Экологическое состояние природных и антропогенных ландшафтов центрального черноземья
На правах рукописи
Джувеликян Хачик Акопович ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ 03.00.16. – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Петрозаводск – 2007 г.
Работа выполнена в Воронежском государственном университете.
Научный консультант доктор биологических наук, профессор Щеглов Дмитрий Иванович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Кислых Евгений Евгеньевич доктор биологических наук, Кищенко Иван Тарасович Ведущая организация Воронежский аграрный университет им. К.Д.Глинки
Защита состоится «7» ноября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.01 при Петрозаводском государственном университете по ад ресу: 185910, РК, г.Петрозаводск, пр. Ленина, 33, ауд. 326 теоретического кор пуса.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государ ственного университета.
Автореферат разослан « » _ 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Крупень И.М.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Современная экологическая ситуация как в гло бальном, так и в региональном масштабах обостряется, и человечество вы нуждено искать эффективные меры устойчивого развития биосферы.
Серьезной экологической проблемой за последнее столетие стало ин тенсивное развитие промышленности и транспортного комплекса, пред ставляющих собой наиболее мощные источники загрязнения биосферы вредными ингредиентами. Вызывает определенное опасение поступление парниковых газов в воздушный бассейн, что в конечном итоге приводит к глобальному потеплению климата, появлению озоновых дыр, загрязнению почв, водоемов, атмосферного воздуха и растительности солями тяжелых металлов, радиоизотопами, канцерогенными веществами.
Действительная обстановка в области природопользования и охраны окружающей среды в России свидетельствует о возникновении реальной экологической, а значит и национальной безопасности страны. Особую тревогу вызывает проблема накопления и захоронения токсичных и радио активных отходов. Наибольшую нагрузку всех видов загрязнения испыты вают почвы, водоемы и атмосферный воздух, вызывающие заболевания населения, психические расстройства и другие тяжелые последствия Экологическая ситуация в Центрально-Черноземном регионе (ЦЧР) определяется как местными, так и трансграничными процессами загрязне ния. В последние годы в атмосферном воздухе городов и промышленных центров среднегодовые концентрации вредных ингредиентов промышлен ных выбросов существенно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, тогда как концентрация оксидов углерода, азота и серы в воздухе выросли в связи с ростом парка автомобилей. На террито рии ЦЧР ежегодно на 1 км2 выпадает 578 кг сернистых соединений, до кг нитратного азота, около 500 кг соединений углекислоты и много других ингредиентов.
Исходя из вышесказанного и учитывая специфические особенности источников загрязнения возникает острая необходимость региональных исследований и объективной оценки степени влияния техногенеза на ком поненты биосферы. При этом весьма важным является комплексный под ход к изучению всех видов загрязнения и учета степени влияния различ ных источников загрязнения на функционирование природных и антропо генных ландшафтов.
Цель работы – исследовать характер и масштабы влияния комплекса техногенных факторов на загрязнение, состояние и функционирование компонентов природной среды центральных областей России и определить пути оптимизации экологической обстановки региона. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Выявить основные источники загрязнения окружающей среды, оп ределить количественный и качественный состав твердых и газообразных выбросов в атмосферу, а также объемы городских сточных вод очистных сооружений и крупных промышленных объектов.
2. Определить ареалы техногенного загрязнения почвенно растительного покрова солями тяжелых металлов, канцерогенами и радио изотопами вдоль основных автомагистралей, вокруг крупных промышлен ных объектов и отдельных городов.
3. Установить основные закономерности пространственного и внутри профильного распределения тяжелых металлов (ТМ) и канцерогенов (3,4 Бенз(а)пирен) (БП) в почвенном покрове и растительности естественных и антропогенных ландшафтов.
4. Определить радиоизотопный состав в выбросах крупных предпри ятий для характеристики промышленных объектов по классу опасности за грязнения.
5. Изучить состав и свойства осадков сточных вод промышленных предприятий и городских очистных сооружений и разработать рекоменда ции по их утилизации.
6. Составить карту-схему загрязнения г. Воронежа вредными ингреди ентами и определить техногенные зоны вокруг крупных предприятий ЦЧР 7. Выявить взаимосвязь между загрязнением окружающей среды и жизнеспособностью населения.
Теоретический вклад и научная новизна:
Разработаны новые методологические и методические подходы к изу чению влияния комплекса техногенных факторов на характер и динамику загрязнения компонентов биосферы ЦЧР.
Дана оценка основных источников загрязнения, изучены количест венный и качественный состав твердых и газообразных выбросов, а также объемы и биохимический состав осадков сточных вод.
Выявлены природа и особенности формирования ареалов техногенно го загрязнения атмосферы, почвы, растительности, водоемов, вокруг круп ных техногенных центров региона, городов, крупных промышленных объ ектов и вдоль основных автомагистралей.
Установлены основные закономерности пространственного распреде ления ТМ и БП в компонентах естественных и антропогенных ландшаф тов.
Изучены особенности геохимической миграции техногенных загряз нений в сопряженном ряду: объект загрязнения – атмосфера – почва – рас тение – водоем и дана ее количественная оценка.
Впервые определен радиоизотопный состав выбросов крупных про мышленных предприятий г. Воронежа и составлена карта-схема его за грязнения вредными ингредиентами. Исследованы состав и свойства осад ков сточных вод промышленных предприятий и городских очистных со оружений и разработаны приемы по их утилизации. Проведен анализ и вы явлена связь между загрязнением окружающей среды и жизнеспособно стью населения.
Защищаемые положения:
На защиту выносится концепция формирования ареалов техногенного загрязнения природных и антропогенных ландшафтов, базирующаяся на следующих положениях:
1. Пространственное и латеральное распределение вредных ингредиен тов, степень их аккумуляции в компонентах ландшафта определяются характером источника загрязнения, зоной его действия и типом ланд шафта.
2. Вокруг источника загрязнения формируются соответствующие (ло кальные) ареалы накопления вредных ингредиентов, геохимия кото рых определяется рельефом местности, характером растительного по крова и свойствами почв.
3. Степень техногенного загрязнения и формирование аномалий техно генного характера зависит от состава выбросов источника загрязне ния.
4. Разработанные приемы утилизации сточных вод промышленных предприятий и городских очистных сооружений способствуют суще ственному улучшению экологической обстановки городов и промыш ленных центров.
5. Загрязнение окружающей среды, природных и антропогенных ланд шафтов неразрывно связано с жизнеспособностью населения.
Практическое значение результатов исследований:
Выявлены основные источники техногенного загрязнения, дана им ка чественная и количественная характеристика и степень влияния на при родные и антропогенные ландшафты.
Создана база данных, более чем за тридцатилетний период, по содер жанию вредных ингредиентов в воздушном бассейне, водоемах и почвен но-растительном покрове в пределах Центральных областей России, кото рая служит основой разработки и проведения мониторинга и долгосрочно го прогнозирования состояния компонентов естественных и антропоген ных ландшафтов и разработки комплекса мероприятий по их рациональ ному использованию и охране.
Разработана технология использования городских и промышленных отходов в качестве органического удобрения в сельскохозяйственном про изводстве, имеющая важнейшее значение в решении практической про блемы их утилизации.
Результаты исследований используются областными и городскими комитетами по экологии и службами санитарного надзора. Фактический материал и основные теоретические положения работы используются при чтении курсов лекций по экологии и охране природы, фитотоксикологии почв и ландшафтов, техногенному загрязнению почв вредными ингредиен тами и др., читаемых на биолого-почвенном факультете ВГУ и заочном финансово-экономическом институте г. Воронежа.
Личный вклад автора.
Автору принадлежит: постановка проблемы, разработка методологии и программы исследований, закладка вегетационных, полевых мелкоделя ночных и производственных опытов, отбор и анализ образцов и проб воз духа, воды, почв и растительности на предмет накопления ТМ, БП и ра диоизотопов. Проведена систематизация и сравнительная обработка фон довых материалов, статистическая обработка, разработка концептуальных подходов к исследованию и оценке влияния техногенных факторов на объ екты биосферы.
В работе использованы материалы, полученные лично автором (80 %), при его активном участии и под его руководством в рамках научно исследовательских работ Государственного комитета РСФСР по делам науки и высшей школы по следующим проблемам:
- Изучить возможности применения ОСВ городских очистных соору жений в качестве удобрения сельскохозяйственных культур и способы снижения нитратов в овощах при интенсивной технологии. Номер госре гистрации 0187.0078032 (Тема 69/87), 1989 г.
- Разработка мероприятий по сохранению плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции ЦЧО в условиях техногенного загрязне ния окружающей среды в рамках КНТП Минвуза РСФСР «Человек и ок ружающая среда», номер госрегистрации 01890046147, 1990 г.
- Разработка приемов и методов использования сброженных осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений в качестве органиче ского удобрения, номер госрегистрации 8107869 (1993 г.) По тематике исследования в 1998 году автор награжден дипломом лауреата премии им. А.А. Пятунина по итогам работы в области экологии в Воронежской области и дипломом лауреата премии главы города Воро нежа в области охраны окружающей среды «За личный вклад в дело охра ны окружающей среды», 2002 г.
Апробация работы.
Результаты исследований были доложены на 3-х научных конферен циях Волгоградского СХИ (1974-1977 гг.), на заседании Всесоюзного гео графического общества (г. Москва, сентябрь 1976), на научных конферен циях Воронежского госуниверситета (1976, 1977, 1980, 1985-2006 гг.), на Всесоюзном симпозиуме по проблемам применения физических, химиче ских и биологических методов исследования (г. Ростов-на-Дону, 1976 г.), на заседании Воронежского отделения Всесоюзного общества почвоведов (1977 г.), на Всесоюзном совещании почвоведов-экспертов (г. Горький, 1979 г.), на научных конференциях Воронежского СХИ (1982-1985 гг.), на Всесоюзной конференции «Тяжелые металлы в окружающей среде и охра на природы», 1987 г., Научно-практической конференции «Энергоинфор мационные процессы в природе и обществе», Краснодар, 1990 г., на Меж дународных конференциях «Математика, образование, экология и гендер ные проблемы» (г. Воронеж, 1997, 2000, 2003 – 2005 гг.), на Международ ной конференции «Экология и жизнь-2000» (Великий Новгород, 26-28 ап реля 2000 г.), на Европейском конгрессе в ФРГ «Химическая промышлен ность и экология» (г. Галле, 5-6 февраля 2004 г.).
Публикации.
По результатам исследований опубликовано 82 научные работы, в т.ч.
3 монографии и 15 работ в изданиях, соответствующих списку ВАК. В пе риодической печати опубликовано более 15 статей по проблеме охраны природы.
Структура и объем диссертации.
Диссертация изложена на 299 страницах машинописного текста, включает 83 таблицы, 27 рисунков, 41 приложение. Работа состоит из вве дения 8 глав, выводов. Список литературы включает 345 наименований, в т.ч. 19 на иностранном языке.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектами исследования были естественные, культурные и техноген ные ландшафты в различной степени подверженные техногенезу: заповед ные участки (Каменная степь, Стрелецкая степь, Ямская степь и др.), тер ритории с/х предприятий, железорудные и другие карьеры, горно обогатительные, металлургические, химические и др. крупные комбинаты, заводы, крупные промышленные предприятия региона, сточные воды и осадки сточных вод городских очистных сооружений и сахарных заводов, почвы и растительность, твердые и газовые выбросы предприятий и др.
