Помощь студентам в учебе
Биогеохимические барьеры в организме животных и человека
|
Содержание 8
ВВЕДЕНИЕ 11
1. Химический состав биологического материала мелких млекопитающих, как индикатор
состояния окружающей среды 15
1.1. Обоснование выбора объекта исследования вида Полевка рыжая (Myodes glareolus) 16
1.2. Геохимические барьеры в природной среде 19
1.2.1. Биогеохимические барьеры крупных млекопитающих и человека, как индикатор
экологического состояния окружающей среды 21
2. Физико-географические условия и характеристика региона 25
2.1. Административно-географическая характеристика Свердловской области 25
2.2. Медико-демографическая характеристика Свердловской области 25
2.3. Климатическая характеристика Свердловской области 26
2.4. Геологическая и геоморфологическая характеристика Свердловской области 27
2.5. Гидрологические условия Свердловской области 28
2.6.1. Почвенно-грунтовая характеристика Свердловской области 29
2.2. Геоэкологическая характеристика территории расположения Среднеуральского
медеплавильного комбината 31
2.2.1. Краткая характеристика Среднеуральского медеплавильного комбината 32
2.3. Факторы техногенного воздействия крупных предприятий цветной металлургии на
окружающую среду 33
2.3.1. Воздействие крупных предприятий цветной металлургии на атмосферный воздух 36
2.3.2. Воздействие предприятий цветной металлургии на почвенный покров 37
2.3.3. Воздействие крупных металлургических предприятий на поверхностные и подземные
воды 38
2.4. Радиоэкологическая обстановка Свердловской области 39
2.5. Геоэкологическая изученность Среднеуральского медеплавильного комбината, как
источника загрязнения окружающей среды 41
2.6. Геофизическая изученность территории расположения Среднеуральского медеплавильного
комбината 42
2.7. Гидрогеохимическая изученность территории расположения Среднеуральского
медеплавильного комбината 43
3. Методика и методы анализа данных 46
3.1. Методика отбора проб и пробоподготовка биологического материала 46
3.2. Инструментальный нейтронно-активационный анализ 48
3.3. Методика статистической обработки геохимической информации 50
3.4. Сравнительный анализ числовых характеристик содержания химических элементов в
биологическом материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в зоне техногенеза 55
3.5. Уровни накопления и особенности распределения химических элементов в биологическом
материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в зоне техногенеза 58
3.6. Двухфакторный дисперсионный анализ проб биологического материала Полевки рыжей
(Myodes glareolus) 71
3.7. Выделение ассоциаций химических элементов в биологическом материале Полевки рыжей
(Myodes glareolus) на исследуемых территориях путем кластерного анализа 73
4. Биогехимические барьеры в биологическом материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в
зоне техногенеза 79
4.1. Индикаторное значение содержания химических элементов в эмбрионах в условиях
техногенеза 81
4.2. Влияние урбанизированной территории на содержание химических элементов в
плацентах и эмбрионах Полевки рыжей (Myodes glareolus) 82
4.3. Изменение содержания химических элементов в печени Полевки рыжей (Myodes
glareolus), на территории Среднеуральского медеплавильного комбината 87
4.4. Содержания радиоактивных элементов (Th, U) в биологическом материале Полевки
рыжей (Myodes glareolus), на территории Среднеуральского медеплавильного комбината 92
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 97
5.1 Планирование, организация и менеджмент при проведении работ 98
5.1.1 Планирование работ 98
5.2 Бюджет научного исследования 100
5.3 Расчет затрат времени и труда по видам работ 102
5.4 Расчет производительности труда, расчет продолжительности выполнения всего
объема проектируемых работ 103
5.4.1 Расчет затрат труда 104
Проведения маршрутов при эколого-геохимических работах биогеохимическим методом 104
Камеральные работы 104
Итого: 104
5.5 Нормы расходов материалов 104
5.6 Общий расчет сметной стоимости проектируемых работ (СМ 1) 106
5.7 Общий расчет сметной стоимости проектируемых работ 108
6. Социальная ответственность специалиста при проведении геоэкологических работ по изучению
биологического материала животных и человека 110
