Еколого-соціальній моніторинг

Еколого-соціальній моніторинг

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Високий рівень забруднення об'єктів довкілля в Україні призводить до деградації екосистем, підвищення рівня захворюваності населення та погіршення демографічних показників. Ці проблеми особливо актуальні для техногенно-навантажених регіонів України, у тому числі Дніпропетровської області, яка є однією з найбільших індустріально-розвинених, з високим рівнем урбанізації. На території області створена потужна енергетична база, яка стала основою розвитку гірничо-металургійного комплексу.

Тому намітилася цілком обґрунтована тенденція необхідності оцінки екологічного стану довкілля не тільки традиційними фізико-хімічними методами, що встановлюють фактичні значення концентрацій різноманітних забруднювачів, але й шляхом використання цитогенетичних методів біоіндикації. Останні, як відомо, дають відповіді на питання про загальну токсичність і мутагенність забруднених об'єктів довкілля та ступінь їх небезпеки для біоти та людини, тобто сприяють розв'язанню низки актуальних екологічних проблем у системі сталого розвитку гірничопромислового регіону і держави в цілому.

В Україні проведений ряд біоіндикаційних досліджень для визначення екологічного стану окремих об'єктів довкілля або окремих територій: Горова, 1996; Дуган, 1998; Скворцова, 1996; Клімкіна, 2003; Безсонова, 1996; Ковальчук, 1998; Случик, 2001; Коршиков, 1996; Назаренко, 1998, Нікорич, 2001; Дронь, 2002; Руденко, 2002; Морозова, 2005. Натомість майже не проводилися дослідження комплексного впливу забруднювачів окремих гірничо-промислових виробництв на стан компонентів довкілля та здоров'я населення.

Тому в дисертаційній роботі розв'язується актуальна науково-практична задача, яка полягає у встановленні кількісних і якісних закономірностей деградаційного впливу різних видів гірничої промисловості на стан довкілля та здоров'я людини і біоти з використанням методів біоіндикації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно плану наукових досліджень кафедри екології Національного гірничого університету, відповідно до "Концепції поліпшення екологічного становища гірничодобувних регіонів України", узгодженої Постановою Кабінету Міністрів України за № 1606 від 31 липня 1999 р. та інших нормативно-правових актів з питань моніторингу довкілля та стану здоров'я населення.

Теоретичні розробки й експериментальні дослідження за темою дисертації проводилися при виконані держбюджетних і госпдоговірних тем, у яких автор приймав участь як виконавець, а саме: "Проведення дослідження екологічного стану м. Нікополя за програмою медико-екологічного моніторингу. Відпрацювання методології з метою подальшого впровадження в державній системі моніторингу довкілля" - № ДР 0103U008284; "Розробка концепції "Техногенна безпека в гірництві як складова частина стійкого розвитку держави" - № ДР 0102U000342; "Екологічна безпека у гірничо-металургійному комплексі як основа сталого еколого-економічного та соціального розвитку України" - № ДР 0104U004092; "Розробка засобів застосування біогенних ресурсів для зменшення негативного впливу гірництва на соціоекосистеми" - № ДР 0102U003017; "Цитогенетична оцінка ефективності заходів, спрямованих на зниження та запобігання еколого-генетичних наслідків дії підвищеного опромінення на території м. Жовті Води" - № ДР 0104U007690; "Медико-екологічний моніторинг міста Нікополя: створення бази даних цитогенетичного моніторингу м. Нікополя та їх співставлення з реальним радіаційним і хімічним забрудненням території міста" - № ДР 0104U000787; "Обґрунтування використання природних адаптогенів для реабілітації довкілля та людини, ушкоджених діяльністю гірництва" - № ДР 0104U010900; "Комплексний екологічний контроль стану довкілля та здоров'я людини біологічними та фізичними методами" - № ДР 0107U000377. Автор брав безпосередню участь у науково-дослідній роботі кафедри, зокрема в проведенні біологічного, цитогенетичного та хімічного моніторингу Дніпропетровської області.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є біоіндикаційна екологічна оцінка наслідків впливу гірничої промисловості на навколишнє середовище та здоров'я населення на території гірничопромислових центрів Дніпропетровської області, а також наукове обґрунтування реабілітаційних заходів.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані і вирішені наступні завдання:

1. Визначити екологічний стан об'єктів навколишнього середовища на територіях, порушених діяльністю гірничої промисловості, з використанням біоіндикаційних та фізико-хімічних методів дослідження.

2. Оцінити за даними медичної статистики стан здоров'я населення, яке мешкає у гірничопромислових центрах, та екологічну ситуацію за цією ознакою.

3. Оцінити загальну екологічну ситуацію на територіях гірничопромислових центрів за проявами біоіндикаторів та здоров'ям людини і встановити рівні екологічної та генетичної небезпеки для біоти та людини.

4. Встановити кореляційні зв'язки між екологічним станом довкілля за токсико-мутагенним фоном та фізико-хімічними параметрами.

5. Обґрунтувати можливість застосування фізіологічно-активних гумінових речовин для поліпшення стану ґрунтів порушених діяльністю гірництва.

Об'єкт дослідження - створення комплексної системи біомоніторингу стану довкілля на територіях гірничопромислових центрів.

Предмет дослідження - біоіндикаційна оцінка екологічного стану територій гірничопромислових центрів Дніпропетровської області на основі зміни тест-ознак біоіндикаторів.

Методи дослідження. При виконані роботи застосовані наступні методи: біоіндикації, зокрема, тест "Стерильність пилку рослин-фітоіндикаторів" - для оцінки токсичності атмосферного повітря та Allium-тест - для оцінки токсико-мутагенної активності ґрунтів; атомно-абсорбційний метод для визначення вмісту в ґрунтах рухомих форм важких металів; медико-статистичний - для оцінки стану здоров'я населення за даними медико-соціальної статистики; кореляційний аналіз - для оцінки ступеню впливу важких металів на відповідні реакції біоіндикаторів; математичного моделювання на основі рівнянь регресії - для встановлення залежностей зміни стану здоров'я населення від стану довкілля; лабораторні і натурні дослідження - для обґрунтування ефективності використання гумінових сполук для реабілітації порушених ґрунтів. Статистична обробка даних проводилася з використанням стандартного програмного забезпечення.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше проведена комплексна біоіндикаційна оцінка впливу діяльності гірничої промисловості на стан об'єктів навколишнього середовища за цитогенетичними тестами "Стерильність пилку рослин-фітоіндикаторів", "Частота аберантних хромосом", "Мітотичний індекс" та здоров'ям населення за поширенням загальної захворюваності, що дозволило на їх основі розробити систему оцінки рівнів екологічної небезпеки для здоров'я населення.

