3. Водная миграция с внутрипочвенным стоком.

4.4. Расчет устойчивости почв к химическому загрязнению.

4.5. Интегральная оценка риска загрязнения почв.

4.5.1. Общая характеристика.

4.5.2. Расчет общей техногенной нагрузки на почвы.

4.5.3. Классификация риска химического загрязнения почв.

Глава 5. КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ РИСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

• ПОЧВ

5.1. Экологические и социальные последствия загрязнения земель.

5.2. Основы управления экологическим риском.

5.2.1. Функции государственного природоохранного управления.

5.2.2. Управление экологическим риском и рациональным природопользованием.

5.2.3. Принципы снижения экологического риска.

5.2.3.1. Анализ зарубежного опыта эффективного природоохранного управления.

5.2.4. Классификация экологического риска.

5.2.5. Анализ рентабельности от снижения риска загрязнения.

5.3. Экологический аудит - экономический инструмент управления экологическим риском.

5.3.1. Экологический аудит в развитых странах и России.

5.3.2. Основные методологические положения экологического аудита.

5.3.3. Практика применения экологического аудита.

5.3.4. Процедура проведения аудита и анализ полученной информации.

5.3.5. Экологический аудит и стратегические аспекты эко-эффективности.

5.4. Принципы расчета экономического ущерба от загрязнения почв.

5.4.1. Принципы расчета экономического ущерба от химического загрязнения почв.

5.4.2. Определение восстановительной стоимости плодородного слоя почвы.

5.4.3. Особенности расчета стоимости земель сельскохозяйственного назначения конкретного региона (хозяйства).

Глава 6. ОЦЕНКА РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ В СИСТЕМЕ ЗЕМЕЛЬНОГО КАДАСТРА

6.1. Экологический риск и кадастровая стоимость земли.

6.1.1. Влияние риска загрязнения земли на ее кадастровую стоимость.

6.1.2. Оценка стоимости земли с учетом риска химического загрязнения.

6.2. Оценка стоимости земли с учетом риска её загрязнения в системе государственного земельного кадастра.

6.2.1. Кадастровая стоимость сельскохозяйственных угодий.

6.2.2. Кадастровая стоимость земель с учетом риска

• их загрязнения.

Глава 7. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ на примере Ленинского района Московской области

7.1. Природные условия и экологическая ситуация в регионе.

7.1.1. Общая характеристика региона.

7.1.2. Климат.

7.1.3. Геология.

7.1.4. Рельеф.

• 7.1.5. Почвообразующие породы.

7.1.6. Растительность.

7.1.7. Почвы.

7.1.8. Дифференциация территории по типу землепользования.

7.2. Интегральная оценка риска загрязнения почв.

7.2.1. Методы исследования.

7.2.2. Источники загрязнения почв.

7.2.3. Критические нагрузки на почву.

7.2.4. Интегральная оценка риска. Обсуждение результатов исследования.

• 7.2.4.1. Риск загрязнения почв тяжелыми металлами.

7.2.4.2.0ценка риска загрязнения почв фтором.

7.2.4.3. Оценка риска загрязнения почв органическими веществами.

7.2.4.4. Оценка риск воздействия кислотных агентов на почву.

7.2.4.5. Интегральная оценка риска загрязнения почв.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интегральная оценка риска загрязнения почв»

Каковы бы ни были перемены, производимые человеком, вечный круговорот времен года остается незыблемым,. предоставляя человеку возможность направить высокие силы своего всеобъемлющего разума на познание законов, которыми управляется это бесконечное однообразие и вечное изменение.

Дж. Ф. Купер, 1841

Актуальность темы. В стратегии перехода России к устойчивому развитию проблема экономического роста и сохранения окружающей среды рассматриваются в единстве. По существу устойчивое развитие ориентировано на сбалансированное, экологически безопасное, социально-экономическое развитие на фоне сохранения, регулирования и оптимизации природно-ресурсного потенциала, в составе которого важная роль принадлежит земельным ресурсам, и усиление мер по охране окружающей среды.