6.1. Анализ вредных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 111
Полевой этап: 112
1. Отклонение параметров климата при полевых работах 112
2. Тяжесть и напряженность физического труда 113
3. Повреждения в результате контакта с насекомыми и животными 113
Лабораторный этап и камеральный этапы: 114
1. Отклонение показателей микроклимата в помещении 114
2. Недостаточная освещенность рабочей зоны 116
3. Утечки токсичных и вредных веществ в атмосферу 118
6.2. Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 119
Полевой этап: 119
1. Механические травмы при пересечении местности 119
Лабораторный и полевой этапы: 120
1. Поражение электрическим током 120
2. Пожарная безопасность 121
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 122
6.5. Законодательное регулирование проектных решений 124
Заключение 126
Список литературы 127
Приложение А 137
ВВЕДЕНИЕ 11
1. Химический состав биологического материала мелких млекопитающих, как индикатор
состояния окружающей среды 15
1.1. Обоснование выбора объекта исследования вида Полевка рыжая (Myodes glareolus) 16
1.2. Геохимические барьеры в природной среде 19
1.2.1. Биогеохимические барьеры крупных млекопитающих и человека, как индикатор
экологического состояния окружающей среды 21
2. Физико-географические условия и характеристика региона 25
2.1. Административно-географическая характеристика Свердловской области 25
2.2. Медико-демографическая характеристика Свердловской области 25
2.3. Климатическая характеристика Свердловской области 26
2.4. Геологическая и геоморфологическая характеристика Свердловской области 27
2.5. Гидрологические условия Свердловской области 28
2.6.1. Почвенно-грунтовая характеристика Свердловской области 29
2.2. Геоэкологическая характеристика территории расположения Среднеуральского
медеплавильного комбината 31
2.2.1. Краткая характеристика Среднеуральского медеплавильного комбината 32
2.3. Факторы техногенного воздействия крупных предприятий цветной металлургии на
окружающую среду 33
2.3.1. Воздействие крупных предприятий цветной металлургии на атмосферный воздух 36
2.3.2. Воздействие предприятий цветной металлургии на почвенный покров 37
2.3.3. Воздействие крупных металлургических предприятий на поверхностные и подземные
воды 38
2.4. Радиоэкологическая обстановка Свердловской области 39
2.5. Геоэкологическая изученность Среднеуральского медеплавильного комбината, как
источника загрязнения окружающей среды 41
2.6. Геофизическая изученность территории расположения Среднеуральского медеплавильного
комбината 42
2.7. Гидрогеохимическая изученность территории расположения Среднеуральского
медеплавильного комбината 43
3. Методика и методы анализа данных 46
3.1. Методика отбора проб и пробоподготовка биологического материала 46
3.2. Инструментальный нейтронно-активационный анализ 48
3.3. Методика статистической обработки геохимической информации 50
3.4. Сравнительный анализ числовых характеристик содержания химических элементов в
биологическом материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в зоне техногенеза 55
3.5. Уровни накопления и особенности распределения химических элементов в биологическом
материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в зоне техногенеза 58
3.6. Двухфакторный дисперсионный анализ проб биологического материала Полевки рыжей
(Myodes glareolus) 71
3.7. Выделение ассоциаций химических элементов в биологическом материале Полевки рыжей
(Myodes glareolus) на исследуемых территориях путем кластерного анализа 73
4. Биогехимические барьеры в биологическом материале Полевки рыжей (Myodes glareolus) в
зоне техногенеза 79
4.1. Индикаторное значение содержания химических элементов в эмбрионах в условиях
техногенеза 81
4.2. Влияние урбанизированной территории на содержание химических элементов в
плацентах и эмбрионах Полевки рыжей (Myodes glareolus) 82
4.3. Изменение содержания химических элементов в печени Полевки рыжей (Myodes
glareolus), на территории Среднеуральского медеплавильного комбината 87
4.4. Содержания радиоактивных элементов (Th, U) в биологическом материале Полевки
рыжей (Myodes glareolus), на территории Среднеуральского медеплавильного комбината 92
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 97