Удосконалена і дістала подальшого розвитку відома методика екологічного обстеження та районування території за ступенем впливу антропогенних чинників на стан об'єктів довкілля з використанням інтегральних цитогенетичних методів.

Обґрунтована доцільність використання Allium-тесту, для кількісної оцінки ступеню забрудненості ґрунтів рухомими формами важких металів (Mn, Pb, Zn, Cr, Cu, Ni, Co, Cd), шляхом зіставлення з результатами фізико-хімічного аналізу відповідних зразків ґрунту.

Запропоновано технічне рішення зі зниження токсичності та мутагенності ґрунтів, порушених впливом гірничої промисловості, шляхом обробки їх розчином гумату натрію у певних концентраціях, залежно від рівнів забруднення.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблені та апробовані методи біоіндикації для оцінки рівнів екологічної небезпеки для людини та біоти на територіях, що зазнають впливу гірничої промисловості, які запропоновані для впровадження у Державну систему моніторингу довкілля (лист Міністерства екології та природних ресурсів України №7124/04-10 від 25.06.2004).

На основі виконаних досліджень розроблені методичні рекомендації "Обстеження та районування території за ступенем впливу антропогенних чинників на стан об'єктів довкілля з використанням інтегральних цитогенетичних методів" (МР 2.2.12-141-2007 затверджені Наказом МОЗ від 13.03.2007 №184; та рекомендовані для практичного використання листом МОЗ №05.01.01-09/58-3248 від 17.05. 08).

Визначено ряд біоіндикаційних тест-ознак для подальшого проведення ефективного біомоніторингу в межах Дніпропетровської області (лист Виконавчого комітету Жовтоводської міської Ради у Дніпропетровській області № 1/1-912 від 24.12.04) та впровадження їх на інших територіях (Акт впровадження у Науково-експериментальному фітоцентрі УААН від 07.06.05, Акт впровадження на ДП "НВО "Павлоградський хімічний завод" від 04.02.08).

На основі отриманих результатів розроблений спосіб зниження токсичності ґрунтів, порушених діяльністю гірничої промисловості, шляхом обробки їх розчином гумату натрію. (Патент України 79802 UA від 25.07.07).

Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес Національного гірничого університету (Акт впровадження від 10.04.2008 р.) та Керченського державного морського технологічного університету (Акт впровадження від 14.04.2008 р.) при підготовці фахівців за спеціальністю 8.07081 "Екологія та охорона навколишнього середовища". Введено новий розділ у лекційну частину курсів "Біоіндикація" та "Цитогенетичний моніторинг довкілля" - "Застосування цитогенетичних методів біоіндикації для оцінки стану об'єктів довкілля". Розроблено ряд лабораторних та практичних занять, які дозволять студентам опанувати нові методи оцінки стану об'єктів довкілля та здоров'я населення.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто здійснено аналіз літературних джерел, участь у експедиціях у різні гірничопромислові центри Дніпропетровської області. Проведено відбір зразків ґрунту, рослин, збір медико-статистичних даних про захворюваність населення, виконані експериментальні дослідження, статистична обробка даних та їх основний аналіз. Особисто здійснено оформлення роботи, написано основні розділи та висновки, підготовлено публікації за результатами досліджень, а також представлено їх на наукових семінарах та конференціях. Формулювання завдань, аналіз результатів та їх інтерпретація проведені спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дослідження. Результати досліджень, основні положення та висновки дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: V Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство." (Київ, 2002); Міжнародній конференції "Антропогенно-змінене середовище України: Ризики для здоров'я населення та екологічних систем" (Київ, 2003); XIV з'їзді гігієністів України: "Гігієнічна наука та практика на рубежі століть" (Дніпропетровськ, 2004); Форумі гірників - 2005, (Дніпропетровськ, 2005); Міжнародній конференції "Радіобіологічні ефекти: ризики, мінімізація, прогноз" (Київ, 2005); III Міжнародній науково-практичній конференції "Валеологія: сучасний стан, напрямки та перспективи розвитку" (Харків, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції "Перший Всеукраїнський з'їзд екологів" (Вінниця, 2006); Третій Міжнародній конференції "Чистота довкілля в нашому мiстi" (Севастополь, 2007); Міжнародній науково-практичній конференції "Досягнення та перспективи застосування гумінових речовин у сільському господарстві" (Дніпропетровськ, 2008); Всеукраїнській науковій конференції "Мониторинг природных и техногенных сред" (Сімферополь, 2008) та ін. Результати роботи доповідалися на наукових семінарах кафедри екології Національного гірничого університету.

Публікації. Основні матеріали дисертаційної роботи висвітлені у 18 наукових працях; 4 статтях у фахових наукових виданнях, 13 матеріалах і тезах доповідей Міжнародних та вітчизняних конференцій, отримано 1 патент на винахід.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається з вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів дослідження, результатів роботи та їх обговорення, узагальнення, висновків та списку використаних джерел літератури (213 найменувань, з них 43 - іншомовних). Робота викладена на 150 сторінках друкованого тексту та містить 20 рисунків і 98 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В огляді літератури розглянута екологічна ситуація у гірничопромислових центрах України та Придніпровського регіону. Описані основні критерії та підходи до екологічної оцінки стану навколишнього середовища, проаналізовані недоліки та преваги санітарно-гігієнічної оцінки стану довкілля. Проаналізовані можливості використання методів біоіндикації в екологічній оцінці стану компонентів навколишнього середовища. Визначені фактори, які негативно впливають на здоров'я населення, яке мешкає в зоні впливу гірничої промисловості. Проаналізовані існуючі критерії оцінки стану здоров'я населення та екологічних факторів, що впливають на рівень захворюваності населення. Були виявлені значні можливості використання методів біоіндикації в екологічних дослідженнях стану довкілля, а також нормування рівнів антропогенного навантаження на території гірничопромислових центрів та прогнозування захворюваності населення. В огляді літератури звернута увага на відсутність єдиних критеріїв оцінки стану довкілля за допомогою методів біоіндикації, а також універсальних методів оцінки стану здоров'я населення.