Неизбежным следствием хозяйственной деятельности является нанесение вреда окружающей среде, а развитие производства, не дающего выбросов, относится к отдаленному будущему. Согласно экологической доктрине устойчивое развитие России, высокое качество жизни и здоровья населения может быть осуществимо только при условии, если увеличение темпов экономического роста обеспечит сохранение и регулирование природных систем надлежащего качества в условиях постоянного антропогенного воздействия.

Промышленное производство не может нормально развиваться вне связи с биосферой, которая обеспечивает его сырьем, энергией и ресурсами, являясь одновременно средой, принимающей потоки отходов производства. Масштабы рассеивания загрязняющих веществ и опасность их неблагоприятного воздействия на экосистемы велики. В тоже время, развитие производства, не дающего выбросов в окружающую среду, относится к отдаленному будущему.

Рассматривая биосферу Земли как единую экологическую систему во всем многообразии многофункционального проявления ее структурных связей и обмена веществом и энергией между различными компонентами в пространстве и времени, оптимальную для жизнедеятельности человека и биоты, необходимо осознать, что данная система обладает ограниченной устойчивостью к всевозможным явлениям и процессам, нарушающим ее нормальное состояние и развитие

Усиление техногенных нагрузок на природные экосистемы приводит к их необратимой деградации или гибели, что негативно отражается на человеке: с одной стороны вследствие причинения вреда здоровью населения, с другой в результате уменьшения объемов ресурсопотребления, что соответственно оказывает влияние на развитие экономики и социальной сферы общества.

Дальнейший экономический рост, сопровождающийся нерациональным потреблением ресурсов и загрязнением окружающей среды, в конечном итоге ведет к экологической катастрофе и ставит под сомнение возможность будущего существования человечества. Обеспечение экологической безопасности и сохранение природной среды возможно только за счет эффективной, структурированной системы управления природопользованием и отходами, контроля за состоянием и загрязнением природных систем, создания и внедрения новых малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий, что позволит перейти к устойчивому развитию, глобальная концепция, которого определена на Конференции ООН по вопросам охраны окружающей среды и развития в Рио-де-Жанейро в 1992 г. и Иоганесбурге в 2002 г.

В соответствии с определением, представленным в докладе международной комиссии по окружающей среде и развитию «Наше общее будущее», термин устойчивое развитие означает удовлетворение жизненных потребностей общества без возникновения угрозы истощения природных ресурсов и деградации окружающей среды и обеспечение существования будущим поколениям (Наше ., 1989).

По существу устойчивое развитие ориентировано на сбалансированное, экологически безопасное, социально-экономическое развитие на фоне сохранения, регулирования и оптимизации природно-ресурсного потенциала и усиление ответственности за все формы деятельности, наносящие ущерб природной среде.

В стратегии перехода России к устойчивому развитию проблема экономического роста и сохранения окружающей среды рассматриваются в единстве. Это подразумевает экологизацию общественного развития и внедрение комплекса природоохранных, правовых и административно-управленческих мер по обеспечению экологической безопасности.

В соответствии с требованиями ООН к охране окружающей среды Международная организация по стандартизации разработала и предложила к использованию пакет международных стандартов (ISO 9000, ISO 14000, 14001), который содержит общие критерии и процедуры применения эффективной системы управления охраной окружающей средой -экологического менеджмента (Международные стандарты . ., 1995), а также обеспечивает предприятия нормативной базой для проведения экологической сертификации, экологического аудита и управления экологической безопасностью.

Таким образом, рациональное природопользование представляет стандартизированную систему управления качеством окружающей среды в регионе и на каждом предприятии, основанную на положениях международных стандартов и обеспечивающую устойчивое развитие и экологическую безопасность.