Данные объекты были выбраны с тем условием, что они определяют основную экологическую обстановку в регионе и исследование их влияния на окружающую среду имеет не только экологическое, но и экономико социальное значение. Для оценки содержания ТМ в почвах естественных ландшафтов послойно отбирались почвенные образцы различных подти пов черноземов до глубины 100-180 см. Вокруг отдельных источников за грязнения закладывались почвенные разрезы до глубины вскрытия мате ринской породы и послойно отбирались образцы почв на расстоянии 100, 300, 500, 1000, 5000 м от источника загрязнения. Почвенные разрезы за кладывались в наиболее типичных местах, что позволило изучить полный профиль почв с вскрытием всех горизонтов до глубины 1,5-2,0 метров. При этом во внимание принималось роза ветров, рельеф местности, раститель ный покров и другие факторы (ГОСТ 17.4.3.06-86).
Для исследования воздушного бассейна выбирались загрязненные участки городов и контрольные, где практически загрязнение отсутствует.
Критерием в выборе точек исследования на загрязнение и загазованность служили: а) для улиц – интенсивность движения автотранспорта, ширина улиц в красных линиях застройки и состояние зеленых насаждений;
б) для районов вблизи промышленных предприятий – характер и объем вредных выбросов предприятий.
Исследования состояния воздушного бассейна выполнялись согласно ГОСТ 17.2.6.01.86. Полевые камеральные и аналитические работы по от бору, описанию и анализу почв выполнялись согласно инструкции по об следованию почв (Общесоюзная инструкция, 1973) и общим требованиям по отбору проб при загрязнении (ГОСТ 17.4.3.01-83:СТСЭВ 3847-82). Ла бораторные исследования почвенных образцов проводились общеприня тыми методами (Аринушкина, 1983). При изучении сточных вод и их осадков придерживались требованиям ГОСТ 17.4.3.05.86 СТСЭВ 5297-85.
Контроль за загрязнением почв – по ГОСТ 17.4.3.04.85. Соли тяжелых ме таллов идентифицировались методом атомной абсорбции на установке Perking Elmer-703 и AAS-3;
канцерогены определялись методом скрикинга по ранее разработанной методике РД 52.04.186-89 на правах ГОСТ – по квазилинейчатым спектрам люминесценции в замороженных растворах с использованием эффекта Шпольского (1972) в ОНЦ АМН России. Изуче ние изотопного состава промышленных выбросов проводилось методом нейтронно-активационный анализа (НАА) с помощью Ge-Li детектора на 512-ти канальном анализаторе.
Математическая обработка результатов исследования и построение графиков осуществлялось с помощью стандартных пакетов программ.
2. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЦЧР Основными источниками загрязнения внешней среды в регионе явля ются города областного и районного подчинения, промышленные пред приятия и автомобильный транспорт, предприятия теплоэнергетического комплекса и др. При этом следует отметить, что как регион, так и каждая конкретная область характеризуется спецификой не только источников, но масштабом и степенью загрязнения природной среды.
Так, по Воронежской области основная доля загрязнений приходится на автомобильный транспорт (более 356,5 тыс. т. в год), а выбросы про мышленных предприятий за последние 20 лет снизились со 160 тыс. т. в 1985 году до 56,1 тыс. т. в 2005 году, что обусловлено остановкой произ водства на многих предприятиях. Среди предприятий области основная масса загрязнителей приходится на ОАО «Минудобрения» г. Россошь, ОАО «Воронежсинтезкаучук», цементные заводы, ТЭЦ, города областного и районного подчинения.
Основная доля загрязнений по Белгородской области приходится на предприятия горнорудной промышленности системы КМА, ОЭМК, пред приятия топливно-энергетического комплекса, нефтехимическая промыш ленность, металлургия, строительный комплекс, ОАО «Старооскольский цементный завод», карьеры по открытой добычи руды и горнообогати тельные комбинаты (ГОКи).
В Белгородской области насчитывается 111 крупных промышленных предприятий на которых имеются 5,8 тыс. стационарных источников за грязнения, выбрасывающих около 100 тыс. т. вредных веществ в год и бо лее 287 тыс. единиц автотранспорта, на долю которых приходится пример но 168 тыс т. выбросов. В загрязнении воздушного бассейна доминирую щее положение занимают ОАО ОЭМК – 35,2 %, ОАО ЛГОК – 21,7 %, ОАО Осколцемент – 9,6 %, ЗАО Белгородцемент – 6,9 %. В настоящее время и на перспективу область ориентирована на развитие горнорудной промышленности и влияние этой отрасли существенно осложняет эколо гическую ситуацию. Ежегодная добыча более 45 млн. т. руды в системе КМА привело к возникновению выемок глубиной 250-350 м и отвалов вы сотой до 40-80 м. Общая площадь прямого нарушения земель карьерами и отвалами превысила 60 тыс. га.
В Курской области среди стационарных источников загрязнения так же особое место занимают предприятия системы КМА, машиностроения, химической и нефтехимической промышленности. До 75 % выбросов при ходится на транспортный комплекс (более 132,5 тыс. т/год) и промышлен ные предприятия (более 18,5 тыс. т/год). Работами горно-обогатительных комбинатов нарушено 11 тыс. га плодородных земель. Радиационный мо ниторинг на территории области (здесь расположена Курская АЭС) свиде тельствует об отсутствии радиоактивного загрязнения. От специфики ра боты предприятий г. Курска, его центральная часть загрязнена Ni, Hg, Pb;
западная часть - Be, As;
южная - Cd, Sb;
восточная - W. Вокруг аккумуля торного завода отмечается повышенное загрязнение свинцом.
Среди областей ЦЧР Липецкая область выделяется по развитию чер ной металлургии, машиностроению, металлообработки, химической про мышленности и автотранспорту.
Предприятия данного направления расположены в гг. Липецк, Елец, Данков, Усмань, Грязи. Суммарный выброс промышленного комплекса превышает 406 тыс. т (НЛМК – 360 тыс. т/год) от транспортного комплек са – 231 тыс т/год. В г. Липецке основной загрязнитель – НЛМК = 88 % всех выбросов, в г. Ельце – агрегатный завод, в Данкове – химический за вод и животноводческие комплексы. На промплощадках НЛМК складиро вано более 10 млн. т отходов всех классов опасности. В р. Воронеж НЛМК ежегодно сбрасывает до 60 млн. м3 сточных вод.
По Орловской области ведущую роль в загрязнении играет автотранс порт – 91,5 тыс. т/год и стационарные источники до 17 тыс. т/год. Среди стационарных источников загрязнения 21 % приходится на Должанское управление магистральных газопроводов, 15 % на ТЭЦ-1 г. Орел, 6,5 % на ОАО «Орловский» сталепрокатный завод и др.
По Тамбовской области, как и в других, основная масса вредных вы бросов приходится на транспортный комплекс (до 170 тыс. т/год) и ста ционарные источники (до 25 тыс. т/год). Основные стационарные источ ники загрязнения – химическая промышленность, текстильная, производ ство гальванического оборудования, асбестовых и резиновых изделий и др.
3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА, ВОДОЕМОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ 3.1. Тяжелые металлы в почвах Воронежской области Аккумуляция и миграция ТМ в почвах естественных ландшафтов оп ределяется типом почвообразования (Виноградов (1953);
Адерихин, Про тасова (1973, 1978, 1981);
Ахтырцев и др. (1999);
Протасова, Щербаков (2003);
Джувеликян (1996, 1999, 2005);
Липатов, Вежливцева (2006)). Доб ровольский (1997, 2004), Ладонин (2003) утверждают, что 50% всего ко личества ТМ, находящихся в твердой фазе почвы связаны с гидроксидами железа. Часть ТМ прочно связана с глинистыми минералами, а обменные формы, связанные как с минералами, так и с органическим веществом, со ставляют малую часть от общей массы ТМ в профиле почв.
Загрязнение почв ТМ особенно четко проявляется на локальном уров не в радиусе от 1 – 2 до нескольких десятков километров от источника за грязнения. Глазовская (1989, 1994) отмечает, что в почвах действуют ме ханизмы, приводящие к трансформации техногенных потоков ТМ. Одни из них понижают миграционную способность (тяжелый грансостав, ней тральная или слабощелочная среда, высокое содержание гумуса и т.д.) и переводят ТМ в малоподвижные и неподвижные формы, другие условия (легкий грансостав, низкий уровень рН (менее 5), низкое содержание гуму са и т.д.) способствуют мобилизации ТМ, что отрицательно сказывается на экологической обстановке.
Полученные нами данные показывают, что характер вертикального распределения ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов су щественно различается. Для техногенных ландшафтов независимо от типа почвы характерен регрессивно-аккумулятивный тип распределения ТМ, проявляющийся в накоплении металлов в верхнем гумусовом горизонте почвы и резком снижении с глубиной.
Внутрипрофильное распределение ТМ в почвах естественных ланд шафтов Воронежской области (Каменная степь), характеризуется увеличе нием количества ТМ с глубины 50 – 60 и 80 – 90см (рис. 1). В иллювиаль ных горизонтах этих почв наблюдается биогеохимическая аккумуляция ТМ. Количество их в этих горизонтах в 1,5 – 2 раза выше, чем в верхнем гумусовом слое. Однако по количественному составу только концентрация Pb и Cd превышают ПДК, тогда как количество остальных элементов на ходится на уровне фона. Из этого следует, что если почва содержит в гу мусовом горизонте меньше элементов-токсикантов, чем в материнской по роде, то такую почву можно считать незагрязненной по этому элементу, что вполне согласуется с выводами других авторов (Добровольский, 1999;
Мажайский, 2003;
Ильин и др., 2003;
Пляскина, Ладонин, 2005 и др.).
Анализ профильного распределения ТМ в почвах естественных ланд шафтов Каменной степи показало, что содержание их находится в обрат ной зависимости от содержания гумуса в профиле почв (Рис. 1).
ТМ а в с Рис. 1. Тяжелые металлы в почвах Каменной степи а – лесополоса;
в – некосимая залежь;
с – пашня.
Коэффициент корреляции колеблется от (– 0,60) до (– 0,87), что говорит о высокой обратной зависимости между гумусом и ТМ. В пахотных почвах этот критерий снижается относительно некоторых металлов (Pb, Cd, Co, Ni). Резуль таты физико-химических исследований этих почв свидетельствуют, что реак ция почвенного раствора в верхней части профиля нейтральная и имеет тенден цию к подщелачиванию с глубиной, содержание гумуса высокое и среднее в верхних горизонтах и постепенно снижается вниз по профилю. Обеспеченность почв P2O5 средняя, K2O – высокая. Почвы имеют глинистый и тяжелосуглини стый гранулометрический состав. Сумма фракций менее 0,01 мм с глубиной возрастает. Корреляционная связь между ТМ и механическими фракциями сла бо выражена. Определенная зависимость наблюдается между ТМ и фракцией мелкой пыли в почвах, взятых под лесополосой;
между крупной пылью и ТМ в почвах косимой залежи и песчаной фракцией на пашне.
Концентрация Zn, Cu, Cr, Co по всему профилю почв находится на уровне фона, хотя прослеживается тенденция их возрастания с глубины 90 – 100 см.
Содержание Pb, Cd, Ni в верхней части профиля находится на уровне фона, а с глубины 90 – 100 см возрастает с превышением ПДК, достигая максимального значения в материнской породе.