Об'єкти і методи дослідження. Об'єктом дослідження була вибрана територія Дніпропетровської області, на якій були виділені різні за видом гірничої промисловості міста: Вільногірськ (видобуток поліметалічних руд), Жовті Води (уранові руди), Павлоград (вугільна промисловість), Нікополь (гірничо-металургійна промисловість). В якості контролю була використана територія курорту ЛОК "Солоний Лиман" Новомосковського району Дніпропетровської області. На території кожного міста були вибрані від двох до чотирьох тест-полігонів, які охоплювали як промислові, так і селітебні зони. На кожному з них виділяли від 4 до 8 моніторингових точок, на яких проводився відбір зразків ґрунтів та рослин. Всього досліджено 52 моніторингові точки.

Інтегральна оцінка екологічного стану довкілля за токсико-мутагенним фоном і здоров'я населення проведена за методикою проф. А.І. Горової (рис. 1). Стан атмосфери та ґрунтів за токсико-мутагенним фоном оцінювався за цитогенетичними біотестами. Оцінка здоров'я населення базувалася на аналізі медичної статистики про розповсюдженість усіх класів хвороб.

Показники біоіндикаційних та популяційних блоків було переведено в єдину безрозмірну систему умовних показників ушкоджуваності біосистем:

, (1)

де УПУі - i-ий умовний показник ушкоджуваності біопараметру, спричинений несприятливими умовами довкілля; Пкомф. і Пкрит. - експериментально встановлені значення біопараметру в комфортних та критичних для організму умовах, відповідно; Преал - значення біопараметру у досліджуваному варіанті.

Усереднений умовний показник ушкодженості біоіндикаторів визначали

, (2)

Рис.1. Структурна схема еколого-соціального моніторингу, за проф. А.І. Горовою

Інтегральний показник, що характеризує стан довкілля за загальним токсико-мутагенним фоном (ІУПУбіоінд.), передбачає паритетність складових і обчислювався за формулою:

, (3)

де УПУ1, УПУ2, УПУ3…. УПУm - інтегровані показники біоіндикації якості атмосфери, гідросфери та педосфери (m - число вибраних тест-показників).

Інтегральний показник, що характеризує стан популяційного здоров'я населення, обчислювався за формулою:

ІУПУпопул= 0,4•ІУПУдітей + 0,3•ІУПУдоросл + 0,3•ІУПУгенет , (4)

де ІУПУдітей - фізичне здоров'я дітей; ІУПУдоросл - фізичне здоров'я дорослого населення; ІУПУгенет - генетичне здоров'я населення.

Інтегральний показник, що характеризує природний рух населення обчислюється за формулою:

, (5)

де УПУ1 - народжуваність; УПУ2 - смертність; УПУ3 - смертність дітей у віці до 1 року.

Інтегральний показник, що характеризує загальну екологічну небезпеку (ЕН) для людини та біоти, обчислювався за формулою:

ЕН = 0,6•ІУПУбіоінд +0,4• ІУПУпопул (6)

Інтегральний показник, що характеризує еколого-генетичну небезпеку (ЕГН) для людини та біоти від дії мутагенів довкілля, обчислюється за формулою:

ЕГН = 0,6•ІУПУбіоінд + 0,4•ІУПУгенет. (7)

Для оцінки рівня ушкодження здоров'я населення та стану довкілля, а також визначення рівнів екологічної і еколого-генетичної небезпеки, використовували єдину уніфіковану шкалу приведену в табл. 1.

Таблиця 1

Шкала оцінки стану здоров'я людини, екологічного стану довкілля і рівнів екологічної і еколого-генетичної небезпек (за А.І. Горовою)

Комплексна екологічна оцінка стану об'єктів довкілля та здоров'я населення на територіях гірничопромислових центрів Дніпропетровської області. Стан атмосфери та ґрунтів за токсико-мутагенним фоном оцінювався за цитогенетичними біотестами "Стерильність пилку рослин-фітоіндикаторів" і Allium-тест.

Результати оцінки токсичності атмосфери на досліджуваній території (рис. 2) свідчать про "незадовільний" його стан у гірничопромислових містах. Найбільша токсичність атмосферного повітря спостерігається у мм. Жовті Води та Вільногірськ. На контрольній території стан атмосфери оцінюється як "еталонний". Рівень ушкодженості біосистем на територіях гірничопромислових міст у 3-3,6 разів більше аналогічних показників на контрольній території.

В результаті оцінки токсичності ґрунтів виявлений "катастрофічний" екологічний стан ґрунтів у мм. Жовті Води і Вільногірськ та "незадовільний" у мм. Нікополь і Павлоград. На контрольній території ЛОК "Солоний Лиман" стан ґрунтів оцінений як "еталонний". Токсичність ґрунтів на територіях досліджуваних міст у 8,2-11 раз більша ніж на контрольній території. Що стосується мутагенності ґрунтів, то на території міст Жовті Води і Вільногірськ відмічається їх "катастрофічний" стан за цією ознакою. У містах Нікополь та Павлоград екологічний стан ґрунтів - "незадовільний". На контрольній території, виявлено "задовільний" стан ґрунтів. Мутагенність ґрунтів у досліджуваних містах у 2,5-4 рази вища ніж на контрольній території.

Рис. 2. Порівняльна характеристика токсико-мутагенної активності об'єктів довкілля на територіях гірничо-промислових центрів Дніпропетровської області

Загальна токсико-мутагенна активність ґрунтів, змінюється від "еталонної" ситуації на контрольній території до "катастрофічної" у м. Жовті Води та Вільногірськ. На територіях міст Нікополь і Павлоград стан ґрунтів оцінений як "незадовільний" з "загрозливим" станом біосистем. Стан ґрунтів на контрольній території оцінений як "еталонний" і рівень ушкодженості біосистем менше у 3,5-5,2 раз у порівнянні з досліджуваними гірничопромисловими містами.