Почве принадлежит ведущая роль в функционировании биосферы (Добровольский, Никитин, 2000). Пока почва устойчива, экологическая безопасность обеспечена. Утрата или необратимая деградация почвенного покрова может рассматриваться как гибель экосистемы. Чем выше уровень техногенной нагрузки, тем выше риск нарушения механизмов, обеспечивающих ее устойчивость, и вероятность перехода в новое состояние, непригодное для жизнедеятельности биоты и человека.

В настоящее время риск загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и устойчивыми органическими загрязнителями, его последствия и взаимосвязь между техногенными нагрузками и устойчивостью почв изучены недостаточно. На современном этапе не существует общепринятых подходов и апробированных путей решения этой крайне сложной проблемы. Создание концепции риска загрязнения почв, методов его оценки и управления находятся еще на стадии становления.

Для достижения указанной цели, по мнению автора, необходима интегральная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу эффективных методов управления и экономического стимулирования, направленных на снижение химической нагрузки на почвенный покров до допустимого уровня (Овчинникова, 2003в).

Получение достоверной информации относительно риска загрязнении почв является важным звеном в научно обоснованной стратегии и тактике принятия управленческих решений (экологический менеджмент), связанных с финансовыми затратами по устранению и/или снижению негативных последствий до приемлемого уровня (Овчинникова, 20036).

Цель исследования заключалась в разработке концепции и методологии интегральной оценки риска загрязнения почв для сохранения биосферных функций почвы на основе рационального природоохранного управления, при котором ограничение техногенной нагрузки не препятствует экономическому росту и развитию, а также для эффективного землепользования на основе учета риска в кадастровой стоимости земель.

Задачи исследования:

1. создать и сформулировать основные положения концепции оценки риска загрязнения почв;

2. обосновать и количественно охарактеризовать критерии потенциальной устойчивости почв к химическому загрязнению;

3. обосновать принципы практического расчета критических нагрузок на почву тяжелых металлов и органических загрязнителей;

4. разработать методологию расчета интегральной оценки и классификации риска химического загрязнения почв;

5. разработать основы управления риском загрязнения почв для принятия адекватных мер по его предотвращению и/или снижению и составить рекомендации по внесению показателя риска в государственный земельный кадастр;

6. на основе интегральной оценки риска загрязнения почв провести природоохранное зонирование территории Ленинского района Московской области для дифференцирования опасности техногенного воздействия.

Защищаемые положения

В результате выполненных теоретических, полевых и лабораторных ^ исследований разработана, обоснована и апробирована концепция интегральной оценки риска загрязнения почв и методология ее расчета, которая базируется на следующих положениях:

1) Интегральная оценка риска химического загрязнения проводится на основе принципов генетического почвоведения и уравнения баланса равновесных масс загрязняющих веществ в почве, включающего процессы. их аккумуляции, трансформации и миграции, и количественную характеристику устойчивости почв к загрязнению, обусловленную ее генезисом, составом и свойствами, а также ведущими почвообразовательными факторами внешней среды. При этом риск загрязнения почв следует рассматривать с двуединой позиции: опасности наступления негативных последствий для почвы как базового компонента экосистемы в результате нарушения ее устойчивости и для здоровья населения.

2) Количественной мерой выражения вероятности риска загрязнения почв является интегральный показатель, который, представляя стабильную, результирующую величину ведущих, разнонаправленных техногенных и почвенно-геохимических процессов, характеризует степень превышения реальной техногенной нагрузки на почвы над критической, заменяя, таким образом, абсолютную меру вероятности риска, поскольку с увеличением данного соотношения вероятность неблагоприятных последствий возрастает. Это дает возможность объективно оценить степень опасности загрязнения почв при одновременном воздействии на экосистему или ландшафт целого ряда веществ различной массы и токсичности, а также ранжировать почвы по классам опасности их химического загрязнения.

3) Важным фактором при оценке риска выступает устойчивость почв к химическому загрязнению. Количественная оценка устойчивости почв позволяет учитывать региональную специфику территории и характеризовать потенциальные возможности различных почв и их ответную реакцию на равное техногенное воздействие независимо от характера этого воздействия.

