КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНАХ И ПРОГНОЗ ПОСЛЕДСТВИЙ ИХ ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ : КОМПЛЕКСНА ОЦІНКА СТАНУ ГРУНТІВ У ГІРНИЧОДОБУВНИХ РАЙОНАХ І ПРОГНОЗ НАСЛІДКІВ ЇХ ТЕХНОГЕННОЇ ТРАНСФОРМАЦІЇ

Краткое описание

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Долгова Татьяна Ивановна

504.53.001:622(477.63/65)

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ
В ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНАХ И ПРОГНОЗ ПОСЛЕДСТВИЙ
ИХ ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ

Специальность 21.06.01 Экологическая безопасность

Диссертация на соискание ученой
степени доктора технических наук

Научный консультант
доктор технических наук,
член-корреспондент НАНУ,
профессор Шапарь А.Г.

Днепропетровск 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

6

ВВЕДЕНИЕ

8

1. АКТУАЛЬНОСТЬ проблемы ДЕГРАДАЦИИ почв В горнодобывающих районАХ и ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ

18

1.1. Состояние исследований почвенных комплексов в условиях повышенной техногенной нагрузки

18

1.1.1. Проблемы, связанные с прогнозом последствий техногенеза почв

21

1.1.2. Проблемы комплексной оценки состояния почв

24

1.1.3. Проблемы дестабилизации почвенного гомеостаза

31

1.2. Общая характеристика почв Днепропетровской области

35

1.3. Экологическая опасность химического загрязнения почвенных ценозов

39

1.4. Общая характеристика горнодобывающих предприятий в Днепропетровской области и связанная с ними экологическая опасность

49

1.4.1. Предприятия Кривбасса

49

1.4.2. ГХК «Павлоградуголь»

59

1.4.3. Предприятия Никопольского марганцеворудного бассейна

63

1.4.3.1. ОАО «Марганецкий ГОК»

64

1.4.3.2. ОАО «Орджоникидзевский ГОК»

66

1.4.4. ДП «Вольногорский государственный горно-металлургический комбинат» ГАК «Украинские полиметаллы»

67

1.4.5. ГП «Восточный горно-обогатительный комбинат»

71

1.5. Цель, задачи и методы исследований

75

2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИя ПОЧВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ

77

2.1. Специфика мониторинга состояния почв при высоком уровне техногенной нагрузки

77

2.2. Структура базы данных для почвенных систем в районах влияния
предприятий горнодобывающего комплекса

81

2.3. Выбор района исследований

86

2.3.1. Характеристика тест-полигонов

87

2.4. Методы исследования почв

91

2.4.1. Методы оценки параметров почв и характера их загрязнения

91

2.4.2. Методы интегральной оценки техногенного преобразования почв

92

2.4.3. Математические методы анализа

93

2.4.4. Методы комплексной оценки состояния почв и прогноза результатов
их техногенного преобразования

93

2.4.4.1. Метод определения экологического бонитета почвенного покрова

94

2.4.4.2. Метод определения адаптивного потенциала почв

98

2.4.4.3. Метод определения коэффициента реакции почв на техногенное воздействие

101

2.4.4.4. Метод определения экологического потенциала почв

101

2.4.5. Блок-схема экологического исследования почв

105

Выводы

105

3. Трансформация почв под воздействием факторов техногенеза, инициируемых предприятиями горнодобывающего комплекса

108

3.1. Общие положения

108

3.2. Факторы техногенеза и их действие в условиях Днепропетровской области

109

3.2.1. Изъятие и деформация почв

109

3.2.2. Понижение уровня водоносных горизонтов

115

3.2.3. Нарушение технологий водоотведения

127

3.2.4. Фильтрационное загрязнение

131

3.2.5. Сброс минерализованных и сточных вод без очистки

136

3.2.6. Газовыделение

142

3.2.7. Пылевыделение

144

3.2.8. Комплексное пылегазовыделение при буровзрывных работах

150

3.2.9. Кислотный сток с поверхности внешних отвалов и их выщелачивание

155

3.2.10. Горение шахтных отвалов

158

3.3. Обобщение результатов анализа факторов техногенеза

160

Выводы

162

4. экологическАЯ ОЦЕНКА почвенных систем в горнодобывающих районах Днепропетровской области

164

4.1. Химическое загрязнение почв Днепропетровской области

164

4.1.1. Загрязнение почвенных ценозов тяжелыми металлами

164

4.1.2. Загрязнение почв нефтепродуктами

176

4.1.3. Почвы и дестабилизация азотного обмена

182

4.1.4. Почвы области и загрязнение их поверхностно-активными веществами

188

4.2. Вторичные и комбинированные эффекты загрязнения почв

190

4.3. Интегральная оценка техногенной нагрузки на почвы

203

4.3.1. Экологический бонитет почв

203

4.3.2. Адаптивный потенциал почв и коэффициент их реакции на техногенное воздействие

208

4.3.3. Экологический потенциал почв

213

Выводы

218

5. Комплексная оценка влияния горного производства
на почвенные системы Днепропетровской области

220

5.1. Общие положения

220

5.2. Факторы техногенеза и экологическое состояние почв

220

5.2.1. Понижение уровня водоносных горизонтов и качество почвенного покрова

221

5.2.2. Пылевыделение как фактор трансформации почвенных систем

224

5.2.3. Комплексное пылегазовыделение при буровзрывных работах и
изменение почвенных характеристик