На незагрязненных ландшафтах почвы, сформировавшиеся на лессовидных суглинках, наследуют особенности элементного состава материнской породы.
Анализируя вышеизложенное можно заключить, что содержание большин ства ТМ (Zn, Pb, Cu, Cd, Co, Cr, Ni) в почвообразующих породах (лессовидные глины и суглинки) Воронежской области более высокое, чем в верхней части гумусового профиля. Распределение их тесно связано с минералогическим со ставом. Почвообразующие породы являются источниками ТМ и в значительной мере обуславливают их содержание в почвах.
Между растворимыми формами ТМ и гумусом наблюдается обратная кор реляционная связь.
В гумусовом горизонте исследованных черноземов содержание ТМ не пре вышает допустимые нормы и находится на уровне фона, вследствие чего такие почвы можно считать незагрязненными ТМ.
3.2. Тяжелые металлы и нефтепродукты в донных отложениях Воро нежского водохранилища и их влияние на гидробиологический режим Воронежское водохранилище создано в 1972г. в нижнем течении реки Во ронеж – типичной средней реки лесостепной зоны. Более трети акватории во доема расположено в границах г. Воронежа – крупного промышленного центра ЦЧР. Длина водохранилища – 35 км, ширина – 2 км. По морфометрическим па раметрам оно относится к классу средних искусственных водоемов, по средним глубинам – к неглубоким (Мишон (1996);
Курдов (1998)). В шести местах во дохранилище перегорожено дамбами и мостовыми переходами, что оказывает существенное влияние на гидробиологический и гидрологический режимы. Зо на мелководий (до 2 м) составляет 19,7 км2 или 33 % площади водохранилища, переходная зона средних глубин (2 – 5 м) занимает 30 км2 или 50 % площади и глубоководная зона (свыше 5 м) занимает 10,2 км2 или 17 % – в основном со средоточена в приплотинной части (Рис. 2).
Место отбора № Нефтепродукты, Pb Cd Zn Cu Mn Cr Fe образца п/п мг/кг Верхняя зона, район ± 3,0 ± 0,63 0,4 ± 0,12 7,9 ± 2,8 3,7 ± 1,04 32,6 ± 11,8 1,1 ± 0,17 1091,0±349,1 60,0 ± 18, Зона северно го моста (правый бе- 11,0 ± 2,31 0,4 ± 0,12 12,4 ± 4,5 2,1 ± 0,6 53,3 ± 18,12 619,0 ± 198,1 66,6 ± 19, 2 0, рег) Место отбора № Нефтепродукты, Pb Cd Zn Cu Mn Cr Fe образца п/п мг/кг Средняя зона, центральный 3 37,0 7,77 2,0 0,6 ± ± ± 55,9 ± 20,12 16,6 ± 4,65 341,9 ± 64,7 540,0 ± 162, 2 1452,0±464, участок между Северным мос том и Отрож Место отбора № Нефтепродукты, ± ± 492,9 ± 78,9 ± кой (левый бе-п/п4 48,0 ± 10,1 3,8Cd ± 1,14 ±0,06 1577,0±504,6 244,4 ± 343, Pb 80,5Zn 29,0 26,7Cu7,48 Mn 0,4 Cr Fe образца мг/кг рег) Нижняя зона, ± ± ± ± 5 248,0 ± 52,1 29,0 ± 8,82 ± ± 925,0±166,5 391,0±53,3 317,0±50,72 120,9±18,141538,0±492,2 2700,0±810, 80 м ниже стока ОС, Рис. 2. ТМ и южнее Вогрэ нефтепродукты в совского мос- 6 326,0 ± 68,5 45,0 ± 13,7 ± ± ± 1286,0±381,2 665,0 ± 93,1 ± ± 766,0±122,6 301,4±45,2 1597,0±511,0 8333,3±2500, та (левый бе донных отложениях рег) Воронежского водо хранилища В водоохранной зоне водоема расположено 8 городских водозаборных станций. Основными предприятиями, использующими техническую воду явля ются ТЭЦ-1, ОАО «Воронежсинтезкаучук», «Воронежшина», ОАО «ВАСО» и др., которые ежегодно из водохранилища забирают до 90 млн. м3 воды. Ежесу точно в водоем сбрасывается свыше 500 тыс. м3 стоков, из которых более поло вины являются загрязненными. Ежегодный объем сброшенных сточных вод в последние годы составляет 150 – 170 млн. м3. Валовый сброс в водоем загряз няющих веществ составляет по общему азоту 60 – 110 тыс. т, фосфатам – 130 – 170 тыс. т, нефтепродуктам – до 40 т, железу – до 26 т, по СПАВ – до 57 т, по Zn и Cr до 1,5 т в год (Тулакин и др., 2003). Донные отложения водохранилища аккумулируют поллютанты как приносимые в верховье из р. Воронеж, так и поступающие через конусы выноса ливневых систем, промышленных и хозбы товых стоков города. Ранее отмечалось (Жердев и др., 2003;
Чубирко и др., 2003;
Смирнова и др., 2001) наличие в донных отложениях крайне высоких концентраций Fe и Mn. Если в воде превышение ПДК по основным ингредиен там составляло 1,5 – 3 раза, то в донных отложениях – до 20 ПДК. В донных отложениях северной части водоема содержание Mn и Fe превышало их содер жание в воде на 4 порядка, Cu – 2 – 3 порядка, Cr6+ на 3 – 5 порядка.
Наши исследования донных отложений водохранилища свидетельствуют о постепенном возрастании от верховья вниз по течению концентрации Cu и Cr – на два порядка, Mn – в 6 – 24 раза, Fe –1,4 – 2,6 раза, нефтепродуктов на два по рядка (8,3 г/кг). Порядок величин концентрации ТМ в водах р. Дон и р. Тихая Сосна совпадает с таковыми для верховья водохранилища, на основании чего показатели, характерные для верховья, можно считать фоновыми для нашего региона. Отмечено относительно благополучное развитие донной фауны в вер ховье с высокими показателями обилия и видового, информационного, трофи ческого разнообразия, их изменение в средней зоне и деградация бентосных со обществ в зоне сильного локального нефтяного и химического загрязнения, со вмещенного с термофикацией в районе сброса левобережных очистных соору жений. Основными техногенными источниками химических загрязнений воды водохранилища и донных отложений являются промышленные предприятия, ливнестоки, котельные, канализационно-насосные станции и неэффективная работа очистных сооружений. Причины накопления вредных ингредиентов в донных отложениях заключаются в отсутствии промывного режима иловых от ложений и абсолютной неэффективности природоохранных мероприятий.
Наши исследования почвенного покрова и водоемов (режимные наблюде ния проводились последние 5 лет), а также участка лесного массива, располо женного в 30 км северо-восточнее г. Воронежа на берегу р. Усманка (комплекс ВГУ «Веневитиново») свидетельствуют, что как в питьевой, так и в речной во де концентрация вредных ингредиентов (более 30 показателей) не превышают нормы ПДК, за исключением бора(превышение ПДК в 7,2 раза и фтора в 1,6– 1,7 раза). В виду того, что основными антропогенными источниками поступле ния бора и фтора в окружающую среду могут быть сточные воды металлургии, машиностроения, текстильного, керамического, стекольного, кожевенного про изводства, также бытовые сточные воды, и учитывая, что вышеперечисленные источники локального загрязнения в конкретном случае отсутствуют, можно с определенной достоверностью утверждать, что относительно повышенное со держание бора и фтора в питьевой воде имеет естественное происхождение, на что указывают отдельные исследования (Вредные химические вещества, 1988) 4. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ 4.1. Автомобильный транспорт как основной источник загрязнения В последние годы проблема загрязнения внешней среды выбросами авто транспорта принимает угрожающий характер (Никифорова, 1976, 1983;
Джуве ликян, 1980, 1996, 1999;
Скворцов, 2000;
Подольский и др., 1999). Среди ток сичных выбросов приоритетными загрязнителями считаются ТМ, канцерогены и отработанные газы двигателей внутреннего сгорания, где содержатся более 170 токсичных ингредиентов, из которых 160 – производные углеводороды от неполного сгорания топлива. Наши исследования проводились на основных улицах г. Воронежа и автомагистралях федерального назначения Воронеж – Москва, Воронеж – Ростов и др.
С целью определения уровня загрязнения и загазованности воздуха и поч вы вдоль автодорог г.Воронежа нами были обследованы многие транспортные потоки в период с 1976 по 1980 гг. и с 1999 по 2005 гг.
Таблица Интенсивность движения транспортного потока на основных улицах г. Воронежа и загрязнение атмосферы Кол-во автомашин в двух направлениях в Наименование Выбросы автомашин за 1 час на 1 км пути за 2005 г. (в кг) часы улиц пик (за 1 час) 1975 г. 2005 г. СО Углеводороды Оксиды Сажа SO2 Pb азота Проспект 2500- 7000- 175,0 14,0-16,0 9,9-11,2 4,0-6,0 2,0-3,0 0, Революции 3000 8000 200, Московский 2000- 7500- 187,5 проспект – 14,2-15,1 10,5-11,9 4,2-6,6 1,1-1,5 0, 2800 8500 212, Плехановская 2000- 7000- 175,0 20 лет Октября 14,0-16,0 9,9-11,2 4,0-6,0 2,0-3,0 0, 2500 8000 200, ул. Степана 2000- 7500- 187,5 14,2-15,1 10,5-11,9 4,2-6,6 1,1-1,5 0, Разина 2500 8500 212, Часть Ленинского 1500- 7500- 187,5 проспекта и 14,2-15,1 10,5-11,9 4,2-6,6 1,1-1,5 0, 2000 8500 212, ул. Димитрова ул. Транспортная 800- 7000- 175,0- 14,0-14,2 9,9-10,5 4,0-6,0 2,0-3,0 0, 1500 7500 187, ул.9-го Января 1000- 6000- 150,0- 12,0-14,0 9,0-9,9 2,6-3,0 1,3-1,8 0, 2000 7000 175, ул. Матросова 1500- 6000- 150,0- 12,0-14,0 9,0-10,0 4,4-6,6 2,0-3,0 0, 2500 7000 175, ул. Ворошилова 800- 6000- 150,0- 12,0-14,0 9,0-9,9 2,6-3,0 1,3-1,8 0, 1500 7000 175, ул. Острогожская 1500- 6000- 150,0- 12,0-14,0 9,0-9,9 2,6-3,0 1,6-1,8 0, 2000 7000 175, Исследования показали (табл. 2), что улицы с интенсивным потоком машин (7000–8000 единиц в час) наиболее сильно загрязнены выбросами авто транспорта. Изучение вредных ингредиентов в атмосферном воздухе у перекре стков и вдоль дорог с интенсивным автопотоком свидетельствует о их повы шенном содержании в воздухе. Средние многолетние концентрации этих пока зателей превышают допустимые санитарные нормы и несут угрозу здоровью населения. Из таблицы 2 следует, что на каждом километре пути ежечасно (в часы пик) в атмосферу попадают сотни килограмм СО, десятки килограмм уг леводородов, NO2, SO2 и тд. Вдоль этих лиц и у перекрестков в почвах и снего вом покрове содержание ТМ и БП превышают фон и ПДК.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в современных условиях в крупных городах основным источником загрязнения воздушного бассейна яв ляется автомобильный транспорт, на долю которого приходится более 80% всех выбросов. Проблема с выхлопными газами автотранспорта – серьезная соци альная задача решить которую довольно сложно. Большое значение в очистке воздуха от выбросов автотранспорта и предприятий играют зеленые насажде ния. Устойчивые виды растений способны накапливать и обезвреживать значи тельные количества различных веществ - токсикантов. По мнению специали стов 1 га зеленых насаждений способен поглотить за вегетационный период до 400 кг SO2, 40 кг F, 180 кг NOx, 100 кг Cl и др. Исходя из этого можно планиро вать санитарно-защитные зоны вокруг предприятий и вдоль автодорог.