4) Для оценки экологического состояния почв и разработки эффективных мер природоохранного управления, направленных на предотвращение и/или снижение риска, автором предложено ввести категорию незначительного риска, категория условно допустимого риска и категория недопустимого риска. Первые две категории допускают ограниченную возможность поступления и содержания загрязняющих веществ в почве, в виде примесей к ее естественному составу в количествах, безопасных для окружающей среды и здоровья человека.

5) Оценка риска базируется на ключевой категории - критерии экологического качества почв для ограничения техногенного воздействия в зависимости от цели исследования (состояние здоровья или состояние природной среды). Для защиты почвы как компонента экосистемы и ландшафта предлагается ввести экопочвенный норматив, который представляет меру хемогенного воздействия на почву, ориентированную на отклик наиболее чувствительных к загрязнению групп почвенных микроорганизмов, и обеспечивает условия для нормальной жизнедеятельности почвенной биоты и нормального функционирования почвы.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Сформулирована концепция интегральной оценки риска загрязнения почв и введены различные категории допустимости риска для идентификации степени опасности хемогенной нагрузки на почвы для человека и экосистем и её нормирования.

2. Обоснованы принципы количественной оценки устойчивости почв к химическому загрязнению с использованием факторов почвообразования и почвенных свойств, включающих существующее природное разнообразие и имеющих приоритетное значение в процессах функционирования почв и формирования их устойчивости.

3. Теоретически разработана и практически обоснована методология интегральной оценки риска загрязнения с использованием интегрального показателя риска, характеризующего размеры превышения реальной химической нагрузки над критической с учетом удельных масс и степени токсичности комплекса вредных ингредиентов, процессов их поступления и выноса из почвы в сопредельные среды, и устойчивости почв к загрязнению.

Введено понятие «экопочвенного норматива» - экологически обоснованного критерия качества почв, ориентированного на защиту почвы как компонента экосистемы от химического загрязнения на основе взаимосвязи между химическим состоянием почвы и биологическими индикаторами.

5. Разработаны принципы управления риском загрязнения почв, которые служат научным обоснованием для выработки превентивных мер по предотвращению и снижению риска. Предложены практические подходы по использованию в практике природоохранного управления мер экономического стимулирования предприятий - экологического аудита и расчету экономического ущерба от загрязнения.

6. Предложено учитывать степень риска загрязнения почв при определении кадастровой стоимости сельскохозяйственных угодий путем введения поправочного коэффициента для вычисления расчетного рентного дохода и срока его капитализации.

Практическая ценность и реализация работы

1. Созданная методология предназначена для проведения интегральной, количественной оценки риска химического загрязнения почвенного покрова территорий различного ранга. Ее преимущество заключается в использовании данных государственной статистической отчетности, информационных материалов территориальных подразделений по охране окружающей среды и административных органов, экологической отчетности предприятий и организаций, ведомственных материалов, характеризующих состав и объемы ингредиентов выброса/сброса загрязнителей в окружающую среду, в том числе в рамках трансграничного переноса, а также опубликованных научных работ, что позволяет не проводить дорогостоящие полевые и лабораторные измерения.

2. Методология содержит пространственно-временные характеристики техногенных и природных почвенно-геохимических процессов, что позволяет использовать полученные данные для прогнозных оценок состояния почвенного покрова и формирования долгосрочной научно обоснованной политики в области управления природопользованием и охраны природы, при проведении работ по комплексной оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и экологическому аудиту, при разработке долгосрочных программ по защите окружающей среды (Овчинникова, 2000, 2003а).

3. Результаты исследования обеспечивают возможность ранжирования состояния почв региона по классам опасности химического загрязнения и расчета экономического ущерба, что облегчает принятие управленческих решений, связанных в первую очередь с экономическими затратами и социальными последствиями по устранению причин загрязнения и/или его снижению до приемлемого уровня его негативных последствий, а также предотвращению повторения подобных событий в будущем.