Інтегральна оцінка екологічного стану об'єктів довкілля за їх токсико-мутагенною активністю вказує на те, що на території міст Жовті Води та Вільногірськ виявлена "катастрофічна" екологічна ситуація. На території міст Нікополь та Павлоград вона "незадовільна". Інтегральна еколого-генетична оцінка території ЛОК "Солоний лиман" виявила "еталонний" стан об'єктів довкілля. Токсико-мутагенна активність об'єктів довкілля на територіях гірничопромислових міст у 3,8-5 раз вища ніж на контрольній території.

В результаті хімічного аналізу вмісту рухомих форм важких металів (ВМ) у досліджуваних пробах ґрунтів виявлено різноманітні концентрації, що пояснюється наявністю специфічних видів гірничого виробництва. Так на території м. Нікополь пріоритетними металами є манган та цинк. У м. Жовті Води відмічено найбільший вміст мангану, цинку, ніколу та купруму. Для м. Павлоград пріоритетними ВМ є цинк та хром. У м. Вільногірськ - хром, кадмій і нікол. На контрольній території підвищеного вмісту ВМ не відмічено.

Для оцінки ступеню забруднення ґрунтів ВМ, проводилося порівняння фактичних концентрацій металів у досліджуваних зразках з ГДК рухомих форм ВМ. На території м. Жовті Води виявлено перевищення концентрації цинку над ГДК у 2,28, мангану - у 1,43, а також хрому - у 1,67 рази. У м. Нікополь відмічено перевищення вмісту цинку у 1,3 рази та мангану - у 2,5 рази. В сельбіщній зоні м. Вільногірськ виявлено перевищення вмісту мангану над ГДК у 1,6 рази.

Для оцінки забрудненості ґрунтів рухомими формами ВМ за "МУ 2.1.7.730-99 Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест" були розраховані коефіцієнти забруднення ґрунтів хімічними речовинами (Kc), для оцінки забруднення ґрунтів розрахували сумарний показник забруднення (Zс) (табл. 2).

Таблиця 2

Категорії небезпеки забрудненості ґрунтів досліджуваних міст рухомими формами важких металів

Примітка: РНТ - категорія забруднення ґрунтів (Д - допустима; ПН - помірно небезпечна; Н - небезпечна). Тест-полігони: 1 - район південного трубного заводу, м. Нікополь; 2 - район феросплавного заводу м. Нікополь; 3 - центр міста Нікополь; 4 - район ж/м Новопавлівка та Лапінка м. Нікополь; 5 - сельбіщна зона м. Жовті Води; 6 - промислова зона м. Жовті Води; 7- сельбіщна зона м. Вільногірськ; 8 - промислова зона м. Вільногірськ; 9 - сельбіщна зона м. Павлоград; 10 - промислова зона м. Павлоград; 11 - рекреаційна територія ЛОК "Солоний лиман"; 12 - сільськогосподарські угіддя с. Новотроїцьке.

Небезпечними для здоров'я населення є ґрунти на територіях промислових зон міст Вільногірськ і Жовті Води, так як Zс перевищує величину 32. На контрольній території ЛОК "Солоний Лиман" Zс=1,5, отже загроза для здоров'я населення відсутня. За результатами дослідження виділені території з "помірно небезпечним" забрудненням ґрунтів - сельбіщна зона м. Жовті Води, і "допустимим" - інші тест-полігони. На території гірничопромислових центрів виявлено перевищення коефіцієнту Zс у 6,3-26 разів у порівнянні з контролем.

Результати аналізу показників природного руху населення (табл. 3) свідчать про "середній" рівень ушкодженості біосистем у більшості гірничопромислових центрів Дніпропетровської області, який є близьким до середньообласного рівня. У м. Вільногірськ спостерігається найменший - "нижче за середній" - рівень ушкодженості біосистем, а у м. Жовті Води "вище за середній", що вказує на "загрозливий" стан демографічних процесів у цих містах.

Аналіз показників, що характеризують генетичне здоров'я, вказує на те, що на досліджуваній території Дніпропетровської області інтегральний середньообласний показник генетичного здоров'я має "середній" рівень ушкодження та "конфліктний" стан. Найгірша ситуація спостерігається у м. Жовті Води. Серед усіх показників, що характеризують генетичне здоров'я найбільші рівні ушкодженості виявлені за поширенням вроджених аномалій розвитку у дітей та новоутворення у дорослих, які мешкають у мм. Жовті Води та Вільногірськ.

Таблиця 3

Порівняльна оцінка показників стану здоров'я населення досліджуваних міст Дніпропетровської області, ІУПУ середні за 1999-2003 рр.

Аналіз показників, які характеризують здоров'я дитячого населення вказує на їх "конфліктний" і "загрозливий" стан на досліджуваній території. Стан здоров'я дитячого населення у мм. Жовті Води, Нікополь і Павлоград є гіршим, ніж у середньому по області й оцінюється як "загрозливий", а у м. Вільногірськ і контролі оцінений як "конфліктний" з "середнім" рівнем ушкодженості. Пріоритетними захворюваннями серед дитячого населення для всіх досліджених гірничопромислових міст є хвороби органів дихання.

Аналіз інтегральних показників, що характеризують стан здоров'я дорослого населення вказує на їх зміну від "насторожуючого" до "загрозливого" стану. У середньому в області за досліджений період стан здоров'я дорослого населення оцінений як "загрозливий". Аналогічна ситуація спостерігається у мм. Жовті Води та Павлоград. На території мм. Нікополь і Вільногірськ стан здоров'я дорослого населення оцінений як "конфліктний" з "середнім" рівнем ушкодженості. Найкраща ситуація спостерігається у Новомосковському районі, де виявлено "нижче за середній" рівень ушкодженості та "насторожуючий" стан здоров'я дорослого населення.

Результати аналізу інтегральних показників, що характеризують здоров'я населення, дозволили виділити території з "загрозливим" станом - мм. Жовті Води, Павлоград; "конфліктним" - мм. Нікополь, Вільногірськ. На контрольній території спостерігається "насторожуючий" стан здоров'я населення.