Кроме того, для снижения вредных автомобильных выбросов необходим неэтилированный бензин, катализаторы дожигатели отработанных газов, хоро шие дороги, высокая скорость движения и усовершенствованный двигатель.
4.2. Загрязнение почвенно-растительного покрова вдоль автомагистралей Определение ТМ в почве и растительности проводили на территориях, расположенных вдоль автострад Москва–Воронеж, Воронеж–Саратов, Воро неж–Ростов. При этом учитывали роль защитных насаждений в распростране нии ТМ, зависимость содержания их от гранулометрического состава почв и рельефа местности. Контролем служили участки полей, удаленные от автостра ды более чем на 300 м.
Результаты исследований (табл. 3 и 4) показали, что накопление ТМ расти тельностью и почвой в значительной степени зависит от рельефа местности, направления ветра и количества транспортного потока, скорости движения, ти па машин, удаленности от дороги и наличии защитных насаждений вдоль авто магистрали.
Полученные данные (табл. 3) показывают, что растительность придорож ной полосы шириной до 10 м подвержена сильному загрязнению поскольку в образцах обнаружена повышенная концентрация ТМ. Среди культурной расти тельности в значительно большей степени ТМ накапливаются в биомассе под солнечника, люцерны, многолетних трав, меньше – в злаках и кукурузе. Наи большее количество ТМ обнаружено в опаде лесополос и разнотравье между дорогой и лесополосой.
Таблица Накопление ТМ в растительных образцах вдоль автодорог, мг/кг Расстояние К-во от полотна образцов Cu Zn Mn Pb Cd Co Mo Cr Fe дороги, м 5 – 15 7 2,8–7,6 22,2–30,1 48,6–200 2,8–12,0 0,3–0,9 0,0–6,0 2,4–12,5 0,0–1,4 173– 5,5 26,4 104,1 7,6 0,4 2,1 10,4 0,5 675, 50 – 75 12 2,1–8,7 16,1–28,4 11,5–224,4 1,3–7,6 0,07–0,48 0,0–8,7 1,8–10,6 0,0–1,1 54– 4,7 24,9 71,5 2,8 0,28 2,6 8,1 0,5 310, 100 – 150 13 1,9–6,9 15,3–27,1 12,0–125,1 1,5–3,1 0,0–0,3 0,0–3,5 0,0–18,2 0,0–1,0 38– 5,2 23,9 83,6 2,6 0,26 2,6 7,2 0,4 481, Таблица Содержание подвижных форм ТМ в почвах вдоль автодорог, мг/кг Расстояние К-во от полотна образцов Cu Zn Mn Pb Cd Co Mo Cr Fe дороги, м 5 – 15 27 0,6–1,2 19–11,1 5,1–62,5 4,3–11,6 0,33–0,9 0,5–10,1 1,8–7,1 0,4–1,7 0,9–23, 0,9 4,7 18,0 6,3 0,41 1,4 4,2 0,8 8, 50 – 75 39 0,1–0,9 2,2–6,3 1,9–418,5 1,7–8,5 0,18–0,5 0,5–3,1 1,8–6,6 0,2–1,0 4,0–27, 0,6 3,3 17,6 4,8 0,35 1,31 4,2 0,6 7, 100 – 150 39 0,4–0,8 1,9–15,2 3,6–55,9 1,6–8,5 0,16–0,5 0,4–2,8 0,5–3,8 0,2–0,9 5,0–30, 0,6 3,3 15,3 3,4 0,26 1,2 3,0 0,5 6, ПДК 3 23 1500 6,0 0,5 5,0 5,0 6,0 Примечание. В числителе – минимальное и максимальное содержание ТМ, в знаменателе – среднее содержание ТМ В связи с этим целесообразно на участках вдоль автодорог, незащищенных лесополосами, высевать злаки, а не кормовые культуры, а также не рекоменду ется выпас скота и покос сена на корм. В загрязненных зонах полевых ланд шафтов следует выращивать семенники кормовых и технических культур и за претить сбор плодов, грибов, ягод в лесных ландшафтах.
Результаты исследования почвенного покрова показали (табл. 4), что ос новная масса ТМ оседает в придорожной полосе на удалении 10 – 20 м, где об наружено превышение ПДК по Pb в 1,5 раза в верхнем 0–30–сантиметровом слое почв. Особо заметное накопление ТМ наблюдается на участках с пони женным рельефом. На расстоянии до 100 м от трассы содержание в почве Zn, Mn, Fe, Pb, Cd, Co, Mo и Cr в депрессиях рельефа оставалось повышенным по сравнению с ровными участками. Очевидно, накопление ТМ в отрицательных элементах рельефа вызвано стоком пылевых частиц с полотна дороги с талыми и дождевыми водами.
В целом, полученные данные позволяют утверждать, что основная масса выбросов автотранспорта оседает в непосредственной близости от автодорог, причем зона наибольшего загрязнения ТМ и канцерогенами занимает полосу шириной до 10-20 м.
Лесополосы вдоль автодорог служат барьером на пути распространения вредных выбросов. На не защищенных лесополосами участках (75–100 м) от мечается повышенное содержание ТМ по сравнению с фоном.
Для эффективного снижения вредных выбросов автотранспорта целесооб разно рекомендовать примагистральные посадки деревьев с густыми кронами и кустарники. Конструкция лесных полос должна быть ажурно-плотной, пород ный состав – смешанным (Павловский, 1990). Установлено, что двухрядная по садка деревьев с кустарником высотой 1,5 м может снизить концентрацию свинца на 65%.
4.3. Загрязнение городских почв вредными ингредиентами О необходимости поддерживать городские почвы чистыми писал еще А.П.
Доброславин (1878), который указывал, что в различных городах люди заболе вают различными болезнями и причины тому разные, но в большинстве случа ев они зависят от земли, на которой они живут. Такое заключение правомерно и в наши дни.
Данные показывают (табл. 5), что в почвах и снеговом покрове вдоль ма гистральных улиц содержание солей ТМ и канцерогенов в отдельных случаях превышает допустимые нормы. Из всех обследованных городских почв (табл.
5), в 45 образцах обнаружено превышение ПДК по ТМ. В 22 образцах почв об наружено превышение ПДК до 5 раз по хрому, до 2 раз по цинку. По остальным тяжелым металлам превышение ПДК незначительное. Наиболее высокие кон центрации ТМ в почвах отмечены в местах высокой транспортной нагрузки у светофоров, перекрестках дорог, на подъемах и др.
Установлено, что вблизи автомагистралей задерживается и включается в природный геохимический цикл до 50% свинца, выбрасываемого автотранс портом, из которых 70–80% оседает на поверхность растений и только 20–30% поступает в их ткани.
Таблица Подвижные формы солей ТМ и БП в почвах г. Воронежа Содержание элемента Содержание элемен- Кол-во Всего Всего с превыш.
в слое та в слое образ образцов Элемент исслед. ПДК в исслед.
Кол-во ПДК 0-5 см, мг/кг 0-5 см, мг/кг цов образ- образ почве, с пре цов мг/кг цов выш.
ср. ср.
min max min max почв почв ПДК Левый берег Правый берег Pb 36 6 1,3 6,8 4,1 2 52 2,7 6,8 3,5 Cr 34 6 0,8 39,3 4,3 10 57 0,3 26,3 1,4 Ni 35 4 0,8 7,5 3,3 2 52 0,99 6,1 3,5 Нет Нет Cu 32 3 0,05 1,2 0,3 52 0,05 0,6 0, Co 35 5 0,1 6,0 2,9 2 52 2,0 6,0 3,0 Zn 34 23 2,7 46,7 3,5 2 52 2,4 43,2 5,4 Нет Cd 34 0,1-0,5 0,09 3,0 0,85 52 0,1 25,0 0,8 700 Нет Нет Mn 35 3,6 30,6 - 52 11,0 149,7 В целом по городу (мкг/кг) БП 89 20 0,9 182,3 26,0 БП (в почвах 10 20 3,6 60,0 29,6 школ) БП (в почвах 9 20 1,3 152,2 50,0 детских садов) Анализ полученных результатов (табл. 5) свидетельствует, что на отдель ных локальных участках городских почв обнаружено повышенное содержание Zn, Cd, Pb, Ni, Cr, и Co в сравнении с фоном. Строгой закономерности в рас пределении ТМ по профилю не наблюдается, хотя прослеживается тенденция накопления их в верхних слоях почв.
Из данных таблицы 5 видно, что в почвах города не происходит накопле ние Cu и Mn, а концентрация Cr превышает ПДК в 22 образцах из 91. В от дельных почвах города идет постепенное накопление Pb, Ni, Co. Во всех образ цах содержание Cd выше фона и ПДК.
Анализируя многолетние исследования почв г. Воронежа (Х.А. Джувели кян, 1996, 1999, 2003, 2004, 2006), можно констатировать, что накопление ТМ происходит в почвах, залегающих вокруг отдельных стационарных источников загрязнения у перекрестков и вдоль автодорог.
4.4. Техногенное загрязнение внешней среды и накопление канцерогенов в почвенном покрове В крупных городах с развитыми промышленностью и автотранспортом в результате дымовых выбросов фабрик и заводов, а также выхлопных газов ав тотранспорта в окружающую среду поступает до 15 ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), в частности БП (3,4 – бенз(а)пирен).
В атмосфере города находятся сотни тонн пылевых загрязнений. Учитывая при этом концентрацию ПАУ в загрязнениях атмосферного воздуха, можно предположить, что на почвы города в течение года оседает несколько десятков килограммов различных канцерогенных углеводородов.
Результаты определения БП в снеговом покрове г. Воронежа показывают (табл.6), что максимальная его концентрация (1450 мкг/кг снежной пыли) отме чается на крупных автомобильных развязках, характеризующимися высокой интенсивностью движения автотранспорта, небольшой скоростью, частыми пе регазовками и остановками. В таких условиях наблюдается максимальный вы брос с выхлопными газами как оксида углерода, так и БП. Значительное содер жание БП (157,3 мкг/кг пыли) обнаруживается вокруг автозаправочных стан ций, где высокие интенсивность и скорость движения автотранспорта (до машин в час в двух направлениях).
Таблица Статистические показатели содержания БП в снежном покрове вдоль автодорог г. Воронежа в мкг/кг Место отбора снеговых проб M m Подъем по ул. Степана Разина 1450,0 17,0 47, АЗС на Задонском шоссе (бордюр) 157,3 1,8 5, АЗС по ул. Урицкого (50 м от дороги) 33,9 0,4 1, 50 м от Задонского шоссе 27,7 0,8 2, 20 м от ул. Ленинградской 27,7 0,6 1, 50 м от Задонского шоссе 27,3 0,6 1, 10 м от проспекта Труда 24,0 0,9 2, В бывшем Брикмановском парке 13,7 1,9 5, (25 м от дороги) В Ботаническом саду ВГУ 8,2 1,9 5, В остальных образцах содержание БП ниже, причем самая низкая концен трация обнаружена в образцах из Ботанического сада ВГУ (8,2 мкг/кг пыли).