230

5.2.4. Нарушение технологий водоотведения и вторичный гидроморфизм почв

241

5.3. Ранжирование территории области по степени деградации почв предприятиями горнодобывающих комплексов

251

5.4. Определение уровня техногенного воздействия горнодобывающих
комплексов на почвы

254

Выводы

267

6. Прогноз экологических последствий влияниЯ предприятий горнодобывающего комплекса НА
ПОЧВЫ и управление их качеством

270

6.1. Прогноз экологических последствий трансформации почв

270

6.1.1. Деградация почв и состояние фитоценозов

270

6.1.2. Санитарно-гигиенические последствия дестабилизации почв

279

6.2. Управление качеством почвенных систем. Обеспечение экологически безопасной эксплуатации почвенного покрова

287

6.2.1. Рекомендации по выбору оптимального способа реабилитации почв ландшафтов, трансформируемых горнодобывающим комплексами

288

Выводы

313

заключение

315

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

321
351

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. К основным направлениям политики нашей страны в области охраны окружающей среды и использования природных ресурсов относится создание условий для экологически безопасного существования биосферы, в частности, ее экологического равновесия. Между тем нынешнюю экологическую ситуацию в Украине можно охарактеризовать как неудовлетворительную из-за того, что она формировалась в течение длительного времени при недостаточном внимании к объективным законам развития и воспроизводства природно-ресурсных комплексов страны.
Особенно много экологических проблем связывают с техногенной перестройкой почв, от которых зависит устойчивость биосферы в целом. Между тем, деградация данных экосистем является одним из наиболее распространенных последствий функционирования горнодобывающих предприятий. Поэтому вопросы экологической безопасности почв во время добычи и переработки полезных ископаемых стоят наиболее остро и требуют решения многих задач. Это вызвано не только отличием почв от других природных объектов уровнем организации и количеством осуществляемых функций, а также их уникальной способностью аккумулировать изменения за весь период существования антропогенной нагрузки и отображать процессы геохимических перестроек в биосфере, но и масштабами, а также спецификой действия на них горных комплексов. В горнопромышленных районах почвы попадают под трансформирующее воздействие чрезвычайно широкого спектра разнообразных по механизму и конечным результатам факторов техногенеза, взаимное наложение которых приводит к возникновению сложной экологической ситуации за счет развития прямых, а также вторичных и комбинированных эффектов, которые инициируют деградацию почв, а сними и других ценотических компонентов. Из-за этого экологическая безопасность почв, которые граничат с объектами горного производства, требует особенного внимания.
Однако до настоящего времени вопросы, связанные с определением суммарного и пофакторного воздействия на почвы горных объектов, комплексной оценкой состояния почв, которые попали под влияние горнодобывающих предприятий, прогнозом последствий их деградации и выбором экологически целесообразных методов реабилитации остаются нерешенными или же решенными только частично. В связи с этим, научно-прикладная проблема повышения эффективности контроля экологической безопасности в горнопромышленных районах по состоянию техногенно трансформированных почв и последствиям их изменений является актуальной.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнена в соответствии с утвержденным Постановлением Верховного Совета Украины документом «Основные направления государственной политики Украины в области охраны окружающей среды, использования природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности» за № 188/98-ВР от 5 марта 1998 г., а также согласованной Постановлением Кабинета Министров Украины «Концепцією поліпшення екологічного становища гірничодобувних регіонів України» за № 1606 от 31 июля 1999 г.
Теоретические разработки и экспериментальные исследования по теме диссертации были проведены в 1991-2003 гг. в Институте проблем природопользования и экологии НАН Украины, а также Национальном горном университете. Поставленные в диссертационной работе задачи были решены в рамках семи госбюджетных и хоздоговорных тем, в выполнении которых автор принимала участие в качестве исполнителя: «Розробити методологію вибору стратегії раціонального використання природних ресурсів і стійкого еколого-економічного розвитку регіонів з високим техногенним навантаженням» - № ДР 0193U009455, «Здійснити аналіз екологічної обстановки в регіоні і розробити пропозиції щодо розвитку науково-технічних досягнень, спрямованих на поліпшення екологічної ситуації» - № ДР 0193U009456, «Перспективи розвитку і освоєння мінерально-сировинного комплексу Придніпровського регіону» - № ДР 0194U001537, «Проблеми моніторингу довкілля в області» - № ДР 0194U001538, «Комплексна оцінка екологічної ситуації в області, прогноз її зміни, розробка і поетапна реалізація моніторингу» - № ДР 0195U001470, «Проведення додаткових досліджень з екологічного моніторингу території області» - № ДР 0195U006543, «Розробка і впровадження системи управління СЕМ «Місто» - № ДР 0195U018435.
Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке эффективных методов оценки процессов техногенной перестройки почв в горнопромышленных районах и прогноза последствий их трансформации по степени устойчивости.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Определить научные принципы, в соответствии с которыми необходимо проводить систематизацию экологически опасных для почв факторов техногенеза горных объектов, систематизировать их и проанализировать механизм их действия.
2. Обосновать рациональные подходы к созданию методов комплексной оценки почв, которые испытывают влияние факторов техногенеза, источником которых являются горнодобывающие предприятия, и разработать эти методы.
3. Установить закономерности влияния горных предприятий на пределы устойчивости почв, которая является условием стабильного существования биосферы, и создать методы прогнозной оценки последствий такого воздействия, исходя из установленных закономерностей.
4. Выполнить теоретическое обоснование метода определения уровня техногенного воздействия горнодобывающих предприятий на почвы и разработать этот метод.
5. Разработать принципы определения экологической опасности техногенной трансформации почв для их собственного плодородия, а также связанных с почвами ценотических компонентов.
6. Обеспечить экологически целесообразные подходы к разработке способа выбора тех методов реабилитации почв, которые соответствуют конкретной экологической ситуации.
7. Создать систему экологического мониторинга почв в горнопромышленных районах с формированием соответствующей научно-методической основы контроля экологической опасности их техногенной трансформации.
Объект исследования экологическая опасность трансформации почв в условиях повышенной техногенной нагрузки.
Предмет исследования трансформация почв под техногенным воздействием горных предприятий, их устойчивость к деградации и критерии их восстановления.
Методы исследования. При проведении исследований были использованы следующие методы: системного анализа для изучения экологического состояния почв; математической статистики для первичной обработки экспериментальных данных, изучения вторичных и комбинированных эффектов, а также при проверке теоретических гипотез на адекватность; математического моделирования при определении зависимости степени изменчивости почв от их экологической устойчивости и уровня техногенного воздействия на них, а также экологической устойчивости почв от уровня техногенного воздействия на них горных объектов и при исследовании параметров экологического влияния массовых взрывов на окружающую среду; оценки воздействия производственной деятельности на окружающую среду при разработке метода определения уровня техногенного воздействия горных предприятий на почвы (Тk); анализа объектов по критериям экспертных оценок при разработке способа выбора экологически целесообразных методов реабилитации почв; ГИС-технологии для оконтуривания экологически опасных районов; определения химического состава почв, их биологической активности и показателей загрязнения спектрофотометрические (при анализе тяжелых металлов), аналитические (для определения уровня гуматов, органического углерода, синтетических поверхностно-активных соединений, зольных элементов питания, емкости катионного обмена, ионов твердой и жидкой фаз почв), потенциометрические (для определения активной кислотности и концентрации минеральных форм азота), газохроматографические (для расчета содержания нефти и нефтепродуктов), энзиматические (для оценки активности оксидаз).