Аналіз результатів комплексних досліджень стану довкілля та здоров'я населення на території гірничопромислових міст Дніпропетровської області за результатами біоіндикаційних досліджень (рис. 3), вказує на значне перевищення (у 2,5-11 разів) умовних показників ушкодженості біоіндикаторів у всіх досліджуваних містах у порівнянні з контролем. Виявлено, що більшість використаних біоіндикаційних показників мають високі рівні ушкодженості. Найбільш чутливим є показник, що характеризує токсичність ґрунтів (Мітотичний індекс), за яким на території досліджуваних міст спостерігається найбільше перевищення аналогічних показників на контрольній території.

Найбільші рівні ушкодженості біоіндикаторів спостерігаються на територіях видобутку та збагачення уранових руд (м. Жовті Води), а також видобутку поліметалічних руд (м. Вільногірськ). Менші рівні ушкодженості біоіндикаторів спостерігаються на територіях розробки вугільного родовища (м. Павлоград) та розробки марганцевого родовища (м. Нікополь). Слід відмітити, що у м. Жовті Води спостерігається найгірша ситуація за всіма біоіндикаційними показниками. На території інших міст рівень ушкодженості біоіндикаторів менший, ніж у м. Жовті Води, але відмічено перевищення показників на контрольній території.

Рис. 3. Порівняльна характеристика екологічного стану досліджуваних міст Дніпропетровської області за результатами біоіндикаційних досліджень. 1 - Токсичність атмосферного повітря за тестом "Стерильність пилку рослин-фітоіндикаторів", ІУПУ; 2 - Токсичність ґрунтів за тестом "Мітотичний індекс", ІУПУ; 3 - Мутагенність ґрунтів за тестом "Частота аберантних хромосом", ІУПУ; 4 - Загальний токсико-мутагенний фон довкілля, ІУПУбіоінд.; 5 - Генетичне здоров'я населення ІУПУгенет.; 6 - Здоров'я дитячого населення, ІУПУдітей; 7 - Здоров'я дорослого населення, ІУПУдоросл; 8 - Популяційне здоров'я, ІУПУ попул.

Аналіз результатів оцінки рівнів екологічної і еколого-генетичної небезпеки для біоти на досліджуваній території, вказує на "високий" рівень екологічної небезпеки (ЕН) для біоти на території м. Жовті Води (табл. 4). На території міст Вільногірськ, Павлоград і Нікополь спостерігається "вище за середній" рівень ЕН. На контрольній території рівень ЕН - "нижче за середній" Слід відмітити, що аналогічна ситуація спостерігається і за рівнем еколого-генетичної небезпеки (ЕГН), виключенням є місто Нікополь, де виявлено "середній" рівень ЕГН.

Таблиця 4

Оцінка рівнів екологічної і еколого-генетичної небезпеки для людини та біоти на територіях міст з різним видом гірничої промисловості

Таким чином, на території гірничопромислових міст виявлене перевищення рівнів ЕН в 2,4-3,5 рази, а ЕГН в 2,4-3,2 рази в порівнянні з контрольною територією. За рівнем ЕН досліджувані міста ранжували наступним чином: Жовті Води > Вільногірськ > Павлоград > Нікополь > ЛОК "Солоний лиман".

Моделювання впливу забруднювачів довкілля на стан біоти та здоров'я населення. Для обґрунтування можливості використання цитогенетичних методів біоіндикації для кількісної оцінки ступеню забрудненості ґрунтів рухомими формами важких металів встановили залежності зміни ушкодженості біоіндикаторів від рівня забрудненості досліджуваних територій ВМ.

Установлені парні та множинні кореляційні зв'язки між вмістом у ґрунтах рухомих форм ВМ та відповідними відгуками біоіндикаторів, що дозволило обґрунтувати можливість використання Allium-тесту для кількісної оцінки ступеню забрудненості ґрунтів рухомими формами важких металів (Mn, Pb, Zn, Cr, Cu, Ni, Co, Cd), що здатні впливати на біологічні об'єкти.

Той факт, що на території міст, де виявлений найвищий рівень ушкодження біоіндикаторів, виявлені високі коефіцієнти сумації забруднення ґрунтів Zс, і навпаки, дозволив побудувати модель, яка характеризує прямий вплив негативної дії забруднювачів ґрунтів на рівень ушкодженості біоіндикаторів (рис. 4). Аналіз моделі виявив, що при стовідсотковій відсутності ушкодженості біоіндикаторів величина сумарного показника забруднення ґрунтів становить Zс ? 4, тобто рівень ушкодженості біоіндикаторів "низький", а рівень небезпеки території - "допустимий". Підставивши кінцеві значення інтервалів величини ІУПУ=1 у отриману модель, отримали значення величини Zс ?200.

Рис. 4. Залежність коефіцієнта сумації Zс від інтегрального умовного показника ушкодженості біоіндикаторів ІУПУ

Підставивши кінцеві значення кожного з інтервалів шкали оцінки ушкодженості біоіндикаторів у отриману модель (рис. 4), визначили відповідні значення коефіцієнтів сумації Zс. Співставлення діапазонів шкал оцінки рівнів ушкодженості біоіндикаторів і небезпеки забрудненості ґрунтів за показником Zc дозволило створити узагальнену оціночну шкалу оцінки небезпеки від забруднення ґрунтів ВМ за результатами біоіндикації (табл. 5). Отримана шкала дозволяє визначити рівень забруднення території важкими металами за відповідним рівнем ушкодженості біоіндикаторних тест-систем.

Для ефективного управління станом навколишнього середовища необхідна інформація про рівні забрудненості природного середовища та реакцію на них біологічних об'єктів, включаючи людину. У зв'язку з цим, була проведена кількісна оцінка стану здоров'я населення і рівня забрудненості довкілля за біотестами, а також побудована математична модель їх взаємного зв'язку (рис. 5).

