ВВЕДЕНИЕ 11
1 ЛИСТЬЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ КАК БИОМОНИТОРЫ 14 СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
2 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА 22
ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Административно-географическая характеристика района 22
2.1.1 Г еологическая характеристика 23
2.1.2 Гидрологические условия 25
2.1.3 Климатические условия 26
2.1.4 Характеристика почвенного покрова 29
2.2 Геоэкологическая характеристика объекта исследования 31
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
3.1 Исходный материал и методика отбора проб 37
3.2 Пробоподготовка и методы лабораторных исследований 39
3.3 Методика обработки результатов аналитических исследований 41
4 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА НА 42 ТЕРРИТОРИИ КОМСОМОЛЬСКОГО ХВОСТОХРАНИЛИЩА
5 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ 62 ЭЛЕМЕНТОВ НА ТЕРРИТОРИИ КОМСОМОЛЬСКОГО ХВОСТОХРАНИНИЛИЩА
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ 80 ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ
6.1 Производственная безопасность 81
6.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование 81 мероприятий по их устранению
6.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование 87 мероприятий по их устранению
6.3 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ 90
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 90
6.5 Законодательное регулирование проектных решений 93
7 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И 94 РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
7.1 Технико-экономическое обоснование продолжительности работ 94
по проекту и объемы проектируемых работ
7.2 Расчет затрат времени и труда по видам работ 96
7.3 Нормы расхода материалов 98
7.4 Общий расчет сметной стоимости 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А 122
Данная выпускная квалификационная работа представляет собой научно-исследовательскую работу, в которой рассматриваются аспекты эколого-геохимической оценки территории Комсомольского хвостохранилища (Кемеровская область) по результатам изучения растительности.
Актуальность исследования. Отходы горнорудной промышленности негативно влияют на окружающую среду и человека. Наибольшее влияние оказывают искусственные геологические объекты - хвостохранилища, в которых на дневной поверхности складированы значительные объемы отходов с неизлеченными минеральными компонентами. В результате процессов гипергенеза (разложения, окисления, растворения, гидролиза и др.) первичные рудные минералы преобразуются во вторичные минеральные формы. Содержащиеся в них тяжелые металлы активно мигрируют в окружающую среду, загрязняя ее компоненты: атмосферу, поверхностные и подземные воды, почву, растительность, превышая фоновые и предельно допустимые концентрации [66].
Цель работы: оценить состояние окружающей среды Комсомольского хвостохранилища (Кемеровская область) по результатам изучения элементного состава листьев березы повислой (Betula pendula).
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ ранее проведенных работ.
Подготовить обзор научной и методической литературы.
Подготовить техническое задание и проект на проведение работ.
Провести отбор и подготовку проб листьев березы для лабораторных и аналитических исследований.
Определить химический состав проб листьев березы.
Провести статистическую обработку аналитических данных с помощью корреляционного, кластерного и факторного методов анализа.
Объектом исследования явились листья березы повислой (Betula pendula) отобранные на территории хозяйственного освоения, Комсомольское хвостохранилище пос. Комсомольск Кемеровская область.
Предметом исследования является химический состав сухого вещества листьев березы повислой (Betula pendula) Комсомольского хвостохранилища.
Научная новизна работы:
Впервые на территории Комсомольского хвостохранилища проведена биогеохимическая съемка, установлены содержания химических элементов в сухом веществе листьев березы.
Построены геохимические карты-схемы пространственного распределения химических элементов на территории Комсомольского хвостохранилища по данным опробования листьев березы.
Практическая значимость работы.
Установлено избирательное накопление концентрации определенных тяжелых металлов в листьях березы, которые могут быть использованы как индикаторы экологического состояния территорий складирования отходов горнодобывающих и обогатительных предприятий.
Фактические материалы и методы исследования. В основу работы положены материалы, полученные в 2015 г. Работы выполнены при финансовой поддержке: РНФ №15-17-10011 «Биогеохимический мониторинг в районах хвостохранилищ горнодобывающих предприятий с учётом микробиологических факторов трансформации минеральных компонентов» (руководитель проекта д.т.-м.и, профессор Л.П.Рихванов).
Всего на территории Комсомольского хвостохранилища отобрано, обработано и проанализировано 20 пробы листвы березы повислой (Betula pendula). Отбор проб проводился по радиальной сети от внешней границы хвостохранилища с шагом 250 м по 10 профилям. Пробы отбирались по стандартной методике. Обработка проб производилась в соответствии с нормативными документами.
Аналитические исследования проводили в аккредитованной лаборатории по аттестованным методикам в химико-аналитическом центре «Плазма» (г. Томск). Для определения валового состава макро- и микроэлементов в образцах сухого вещества листьев березы использовался метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MC).
Данные лабораторных анализов обрабатывали в программах Microsoft Excel и Ststistica, также строили карты-схемы распределения химических элементов программах Corel Draw и Surfer.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены и докладывались на VII Межрегиональной научной студенческой конференции с элементами научной школы имени профессора М.К. Коровина (Томск, 2015), а так же XX Международном научном симпозиуме студентов и молодых ученных им. академика М.А. Усова (Томск, 2016).
Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы, содержит 24 таблицы, 28 рисунков, 1 приложение. Объём рукописи - 138 страниц машинописного текста.
Благодарности: Автор глубоко и искренне благодарен научному руководителю доценту, канд. геол.-минерал. наук Юсупову Дмитрию Валерьевичу за совместное обсуждение и обобщение материалов, ценные советы, всестороннюю поддержку и помощь на всех этапах выполнения работы.
Автор признателен профессору, доктору биол. наук Наталье Владимировне Барановской, осуществлявшей отбор проб листьев березы повислой (Betulapendula) на фоновой территории пос. Макаракский.