Научная новизна полученных результатов:
1. Обоснован новый подход к методу определения экологического состояния почв в условиях техногенной нагрузки любой природы, который, в отличие от традиционных аналогов, базируется не на качественно и/или количественной оценке компонентов загрязнения, а на реакции почв в ответ на всю совокупность действующих антропотехногенных факторов и их сочетаний в конкретных условиях их реализации.
2. Доработан известный метод оценки параметров плодородия почв, который позволяет оценивать его в условиях техногенной нагрузки, что составляет так называемое «экологическое» или реальное плодородие, а не его потенциальную форму, которую учитывают традиционно.
3. Создан метод определения уровня экологической устойчивости почв, который использует, в отличие от существующих предложений, не уровень энтропии этих экосистем, который сложно определять, и не параметры почв, от которых зависит их устойчивость только в отношении их химического загрязнения, а соотношение их способности к самовосстановлению и уровня дестабилизации процессов почвообразования, что позволяет проводить оценку устойчивости почв ко всем факторам техногенеза и их сочетаний.
4. Разработан метод определения уровня техногенного воздействия горнодобывающих предприятий на почвы, который, не имея в настоящее время аналогов, базируется на учете спектра инициируемых ими факторов техногенеза, вызванных этими факторами видов деградации почв, а также специфики реализации выявленных видов деградации в конкретных почвенно-климатических условиях.
5. Установлено, что весь спектр деградационных изменений почв в районах функционирования горнодобывающих предприятий является результатом реализации не только традиционно учитываемой техногенной нагрузки, но и непосредственного действия всех факторов техногенеза горных объектов, а также сочетаний этих факторов с развитием мультипликативных эффектов различного характера, которые проявляются в конкретных почвенно-климатических условиях и условиях фоновой техногенной нагрузки.
6. Доказано, что горнодобывающие предприятия в 2-3 раза интенсивней других производств истощают экологический потенициал почв за счет реализации факторов техногенеза, которые превышают все прочие промышленные объекты по набору и характеру проявляемых эффектов, их глубине и разнообразию, продолжительности действия и интенсивности влияния, что вызывает в районах их размещения снижение продуктивности растений на 10-15% и увеличение заболеваемости людей на 15-20%.
7. Впервые предложен способ выбора экологически целесообразных методов реабилитации почв, в основу которого положена двухпараметрическая зависимость между степенью изменчивости этих почв, их экологической устойчивостью и уровнем техногенного воздействия на них горнодобывающих предприятий.
8. Разработана новая система экологического мониторинга почв с использованием известных принципов ее построения, что обеспечило создание научно-методических основ эффективного контроля экологической безопасности данных экосистем в районах размещения горнодобывающих предприятий.
Полученные результаты позволили обосновать следующие научные положения:
1. Степень техногенной трансформации почв в горнодобывающих районах определяется их реакцией на техногенное воздействие (К), которая прямо зависит от уровня действия горных предприятий на эти почвы и обратно от интегрального показателя их экологической устойчивости. Построенная на этой закономерности двухпараметрическая модель учитывает влияние прямых, вторичных и комбинированных эффектов действующих техногенных факторов указанных предприятий в определенных почвенно-климатических условиях и условиях фоновой техногенной нагрузки, а также определяет характер экологической безопасности этих процессов: при увеличении К (значение которого изменяется в диапазоне [0; 1]) ее оценивают как низкую (0,00 < К £ 0,20), умеренную (0,20 < К £ 0,40), среднюю (0,40 < К £ 0,60), высокую (0,60 < К £ 0,80) и критическую (К > 0,80).
2. При сопоставимых параметрах техногенного воздействия горнодобывающих предприятий на почвы и тождественном спектре инициированных при этом факторов техногенеза степень негативной трансформации этих экосистем зависит от уровня их экологической устойчивости. Установленная закономерность свидетельствует о необходимости принципиально нового подхода к выбору экологически целесообразных методов реабилитации таких почв, направленного, в отличие от существующих, на определение уровня их экологической устойчивости, а не исследование их химических показателей и/или параметров техногенной нагрузки в этом регионе. Исходя из этого, более низкому уровню экологической устойчивости почв объективно должны соотвествовать более радикальные методы их рекультивации (50%Ер < Еа £ 75%Ер стимуляция самовосстановления, 25%Ер < Еа £ 50%Ер восстановление, Еа £ 25%Ер реконструкция).
3. При разработке скальных пород и руд открытым способом техногенную трансформацию почв оказывают, в основном, факторы, которые обуславливают аэрогенное и фильтрационное распространение веществ-загрязнителей, коэффициенты техногенного действия которых составляют в среднем 30-40 и 40-50% соответственно от общего уровня воздействия этих промышленных объектов на граничащие с ними почвы. Проведение количественной оценки указанных факторов выделяет снижение пылевыделения, а также усовершенствование буровзрывных работ и водоотведения в приоритетные направления улучшения экологической обстановки в горнопромышленных районах этого типа. При разработке мягких пород открытым способом наибольший удельный вес в трансформации почв играют их изъятие и деформация, а также фильтрационное загрязнение, на долю которых в среднем приходится до 20 и 40% соответственно.