Аналіз отриманих залежностей виявив, що забруднення довкілля не впливає на основні демографічні процеси, тому цей параметр (тренд 1) було виключено із подальшого аналізу закономірностей між станом здоров'я та станом довкілля, як неінформативний. Найбільшу чутливість, тобто величину зростання ушкодженості здоров'я від рівня забрудненості, дав тест стерильності пилку фітоіндикаторів, а найменшу - мітотичний індекс. Початковий рівень здоров'я населення за проведеними тестами змінювався приблизно в межах від 0,2 до 0,320 УПУ, а граничний - від 0,680 до 1,000 УПУ.

Таблиця 5

Шкала оцінки небезпеки від забруднення ґрунтів рухомими формами важких металів за результатами біоіндикації

Рис.5. Залежності різних показників здоров'я населення від оцінок стану довкілля за кожним з трьох запропонованих біотестів. а - Стерильність пилку рослин-фіто-індикаторів; б - Частота аберантних хромосом; в - Мітотичний індекс;

1- природний рух населення;

2 - генетичне здоров'я;

3 - здоров'я дитячого населення;

4 - здоров'я дорослого населення.

Відносно близький характер трендів 2-4 і скупченість даних указали на можливість побудови узагальненої залежності інтегрального здоров'я населення від інтегрального забруднення довкілля на основі паритетності трьох факторів здоров'я та трьох запропонованих біотестів. Ця залежність інтегрального здоров'я населення Y від рівня забруднення довкілля X була побудована з використанням усього масиву отриманих даних, окрім демографічних показників, і наведена моделлю у вигляді Y=Y0·exp(C·X)=0,2497 · exp(0,9984X), R2=0,604 (рис.6).

Модель залежності інтегрального здоров'я населення від рівня забруднення навколишнього середовища, оціненого за біотестами ("Стерильності пилку рослин-фітоіндикаторів", "Мітотичний індекс" та "Частота аберантних хромосом"), у вигляді експоненти загального виду з двома параметрами (Y0 і С) адекватно описує вплив забруднення на здоров'я населення.

Рис. 6. Залежність інтегрального здоров'я населення від інтегрального забруднення довкілля, оціненого за результатами біоіндикації

Засоби реабілітації ґрунтів забруднених важкими металами. У результаті проведених досліджень гірничопромислових міст Дніпропетровської області виявлені території з високим рівнем токсико-мутагенної активності ґрунтів і підвищеним вмістом рухомих форм ВМ. Хімічне забруднення ґрунтів ВМ на територіях з високим рівнем техногенного навантаження є актуальною проблемою сьогодення. Зниження рівня екологічної небезпеки від забруднення ґрунтів ВМ можна здійснити за рахунок обмеження їх надходження із ґрунтів до рослин та організму людини. Одним з методів обмеження міграції ВМ є використання гумінових сполук, які мають високі сорбційні властивості та при взаємодії з рухомими формами ВМ, утворюють слабо розчинні металоорганічні комплекси. Був розроблений спосіб детоксикації ґрунтів для забезпечення прискорення процесів відновлення природних властивостей деградованих ґрунтів.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Горова А. І. Моделювання впливу забрудненості довкілля на здоров'я людини / А. І. Горова, В. Є Колесник, А. В. Павличенко // Довкілля та здоров'я. - 2006. - № 2. - С. 3-6. (Аналіз стану здоров'я населення, визначення рівнів ушкодженості біоіндикаторів, кореляційний аналіз між цими показниками).

2. Горова А. І. Моніторинг забруднення ґрунтів Дніпропетровської області рухомими формами важких металів з використанням відгуків біоіндикаторів / А. І. Горова, А. В. Павличенко, Ю. Г. Нероба // Довкілля та здоров'я. - 2006. - № 4 (39). - С. 20-24. (Відбір рослин та ґрунтів, визначення стану біоіндикаторів, проведення кореляційного аналізу).

3. Горовая А. И. Методология эколого-социального мониторинга горно-промышленных регионов, как составляющая устойчивого развития Украины / А. И. Горовая, А. В. Павличенко // Гігієна населених місць: зб. наук. праць. - К.: Міністерство охорони здоров'я України, 2004. - № 43. - С. 552-559. (Розробка та апробація методології еколого-соціального моніторингу).

4. Горовая А. И. Цитогенетические механизмы действия физиологически активных гуминовых веществ в нормальных и экстремальных условиях / А. И. Горовая, Т. В. Скворцова, А. В. Павличенко // Гігієна населених місць: зб. наук. праць. - Київ: Міністерство охорони здоров'я України, 2003. - № 42. - С. 491-503. (Вивчення механізмів дії гумінових речовин).

5. МР 2.2.12 - 141 - 2007 Обстеження та районування території за ступенем впливу антропогенних чинників на стан об'єктів довкілля з використанням цитогенетичних методів / [С. А. Риженко, А. І. Горова, Т. В. Скворцова, І. І. Клімкіна, А. В. Павличенко, І. Г. Миронова, А. М. Пономаренко, О. П. Кравчук] - К.: Головне базове видавництво МОЗ України ДП "Центр інформаційних технологій", 2007. - 35 с. (Розробка методів оцінки токсико-мутагенної активності об'єктів довкілля за тестами - Allium-тест і Стерильність пилку рослин).

6. Cytogenetic effects of humic substances and their use for remediation of polluted environments / A. Gorovaya, T. Skvortsova, I. Klimkina, A. Pavlichenko // Use of humic substances to remediate polluted environments: from theory and practice. Pranted in the Netherlands. - 2005. - Р. 311-328. (Вивчення цитогенетичних ефектів дії природних адаптогенів для відновлення деградованих ґрунтів).

7. Пат. 79802 Україна, МПК В 09 С1/00. Спосіб зниження токсичності ґрунтів / Горова А. І., Колесник В. Є., Лапицький В. М., Павличенко А. В., Борисовська О. О.; Національний гірничий університет. - № а 200500899; заявл. 01.02.05; опубл. 25.07.07; Бюл. № 11 - 4 с. (Дослідження ефективності використання гумінових сполук на територіях з різними видами гірничого виробництва).

8. Горова А. І. Застосування природних адаптогенів для реабілітації ґрунтів пошкоджених уранодобувною промисловістю / А. І. Горова, А. В. Павличенко // Проблеми радіаційної медицини та радіобіології: зб. наук. праць. - К.: Науковий центр радіаційної медицини АМН України, 2005. - № 11. - С. 514-520. (Вивчення можливостей використання природних сполук для зменшення токсико-мутагенної активності ґрунтів пошкоджених уранодобувною промисловістю).