5.1 Планирование, организация и менеджмент при проведении работ 98
5.1.1 Планирование работ 98
5.2 Бюджет научного исследования 100
5.3 Расчет затрат времени и труда по видам работ 102
5.4 Расчет производительности труда, расчет продолжительности выполнения всего
объема проектируемых работ 103
5.4.1 Расчет затрат труда 104
Проведения маршрутов при эколого-геохимических работах биогеохимическим методом 104
Камеральные работы 104
Итого: 104
5.5 Нормы расходов материалов 104
5.6 Общий расчет сметной стоимости проектируемых работ (СМ 1) 106
5.7 Общий расчет сметной стоимости проектируемых работ 108
6. Социальная ответственность специалиста при проведении геоэкологических работ по изучению
биологического материала животных и человека 110
6.1. Анализ вредных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 111
Полевой этап: 112
1. Отклонение параметров климата при полевых работах 112
2. Тяжесть и напряженность физического труда 113
3. Повреждения в результате контакта с насекомыми и животными 113
Лабораторный этап и камеральный этапы: 114
1. Отклонение показателей микроклимата в помещении 114
2. Недостаточная освещенность рабочей зоны 116
3. Утечки токсичных и вредных веществ в атмосферу 118
6.2. Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 119
Полевой этап: 119
1. Механические травмы при пересечении местности 119
Лабораторный и полевой этапы: 120
1. Поражение электрическим током 120
2. Пожарная безопасность 121
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 122
6.5. Законодательное регулирование проектных решений 124
Заключение 126
Список литературы 127
Приложение А 137
Актуальность. В условиях техногенного влияния городской среды организм человека постоянно подвергается множественному воздействию со стороны различных факторов.
Среднеуральский медеплавильный завод является одним из крупнейших в России предприятий по выплавке меди из первичного сырья, и как крупное предприятие цветной промышленности оказывает техногенное воздействие на все природные среды, включая человеческий организм. Цветная металлургия, как развитая отрасль промышленности ежегодной выбрасывает большие объемы диоксида серы (2,5 млн. тонн), сточные воды таких предприятий насыщенны тяжелыми металлами, которые откладываются в донных отложениях, цветная металлургия провоцирует экологические изменения, что приводит к ускорению деградации ландшафтов природной среды [1]. Загрязнения тяжелыми металлами и другими химическими веществами являются одним из видов экологически отрицательных воздействий на окружающую среду и живой организм в частности. В виду всего вышеперечисленного, современные крупные индустриальные города представляют собой экстремальные зоны обитания [2-4].
Для защиты живого организма от внешних влияний существуют барьерные механизмы, которые препятствуют проникновению в него вредных веществ. Барьерную функцию в организме по своему выполняет каждая система органов, в данной работе рассматривается функционирование печеночного барьера пищеварительной системы млекопитающих, а также плацентарного барьера, который играет огромную роль в формировании будущего организма. По химическому составу органов и тканей, чья функция заключается в снижении миграционной способности химических элементов, путем их концентрирования, можно делать выводы о состоянии окружающей их природной среды, и её техногенной преобразованности.
Цель работы: оценка содержания химических элементов в биологическом материале мелких млекопитающих, как индикатора работы биогеохимических барьеров живого организма.
Задачи:
1. Провести химический анализ содержания химических элементов в биологическом материале лесных полевок (Myodes glareolus) методом инновационного нейтронно-активационного анализа с облучением тепловыми нейтронами;
2. Сравнить содержание химических элементов в разных видах биологического материала лесных полевок (Myodes glareolus), отобранных на территориях разной удаленности от предприятия;
3. На основе анализа содержания химических элементов в биологическом материале лесных полевок (Myodes glareolus) сделать выводы о работе биогеохимических барьеров их организма;
4. Сравнить биогеохимические барьеры в организмах разных видов млекопитающих.