4. Результаты проведенной работы позволяют внедрить их в практику управления землепользованием, для учета неблагоприятных экологических факторов в государственной кадастровой оценке земли (Овчинникова, 20036).

Организация исследований. В основу диссертации положены собственные теоретические разработки и научные исследования автора, а также результаты проведения полевых работ на территории Ленинского района Московской области и изучения фондовых материалов.

Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка теоретических положений концепции и методологии риска загрязнения почв, а также программы исследований, организация и выполнение полевых работ, анализ фондовых материалов, обобщение полученных научных материалов.

Апробация работы. Материалы и результаты исследований обсуждались на заседании кафедры управления природными ресурсами факультета государственного управления МГУ им М.В. Ломоносова и совместном заседании кафедры геоэкологии и прикладной геохимии и кафедры физической географии, экологии и охраны природы геологогеографического факультета Ростовского государственного университета, Международной конференции «Риск 97» в Амстердаме (1997), VIII Международной конференции «Проблемы управления качеством городской среды» (Москва, 2002). По результатам работы автором были получены два международных гранта: от Конфедерации Британской Промышленности (CBI, London) и от Международного Сельскохозяйственного Центра в Вагенингене (IACC, Wageningene), Голландия соответственно на период 12 месяцев 1995-1996 гг. в Mouchell & Partners и 6 месяцев 1996-1997 гг. в Institute of Soil Fertility & Agrobiology

Публикации. Основное содержание и результаты работы изложены в трех авторских монографиях и 30 научных работах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на / страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав и выводов. Список литературы насчитывает 345 работ, из них - 98 иностранных авторов.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Овчинникова, Инна Николаевна

3. Результаты исследования обеспечивают возможность ранжирования состояния почв региона по классам опасности химического загрязнения и расчета экономического ущерба, что облегчает принятие управленческих решений, связанных в первую очередь с экономическими затратами и социальными последствиями по устранению причин загрязнения и/или его снижению до приемлемого уровня его негативных последствий, а также предотвращению повторения подобных событий в будущем.

4. Результаты проведенной работы позволяют внедрить их в практику управления землепользованием, для учета неблагоприятных экологических факторов в государственной кадастровой оценке земли (Овчинникова, 20036).

Разработанная автором методология имеет важное практическое значение, поскольку предназначена для использования в деятельности подразделений государственных служб охраны природы, природоохранных служб промышленных предприятий и эко-аудиторских компаний, а также негосударственных экологических, общественных и коммерческих организаций. Адаптирована к имеющейся в России научно-технической информации.

Методология расчета может быть использована государственными органами охраны природы различных регионов России для расчета величины компенсационных выплат за нанесенный ущерб, а также при экспертизе проектов и видов деятельности, затрагивающих ценные сельскохозяйственные земли, а также в процессе работ по комплексной оценке антропогенной воздействия на состояние окружающей среды. Кроме того, она предназначена для определения риска загрязнения почв административно-территориальных образований субъектов федерации, краев, областей, административных районов, городов, территорий сельских и поселковых советов, а также территорий, в установленном порядке закрепленных в пользование за субъектами хозяйственных правоотношений.

Для территорий ранга административных районов и ниже, возможно привлечение материалов дополнительных исследований для получения отсутствующих в статистике данных о составе и объемах ингредиентов загрязнения, в том числе содержащихся в расположенных на данной территории отвалах, хвостохранилшцах, шламонакопителях, свалках, а также для разработки модели миграции этих загрязнителей.

Итак, первым этапом является инвентаризация выбросов по всей длине технологической цепочки, с указанием масс токсикантов в выбросах, формы их нахождения и определением химической нагрузки на почву - т/год. Для реализации поставленной задачи необходимо вычислить удельные массы выбрасываемых загрязняющих веществ в потоке. В итоге полученная структурная схема потока вредных веществ дает представление о нагрузках на почву данного производства.

Список литературы диссертационного исследования доктор географических наук Овчинникова, Инна Николаевна, 2004 год

1. Аэротехногенное загрязненение