9. Павличенко А. В. Оценка влияния деятельности горнопромышленных предприятий на состояние компонентов окружающей среды / А. В. Павличенко // зб. тез доповідей V Міжнар. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених ["Екологія. Людина. Суспільство."], (Київ, 13-15 трав. 2002 р.). - К.: Політехніка, 2002. - С. 514-515.

10. Горовая А. И. Цитогенетическое биотестирование состояния окружающей среды в горнопромышленных регионах по токсико-мутагенному фону / А. И. Горовая, И. И. Климкина, А. В. Павличенко // Гігієнічна наука та практика на рубежі століть: матеріали XIV з'їзду гігієністів України, 19--21 трав. 2004 р., Дніпропетровськ. Т. 1. - Дніпропетровськ: АРТ-ПРЕС, 2004. - С. 201-204. (Експериментальні дослідження екологічного стану об'єктів довкілля з використанням методів біоіндикації у гірничих регіонах України).

11. Горова А. І. Зменшення токсико-мутагенної активності ґрунтів на території м. Жовті Води з використанням гумінових сполук / А. І. Горова, А. В. Павличенко // Радіобіологічні ефекти: ризики, мінімізація, прогноз: матеріали Міжнар. конф., 22--24 бер. 2005 р., Київ. - К.: НЦРМ АМН України, 2005. - С. 120-121. (Дослідження ефективності використання гумінових сполук, для зменшення токсико-мутагенної активності ґрунтів м. Жовті Води).

12. Горова А. І. Біоіндикаційна оцінка стану об'єктів довкілля у промислових центрах Дніпропетровської області / А. І. Горова, А. В. Павличенко // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції ["Перший Всеукраїнський з'їзд екологів"], (Вінниця, 4-7 жовт. 2006 р.). - Вінниця: УНІВЕРСУМ, 2006. - С. 112. (Біоіндикаційна оцінка стану об'єктів довкілля).

13. Горова А. І. Оцінка стану здоров'я населення в техногенно-навантажених центрах Дніпропетровської області / А. І. Горова, А. В. Павличенко, Н. В. Ульянова // Валеологія: сучасний стан, напрямки та перспективи розвитку: матеріали III Міжнар. наук.-практ. конф., 8-10 квіт. 2005 р., Харків. Т. 2. - Х.: ХНУ ім. Каразіна, 2005. - С. 52-55. (Аналіз стану здоров'я населення, яке мешкає у гірничопромислових містах Дніпропетровської області).

14. Горовая А. И. Роль гуминовых веществ в восстановлении почвенного плодородия деградированных почв / А. И. Горовая, Т. В. Скворцова, А. В. Павличенко // Досягнення та перспективи застосування гумінових речовин у сільському господарстві: матеріали Міжнар. наук.-практ. конф., присвяченої 100-річчю від дня народження проф. Л. А. Христєвої, 20-22 лют. 2008 р., Дніпропетровськ. - Дніпропетровськ: Дніпр. держ. агр. ун-т, 2008. - С. 127-133. (Вивчення ефективності відновлення деградованих ґрунтів гуміновими речовинами).

15. Горова А. І. Моніторинг забруднення ґрунтів рухомими формами важких металів з використанням відгуків біоіндикаторів / А. І. Горова, А. В. Павличенко, Ю. Г. Нероба // Мониторинг природных и техногенных сред: материалы Всеукр. научн. конф., 24-26 апр. 2008 г., Симферополь. - Симферополь: ДИАЙПИ, 2008. - С. 162-164. (Проведення біоіндикаційної оцінки стану ґрунтів та зіставлення їх з результати фізико-хімічного аналізу).

16. Горова А. І. До питання оцінки екологічної небезпеки для біоти від забруднення ґрунтів важкими металами / А. І. Горова, А. В. Павличенко, Ю. Г. Нероба, Г. А. Кроїк // Форум гірників: матеріали Міжнар. конф., 12--14 жовт. 2005 р., Дніпропетровськ. Т. 2. -- Дніпропетровськ: НГУ, 2005. -- С. 13--21. (Обґрунтування можливості використання відгуків біоіндикаторів для оцінки рівнів небезпеки забруднення ґрунтів важкими металами ).

17. Обґрунтування можливості використання території курорту "Солоний Лиман" в якості місцевого контролю в системі комплексного екологічного моніторингу / [А. І. Горова, І. І. Клімкіна, В. Ю. Ґрунтова, А. В. Павличенко, В. В. Гаркуша, Н. М. Скурідіна] // Екологічні проблеми техногенно-навантажених регіонів: матеріали Міжнар. наук.-практ. конф., присвяченої 10-річчю каф. екології Національного гірничого університету, 12-14 трав., 2008 р., Дніпропетровськ. - Дніпропетровськ: НГУ, 2008. - С. 62-65. (Проведення оцінки токсичності та мутагенності зразків ґрунтів на території курорту Солоний лиман).

18. Горова А. І. Методологія оцінки стану довкілля та здоров'я населення з використанням цитогенетичних методів / А. І. Горова, А. В. Павличенко // Чистота довкілля в нашому місті: працi та повідомлення третьої Мiжнар. конф., 2-5 жовт. 2007р., Севастополь. - К., 2007. - С. 18-21. (Обґрунтування можливості використання методів біоіндикації в моніторингових дослідженнях).

Анотація

Павличенко А.В. Біоіндикаційна оцінка екологічного стану територій гірничопромислових центрів Дніпропетровської області. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2008.

Дисертація присвячена оцінці впливу гірничої промисловості на стан об'єктів навколишнього середовища з використанням методів біоіндикації. Визначені рівні екологічної та еколого-генетичної небезпеки для населення на території гірничопромислових центрів Дніпропетровської області. Виявлені міста з високими рівнями екологічної та еколого-генетичної небезпеки - м. Жовті Води та Вільногірськ.

Апробована система еколого-соціального моніторингу на територіях гірничо-промислових центрів Придніпров'я. Отримана модель оцінки стану здоров'я населення за рівнем ушкодженості біоіндикаторів.