4. При подземной разработке углей с горизонтальным и наклонным залеганием пластов деградация почв осуществляется, в основном, за счет действия факторов техногенеза, связанных с потерями этих почв при деформации земной поверхности с нарушением ее сплошности, подтоплением территории, а также сбросом высокоминерализованных и сточных вод без очистки, коэффициенты техногенного действия которых составляют в среднем 15-20, 20-25 и 10-15% соответственно от общего уровня влияния предприятий этого профиля на почвы. Установлено, что переход на технологии с закладкой выработанного пространства уменьшит техногенные последствия добычи угля в среднем на 50-80%.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов системного анализа, математического моделирования, математической статистики и ГИС-технологий для анализа почв, высоким уровнем показателей адекватности полученных математических моделей, объемом проведенных исследований, которые обеспечивают отклонение полученных данных не более 10% с вероятностью 0,95, а также непротиворечием результатов практических и теоретических исследований.
Практическое значение полученных результатов состоит в том, что они использованы для создания методов, способов и классификаций, которые составляют научно-методическую основу для эффективного контроля экологической безопасности техногенной трансформации почв в условиях функционирования предприятий горного профиля в пределах сформированной системы их экологического мониторинга. Для использования рекомендованы следующие методы: комплексной оценки состояния почв в районах функционирования предприятий различного профиля; определения экологической устойчивости почв, способности их к самоочищению, степени трансформации при действии на них горных предприятий, плодородия в условиях определенной экологической обстановки, а также выявление уровня техногенного воздействия горных предприятий на почвы и способа выбора экологически целесообразных методов их реабилитации.
Разработанные методы использовались при создании региональной системы экологического мониторинга в Днепропетровской области (СЭМ «Приднепровье»), а также проекта системы мониторинга территории города Желтые Воды.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, которая является завершенной научно-исследовательской работой, сформулирована и решена научно-прикладная проблема повышения эффективности контроля экологической безопасности в горнопромышленных районах по состоянию техногенно трансформированных почв и последствиям их изменений. Эта проблема была решена на основе установленных закономерностей взаимосвязи между интегрированным уровнем действия горных предприятий на почвы и их экологической устойчивостью, степенью изменчивости, способностью к самоочищению и плодородием в условиях техногенной нагрузки, а также обоснованных показателей комплексной оценки перестройки почв под воздействием выявленных факторов техногенеза, прогноза их последствий по уровню устойчивости и критериев выбора экологически целесообразных методов их реабилитации.
Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:
1. Добыча и переработка полезных ископаемых в Украине, которая составляет свыше 70% всей массы потребляемых природных ресурсов, является причиной техногенной трансформации почв под воздействием широкого спектра различных по механизму действия и конечным результатам факторов техногенеза, а также их сочетаний, эффекты от реализации которых приводят к возникновению экологически опасных ситуаций с масштабной деградацией почвенных комплексов, от устойчивости которых зависит экологическое благополучие других компонентов окружающей природной среды, что обуславливает актуальность решения научно-прикладной проблемы повышения эффективности контроля экологической безопасности в горнопромышленных районах по состоянию техногенно трансформированных почв и последствиям их изменений.
2. Техногенная трансформация почв вокруг горнодобывающих предприятий зависит не только от традиционно учитываемой техногенной нагрузки, которую они оказывают, но и спектра инициируемых при этом факторов техногенеза, количества их реализуемых сочетаний, специфики действия этих факторов и их сочетаний при определенном уровне экологической устойчивости деградированных почв. Но поскольку горное производство превосходит другие промышленные объекты по спектру реализуемых факторов техногенеза, а также по набору и характеру проявляемых ими эффектов, их глубине и разнообразию, продолжительности действия и интенсивности влияния, то именно в горнопромышленных районах истощение экологических ресурсов почв происходит в 2-3 раза интенсивней, чем в районах локализации других промышленных объектов.
