Оценка качества окружающей среды и здоровья населения антропогенно нарушенных территорий

Введение. Производственно-хозяйственная деятельность человека оказывает негативное влияние на окружающую среду (ОС), приводя к нарушению динамического равновесия в природе и ухудшая экологические условия проживания человека. В связи с этим важной задачей становится определение уровня экологической напряженности территорий, ранжирование их по степени экологической опасности. Наблюдаемое нарастающее техногенное воздействие на природу и человека, отрицательная динамика демографических показателей России, объективно фиксируемый рост заболеваемости населения, в первую очередь в индустриальных городах, обусловливают актуальность научно обоснованной оценки воздействия комплекса факторов среды и здоровья человека на региональном уровне [1–5]. Большое количество неблагоприятных факторов антропогенно трансформированной среды ставит вопрос о разработке подходов к комплексной (интегральной) оценке ее качества.

Профессор В.В. Дмитриев считает, что «…во-прос разработки методики интегрального количественного оценивания высоко эмер-джентных природных и социально-экологических систем является задачей «номер один» в экологической проблематике» [6].

В настоящее время представляют интерес несколько методик интегральных оценок качества ОС. Для расчета интегральной оценки используются разработанные В.С. Тикуно-вым, О.Ю. Черешня индекс загрязнения и индекс напряженности экологической ситуации, с помощью которых на основе показателей выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу, образования твердых бытовых отходов (ТБО) и сброса загрязненных сточных вод комплексно оценивается качество воды, воздуха и почвы регионов [7]. Заслуживает внимание интегральный индекс антропогенной нагрузки, разработанный Н.И. Зазнобиной [8]. Индекс антропогенной нагрузки рассчитывается на основе пяти базовых эколого-экономи- ческих нормированных показателей: количество выбросов ЗВ в атмосферу от стационарных источников; количество промышленных отходов, хранящихся на предприятиях; количество токсичных промышленных отходов; количество образующихся ТБО; объем сточных вод промышленных предприятий. Для расчета индекса качества и степени экологической устойчивости ОС Л.П. Бакуменко и П.А. Коротков использовали такие индикаторы, как загрязнение атмосферного воздуха, водных ресурсов, почвы, земельные ресурсы, лес, животный мир, биоразнообразие [9]. С.А. Куролап на основе 9 основных индикаторных критериев (3 по параметрам здоровья населения и 6 по параметрам воздействия на атмосферу, водные и земельные ресурсы) провел расчет медико-экологической напряженности в субъектах Центрального Черноземья [3]. Методической основой исследования Л.В. Веремчук и соавт. явилась дифференциация особенностей внешнего воздействия среды обитания на функцию дыхания больного и здорового населения [10].

С учетом вышеизложенного выбор экологических критериев, характеризующих качество ОС, разработка методики комплексной оценки состояния ОС и ее влияния на здоровье населения на региональном уровне являются весьма актуальными проблемами, решение которых позволит повысить эффективность управления экологическими рисками и рисками для здоровья населения.

Цель исследования. Разработать методику комплексной оценки качества ОС и ее влияния на здоровье населения с учетом состояния природных сред, устойчивости экосистем и биологических эффектов от антропогенного загрязнения.

Материалы и методы. Территорией исследования выбрана Ульяновская область. Этот регион расположен в центральной части Восточно-Европейской равнины, имеет типичные для умеренно континентальной области климатические условия. В экологическом рейтинге регионов Российской Федерации Ульяновская область занимает средние позиции, на ее территории нет предприятий, выбросы которых имеют высокий класс опасно- сти, а распределение предприятий промышленного и агропромышленного комплекса носит рассредоточенный характер.