Результаты свидетельствуют о прямой зависимости загрязнения БП снегового покрова и почвы от интенсивности движения автотранспорта и влияния пред приятий. В верхних горизонтах почв вокруг ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, Вагоностроитель ного завода им. Тельмана, АООТ «Авиастроительного предприятия» (ВАСО), ОАО «Синтезкаучук» концентрация БП достигает соответственно: 182,3;
135,4;
110,0;
58,0;
48,0 мкг/кг почвы, что превышает ПДК (20 мкг/кг). Сравнительно высокая концентрация БП в почвах объясняется характером (технологией) ра боты предприятия. Во всех исследованных почвах (более 200) содержание БП превышает фон, а в местах высокого загрязнения и ПДК. Особо тревожная си туация сложилась в почвах, взятых у перекрестков, участков детских садов, школьных участков.
Из 10 почвенных образцов взятых с 10 школьных участков в 8 случаях концентрация превышает ПДК до 3 раз, а в 5 детских садах из 9 – до 7 ПДК.
Как правило, в замкнутых пространствах, где слабое проветривание, интенсив ный поток транспортных средств, содержание БП в почвах выше, чем на от крытой местности.
Участки, наиболее подверженные загрязнению солями ТМ и БП, как пра вило и наиболее загазованы оксидами серы и азота, окисью углерода, пылью и др.
Онкологи утверждают, что на участках почв, где концентрация БП превы шает норму, подавлена деятельность большинства микроорганизмов, и в таких условиях создается благоприятная среда для развития кишечной палочки. Ве роятно, не случайными являются частые кишечные заболевания в детских са дах.
4.5. Влияние техногенного загрязнения на зеленные насаждения Зеленые насаждения в городах – неотъемлемая часть городской среды. Яв ляясь важнейшим компонентом структуры ландшафта города, они формируют экологическую среду, благоприятно влияют на микроклимат, гигиенические условия, морально-психологическое состояние горожан и т.д.
Результаты, приведенные в табл. 7, показывают, что продуктивность фото синтеза существенно изменяется в зависимости от степени загрязнения листьев.
Так, у растений, листья которых были очищены от пыли и сажи (промыты во дой) продуктивность фотосинтеза составила 4,155 – 5,132 г/м2, а у деревьев, ли стья которых не были подвержены предварительной очистке и промывке эта величина варьировала от 3,022 до 4,1154 г/м2 листовой поверхности. Данные показывают, что чем выше загрязнение атмосферного воздуха (вокруг предпри ятий), тем ниже продуктивность. В условиях сильного загрязнения на листовую поверхность оседает большое количество твердых примесей. В условиях мак симального загрязнения (вблизи предприятий) на 1 м2 листовой поверхности оседает за сутки от 95 до 129 мг твердых примесей, которые со временем смы ваются дождями на поверхность почв. Некоторые деревья задерживают от до 86% пыли.
Для выявления влияния твердых частиц на микроэлементный состав ли стьев различных древесных пород нами были отобраны образцы листьев с де ревьев, которые произрастают на различных расстояниях от источников загряз нения окружающей среды. Листья с данных деревьев очистке не подвергались.
В качестве контроля использовали аналогичные деревья, растущие на террито рии ботанического сада ВГУ и Шипова леса. Результаты спектрального анализа свидетельствуют, что в листьях, отобранных в зоне действия некоторых пред приятий, содержание химических элементов намного превышает контрольные величины. В частности, в листьях, произрастающих на деревьях возле УАО "Воронежпресс", ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, содержание Fe, Al, Mn, Ti и других элементов на 1–2 порядка выше, чем в контрольных образцах. Высокое содержание Мn (1859 мг/кг сухого вещества), Fe (1477,3 мг), Ва (38,9 мг), А1 (3895,5 мг) и дру гих макро- и микроэлементов в листьях растений, расположенных в зоне влия ния предприятия, объясняется тем, что в процессе производства этого предпри ятия используются высокомарганцовистые стали и ряд других металлов с большим содержанием в них перечисленных микроэлементов.
Таблица Расчет накопления сухого вещества листьями тополя пирамидального Площадь листьев, см2 Масса листьев, г Масса черенков и денных к контро Привес черенков фотосинтеза г/м ных к контролю, рого вещества за Продуктивность после приведен Накопление сы Масса черенков Масса черенков листьев, приве после опыта, г фактич., г 3 суток, г Вариант за сутки лю, г приведен к приведен к г фактич. фактич.
контролю контролю УАО «Воронежпресс» I 1759,8 1487,5 14,8178 13,3702 3,5976 0,5232 3,5166 16,8868 1,9512 4, II 1504,4 1487,5 13,1910 13,0436 3,3436 0,2686 3,340 16,3836 1,448 3, 3,0744 3,0744 14, – – – III 1487,5 1487,5 11,8612 11, АООТ «Воронежшина» 5,0746 5,1526 23, 1,0026 3,4273 4, I 2550,8 2749,4 17,3932 18, 4,901 4,813 22, 0,828 3,4923 3, II 3076,2 2749,4 20,3097 18, 4,073 4,073 20, – – – III 2749,4 2749,4 16,3997 16, Московский проспект 6,336 6,353 30, 0,120 4,381 5, I 2483,1 2845,4 20,738 23, 6,778 6,871 29, 0,562 3,513 4, II 2442,1 2845,4 19,2068 22, 6,216 25, – – – III 2845,4 2845,4 19,519 19,519 6, Примечание. Вариант I – побеги окольцованные, промытые, после 3 дней опыта;
вариант II – побеги окольцованные, непро мытые, после 3 дней опыта;
вариант III – побеги (контроль) до опыта.
В листьях, отобранных в зоне действия некоторых предприятий, содержа ние химических элементов намного превышает контрольные величины. Повсе местно на территории города и вблизи предприятий и автомагистралей обнару жены увядшие, засохшие, скрученные, с болезненными пятнами листья. В ус ловиях высокого загрязнения деревья гораздо раньше теряют листья, чаще вы сыхают и погибают, чем в контрольных точках. При этом особенно страдают растения хвойных пород.
В целом все виды выбросов в атмосферу отрицательно воздействуют на рост и развитие растений, в результате чего продолжительность их жизни на много короче, чем произрастающих вне города. В то же время растения своей листовой поверхностью удерживают и поглощают ряд вредных веществ, выде ляют в атмосферу фотосинтетический кислород, тем самым создают благопри ятный микроклимат. Увеличение площади посадок хвойных деревьев будет способствовать поддержанию микроклимата в течение всего года, а примене ние в летнее время поливочных “душей” поможет деревьям лучше выполнять свои функции и продлит срок их жизни.
4.6. Радиоизотопный состав промышленных выбросов г. Воронежа Используя метод НАА, ряд авторов (Яно, 1970;
Dams, 1970;
Tetsuo Mamuro и др., 1970) обнаружили в аэрозолях крупных индустриальных городов свыше 30 радиоизотопов большинства химических элементов. Авторы отмечают, что по изотопному составу аэрозолей можно определить основные источники их выбросов.
Проведенные исследования аэрозолей отдельных предприятий г. Воронежа методом НАА, позволили выделить 30 изотопа следующих элементов: Na24, K40, K42, So46, Cr51, Mn56, Mn54, Fe59, Co60, Zn65, As76, Br82, Rb86, Ag110, In114, Sb122, Sb124, Te123, Sn125, Ba131, Cs134, La140, Ce141, Sm153, Lu177, Hf181, Ta182, W187, Hg203 и Ра233 (табл.8).
Из таблиц 8 и 9 видно, что из общего числа аэрозолей, выбрасываемых на заводе Кузнечно-прессового оборудования им. М.И. Калинина, резко выделя ются такие радиоизотопы как Mn56, Fe59, In114, Te123 и Ta132, что характерно для заводов, в большом количестве использующих марганцовистые стали. Для аэ розолей ТЭЦ-2 характерно повышенное содержание большого числа элементов, что, по-видимому, связано с обогащением микроэлементами выбросов в про цессе сжигания топлива. Для данного предприятия характерными признаками являются наличие в его аэрозолях Se75, As76 и W187, отсутствующих в выбросах остальных предприятий, а также Rb86, Lu177. Для аэрозолей завода электроваку умных приборов характерно резко повышенное содержание Na24, Sb122, Sb124 и Ba131. К тому же в аэрозолях данного предприятия обнаруживается Sn125, нали чие которого во всех других образцах не обнаружено.
Аэрозоли Шинного завода характеризуются значительным содержанием радиоизотопов цинка (Zn69), в то время как содержание остальных – невелико.
Наличие большого количества цинка связано со значительным использованием его окиси в процессе производства резины.