3. Каждое горное предприятие имеет свой перечень инициируемых им факторов техногенеза, которые вызывают экологически опасную трансформацию почв, специфическую в каждом конкретном случае, однако весь спектр деградационных изменений данных экосистем в пределах влияния основных типов горнопромышленных объектов является следствием реализации их одиннадцати наиболее существенных видов: изъятия и деформации почв, понижения уровня водоносных горизонтов, нарушения технологий водоотведения, фильтрационного загрязнения, сброса высокоминерализованных и сточных вод без очистки, газовыделения, пылевыделения, комплексного пылегазовыделения при буровзрывных работах, кислотного стока с поверхности внешних отвалов, выщелачивания внешних отвалов, а также горения шахтных отвалов.
4. Отсутствие методов, необходимых для решения всех поставленных в работе задач, а также ограниченные возможности существующих аналогов стали причиной дополнительной разработки методов комплексной оценки почв и прогноза последствий их техногенной трансформации. При их создании на базе традиционных методов анализа почв использовали элементы моделирования, ГИС-технологий, системного анализа и математической статистики, что обеспечило перевод их экологического мониторинга с биоэкологического на геосистемный уровень. Впервые были разработаны методы, рекомендованные к использованию при исследовании почв как объектов оценки влияния, что позволяет не только повысить эффективность контроля экологической опасности в горнопромышленных районах, но и подойти к оптимизации управления качеством почв, а через них и экологическим состоянием окружающей среды:
4.1. Метод определения уровня техногенного воздействия горнодобывающих объектов на почвы (Tk), который не имеет в настоящее время аналогов, позволяет не только проводить оценку уровня техногенного влияния горных предприятий любого типа на почвенные ценозы по сумме коэффициентов техногенного действия всех факторов техногенеза, которые они инициируют, но и определять вклад каждого из этих факторов в антропотехногенную трансформацию почв.
4.2. Метод определения уровня самовосстановления почв (АПП), испытывающих действие горных комплексов, позволяет определять резерв их изменчивости при действии на них факторов техногенеза, что соответствует их потенциальной способности к самоочищению.
4.3. Метод комплексной оценки степени изменчивости почв (К), который обеспечивает возможность определения не традиционно контролируемых параметров загрязнения этих экосистем, а их реакцию на суммарное техногенное воздействие, что позволяет не только абстрагироваться от количества действующих факторов техногенеза, их спектра, сочетаний и специфики реализации, но и оценивать направленность процессов трансформации почв, исходя из того, что увеличение степени их изменчивости свидетельствует о росте экологической опасности этих процессов.
4.4. Метод прогнозной оценки последствий действия горного производства на почвы (Е) адекватно отображает уровень их экологической устойчивости к техногенной нагрузке, а также позволяет определять направление, в соответствии с которым необходимо проводить реабилитацию почв, и оценивать экологическую целесообразность отобранных для этого методов.
4.5. Метод определения экологического бонитета почв (Бэ), в отличие от традиционных разработок подобного типа, позволяет анализировать не теоретически возможное, а реальное плодородие почв в условиях конкретной техногеннй нагрузки за счет анализа экологической дестабилизации параметров, которые принимают участие в формировании потенциального плодородия.
5. Для выбора экологически целесообразных методов реабилитации почв впервые предложен способ, который базируется на последовательной реализации ряда этапов, в каждом из которых использованы разработанные методы комплексной оценки этих почв: 1) определение последовательности проведения работ по восстановлению почв путем анализа уровня влияния на них действующих факторов техногенеза; 2) анализ направления, по которому целесообразно проводить реабилитацию почв (реконструкция, восстановление, стимуляция восстановления), исходя из уровня их экологической устойчивости; 3) поиск методов рекультивации почв, адекватных выбранному направлению их реабилитации (1n); 4) оценка соответствия выбранных методов (1n) необходимому направлению восстановительных работ путем последовательного сопоставления рассчитанного уровня экологического потенциала почв, которые можно восстановить с помощью этих методов (Еа1Ean), с уровнем устойчивости их регионального аналога (Ер); 5) выбор из проанализированных методов варианта с максимальным приближением Еах к Eр, который и будет целесообразным в данных экологических условиях.
6. Определив относительный уровень действия каждого из факторов техногенеза, источником которых является конкретное горное предприятие, в общий уровень его влияния на почвы, можно не только сориентировать проведение реабилитационных мероприятий на те элементы производства, которые в реальных условиях представляют максимальную экологическую опасность для почвенных экосистем, но и дать оценку конечным экологическим эффектам планируемых работ:
6.1. Экологически опасная ситуация в горнодобывающих районах Днепропетровской области возникает из-за реализации следующих факторов техногенеза: комплексного пылегазовыделения при проведении буровзрывных работ, фильтрационного загрзнения, нарушения технологий водоотведения, изъятия и деформации почв, а также сброса высокоминерализованных и сточных вод без очистки. На долю этих факторов приходится от 50,0 до 80,0% всего объема их деструктивного влияния на прилегающие к этим объектам почвы, реабилитация которых, направленная именно на эти факторы, позволит повысить экологическую устойчивость указанных экосистем на 20,0-45,0%.