Анализ существующих методик показал, что в качестве основных экологических критериев интегральной оценки качества ОС отдельного региона, которые объективно отражают особенности благоприятности среды обитания для проживания населения и позволяют разрабатывать и реализовывать мероприятия по снижению экологической напряженности и предотвращению патологических эффектов у проживающего на антропогенно нарушенных территориях населения, используются показатели, характеризующие 1) степень загрязнения природных сред, так как для управления экологической ситуацией необходимо знать перечень приоритетных ЗВ, их концентрацию в природных средах и источники загрязнения; 2) устойчивость экосистем или способность к самоочищению природной среды, так как для принятия решений по улучшению экологической обстановки конкретной территории необходимо руководствоваться информацией о возможности экосистемы через некоторое время возвратиться в исходное состояние после того, как внешние факторы вывели ее из равновесия; 3) ответную реакцию организма на загрязнение природных сред изучаемых территорий, так как показатели здоровья и заболеваемости населения, особенно наиболее уязвимых возрастных групп, являются индикаторами благополучия ОС. Учитывая выбор экологических показателей, характеризующих качество ОС, разработана модель комплексной оценки состояния ОС и ее влияния на здоровье населения на региональном уровне. Все значения для расчетов используются в нормированных отклонениях, рассчитанных по формуле, предложенной Л.П. Бакуменко [9]. Модель комплексной оценки качества ОС и здоровья населения имеет следующий вид:

Ii=Q+R+М, где Ii – индекс комплексной оценки качества ОС и здоровья населения (Imbalance index) – интегральный показатель, который учитывает: Q – показатель загрязнения, представляющий собой сумму всех показателей, разде- ленную на количество всех факторов загрязнения:

Q = 1k ∑ik=1 Qi, где k – количество всех факторов загрязнения, Qi – i-ый показатель загрязнения. Для расчета использовалось 3 показателя:

Q 1 – показатель загрязнения атмосферного воздуха (количество выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников, т/г.; количество выбросов в атмосферный воздух от передвижных источников, т/г.);

Q 2 – показатель загрязнения водных ресурсов (доля загрязненных сточных вод в общем объеме сточных вод, сброшенных в поверхностные водоемы, %; количество сброшенных в поверхностные водоемы загрязненных сточных вод на 1 км² территории региона, т/г.);

Q 3 – показатель загрязнения почв (количество ТБО, т/г.).

Для каждого случая показатель загрязнения рассчитывается индивидуально по формуле

Qi = ∑kn=1 ak, где ak – нормированное значение фактора загрязнения. В нашем случае k=5: два показателя для оценки загрязнения атмосферного воздуха (Q1), два показателя для оценки загрязнения водных ресурсов (Q2), один показатель для оценки загрязнения почв (Q3);

R – индекс устойчивости природных сред, который рассчитывается по формуле

Nk ∑in=1 Ui R=r∑in=1(Ki⧸Кiср), где Nk – количество показателей загрязнения природных сред для каждого региона. В нашем случае Nk=5;

U i – показатель ассимиляционного потенциала; r – количество факторов ассимиляционного потенциала для U i , r=4;

K i – коэффициент антропогенной нагрузки отдельной природной среды для каждого муниципального района;

K i ср – среднее значение K отдельной природной среды для всех муниципальных районов.

Для расчета антропогенной нагрузки (K) используются те же показатели, что и при рас- чете индекса загрязнения природных сред (количество выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников, т/г.; количество выбросов в атмосферный воздух от передвижных источников, т/г.; доля загрязненных сточных вод в общем объеме сточных вод, сброшенных в поверхностные водоемы, %; количество сброшенных в поверхностные водоемы загрязненных сточных вод на 1 км2 территории региона, т/г.; количество ТБО, т/г.). Ассимиляционный потенциал (Ui) вычисляется по площади земли лесного фонда; проценту лесистости; лесной площади, пройденной пожарами; доле ООПТ в общей площади района;

M – индекс ответной реакции организма на загрязнение природных сред:

M = ∑ iⁿ=1 M i , (5)

где M i – i-ый индекс ответной реакции организма взрослых, подростков и детей на внешнее воздействие факторов природной среды. Данный индекс рассчитывается как среднее из трех нормированных значений коэффициентов ответной реакции организма на внешнее воздействие по всем возрастным группам (дети, взрослые, подростки) в зависимости от концентрации ЗВ в природных средах (атмосферном воздухе, воде и почве).

Результаты. По результатам расчета индекса загрязнения природных сред выделены следующие муниципальные образования, в которых наблюдается сильное загрязнение природных сред: г. Ульяновск (УГ) – 2,14; г. Димитровград (ДГ) – 7,51; г. Новоульяновск (НУГ) – 14,72; Сенгилеевский район (СенР) – 19,04; Новоспасский район (НСР) – 19,29; Чердаклинский район (ЧР) – 19,75; Мелекес-ский район (МелР) – 19,76. Чем меньше значение индекса, чем сильнее загрязнение природных сред. Результаты анализ экологического состояния природных сред территорий региона описаны в ряде публикаций [11, 12].