Таблица Радиоизотопный состав аэрозолей некоторых предприятий г. Воронежа № Ра- Завод Кузнеч- Завод керами- Асфальто- Завод элек- Шинный за- Естественная п/п диои- Энергия но-прессового ческих бетонный ТЭЦ-2 тровакуум- вод аэрозоль зотоп оборудования изделий завод ных приборов Na24 * 1 1368,5 2,4±0,08 11,6±0,2 2,35±0,08 8,7±0,2 52,2±0,5 2,85±0,06 4,34±0, K 2. 1524,2 – – 0,39±0,07 0,17±0,04 0,50±0,09 0,044±0,003 0,234±0, Se46 (5,6±0,1)10-3 (17,9±0,2)10-3 (23,8±0,2)10-3 (0,036±0,02)10-4 (2,5±0,2)10-3 (15,0±4,1)10- 3. 889,3 – Ca47 (2,8±0,4)10-1 (15,0±4,1)10- 4. 1297,0 – – – – – Cr51 - (0,72±0,02)10 (0,74±0,01)10- - (3,6±0,2)10-3 (2,3±1,5)10- 5. 320,1 – – (1,16±0,02) 6. Mn56 846,8 41±0,5 5,3±0,7 6,4±0,4 13,6±0,7 5,2±2,4 3,2±0,3 7,85±0, Fe59 (16,2±0,2)10-3 (2,47±0,08)10-3 (9,2±0,5)10-4 (7,5±0,1)10-3 (5,0±1)10-4 (0,15±0,05)10- 7. 1099,3 – Co60 (2,5±0,1)10-4 (5,2±0,3)10-4 (11,2±0,5)10-4 (22,0±0,1)10- 8. 1173,2 – – – Zn 9. 438,8 – – – 0,06±0,02 0,12±0,04 0,23±0,02 1,1±0, 10. Se75 (2,4±0,9)10- 264,7 – – – – – – 11. As76 (9±1)10- 657,4 – – – – – – 12. Br82 - (0,7±0,3)10-2 (1,2±0,7)10-2 (2,3±0,8)10-3 (8,2±2,1)10- 776,5 – – (3,1±0,4) 13. Rb86 (1,0±0,08)10-4 (3,0±0,4)10-4 (8,9±0,9)10-4 (8,3±3,9)10- 1076,9 – – – 14. In114 - (1,9±0,5)10- 191,7 – – – – – (9,0±0,5) 15. Sb122 564,1 0,050±0,002 0,73±0,01 0,011±0,001 0,295±0,006 10,6±0,1 0,071±0,01 0,12±0, 16. Te123 (2,1±0,8)10-3 (0,6±0,1)10- 159,0 – – – – – 17. Sn125 (2,5±0,3)10- 1066,7 – – – – – – 18. Ba131 (1,0±0,2)10-3 (0,8±0,64)10-3 (0,9±0,2)10-3 (3,0±0,3)10-3 (26,4±0,8)10-3 (1,0±0,3)10- 216,0 – 19. Cs134 (15±6)10-4 (13±0,9)10-4 (0,6±0,2)10-4 (20,4±0,9)10-4 (14,0±3,0)10- 795,8 – – 20. La140 (7,4±0,7)10-2 (8,5±0,83)10-2 (2,6±0,2)10-2 (8,5±0,5)10-2 (1,7±0,5)10-2 (2,7±0,3)10-2 (9,8±0,9)10- 1596, 21. Ce141 - (3,2±0,1)10-3 (0,6±0,3)10- 145,4 – – – – (1,4±0,3) 22. Lu177 (3,9±0,8)10-4 (3,8±0,7)10-4 (14,8±1,3)10- 208,3 – – – – 23. Hf181 - (2,4±1,2)10- 482,2 – – – – – (2,6±0,5) 24. Ta182 -4 - (1,0±0,2)10-4 (2,3±0,3)10- 1221,4 – – – (7,6±1,2)10 (1,5±0,3) 25. W187 (7,1±1,6)10-2 (0,42±0,19)10- 685,7 – – – – – 26. Hg203 - (2,3±1,3)10- 279,2 – – – – – (0,7±0,5) 27. Pa233 (1,1±0,1)10-3 (2,0±0,1)10-3 (8,6±0,1)10- 311,8 – – – – * 2,4±0,08 – импульс секунд на мг образца Таблица Характерные радиоизотопы ряда промышленных предприятий г. Воронежа Характерные изо- Изотопы с повы- Изотопы с Тип предприятия топы для предпри- шенным содержа- пониженным ятий нием содержанием Te, Lu177, Mn, Ta182, In114, – Станкостроительный завод Hf181, Hg203 Te132, Fe Rb86, Ce Завод керамических изделий – – Rb, Ce141, Lu177, Cs – Асфальтово-бетонный завод Hf181, Pa Se75, Rb86, As76, Cr51, Se75, As76, Lu177, Hg181, W187, Lu177, W187, Hg203, ТЭЦ-2 – Hg203, Pa233 Pa Sn125 Na24, Sb122, Sn125, Завод электровакуумных при- – Sc46, Ba боров Ca47, Ce141, W187 Zn60 K Шинный завод Анализ наших данных показывает, что большинство изотопов многих элементов не оказывают видимого влияния на загрязнение почвы и раститель ности, в то же время крайне не желательно присутствие их в продуктах питания из-за токсичности изотопов таких элементов как As, Sb, Hg, Cd и др.
Результаты исследований указывают на возможность применения НАА для определения источников и концентрации микропримесей в атмосфере.
5. РОЛЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В ЗАГРЯЗНЕНИИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ЦЧР 5.1. Влияние открытой добычи железной руды на окружающую среду Добыча полезных ископаемых открытым способом является одним из мощных видов техногенеза. Его воздействие на окружающую среду ежегодно возрастает и захватывает все большие территории. В условиях КМА, где ведут ся интенсивные работы по открытой добыче железной руды, за последние деся тилетия произошло значительное нарушение природных ландшафтов. Огром ные площади заняты карьерами, отвалами пород, отходами первичного обога щения руд (хвостохранилищами) и др. Здесь сформировались особые техноген ные ландшафтно-геохимические аномалии. Такие участки А.И. Перельман и Н.С. Касимов (1999) называют горнопромышленными ландшафтами (ГПЛ).
Особенность ГПЛ – малоконтролируемое рассеяние огромного количества ве ществ с высоким содержанием соединений железа и других элементов, кото рые, как правило, отрицательно действуют на прилегающую территорию. Ха рактерная особенность ГПЛ – наложение техногенного загрязнения на природ ные геохимические аномалии.
К настоящему времени в России наряду с множеством естественных и ан тропогенных источников загрязнения на долю горнорудных разработок прихо дится более 14% всех видов загрязнений. Экологическая обстановка в бассейне КМА, где размещаются Лебединский, Стойленский и Михайловский горно обогатительные комбинаты (ГОКи), является очень напряженной.
Исследования, выполненные на Лебединском карьере, показывают, что при массовых взрывах (1000 т взрывных веществ) ареал распространения час тиц размером 100 мкм (с учетом розы ветров) достигает удаления 15–20 км, а время нахождения этих частиц в атмосфере – 1 ч. Частицы пыли диаметром до 10 мкм могут находиться в атмосфере до 2–3 суток и в зависимости от силы ветра опускаются на землю на максимальном удалении от места взрыва (до 1000 км).
С целью установления степени воздействия выбросов карьера и Лебедин ского ГОКа на прилегающую территорию вокруг этих объектов были отобраны и проанализированы образцы почв (табл.10). Наличие тяжелых металлов (под вижные формы) определялось методом атомной абсорбции на спектрофотомет ре С-115 М.1, вытяжка – 1 н HNO3.
Почвенные разрезы закладывались на различном расстоянии от источни ков загрязнения с учетом розы ветров. Контрольным был разрез № 5 в заповед нике «Ямская степь» на удалении 10 км от Лебединского ГОКа.
Анализ данных показал (табл.10), что на пахотных угодьях с ровным рель ефом и ненарушенным профилем (разрезы № 1–6) величина накопления неко торых солей ТМ – Pb и Zn не превышает ПДК и находится на уровне зональных почв и фона. Превышение ПДК в черноземах обнаружено только для Cr, Rb, Ni и Cu, причем если для Cr и Cu превышение незначительно – соответственно до 10–13 и 5,8–6,0 мг/кг, то для Ni оно достигает 12,8–17,4 мг/кг. Повышенное со держание подвижных форм Cu, Cr и Ni в этих почвах согласуется со специфи кой производства предприятий. Известно, что в процессе открытой добычи же лезной руды 6–8% газопылевых выбросов, содержащих железо и его спутниов (Сr, Сu, Cо, Zn, Ni и т.д.), попадают на почвенно-растительный покров. Почва, являясь местом максимального накопления всех выбросов, выступает в роли мощного фильтра, который прочно фиксирует все ТМ и существенно ослабляет их попадание в надземную растительную массу и грунтовые воды. Исследуе мые почвы в основном представлены черноземами типичными тяжелого и среднего грансостава, средней мощности и среднего содержания гумуса. Такое состояние почв и высокое значение рН обусловливают ее хорошую буферность и большую поглотительную способность.
Результаты наших исследований и анализ банка данных НИИКМА пока зывают, что вокруг промышленной площадки Лебединского ГОКа на удалении 150 и 300 м ежегодно оседает соответственно 607 и 469 кг пыли на 1 га;
в 150 м от карьера оседает около 1 т пыли, а на расстоянии 1, 2, 3, 4 км – соответствен но 401, 226, 97 и 17 кг/га. В таких условиях формируются тexногенные анома лии, где содержание валовых форм Fe, Cu, Zn в почвах выше зональных в 2– раза. Ареал рассеяния Fе прослеживается на расстоянии до 7–15 км и занимает площадь более 100 км2. В травосмеси указанных территорий отмечается очень высокое содержание Fe на расстоянии до 7 км. В пахотном горизонте чернозе мов вокруг ГОКа содержание полуторных оксидов железа превышает 6%, что свидетельствует о процессе ожелезнения почв.
Таблица Тяжелые металлы в почвах в зоне влияния карьера и Лебединского ГОКа Номер Почва, место отбора Глубина, Содержание ТМ, мг/кг разреза образца см Pb Cr Ni Cd Cu Zn 1 2 3 4 5 6 7 8 Чернозем типичный 1. 0 – 10 5,6 8,25 10,4 0,67 5,4 7, среднегумусный сред- 10 – 20 5,6 8,25 10,3 0,6 5,7 7, немощный среднесуг- 20 - 30 5,0 8,25 11,2 0,55 5,4 7, линистый, у края карь- 30 – 40 4,8 8,25 11,0 0,50 5,4 6, ера (пашня) 40 – 50 4,8 8,8 11,4 0,55 4,4 5, 50 – 60 5,0 9,4 11,0 0,63 5,0 5, 60 – 70 4,8 8,9 10,8 0,72 5,4 6, Чернозем типичный 2. 0 – 10 6,1 8,9 12,8 0,82 5,8 8, среднегумусный тяже- 10 – 20 6,0 8,9 12,5 0,86 6,4 28, лосуглинистый сред- 20 - 30 5,6 8,9 12,5 1,04 5,6 18, немощный, 45 м на ю.- 30 – 40 4,7 6,6 11,0 0,34 4,4 7, ю.-в. от края карьера 40 – 50 4,7 7,25 11,0 0,28 4,6 5, (пашня) 50 – 60 5,0 7,9 11,7 0,34 4,6 5, 60 – 70 5,0 7,9 11,2 0,80 5,0 5, Чернозем типичный 3. 0 – 10 6,0 8,25 15,0 0,51 6,0 6, среднегумусный тяже- 10 – 20 6,0 8,25 15,8 0,63 8,4 7, лосуглинистый сред- 20 - 30 5,6 8,25 15,8 0,55 5,4 6, немощный, 500 м на юг 30 – 40 8,0 7,78 16,6 0,75 5,0 8, от кромки карьера 40 – 50 8,9 9,4 16,8 1,24 4,5 6, (пашня) 50 – 60 7,4 10,0 17,4 0,80 5,2 5, 60 – 70 7,4 8,9 12,0 1,14 3,6 6, Чернозем типичный 4. 0 – 10 6,5 7,75 11,0 0,72 5,7 8, среднемощный средне- 10 – 20 6,0 7,75 11,0 0,77 5,3 7, гумусный тяжелосуг- 20 - 30 6,0 8,4 11,0 0,82 5,5 7, линистый, 500 м на ю.- 30 – 40 6,5 6,0 11,8 0,66 4,4 6, з. от кромки карьера 40 – 50 6,9 7,75 11,8 0,87 4,1 6, (пашня) 50 – 60 6,5 8,4 11,8 0,66 4,2 6, Чернозем типичный 5. 0 – 10 4,7 4,5 9,8 0,39 4,5 6, среднемощный средне- 10 – 20 4,3 5,5 10,0 0,39 4,5 6, гумусный тяжелосуг- 20 - 30 4,3 6,0 10,6 0,53 4,3 6, линистый, заповедник 30 – 40 4,3 7,25 10,8 0,55 4,4 6, «Ямская степь» 10 км 40 – 50 4,3 6,7 11,2 0,55 4,4 6, на ю.-з. от ЛГОКа 50 – 60 5,7 7,75 11,8 0,53 4,5 8, (контроль) 60 – 70 6,5 8,4 10,6 1,06 4,5 5, Слой чернозема (нане 6. 0 – 10 6,0 8,6 10,0 0,75 5,3 9, сенный), площадка 10 – 20 6,0 7,9 11,0 1,06 5,0 7, ЛГОКа (у обогатитель- 20 - 30 4,3 2,0 4,5 0,53 3,0 15, ной фабрики) 30 – 40 6,5 8,4 11,0 1,05 4,8 11, Дерновая после ре 7. 0 – 10 3,4 2,0 5,0 0,55 2,0 3, культивации, гидроот- 10 – 20 3,4 3,8 4,1 0,77 2,5 3, вал № 3 (пойма р. Ос- 20 - 30 2,1 1,75 3,55 0,55 1,2 1, колец, поле «горбуно- 30 – 40 2,1 1,4 4,1 0,50 1,2 1, ва») 40 – 50 1,6 1,1 4,1 0,55 1,3 1, 50 – 60 2,0 1,1 4,4 0,55 1,2 2, Дерновая после ре 8. 0 – 10 2,8 1,75 5,8 0,35 2,3 3, культивации, гидроот- 10 – 20 1,6 1,1 5,0 0,53 1,6 1, вал № 2 20 - 30 1,6 0,5 1,75 0,21 0,5 1, 30 – 40 1,6 0,9 2,0 0,26 0,7 1, 40 – 50 2,8 1,75 2,8 0,65 1,2 2, 50 – 60 1,6 0,9 2,0 0,25 0,7 1, 60 – 70 7,6 13,0 6,6 1,71 2,1 2, ПДК подвижных форм ТМ 6 6 4 0,1- 3 0, 5.2. Влияние выбросов ОАО "Осколцемент"на почвенно-растительный покров Исследования пыли цементных заводов показали высокое содержание в них свинца – 1800 мг/кг, цинка – 410 мг/кг, кадмия – 93 мг/кг и меди – 62 мг/кг (Какарека, 2001). Пыль, выбрасываемая в атмосферу после очистки, содержит более высокие концентрации Cd, Rb и Zn по сравнению с пылью в газовом по токе до очистки.