6.2. При проведении буровзрывных работ рекомендован переход на бестротиловые взрывчатые вещества со снижением мощности зарядов ВВ, что позволит уменьшить уровень влияния на почвы данного техногенного фактора в среднем на 20,0%, увеличив при этом их экологическую устойчивость более чем на 11,0%.
6.3. При подземной разработке углей в Западном Донбассе негативная трансформация почв осуществляется, в основном, за счет прямых потерь при оседании и деформации земной поверхности с нарушением ее сплошности, нарушении технологий водоотведения, а также сброса высокоминерализованных и сточных вод без очистки. На долю этих факторов техногенеза приходится в среднем 16, 23 и 12% соответственно от общего уровня влияния данного предприятия на почвы. Установлено, что переход этого угледобывающего комплекса на технологии с закладкой выработанного пространства позволит уменьшить его техногенное воздействие на почвы на 70-80%.
7. Техногенная трансформация почв под воздействием горнодобывающих предприятий является причиной ухудшения фитосанитарной и санитарно-гигиенической обстановки на прилегающих к ним териториях. Установлено, что под влиянием этих техногенных объектов достоверно снижается продуктивность растительных сообществ на 5-10% и увеличивается заболеваемость населения на 15-20%.
8. Разработка научно-методических основ повышения эффективности контроля над техногенной перестройкой почв под воздействием горнодобывающих предприятий включает системный подход к этой проблеме в соответствии с предложенным алгоритмом: анализ состояния почв анализ их экологической устойчивости анализ степени экологической опасности направления их трансформации определение уровня техногенного влияния на почвы горных предприятий определение последовательности проведения работ по восстановлению почв выбор направления, по которому целесообразно проводить восстановление почв выбор экологически целесообразных методов восстановления почв. Реализация этого подхода базируется на использовании созданных методов комплексной оценки трансформированных почв, прогноза последствий их техногенной перестройки, оценки уровня влияния на них горных объектов и способа выбора экологически целесообразных методов их восстановления, а также традиционных методов анализа математического моделирования, ГИС-технологий, математической статистики и др.
Проведенные лабораторные исследования, последующая аналитическая обработка полученных результатов, а также апробация рекомендованных методических разработок подтвердили корректность предлагаемых научных и организационных решений. Они реализованы в рекомендациях и предложениях, в частности, в разработанной системе регионального экологического мониторинга (СЭМ «Приднепровье»), при подтотовке проекта системы мониторинга территории города Желтые Воды, при составлении экологической карты Днепропетровской области, а также в методах, которые обеспечивают основные этапы контроля почвенных экосистем в районах локализации горнодобывающих предприятий и которые составляют теоретическую основу решения задач прикладного характера, в том числе: проведения экологического аудита, экспертизы и инспектирования, подготовки материалов ОВОС, планирования экологически обоснованного уровня техногенной нагрузки на территории, разработки территориальных схем развития и размещения производственных объектов, разработки территориальных комплексных схем охраны окружающей среды и т.д.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Биченок М.М., Трофимчук О.М. Проблеми природно-техногенної безпеки в Україні. К.: УСНСР, 2002. 153 с.
2. Об основных направлениях государственной политики Украины в области охраны окружающей среды, использования природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности // Постановление Верховной Рады Украины от 5 марта 1998 г. № 188/98ВР. Киев, 1998. 46 с.
3. Про Концепцію поліпшення екологічного становища гірничодобувних регіонів України // Постанова Кабінету Міністрів України від 31.08.99 р. № 1606. Київ, 1999. 23 с.
4. Федорищева А.М., Ральчук О.М. Техногенно-екологічна безпека: аспекти та можливості управління // Регіональна економіка. - 2001. - № 2. - С. 102-112.
5. Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., Лосев К.С. Глобальные экологические перспективы // Вестник РАН. - 1992. - № 5. - С. 70-81.
6. Экологические основы природопользования / Грицан Н.П., Шпак Н.В., Шматков Г.Г., Шапарь А.Г., Бабий А.П., Долгова Т.И., Нестеренко В.Л., Федотов В.В. - Днепропетровск: ИППЭ НАН Украины, 1998. - 409 с.
7. Тихомиров Н.П. Социально-экономические проблемы защиты природы. М.: Экология, 1992. 240 с.
8. Стан техногенної та природної безпеки в Україні в 2001 році. К.: Чернобильінтерінформ, 2002. 250 с.
9. Національна доповідь про стан навколишнього середовища в Україні у 2000 р. К.: Вид-во Раєвського, 2001. 184 с.
10. Яцик А.В. Екологічна ситуація в Україні і шляхи її поліпшення. К.: Оріяни, 2003. 84 с.
11. Звіт про стан навколишнього середовища в Дніпропетровській області за 1997 рік. Дніпропетровськ: Державне управління екологічної безпеки в Дніпропетровській області, 1998. 73 с.
12. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р.С., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. М.: Недра, 1990. 335 с.
13. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627 с.
14. Тихомиров Н.П. Социально-экономические проблемы защиты природы. М.: Экология, 1992. 240 с.
15. Израэль Ю.А. Экология и контроль среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 548 с.
16. Плотников Н.И., Рогинец И.И., Мамонтов В.К. Защита окружающей среды при горных разработках рудных месторождений. М.: Наука, 1985. 197 с.
17. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Охрана окружающей среды при освоении недр // Вестник РАН. 1998. Т. 68. № 7. С. 629-637.
18. Калаблин Г.В. Реализация концепции экологического императива в условиях деятельности горнопромышленного комплекса // Экологические проблемы горного производства. М.: Изд-во МГУ, 1993. С.18-25.
19. Барсуков М.И., Барсуков И.М. Охрана земель при открытой разработке месторождений. К.: Техника, 1987. 150 с.
20. Рамат Ф. Основы прикладной экологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 543 с.
21. Шаровар И.И. Технология безлюдной выемки угля. М.: МГИ, 1988. 78 с.
22. Баньковский В.М. Прогноз изменения геологической среды в зонах влияния угледобывающих предприятий // Комплексные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в угольной промышленности. Пермь: ВНИИОСуголь, 1986. С. 16-24.
23. Ощепкова А.П., Марьяновская С.М., Гамалей В.Г. Системный анализ химического состава шахтных вод // Комплексные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в угольной промышленности. Пермь: ВНИИОСуголь, 1986. С. 60-65.
24. Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. - М.: Наука, 1991. - 196 с.
25. Самойлова Е.М. Слитоземы и слитые почвы. М.: Изд-во МГУ, 1990. 144 с.
26. Таргульян В.О. Педосфера как поверхностно-планетарная оболочка // Почвоведение. 1992. № 2. С. 27-39.
27. Влияние человека на почву как компонент биосферы / Г.В. Добровольский, Л.А. Гришина, Б.Г. Розанов, В.О. Таргульян // Почвоведение. 1985. № 12. С. 55-65.
28. Глазовская М.А., Солнцева Н.П., Геннадиев А.Н. Технопедогенез: формы проявлений // Успехи почвоведения. - М.: Наука, 1986. - С. 103-114.
29. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 260 с.
30. Фокин А.Д. Почва, биосфера и жизнь на Земле. М.: Наука, 1986. 177 с.
31. Таргульян В.О. Поверхностно-планетарные оболочки: место и роль педосферы // Глобальная география почв и факторы почвообразования. - М.: Ин-т географии АН СССР, 1991. - С. 302-323.
32. Розанов Б.Г. Геомембрана: мембранная функция почвы в планетарной геосферной системе Земли // Почвоведение. 1988. № 7. С. 54-59.
33. Куликов А.И. Экология почв и информационная оценка связей в системе почва-среда // Почвоведение. 1991. № 11. С. 133-141.
34. Козловский Ф.И., Горячкин С.В. Почва как зеркало ландшафта и концепция информационной структуры почвенного покрова // Почвоведение. - 1996. - № 6. - С. 288-297.
35. Никитин Е.Д., Скворцова Е.Б. Роль почв в сохранении биосферы // Почвоведение. - 1994. - № 4. - С. 580-587.
36. Шептухов В.И., Решетина Т.В., Березин П.Н. О совершенствовании оценки процессов деградации почв // Почвоведение. - 1997. - № 7. - С. 799-805.
37. Ковда В.А. Проблемы защиты почвенного покрова и биосферы планеты. - Пущино: Изд-во ОНТИ, 1989. - 154 с.
38. Хоружая Т.А. Методы оценки экологической опасности. М.: Экспертное бюро-М, 1998. 224 с.
39. Ревич Б.А. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения. Введение в экологическую эпидемиологию. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. 264 с.
40. Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. - М.: Наука, 1991. - 195 с.
41. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 320 с.
42. Алексеев В.В., Крышев И.И., Сазыкина Т.Г. Физическое и математическое моделирование экосистем. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 367 с.
43. Матросов В.М., Головченко В.Б., Носков С.И. Моделирование и прогнозирование показателей социально-экономического развития области. Новосибирск: Наука, 1991. 143 с.
44. Поліщук С.З., Долодаренко В.О., Чорнобровкіна Н.А. Системний аналіз і моделювання у розв'язанні проблем сталого розвитку території. Дніпропетровськ: Поліграфіст, 2001. 136 с.
45. Исаченко А.Г. Оптимизация природной среды. М.: Мысль, 1980. 264 с.
46. Bjorklund A. Environmental systems analysis waste management // AFR-Report. 211. 1998. 38 p.
47. Рапута Е.Д., Куценогий К.П. Математические модели мониторинга длительного техногенного загрязнения местности // Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. М.: Изд-во МГУ, 2002. С. 346-390.
48. Цветков В.Я., Решетникова Т.Г., Булгакова Т.В. Основы геоинформационного мониторинга // Вестн. Амур. гос. Ун-та. Сер. Естествен. и эконом. науки. 2003. № 21. С. 75-78.
49. Склад і зміст матеріалів оцінки впливів на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і будівництві підприємств, будинків і споруд. ДБН А.2.2.-1-2003. К.: Держком України з будівництва та архітектури, 2004. 264 c.
50. Посібник до розроблення матеріалів оцінки впливів навколишнього середровища (до ДБН А.2.2.-1-2003). Ч. 1. Оцінка впливів проектованої діяльності на навколишнє природне середовище. Харків, 2003. 158 с.
51. Долгополов А.Я., Смольянинов В.М., Овчинникова Т.В. Комплексная оценка состояния земель в районах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду. Воронеж: Изд-во ВГАУ, 1997. 125 с.