За ценные советы и рекомендации автор благодарит докторов геол.- минерал. наук, профессоров Л.П Рихванова, Е.Г. Язикова, С.И. Арбузова,к.х.н. Н.А. Осипову. Автор благодарит за предоставленную информацию и оценку работы доктора геол.-минерал. наук профессора С.Б. Бортникову.
Отдельная благодарность канд. геол.-минерал. наук И.С. Соболеву за помощь на пути в освоении математической статистики в геоэкологии.
Листья березы повислой (Betula pendula), в сравнении с другими частями растения, являются наиболее пластичными органами, ассимилирующие и аккумулирующие практически весь спектр химических элементов. Свойства листьев способствуют накоплению довольно широкого ряда вредных соединений. Также важен факт, что поверхность листа значительно выше, чем ее прямая проекция кроны на поверхность Земли, что говорит об эффективной фильтрации большого объема атмосферных загрязнителей.
Использование растения с целью оценки загрязнения окружающей среды имеет широкое применение. Прямое поступление элементов через кору и листву может является главным путем попадания элементов в растения, особенно в высоко загрязненных районах.
Основные факторы, определяющие химический состав растений, — это ландшафтно-геохимические условия их произрастания. Зависимость поглощения различных химических элементов растениями в настоящее время широко отражено в литературе.
Результат исследования в значительной степени зависит от использования методов математической статистически: вычисления оценок числовых характеристик содержаний элементов, применения параметрических или непараметрических критериев различия выборок, корреляционно-регрессионного, кластерного и факторного анализов. Важнейшим методом эколого-геохимических исследований также является метод эколого-геохимического картирования с использованием современных программных комплексов.
Территориально Комсомольское хвостохранилище располагается в пос. Комсомольск Кемеровской области, на территории бывшего Комсомольского золотоизвлекательного завода. На заводе перерабатывались методом цианирования перерабатывались золото - арсенопирит кварцевые руды. Завод перерабатывал золотосодержащие отходы Кадамжайского сурьмяного комбината (Кыргызстан) и Берикульской золотоизвлекательной фабрики.
Экологическая обстановка на территории Комсомольского хвостохранилища оценивается как напряженная. Наибольший вклад в техногенную нагрузку окружающей среды вносят химические элементы, как Zn, As, Sb, Cu, Pb.
Объектом эколого-геохимических исследования окружающей среды на территории Комсомольского хвостохранилища явились листья березы повислой (Betula pendula).
Листовая система березы является мощным воздушным насосом дерева, она обеспечивает поглощение и накопление значительных количеств загрязняющих веществ. Поэтому листья в настоящее время активно используются для биогеохимической индикации окружающей среды.
При проведении анализа тяжелых металлов и мышьяка в сухом веществе листьев березы отобранных на территории Комсомольского хвостохранилища, отмечено заметное превышение, по сравнению с фоном, средних содержаний мышьяка, кадмия, марганца, никеля, рубидия и железа. В сравнении с реферативными данными выделяются такие элементы как: магний, титан, хром, кадмий. Так же незначительное превышение над фоном имеют кобальт, никель, цинк и барий. При сопоставлении данных со стандартным образцом листа березы выделяются: мышьяк, барий, молибден и рубидий. Другие элементы демонстрируют средние содержания на уровне и ниже фоновых и нормативных данных.
Так же стоит отметить, что на территории хвостохранилища в листьях березы происходит интенсивное накопление токсичных элементов, которые концентрируются, как правило, на территории усыхающего техногенного озера и бывшего золотоизвлекательного завода.
По коэффициентам концентрации (Кс>1,5) в порядке их убывания построен геохимический ряд: Mn6,2 > Rb5,o > Cd2,i > Asi,7 > Nii,5 > Coi,4. Данный геохимический ряд отражает геохимическую специфику территории хвостохранилища.
Кластерный анализ позволил выделить сильные значимые корреляционные связи у ассоциаций элементов: сидерофильные Fe-Co-Mn, халькофильные Ag-Cu-Zn, литофильные W-Ca.
Факторный анализ определил вклад в общую дисперсию факторных нагрузок основных элементов-индикаторов. Значимые нагрузки по первому фактору наблюдаются у Cr, Co, Mn (19,05 %), по второму фактору выделяются Ca, W и As (15,9 %). Влияние первого фактора на общую дисперсию, связано с влиянием природного источника поступления элементов и отражает особенности геохимического состава горных пород изучаемой территории. Группа элементов второго фактора отображает техногенную природу воздействия хвостохранилища на окружающее среду.
Так же нами был проанализирован материал по распределению редкоземельных и радиоактивных элементов на территории Комсомольского хвостохранилища по данным опробования листьев березы.
Установлена закономерность в распределении лантана и иттербия, а также урана и тория в пробах листьев березы в зависимости от удаленности хвостохранилища. На границе хвостохранилища в импактной зоне отмечены более низкие содержания La, Yb, U и Th, а также низкие значения Th/U отношения. Ореол с минимальными значениями La/Yb отношения картирует зону окисления сульфидных отходов. По мере удаления от границы хвостохранилища в буферной зоне содержания La, Yb, U, Th и значения Th/U отношения в пробах растительности возрастают.
Ореолы с максимальными значениями La/Sm и La/Er отношений покрывают большую часть территории вокруг ложа хвостохранилища, это говорит о том, что в листьях березы на изучаемом объекте происходит интенсивное накопление Er и Sm по сравнению с La.
Результаты исследования подтверждают известный вывод о том, что величины отношений Th/U и REE являются индикаторами степени техногенной трансформации окружающей среды в пределах техногенных ландшафтов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