Объект исследования: биологический материал (плацента, эмбрион, печень) мелких млекопитающих вида Полевка рыжая, отобранные на 3 исследуемых территориях, на удалении от Среднеуральского медеплавильного завода в 2 км - импактная зона, 4 км - буферная зона, 30 км - контрольная зона.
Предмет исследования: биогеохимические барьеры в организмах животных и человека в зоне влияния техногенеза и на фоновых территориях.
Методы исследования. Пробоотбор проводился сотрудниками института экологии животных и растений УрО РАН при участии автора. Животных отлавливали в течение бесснежного периода одновременно на всех участках. В качестве модельного объекта рассматривали рыжую полевку (Clethrionomys glareolus). В анализе использовали эмбрионы (и плаценты) только на поздних стадиях беременности (18-20 дней). Содержание 28 химических элементов в пробах биологического материала определяли инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА) в аттестованной ядерно-геохимической лаборатории Международного инновационного научно-образовательного центра «Урановая геология» кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ.
Научная новизна работы. Впервые определено и проанализировано содержание 28 химических элементов в печени, плаценте и эмбрионе мелких млекопитающих, обитающих в окрестностях Среднеуральского медеплавильного завода. Обнаружена связь между территорией обитания животного и особенностями концентрирования химических элементов на органах-барьерах.
Практическая значимость работы. Выявлена геохимическая специфика содержания химических элементов в биоматериале для каждой изучаемой зоны. Данные могут быть использованы природоохранными органами для оценки качества промышленной среды для живых организмов и человека, и принятия мер по ее улучшению. Результаты могут быть использованы в учебном процессе при проведении занятий для студентов экологических специальностей.
Апробация работы. Основные результаты работы, полученные автором, опубликованы в 6 статьях и тезисах докладов. Тезисы публиковались и докладывались на 3-ех Международных конференциях, на XX Международной экологической студенческой конференции в городе Новосибирске в 2015 году, на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2016» в городе Москве, и 2-ух научных молодежных конгрессах, конференциях: Международных научных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2015, 2016 гг.). Автор награжден дипломами 4 дипломами за лучший доклад на каждой вышеперечисленной конференции.
Статьи, содержание результаты работы опубликованы в сборнике трудов IX Международной биогеохимической школы «Биогеохимия техногенеза и современные проблемы геохимической экологии», и в материалах XIX Международной научной школы-конференции студентов и молодых ученых, (Абакан 2015).
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору кафедры ГЭГХ, доктору биологических наук Н.В. Барановской, также глубокую признательность профессору каф. ГЭГХ, доктору геолого-минералогических наук Л.П. Рихванову за большое внимание, ценные советы и огромную помощь при выполнении работы.
Автора выражает признательность сотрудникам кафедры ГЭГХ за оказанную консультационную помощь при выполнении работы.
Автор выражает благодарность ведущему научному сотруднику, Лаборатории экотоксикологии популяций и сообществ Института экологии растений и животных, доктору биологических наук, В.С. Безелю и старшему научному сотруднику, Лаборатории экотоксикологии популяций и сообществ Института экологии растений и животных С.В. Мухачевой за предоставленные для исследования и анализа материалы.
Также выражается благодарность за проведение анализа проб инструментальным нейтронно-активационным анализом аналитикам лаборатории лабораторных исследований руководителям лабораторий А.Ф. Судыко и Н.А. Осиповой, Л.В. Л.В. Богутской, Г.А. Бабченко.
Среднеуральский медеплавильный завод является одним из крупнейших в России предприятий по выплавке меди из первичного сырья, и как крупное предприятие цветной промышленности оказывает техногенное воздействие на все природные среды, включая человеческий организм. Цветная металлургия, как развитая отрасль промышленности ежегодной выбрасывает большие объемы диоксида серы (2,5 млн. тонн), сточные воды таких предприятий насыщенны тяжелыми металлами, которые откладываются в донных отложениях, цветная металлургия провоцирует экологические изменения, что приводит к ускорению деградации ландшафтов природной среды [1]. Загрязнения тяжелыми металлами и другими химическими веществами являются одним из видов экологически отрицательных воздействий на окружающую среду и живой организм в частности. В виду всего вышеперечисленного, современные крупные индустриальные города представляют собой экстремальные зоны обитания [2-4].