52. Жердев В.Н., Русинов П.С. Комплексный подход к исследованию контролируемых параметров земельных ресурсов по бассейновому принципу. Воронеж: Изд-во ВГАУ, 1999. 201 с.
53. Swarbrick G., Lethlean J., Pantelis G. Physical and biochemical modeling of solid waste // University of New South Wales Australian Nuclear Science and Technology. 1995. P. 1-6.
54. Дмитриев Е.А., Пачепский Я.А. Математические методы и моделирование в почвоведении // Почвоведение. 1989. № 10. С. 94-101.
55. Лысенко А.И., Чумаченко С.Н., Чеканова И.В. Математическая постановка задачи оптимального управления экологическим состоянием техногенно-нагруженных территорий // Адапт. системы автомат. упр. 2002. № 5. С. 45-55.
56. Глазовская М.А. Проблемы и методы оценки эколого-геохимической устойчивости почв и почвенного покрова к техногенным воздействиям // Почвоведение. 1999. № 1. С. 114-124.
57. Мотузова Г.В., Карпова Е.А., Попова А.А. Принципы и методы определения буферной способности почв по отношению к загрязняющим веществам // Современные физические и химические методы исследования почв. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 125 с.
58. Влияние человека на почву как компонент биосферы / Г.В. Добровольский, Л.А. Гришина, Б.Г. Розанов, В.О. Таргульян // Проблемы экологически устойчивого развития биосферы. М.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 68-75.
59. Арманд А.Д. Устойчивость (гомеостатичность) географических систем к различным типам внешних воздействий // Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983. С. 81-87.
60. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические системы и их устойчивость к техногенезу // Биогеохимические циклы в биосфере. - М.: Наука, 1976. - С. 99-119.
61. Гродзинський М.Д. Стійкість геосистем до антропогенних навантажень. - К.: Лікей, 1995. - 233 с.
62. Мотузова Г.В. Природа буферности почв к внешним химическим воздействиям // Почвоведение. - 1994. - № 4. - С. 46-52.
63. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Высшая школа, 1988. 328 с.
64. Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 102 с.
65. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. 128 с.
66. Караваева Н.А., Жариков С.Н., Нефедова Т.Г. Антропогенная трансформация почв // Природная среда европейской части СССР (опыт регионального анализа). - М.: Изд-во АН СССР, 1989. - С. 80-153.
67. Медведев В.В. Физическая деградация черноземов, ее причины, следствия и пути устранения // Успехи почвоведения. - М.: Наука, 1986. - С. 23-27.
68. Роде А.А. Вопросы водного режима почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 208 с.
69. Глазовский Н.Ф. Современное соленакопление в аридных областях. М.: Наука, 1987. - 176 с.
70. Бекаревич Н.Е., Левчишина Н.И., Сонько М.П. Почвы Днепропетровской области // Почвы Днепропетровской области и пути их рационального использования. - Днепропетровск: Изд-во «Промінь», 1966. - С. 5-23.
71. Черняк В.І., Глухохід В.П. Грунти Дніпропетровської області. - Дніпропетровськ: Вид-во «Промінь», 1969. - 82 с.
72. Белова Н.А., Травлеев А.П. Естественные леса и степные почвы. Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1999. 348 с.
73. Экологический паспорт Днепропетровской области. Днепропетровск: Днепропетровская облгосадминистрация, 2000. 112 с.
74. Лазаренко П.И. Эколого-биологические основы сельскохозяйственного районирования территории. Днепропетровск: Пороги, 1995. 476 с.
75. Долгова Т.И. Коррекция почвенного гомеостаза в экопедоценозах Приднепровского региона поверхностно-активными веществами / Ин-т проблем природопользования и экологии НАН Украины. К., 1996. 17 с. Рус. Деп. в ГНТБ Украины 22.04.96, № 1021 Ук. 96.
76. Долгова Т.И., Шматков Г.Г. Мониторинг тяжелых металлов в почвах Днепропетровской области / Ин-т проблем природопользования и экологии НАН Украины. К., 1995. 40 с. Рус. Деп. в ГНТБ Украины 29.06.95, № 1536 Ук. 95.
77. Долгова Т.И. Пространственная вариабельность энзиматической активности урбанизированных почв, загрязненных нефтепродуктами / Ин-т проблем природопользования и экологии НАН Украины. К., 1994. 15 с. Рус. Деп. в ГНТБ Украины 03.10.94, № 1955 Ук. 94.
78. Долгова Т.И. Некоторые аспекты интегральной оценки азотной нагрузки на педоценозы степной зоны Украины // Науковий вісник НГАУ. 2001 № 3. С. 102-104.
79. Добровольский В.В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение. 1997. - № 4. - С. 413-441.
80. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. - М.: Мысль, 1983. - 272 с.
81. Золотарева Б.Н., Скрипниченко И.И. Геохимические аспекты мониторинга тяжелых металлов в почвах // Региональный экологический мониторинг. - М.: Наука, 1983. - С. 93-114.
82. Мотузова Г.В., Садовникова Л.К. Почвенно-химический мониторинг при локальном и глобальном загрязнении почв тяжелыми металлами // Проблемы почвоведения. М.: Наука, 1990. С. 37-45.
83. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.
84. Елпатьевский П.В., Аржанова В.С. Баланс и трансформация минеральных форм тяжелых металлов в техногеосистеме // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. С. 89-97.
85. Гильденскиольд Р.С., Новиков Ю.В., Халидулин Р.С. Тяжелые металлы в окружающей среде и их влияние на организм (обзор) // Гигиена и санитария. 1992. №5-6. С. 6-9.
86. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 150 с.
87. Михайлов В.А., Бересневич П.В. Снижение запыленности и загазованности воздуха на открытых горных ра