Расчет индекса устойчивости природных сред позволил установить территории с низкой устойчивостью природных сред: ДГ – 7,89; УГ – 12,59; НУГ – 20,45; ЧР – 25,73; НСР – 26,91; МелР – 29,94. Все это территории промышленных городов и урбанизированных зон.

По результатам расчета индекса ответной реакции организма на загрязнение природных сред выделены территории, на которых у населения отмечается высокая экологически обусловленная заболеваемость: ДГ – 25,22; Инзенский район (ИР) – 13,05; Цильнинский район (ЦР) – 26,73.

Расчет индекса комплексной оценки качества ОС и здоровья населения позволил определить диапазон значений, характерный для Ульяновской области. Чем меньше значение индекса, тем ниже качество ОС и хуже здоровье населения. Максимальное значение индекса составляет 113,1 балла и характерно для территорий с низкими показателями загрязнения, высокой устойчивостью природных сред и низкой заболеваемостью. Минимальное значение индекса – 40,6 балла – характерно для территорий с очень сильным загрязнением природных сред, низкой устойчивостью экосистем и высокой заболеваемостью населения. В качестве среднего значения определено 90 баллов, так как на территориях со значением ниже 90 баллов по одному или двум из трех показателей отмечены критические значения. Следовательно, диапазон значений индекса позволяет определить шкалу качества ОС и здоровья населения. Значения индекса комплексной оценки ОС и здоровья населения (Ii) от 40 до 90 баллов характеризуют местность как территорию с низким качеством ОС и здоровья населения, значения индекса от 90 до 113,1 балла – как территорию удовлетворительного качества ОС и здоровья населения. Результаты ранжирования территорий региона по качеству ОС и здоровья населения представлены в табл. 1.

Таблица 1

Table 1

Ранжирование территорий Ульяновской области по качеству окружающей среды и здоровья населения

Ranking of Ulyanovsk region territories in terms of environmental quality and public health

Муниципальные образования Municipal district	Индекс комплексной оценки ОС и здоровья населения (Ii) Complex evaluation index between environment and public health (Ii)	Качественная характеристика состояния ОС и здоровья населения Qualitative characteristic of environment and public health
СКР / SKD	113,13	Удовлетворительное / Good
ТР / TD	112,83	Удовлетворительное / Good
УР / UD	112,68	Удовлетворительное / Good
СМР / SMD	111,02	Удовлетворительное / Good
КузР/ KuzD	110,68	Удовлетворительное / Good
ПР / PD	110,00	Удовлетворительное / Good
СурР / SurD	109,06	Удовлетворительное / Good
РР / RRD	108,61	Удовлетворительное / Good
ВР / VD	107,05	Удовлетворительное / Good
БСР / BSD	104,29	Удовлетворительное / Good
КарР / KarD	104,02	Удовлетворительное / Good

Муниципальные образования Municipal district	Индекс комплексной оценки ОС и здоровья населения (Ii) Complex evaluation index between environment and public health (Ii)	Качественная характеристика состояния ОС и здоровья населения Qualitative characteristic of environment and public health
НР / ND	102,84	Удовлетворительное / Good
МР / MD	101,35	Удовлетворительное / Good
НМР / NMD	96,04	Удовлетворительное / Good
БР / BD	93,23	Удовлетворительное / Good
СенР / SenD	89,61	Низкое / Low
НСР / NSD	85,94	Низкое / Low
НУГ / NUC	85,57	Низкое / Low
МелР / MelD	84,79	Низкое / Low
ЦР / TsD	81,56	Низкое / Low
ЧР / ChD	80,45	Низкое / Low
ИР /ID	74,73	Низкое / Low
УГ / UC	52,22	Низкое / Low
ДГ / DC	40,62	Низкое / Low

Примечание. ДГ – Димитровград, УГ – Ульяновск, НУГ – Новоульяновск, БСР – Базарносызганский, БР – Барышский, ВР – Вешкаймский, ИР – Инзенский, КарР – Карсунский, КузР – Кузоватовский, МР – Майнский, МелР – Мелекесский, НР – Николаевский, НМР – Новомалыклинский, НСР – Новоспасский, ПР – Павловский, РР – Радищевский, СенР – Сенгилеевский, СКР – Старокулаткинский, СМР – Старо-майнский, СурР – Сурский, ТР – Тереньгульский, УР – Ульяновский, ЦР – Цильнинский, ЧР – Чердаклин-ский районы.

Note. SKD – Starokulatkinsky, TD – Terengulsky, UD – Ulyanovsky, SMD – Staromainsky, KuzD – Kuzovatovsky, PD – Pavlovsky, SurD – Sursky, RD – Radishchevsky, VD – Veshkaymsky, BSD – Bazarnosyzgansky, KarD – Karsunsky, ND – Nikolaevsky, MD – Mainsky, NMD – Novomalyklinsky, BD – Baryshsky, SenD – Sengileevsky, NSD – Novospassky, NUC – the City of Novoulyanovsk, MelD – Melekessky, TsD – Tsilninsky, CR – Cherdaklinsky, ID – Inzensky, UG – the City of Ulyanovsk, the city of Dimitrovgrad.

В результате ранжирования определены муниципальные районы, в которых наблюдается низкое качество ОС и здоровья населения: ДГ (40,62), УГ (52,22), ИР (74,73), ЧР (80,45), ЦР (81,56), МелР (84,79), НУГ (85,57), НСР (85,94), СенР (89,61).

Обсуждение. На территориях, которые определены в результате ранжирования как территории с низким качеством ОС и здоровья населения, отмечено сильное загрязнение природных сред. Так, наиболее высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха, рассчи- танный как соотношение средней концентрации приоритетных ЗВ к предельно допустимым концентрациям (ПДК), отмечается в ДГ, УГ, НУГ, НСР, ИР, СенР и Ульяновском районе (УР); низкое качество питьевой воды в водопроводных сетях наблюдается в ЧР и СенР; соотношение суммарных значений концентраций тяжелых металлов и ПДК превышает единицу в почвах ЧР, УР, УГ, НУГ, ДГ, СенР, Майнского района (МР), МелР и НСР [13]. Загрязнение атмосферного воздуха приводит к увеличению заболеваний как органов дыхания, так и сердечно-сосудистой системы. Почти 20 % всех болезней органов дыхания и 10 % болезней системы кровообращения связаны с загрязнением атмосферы [14]. Медленное, хроническое воздействие малых концентраций химических компонентов воды, угнетение защитной функции организма в соответствующей степени снижают общую резистентность организма к другим повреждающим факторам и способствуют соразмерному увеличению общей заболеваемости, в т.ч. заболеваемости инфекционными болезнями за счет снижения иммунной реактивности [15– 18]. По оценкам специалистов, геохимическое загрязнение почв токсичными металлами (кадмием, свинцом, ртутью, цинком, никелем) по степени опасности для биологических объектов выдвигается на первое место [19, 20].

Низкую природную устойчивость, которая может способствовать усилению экологических проблем, имеют урбанизированные территории – ДГ, НУГ, УГ. Здесь в силу высокой хозяйственной освоенности реализуется промышленный тип природопользования, отмечается почти полная утрата естественной растительности и преобладание искусственных ландшафтов, деградация почв. Низкая природная устойчивость наблюдается в южных районах Предволжья: Николаевский район (НР), НСР, Радищевский район (РР), Староку-латкинский район (СКР), а также районах Заволжья: МелР, Новомалыклинский район (НМР), ЧР. В этих районах, характеризующихся сниженной способностью экосистемы к самоочищению, отмечается высокая степень подверженности почв процессам водной и ветровой эрозии, тяжелый механический состав почв (глинистый и тяжелосуглинистый), сухой или засушливый климат [21].

Заключение. Таким образом, разработанная модель комплексной оценки качества ОС и здоровья населения позволила провести ранжирование муниципальных образований региона и выделить территории с низким качеством ОС и здоровья населения, для которых необходима разработка программ по управлению экологическими рисками и рисками для здоровья населения.