Объектом наших исследований служило ОАО "Осколцемент", выведенное на полную мощность с 1964 г. и являющиеся одним из мощных источников пы ли. Ежегодно выбросы в атмосферу с 1996 г. составили 5,2 тыс.т, а в 2004 г. – 8,4 тыс. т. В выбросах содержится (в %): Са – 52–67;
Si – 15–20;
K – 2–12;
Al ~ 5;
Fe ~ 4;
pH – 9,7–11,2. Результаты исследований показали, что почвенный по кров вокруг завода представлен черноземами и темно-серыми лесными почва ми со средним содержанием гумуса, среднего и легкого грансостава. Для выяв ления характера изменений свойств почв и растительности от воздействия вы бросов были заложены почвенные разрезы вокруг завода с учетом розы ветров, на различном удалении с учетом рельефа местности.
Рекогносцировочное обследование загрязненной территории свидетельст вует о том, что наиболее крупные частицы цементной пыли оседают в непо средственной близости от предприятия, а более мелкие удаляются на различ ные расстояния, что хорошо прослеживается в изменениях внешних признаков растительного и почвенного покровов (рис.3).
По мере удаления от источника внешние признаки загрязнения заметно ослабевают, что подтверждается морфологией почвенных разрезов. Выбросы, оседая на почвенный покров, проникают на определенную глубину. При этом на поверхности почв вблизи предприятия формируется особый техногенный слой пыли толщиной до 10 см. По мере удаления от источника загрязнения мощность этого слоя постепенно снижается до 6-8 см на расстоянии 300 м и до 2 см – на расстоянии 500 м. При удалении более 500 м визуально этот слой не прослеживается, но вскипание от соляной кислоты и здесь обнаруживается почти с поверхности на глубине 14 см. На расстоянии более 1000 м почвенный покров соответствует зональным почвам, хотя и здесь верхний 5 сантиметровый слой почвы бурно вскипает от соляной кислоты.
Результаты химических исследований (табл. 11) указывают на повышенное содержание оксида кальция (21,0%) и оксида магния (3,7%) в верхнем техно генном слое, что не характерно для зональных почв. Основные изменения хи мических свойств почв зафиксированы в образцах отобранных на удалении – 500 м. На большем удалении влияние выбросов незначительно.
Действие цементной пыли сказалось и на рН почвенной среды в верхнем (0–30 см) слое почвы, где реакция от слабокислой стала щелочной и слабоще лочной, переходящей с глубиной в нейтральную, а глубже 50–60 см в слабо кислую, что свойственно лесным почвам.
Условные обозначения:
0,2 – количество цементной пыли, т/км2 в год – отвалы – хвостохранилища Рис.3. Картосхема распределения цементной пыли вокруг ОАО «Осколцемент» (М 1:200000) Для изучения влияния цементной пыли на древесную растительность в ка честве объектов исследования были выбраны акация белая и береза повислая, как наиболее распространенные породы на рекультивированных отвалах гор ных пород КМА.
Полученные данные свидетельствуют о том, что наибольшей пылеулавли вающей способностью характеризуется береза повислая. В сутки ее листовая поверхность задерживает 0,85–0,9 г/м2 цементной пыли, акации белой – 0,57– 0,6 г/м2. В целом листовая поверхность этих растений за сутки способна удер жать 22,0–32,5 г/м2 пыли. В контрольной точке запыленность культур составля ла 0,04–0,05 г/м2.
Таблица Валовой химический состав темно-серых лесных почв в районе ОАО «Осколцемент», % на прокаленную навеску Сумма Горизонт № Место отбора Глубина, полутор- K2O + раз- ППП СаО SiO2 MgO Fe2O3 Al2O3 TiO2 SO почвенных проб см ных ок- + Na2O реза сидов В 100 м север- Атехн.
1 0–14 29,10 30,00 21,00 3,75 2,00 5,15 0,50 7,65 0,80 4, нее завода (лес) А1 15–25 13,40 68,53 3,15 0,50 2,59 8,01 0,53 11,13 0,42 3, А2 30–40 11,80 67,90 2,80 0,38 2,59 9,69 0,52 12,80 0,34 3, В1 50–60 11,00 67,10 2,80 0,38 2,75 10,43 0,52 13,70 0,28 3, В2 90–100 11,00 66,74 2,96 0,38 3,00 11,28 0,52 14,80 0,22 3, В 300 м север- Атехн.
2 0–8 22,42 41,30 17,15 3,15 2,43 7,31 0,51 10,25 0,62 4, нее завода (лес) А1 15–25 12,46 68,70 3,20 0,50 2,85 7,37 0,53 11,76 0,36 3, А1А2 30–40 12,20 68,20 2,63 0,38 2,85 8,63 0,52 12,00 0,32 3, В1 50–60 11,60 67,84 2,80 0,38 2,90 9,08 0,52 12,50 0,20 3, В2 90–100 10,60 66,70 2,80 0,38 2,90 10,66 0,52 14,08 0,20 3, В 500 м север- Атехн.
3 0–8 14,00 59,31 4,90 0,75 2,66 11,52 0,52 14,70 0,40 3, нее завода (лес) А1 15–25 13,00 66,35 3,15 0,50 2,76 7,21 0,53 10,50 0,22 3, А1А2 30–40 12,20 64,00 2,80 0,38 2,76 8,71 0,53 12,00 0,22 3, В1 50–60 11,80 63,28 2,80 0,38 2,85 9,23 0,52 12,60 0,20 3, В2 90–100 13,20 62,72 3,47 0,88 2,85 10,12 0,53 13,50 0,20 3, В 300 м юго- Атехн.
4 0–6 15,80 58,20 6,25 1,00 2,05 11,19 0,51 13,75 0,38 4, западнее завода А1 15–25 11,80 66,40 3,53 0,50 2,67 8,41 0,52 11,60 0,26 3, А (разнотравье) 32–42 10,80 66,00 3,20 0,50 2,85 8,63 0,52 12,00 0,22 3, В1 50–60 10,08 65,25 2,98 0,50 3,00 8,50 0,53 12,13 0,20 3, В2 90–100 8,98 63,86 3,00 0,50 3,00 10,08 0,52 13,60 0,26 3, В 500 м юго- Адерн 5 0–6 12,40 62,40 5,28 0,75 2,35 14,99 0,54 17,88 0,32 4, западнее завода А1 13–23 11,20 67,44 3,28 0,50 2,85 8,19 0,56 11,60 0,22 3, А (разнотравье) 30–40 11,00 66,20 3,20 0,50 3,00 9,44 0,56 13,00 0,21 3, В1 50–60 10,20 64,80 3,20 0,50 3,00 10,64 0,56 14,20 0,20 3, В2 90–100 9,40 58,77 3,15 0,50 3,35 11,36 0,54 15,25 0,21 3, Примечание. ППП – потеря при прокаливании.
Под влиянием запыления наблюдается увеличение площади листовой по верхности. Так, у акации белой площадь листа опытных растений на 27, а у бе резы повислой – на 36% была больше, чем у контрольных (табл. 12).
Таблица Площадь листа древесных растений в зависимости от расстояния от источника загрязнения Площадь листа, см Культура Удаление от источника загрязнения, км 4,49 ± 0, Акация белая 0, 3,52 ± 0, Контроль 22, 1,24 ± 0, Береза повислая 0, 8,94 ± 0, Контроль 22, Физическое действие даже инертной пыли проявляется в изменении опти ческих свойств листьев. Запыленные листья поглощают на 5–14% меньше фи зиологически активной радиации, а тепловых лучей – на 25–30% больше, чем незапыленные. Перегрев листовой поверхности влияет на транспирационные потери. Результаты исследования водного режима, приведенные в табл. 13, по казывают увеличение потери воды при 2-часовом завядании растений. Наряду с этим отмечено повышение относительного тургора, водоудерживающей спо собности при снижении водного дефицита и общей обводненности листа.
Интенсивность дыхания (табл. 14) под влиянием цементной пыли у акации снизилась до 47,6%, у березы повислой – до 33,8% в сравнении с контрольными растениями. Очищение листовой поверхности от пыли вызывало усиление ды хания, однако эта величина была почти в 2 раза ниже, чем у контрольных рас тений.
Под влиянием запыления в листьях растений нарушается водный баланс, снижаются активность каталазы в листьях, интенсивность процессов ассимиля ции и диссимиляции и в конечном счете продуктивность растений.
Таблица Показатели водного режима Культура Расстояние от ис- Водный дефицит, Относительный Водоудерживающая Потери массы при Общее содержа точника загрязне- тургор, % способность, % 2-часовом завяда- ние воды, % % ния, км нии, % 21,94 ± 0,98 82,02 ± 0,65 30,96 ± 1,53 17,27 ± 1,76 55,7 ± 1, Акация белая 100 100 100 100 14,20 ± 0,64 85,75 ± 0,73 46,19 ± 1,34 19,38 ± 1,99 52,65 ± 0, Акация белая 0, 64,72 104,5 149,2 112,3 94, 19,23 ± 1,73 83,92 ± 1,64 22,55 ± 1,75 14,06 ± 0,25 75,43 ± 0, Береза повислая 100 100 100 100 14,1 ± 1,17 87,72 ± 1,66 27,21 ± 1,96 26,37 ± 1,33 55,54 ± 1, Береза повислая 0, 72,8 104,5 120,7 187,6 96, Примечание. В знаменателе приводится процент от контроля.