Отримана експоненціальна модель та шкала оцінки небезпеки для здоров'я населення від забруднення ґрунтів важкими металами за рівнем ушкодженості біоіндикаторів. Встановлена залежність зниження рівня токсичності ґрунтів при обробці розчином гумату натрію.

Ключові слова: біоіндикація, гірничопромислові території, здоров'я населення, інтегральна цитогенетична оцінка, гумінові речовини.

Аннотация

Павличенко А.В. Биоиндикационная оценка экологического состояния территорий горнопромышленных центров Днепропетровской области. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2008.

В диссертационной работе проведена комплексная оценка состояния окружающей среды и здоровья населения на территориях Днепропетровской области, подверженных влиянию различных видов горнопромышленного производства. Исследования проводились на территории городов Желтые Воды (добыча и обогащение урановых руд), Вольногорск (полиметалические руды), Павлоград (угольное месторождение), Никополь (месторождение марганцевых руд), контрольная территория - курорт "Соленый лиман".

Комплексная оценка состояния объектов окружающей среды производилась с использованием цитогенетических биотестов - "Стерильность пыльцы растений-фитоиндикаторов" (токсичность атмосферного воздуха) и Allium-тест (токсико-мутагенная активность почв). Для оценки здоровья населения анализировали данные медицинской статистики о распространенности всех классов болезней среди детского и взрослого населения, также анализировали основные показатели, характеризующие демографическую ситуацию и генетическое здоровье. Экспериментальные данные переводили в единую систему условных показателей повреждаемости биосистем по методике проф. А.И. Горовой.

Установлено, что на территории горнопромышленных центров Днепропетровской области токсичность атмосферного воздуха, токсичность и мутагенность почв по результатам биоиндикации в 3-3,6, в 8,2-11 и 2,5-4 раз превышает соответствующие значения на контрольной территории, соответственно. Наибольшая токсичность атмосферного воздуха и токсико-мутагенная активность почв наблюдается на территориях городов Желтые Воды и Вольногорск, экологическая ситуация в этих городах оценена как "катастрофическая". По результатам биоиндикационных исследований экологическое состояние контрольной территории оценивается как "эталонное".

Наивысшие уровни повреждения биоиндикаторов выявлены на территориях городов Желтые Воды и Вольногорск.

Проведен анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах исследованных горнопромышленных центров. Установлено, что почвы с высокими концентрациями подвижных форм тяжелых металлов характеризуются повышенной токсико-мутагенной активностью.

Проведено ранжирование горнопромышленных центров Днепропетровской области по состоянию здоровья детского и взрослого населения, проанализирована демографическая ситуация и показатели генетического здоровья населения. Наихудшее состояние здоровья населения выявлено в г. Желтые Воды.

Проведено ранжирование горнопромышленных центров Днепропетровской области по уровням экологической и эколого-генетической опасности: Желтые Воды > Вольногорск > Павлоград > Никополь > ЛОК "Соленый лиман".

Установлены парные и множественные корреляционные связи между концентрациями подвижных форм тяжелых металлов в почвах и цитогенетическими изменениями в клетках фитоиндикаторов. Обоснована возможность использования Allium-теста для количественной оценки степени загрязнения почв подвижными формами тяжелых металлов (Mn, Pb, Zn, Cr, Cu, Ni, Co, Cd).

Получена экспоненциальная модель и шкала оценки опасности для здоровья населения от загрязнения почв подвижными формами тяжелых металлов по уровню повреждения биоиндикаторов.

Для установления взаимосвязи между показателями состояния объектов окружающей среды оцененными с помощью биотестов и состоянием здоровья населения по четырем показателям, проводили парный корреляционный анализ, который выявил тесные корреляционные связи между всеми исследуемыми параметрами, за исключением демографического показателя. Установлены зависимости изменения состояния здоровья населения от уровня загрязненности окружающей среды оцененного по биотестам. Построена модель зависимости показателя интегрального здоровья населения от уровня загрязнения окружающей среды, определенных на основании паритетности показателей здоровья детей, взрослого населения, генетического здоровья и трех биотестов - "Стерильность пыльцы растений-фитоиндикаторов", "Частота аберрантных хромосом" и "Митотический индекс". Полученная модель может быть использована для оценки и прогноза состояния здоровья населения в горнопромышленных центрах по результатам биоиндикации.

Установлена возможность использования гуминовых веществ для снижения токсичной и мутагенной активности почв нарушенных деятельность горной промышленности.

Ключевые слова: биоиндикация, горнопромышленные территории, здоровье населения, интегральная цитогенетическая оценка, гуминовые вещества.

Annotation

Pavlichenko A.V. The bioindication assessment of ecological state of territories of mining and industrial centers of Dnipropetrovsk region. ? manuscript.

Dissertation for a competition of scientific degree in biological sciences by specialty 03.00.16 - ecology. - Chernivtsy national university by Yuri Fedcovich, Chernivtsy, 2008.

The dissertation is dedicated to the estimation of mining industry influence upon the condition of environmental objects by means of bioindication methods. The levels of ecological ecological-genetic danger for population of mining and industrial centers of Dnipropetrovsk region are defined. The cities with high ecological and ecological-genetic danger levels are educed - namely Zhovti Vody and Vilnogirsk.

The system of ecological and social monitoring on the territory of mining and industrials centers of Pridneprovsk region is approved. The model of population health estimation under the level of bioindicators' damage is obtained.

The exponential model and the estimation scale of a danger for population health from the heavy metals pollution of soils and bioindicators' damage levels are obtained. The relation between the reduction of soils toxicity levels and concentration of natrium humat solution under the soil treatment is received.

Key words: bioindication, mining and industrial territories, population health, integral cytogenetic estimation, humic substances.

Редакційно-видавничий відділ

Свідоцтво про внесення до Державного реєстру ДК №1842

Підписано до друку 06.11.08. Формат 60х90/16. Папір офсет. Ризографія.

Ум. друк. арк. 0,9. Обл.-вид. арк. 1,3. Тираж 100 прим. Зам. №

Національний гірничий університет

49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса,19.