Для защиты живого организма от внешних влияний существуют барьерные механизмы, которые препятствуют проникновению в него вредных веществ. Барьерную функцию в организме по своему выполняет каждая система органов, в данной работе рассматривается функционирование печеночного барьера пищеварительной системы млекопитающих, а также плацентарного барьера, который играет огромную роль в формировании будущего организма. По химическому составу органов и тканей, чья функция заключается в снижении миграционной способности химических элементов, путем их концентрирования, можно делать выводы о состоянии окружающей их природной среды, и её техногенной преобразованности.
Цель работы: оценка содержания химических элементов в биологическом материале мелких млекопитающих, как индикатора работы биогеохимических барьеров живого организма.
Задачи:
1. Провести химический анализ содержания химических элементов в биологическом материале лесных полевок (Myodes glareolus) методом инновационного нейтронно-активационного анализа с облучением тепловыми нейтронами;
2. Сравнить содержание химических элементов в разных видах биологического материала лесных полевок (Myodes glareolus), отобранных на территориях разной удаленности от предприятия;
3. На основе анализа содержания химических элементов в биологическом материале лесных полевок (Myodes glareolus) сделать выводы о работе биогеохимических барьеров их организма;
4. Сравнить биогеохимические барьеры в организмах разных видов млекопитающих.
Объект исследования: биологический материал (плацента, эмбрион, печень) мелких млекопитающих вида Полевка рыжая, отобранные на 3 исследуемых территориях, на удалении от Среднеуральского медеплавильного завода в 2 км - импактная зона, 4 км - буферная зона, 30 км - контрольная зона.
Предмет исследования: биогеохимические барьеры в организмах животных и человека в зоне влияния техногенеза и на фоновых территориях.
Методы исследования. Пробоотбор проводился сотрудниками института экологии животных и растений УрО РАН при участии автора. Животных отлавливали в течение бесснежного периода одновременно на всех участках. В качестве модельного объекта рассматривали рыжую полевку (Clethrionomys glareolus). В анализе использовали эмбрионы (и плаценты) только на поздних стадиях беременности (18-20 дней). Содержание 28 химических элементов в пробах биологического материала определяли инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА) в аттестованной ядерно-геохимической лаборатории Международного инновационного научно-образовательного центра «Урановая геология» кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ.
Научная новизна работы. Впервые определено и проанализировано содержание 28 химических элементов в печени, плаценте и эмбрионе мелких млекопитающих, обитающих в окрестностях Среднеуральского медеплавильного завода. Обнаружена связь между территорией обитания животного и особенностями концентрирования химических элементов на органах-барьерах.
Практическая значимость работы. Выявлена геохимическая специфика содержания химических элементов в биоматериале для каждой изучаемой зоны. Данные могут быть использованы природоохранными органами для оценки качества промышленной среды для живых организмов и человека, и принятия мер по ее улучшению. Результаты могут быть использованы в учебном процессе при проведении занятий для студентов экологических специальностей.
Апробация работы. Основные результаты работы, полученные автором, опубликованы в 6 статьях и тезисах докладов. Тезисы публиковались и докладывались на 3-ех Международных конференциях, на XX Международной экологической студенческой конференции в городе Новосибирске в 2015 году, на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2016» в городе Москве, и 2-ух научных молодежных конгрессах, конференциях: Международных научных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2015, 2016 гг.). Автор награжден дипломами 4 дипломами за лучший доклад на каждой вышеперечисленной конференции.
Статьи, содержание результаты работы опубликованы в сборнике трудов IX Международной биогеохимической школы «Биогеохимия техногенеза и современные проблемы геохимической экологии», и в материалах XIX Международной научной школы-конференции студентов и молодых ученых, (Абакан 2015).
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору кафедры ГЭГХ, доктору биологических наук Н.В. Барановской, также глубокую признательность профессору каф. ГЭГХ, доктору геолого-минералогических наук Л.П. Рихванову за большое внимание, ценные советы и огромную помощь при выполнении работы.
Автора выражает признательность сотрудникам кафедры ГЭГХ за оказанную консультационную помощь при выполнении работы.
Автор выражает благодарность ведущему научному сотруднику, Лаборатории экотоксикологии популяций и сообществ Института экологии растений и животных, доктору биологических наук, В.С. Безелю и старшему научному сотруднику, Лаборатории экотоксикологии популяций и сообществ Института экологии растений и животных С.В. Мухачевой за предоставленные для исследования и анализа материалы.
Также выражается благодарность за проведение анализа проб инструментальным нейтронно-активационным анализом аналитикам лаборатории лабораторных исследований руководителям лабораторий А.Ф. Судыко и Н.А. Осиповой, Л.В. Л.В. Богутской, Г.А. Бабченко.
Результатом проведенного иследования стало следующее:
1. Доказано влияние зоны отбора проб биологического материала мелких млекопитающих вида Полевка рыжая (Myodes glareolus) на их химический состав, что подтверждается и на примере крупных млекопитающих (свинья домашняя) и для человека (жительницы г. Томска).
2. Интенсивность работы биогеохимических барьеров по концентрированию химических элементов зависит от территории пробоотбора. Наиболее показательной является разница содержаний химических элементов в тканях системы плацента-эмбрион на импактной и фоновой зоне. Так, на зоне приближенной к предприятию работа плацентарного барьера затрудняется, что показывает повышенное содержание химических элементов в эмбрионе по сравнению с их содержанием в плаценте. Ткани эмбриона на всех изучаемых активнее всего концентрируют эссенциальные элементы Na, Ca, Zn, также выявлен, что редкоземельные металлы, минуя печеночный и плацентарный барьер, попадают в эмбрион, возможно, этот процесс связан с их высокой подвижностью, либо с физиологической необходимостью, так как такие РЗЭ, как Ce, La способны ускорять процессы метаболизма.
3. При сравнении работы печеночного и плацентарного барьеров выясняется, что на каждом исследуемом участке число элементов, оседающих на плацентарном барьере выше, числа элементов, которые задерживаются в печени, что может быть связано с повышенной скоростью миграции этих элементов в организме, либо с тем, что барьерные способности плаценты выше, чем у печени.
1. Доказано влияние зоны отбора проб биологического материала мелких млекопитающих вида Полевка рыжая (Myodes glareolus) на их химический состав, что подтверждается и на примере крупных млекопитающих (свинья домашняя) и для человека (жительницы г. Томска).
2. Интенсивность работы биогеохимических барьеров по концентрированию химических элементов зависит от территории пробоотбора. Наиболее показательной является разница содержаний химических элементов в тканях системы плацента-эмбрион на импактной и фоновой зоне. Так, на зоне приближенной к предприятию работа плацентарного барьера затрудняется, что показывает повышенное содержание химических элементов в эмбрионе по сравнению с их содержанием в плаценте. Ткани эмбриона на всех изучаемых активнее всего концентрируют эссенциальные элементы Na, Ca, Zn, также выявлен, что редкоземельные металлы, минуя печеночный и плацентарный барьер, попадают в эмбрион, возможно, этот процесс связан с их высокой подвижностью, либо с физиологической необходимостью, так как такие РЗЭ, как Ce, La способны ускорять процессы метаболизма.
3. При сравнении работы печеночного и плацентарного барьеров выясняется, что на каждом исследуемом участке число элементов, оседающих на плацентарном барьере выше, числа элементов, которые задерживаются в печени, что может быть связано с повышенной скоростью миграции этих элементов в организме, либо с тем, что барьерные способности плаценты выше, чем у печени.