Таблица Интенсивность газообмена исследуемых культур Культура Расстояние Интенсивность Интенсивность Интенсивность Интенсивность Коэффициент % % от источ- дыхания, от контроля фотосинтеза у фотосинтеза в от контро- синтеза за 10 продолжи ника за- мг СО2/час опытных рас- контроле ля час., тельности грязнения, тений, мг орг. в-ва фотосинтеза мгдм2/час км Акация белая 22 2,60 100 2,28 4,49 100 37,6 1, (контроль) 2,79 2,39 5,21 39,4 1, Акация белая 0,3 1,24 47,6 0,84 2,08 41,6 13,9 1, 1,48 54,2 1,22 2,70 51,8 20,1 1, Береза повис- 22 2,84 100 2,27 5,4 100 37,4 19, лая (контроль) 3,09 2,50 6,16 41,3 1, Береза повис- 0,3 0,96 33,8 0,66 1,62 30,0 10,8 1, лая 1,18 38,2 1,00 2,17 35,2 1,94 1, Примечание. В знаменателе приводятся данные для побегов, очищенных от пыли.
5.3. Влияние ОАО НЛМК на окружающую среду Высокие темпы развития металлургической промышленности неизбежно приводят к загрязнению атмосферного воздуха водоемов и почв, поэтому оздо ровление условий проживания людей в таких районах является важной задачей.
Используемые новые технологии, установки фильтров очистки, озеленение це хов и другие мероприятия не дают должного эффекта и вокруг предприятий металлургического профиля концентрация вредных выбросов практически все гда превышает допустимые нормы.
Почвы, находящиеся в зоне влияния металлургических заводов, претерпе вают определенные изменения, что отражается как на их морфологических признаках, так и на агрохимических свойствах.
С целью выявления ареала техногенного загрязнения почв от НЛМК, нами были отобраны и проанализированы почвенные образцы из разрезов, заложен ных на различном удалении от источников выбросов. На промплощадке и у се верной проходной завода в верхнем 0–30 см слое почв содержание Pb, Cr, Ni, Cu и Zn превышает ПДК от одного до 7 раз, однако с глубиной содержание этих элементов резко падает. В серых лесных почвах, отобранных на удалении 3 км севернее источника загрязнения, количество ТМ гораздо ниже фона и ПДК. Это объясняется, во-первых тем, что основная масса вредных выбросов не достигает исследуемых участков и, во-вторых, лесной массив, где заложен образец, эффективно защищает почвенный покров от поступления многих ин гредиентов.
Анализируя в целом морфологические, химические и генетические при знаки почв, можно утверждать, что вокруг комбината на расстоянии до 1–1, км от промплощадки формируется особый техногенный почвенный покров с повышенным содержанием ТМ и повышенной рН среды. На удалении более км влияние комбината менее заметно.
Для выявления закономерностей пространственного распространения за грязнения почв и растительности нами был обследован наиболее крупный ис точник загрязнения – агломерационная фабрика НЛМК. Агломерационная фаб рика расположена обособлено, что позволяет изучить влияние ее выбросов вне взаимосвязи с другими промышленными объектами. Лесной массив, располо женный к северу от фабрики, подвергается воздействию только ее выбросов.
Почвенный покров представлен сочетанием серых лесных почв и боровых сла богумусированных песков. Вся территория покрыта сосновым насаждением 35 летнего возраста с полнотой древостоя 0,4–0,5.
Данные показали, что воздействие выбросов на растительность находится в прямой зависимости от расстояния до объекта загрязнения. В настоящее вре мя на удалении до 300 м от фабрики частично усохли хвойные породы и травя нистая растительность;
на расстоянии до 500 м растительность находится в сильно угнетенном состоянии. По мере удаления от источника загрязнения внешние признаки воздействия его заметно ослабевают, что подтверждается и состоянием почв в разрезах, заложенных под лесом на расстояниях 100, 200, 500, 1000, 3000 м от фабрики (табл. 15).
Таблица Содержание некоторых оксидов в светло-серых лесных почвах вокруг агломерационной фабрики, % Расстояние Горизонт, глу от агло- рН Fe2O3 Al2O3 TiO2 MnO2 CaO MgO бина слоя, см фабрики, м Пыль аглофаб 100 68,24 1,44 1,21 0,350 8,50 2,80 8, рики А0 0–3 69,22 1,41 1,10 0,200 6,43 2,64 8, Тс 3–5 63,07 1,48 1,15 0,110 7,49 2,31 8, А1 10 – 15 0,99 1,22 0,10 0,092 0,42 0,13 7, А1А2 25 – 35 0,58 1,28 0,08 0,006 0,16 0,11 7, А 200 0 – 25 65,67 1,53 1,07 0,220 7,81 2,98 8, Тс 2,5 – 4 63,65 1,55 0,88 0,080 7,33 2,97 8, А1 4 – 15 0,98 1,37 0,09 0,062 0,53 0,12 7, А1А2 15 – 20 0,48 1,14 0,08 0,018 0,21 0,09 7, А 500 0–3 29,60 1,55 0,88 0,195 6,11 0,93 8, А1 5 – 13 0,72 1,63 0,09 0,100 0,60 0,21 7, В1 60 – 70 0,62 1,22 0,11 0,011 0,17 0,12 6, А 1000 0–4 17,27 1,67 0,74 0,149 2,40 0,97 7, А1 5 – 14 0,57 1,60 0,09 0,040 0,45 0,29 6, А1А2 20 – 30 0,62 1,11 0,08 0,008 0,14 0,14 5, В2 75 – 85 0,56 0,86 0,07 0,004 0,12 0,12 5, С 140–150 0,42 0,75 0,04 0,004 0,17 0,05 6, Тс – техногенный слой.
В зоне влияния фабрики на поверхности почв сформировался особый тех ногенный слой мощностью до 2 см. В гранулометрическом составе этого слоя преобладают частицы размерами 0,25–0,05 и 0,05–0,01 мм, на долю которых приходится 90–92%. По сравнению с фоновыми почвами в нем резко уменьше но (в 6–8 раз) содержание частиц 1–0,25 мм и повышено количество крупной пыли.
Анализ выбросов фабрики показал, что они характеризуются щелочной ре акцией (рН 8,0) и в виде оксидов содержат 12% кремния, 68,2% железа, 1,4% алюминия, 0,3% марганца, 0,3% серы, 0,25% калия, 8,5% кальция, 2,7% магния, 1,2% титана, 0,2% натрия (см. табл. 15).
Лесные насаждения, опоясывающие фабрику, служат надежной защитой окружающей среды от загрязнения. Однако промышленная пыль и газы сильно угнетают всю растительность, которая частично погибла в радиусе 300 м.
5.4. Производство минеральных удобрений и загрязнение окружающей среды С целью изучения влияния предприятий по выпуску минеральных удобре ний на окружающую среду нами были проведены многолетние (1985–1997 гг.) комплексные исследования экологической ситуации вокруг ОАО “Минудобре ния”. Это один из крупнейших в Европе объектов находится в центре Чернозе мья – в Россошанском районе Воронежской области.
Исследования показывают, что продолжительная эксплуатация этого объ екта служит интенсивным источником загрязнения окружающей среды, а гид рологическая обстановка в районе промплощадки крайне неудовлетворитель ная из-за значительного подъема уровня грунтовых вод и их интенсивного хи мического загрязнения. Уровенный режим грунтовых вод характеризуется как техногеннонарушенный. Подъем зеркала грунтовых вод представляет особую опасность для устойчивости дамб шламонакопителей. В районе промплощадки гидрохимическая аномалия занимает площадь около 10 км2 и характеризуется высокой степенью загрязнения подземных вод четвертично-мелового водонос ного комплекса. Концентрация аммонийного азота и нитратов в них в десятки раз превышают ПДК (ГОСТ 2874-82). Эти исследования свидетельствуют, что в результате деятельности химического производства возникла реальная угроза загрязнения питьевых водозаборов, поверхностных вод, болот, почв, расти тельности и в целом всего ландшафта.
Многолетние наблюдения Воронежской гидромелиоративной партии сви детельствуют (табл. 16), что с 1976 по 1986 г. уровень воды в зоне влияния предприятия поднялся с 2,5 м до 1,5 м, а качество воды по девяти показателям ухудшилось на 2–3 порядка. Особенно резко снизилось качество воды по сухо му остатку – с 275 до 4158 мг/л, по хлору – с 7 до 1135 мг/л, по SO4 – с 48 до 1729 мг/л и др.
Таблица Изменение качества грунтовой воды из скважины № 18 в районе промплощадки завода (данные гидромелиоративной партии) Сроки Глубина, Содержание веществ, мг/л Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na+ Fe+ наблю- м сух.ост. НСО3 Анионы дения Март 2,5 275 244 7 48 64 12 22 – 5, 1976 г.
Май 2,2 258 189 14 58 60 7 25 – 4, 1978 г.
Сентябрь 2,1 407,6 6274 103 19 112 15 18 2,4 7, 1981 г.
Август 1,0 – 1,5 4158 438 1135 1729 822 219 483 0,99 – 1988 г.
Данные по качеству воды прудов–накопителей и почвенно-растительного покрова свидетельствуют о том, что вода с прудов–накопителей по 10-ти пока зателям не соответствует требуемым санитарным нормам (табл. 17). Превыше ние ПДК по сухому остатку колеблется от 1,8 до 4,6 раза, по SO42- – от 1,4 до 4,7 раза, по Na+ – 2– 2,4 раза, соотношение Ca2+ : Na+ должно быть 2:1, а в дан ном случае 0,5 : 1 и т.д.
Таблица Превышение ПДК ингредиентов в воде, рекомендуемой для орошения, раз Ингредиенты Дата отбора проб в 1989 г.
6 июня 27 июня 26 июля 27 августа 18 октября ПДК, мг/л Сухой остаток 4,6 4,1 3,9 3,6 1,8 1000– SO42- Не опр.
4,7 1,4 3,7 3,5 Na+ Не опр.
2.,4 2,0 2,3 2,4 Ca2+:Na+ Не опр.
0,5:1 0,7:1 0,6:1 0:6:1 2: N – NH4+ 7,3 5,4 2,7 6,1 2,5 N – NO2- 19,6 1,3 17,4 11,2 – 3, N – NO3- 2,7 11,1 10, – – 4, БПК5 2,9 3,7 – 8,8 – 2, Fe 6,1 – 1, – – 0, Cd 1,6 – 2, – 1,5 0, Исследование почв, орошаемых водой с прудов–накопителей (после двух поливов), показало, что содержание обменного натрия в верхнем (0–20 см) слое возросло с 0,4 до 1,1– 4,1%. Плотный остаток достиг значений 0,112–0,113% против 0,036 % в контроле, т.е. орошаемые черноземы уже можно отнести к слабозасоленным почвам. Тип засоления – хлоридно-сульфатный, т.е. соответ ствует составу солей сточных вод. Анализ растительности с орошаемых участ ков показал, что в кукурузе на силос количество нитратов увеличилось до мг/кг зеленой массы против 503 мг/кг на контроле. Все вышеизложенное свиде тельствует, что используемая для орошения вода по всем показателям не при годна для этих целей.
Влияние ОАО "Минудобрения" сказывается также на гидрологическом режиме почв. Вследствие постоянного подтопления стоками увеличились пло щади болотных почв с 146 до 227,7 га;
глеевых – с 486 до 703,2 га;
кроме того, на больших площадях прилегающих территорий как уже отмечалось наблюда ется подъем уровня грунтовых вод.
Таким образом, основываясь на вышеприведенном экспериментальном и литературном материале, можно заключить: