Эколого-геохимическая оценка состояния урболандшафтов г. Волгограда

© Г.К. Лобачева, И.Ж. Гучанова, А.П. Фоменко, 2008

ЭКОЛОГИЯ

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ УРБОЛАНДШАФТОВ г. ВОЛГОГРАДА

Г.К. Лобачева, И.Ж. Гучанова, А.П. Фоменко

Вопросы воздействия человека на атмосферу в региональном, национальном и даже глобальном масштабе находятся сейчас в центре внимания ученых и практиков, в том числе метеорологов, климатологов, химиков, экологов. Поскольку наземные наблюдения, как правило, являются узколокальными, то есть характеризуют только отдельные точки наблюдений, экстраполяция этих данных на большие расстояния затруднительна и ненадежна. Имеются определенные трудности и в изучении воздействия производственной деятельности человека на атмосферу в региональном масштабе при помощи наземных методов вследствие динамичности протекающих в ней процессов. В связи с этим повышается актуальность и значимость исследований воздействия промышленности на литосферу через давление на растительность и верхний слой почвы.

Авторами данной статьи было проведено исследование эколого-геохимического состояния почв и растительности северного и южного промышленных узлов г. Волгограда, позволившее создать экологические карты города, проанализировать влияние экологического состояния урболандшафтов на здоровье населения, дать некоторые рекомендации по снижению антропогенного воздействия промышленных предприятий на состояние экосистемы. Для этого оценивалось качество окружающей природной среды волгоградской агломерации: атмосфера, почва, состояние растительности; состояние территорий промышленный пред-

приятий, санитарно-защитных зон (СЗЗ), селитебных территорий; а также здоровье населения, проживающего на данных территориях.

ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ

Концентрация загрязняющих веществ от отдельных локальных источников в результате процессов рассеяния и выпадения примесей довольно быстро убывает с расстоянием [1, с. 185]. Максимальные концентрации отмечаются на расстоянии 10-20 высот трубы. Поэтому опасные для здоровья человека концентрации от таких источников наблюдаются, как правило, на площади не более 10-100 кв. км. Для хвойных лесов, чувствительность которых к загрязнению атмосферы в несколько раз выше, чем у человека, площадь поражения растительности может достигать 100-1 000 кв. км.

В таких крупных промышленных агломерациях, как г. Волгоград, происходит наложение загрязнения от отдельных источников, и общая площадь негативного воздействия близка к площади самой агломерации и даже превосходит ее. Загрязнение окружающей среды отраслями промышленности, вызывающее ухудшение качества среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социально-экономическое значение.

По данным территориального органа Федеральной службы государственной статисти-

ки [8], за 2005 г. валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу волгоградской агломерации составили: от стационарных источников - 342,3 тыс. т (в 2004 г. - 265,57), от передвижных источников - 455,068 тыс. т (в 2004 г. -407,3). В процентном соотношении прирост по стационарным источникам составляет 28,89 %, а по передвижным - 11,73 %. Цифры значительны даже для миллионного города.

Основными загрязняющими веществами в выбросах являются твердые частицы (пыль, сажа, металлы) и газообразные вещества (окись углерода, двуокись серы, окислы азота).

По данным Волгоградского центра гидрометеорологии [2], уровень загрязнения пылью, оксидами, сажей, аммиаком, формальдегидом увеличился, а фтористым и хлористым водородом - снизился. В результате даже при общей тенденции к свертыванию производственных программ выбросы вредных веществ в окружающую среду снижаются неадекватно. Вместе с тем из-за несовершенства технологических процессов сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу не находится в прямой зависимости от сокращения выпуска продукции на предприятиях, зачастую не осуществляется

производственный контроль, не ведется первичная отчетная документация, что приводит к искажению достоверности данных по выбросам вредных веществ в атмосферу.

В последние годы практически прекращено природоохранное строительство. При этом допускается эксплуатация морально и физически устаревшего технологического оборудования, которое не соответствует экологическим требованиям. В итоге в атмосферный воздух ежегодно выбрасывается более 1 28 тыс. т загрязняющих веществ 200 наименований.

Важным аспектом при оценке воздействия техногенной нагрузки на окружающую среду города является анализ территориального распределения источников и факторов загрязнения окружающей природной среды. Распределение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от промышленный предприятий по районам города отражено в таблице 1.

Анализ представленных данных позволяет сделать вывод, что наиболее неблагоприятная экологическая обстановка складывается в Красноармейском районе города (51 % от общего объема выбросов стационар-

Таблица 1

Распределение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по районам г. Волгограда за 2004 г.*

Район Масса загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, тыс. т/год

Всего В том числе

твердые газообразные и жидкие

г. Волгоград По районам города: 86,623 9,396 77,227

Тракторозаводский 25,835 4,761 21,074

Краснооктябрьский 4,013 1,101 2,912

Центральный 0,323 0,001 0,322

Дзержинский 2,527 0,689 1,838

Ворошиловский 0,566 0,021 0,545

Советский 1,004 0,071 0,933

Кировский 7,708 2,482 5,226

Красноармейский 44,647 0,270 44,377

* Источник: [2, с. 14].

ных источников загрязнения). Здесь сосредоточены предприятия теплоэнергетического комплекса (филиалы ОАО «Волгоградэ-нерго» «Волгоградская ТЭЦ-2», «Волгоградская ТЭЦ-3»), химической и нефтехимической промышленности (ООО «ЛУКойл-ВНП», ОАО «Каустик», ООО «Техуглерод»), загрязняющие атмосферный воздух такими специфическими веществами, как сероводород, сероуглерод, хлор, хлорвинил, хлористый водород, аммиак, фенол и др.

В Тракторозаводском районе города (30 % от объема выбросов) располагаются такие крупные промышленные предприятия, как «РУСАЛ», ОАО «Тракторная компания “ВГТЗ”». Выбросы загрязняющих веществ этого района характеризуются такими специфическими веществами, как: фтористый водород, плохо растворимые фтористые соединения, формальдегид и др.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по Кировскому району составляет 9 % от общего валового выброса, но на территории района расположено крупное химическое предприятие ОАО «Химпром», в выбросах которого присутствуют вещества 1-го и 2-го классов опасности, отрицательно влияющие на качество атмосферного воздуха.

Наиболее благоприятная ситуация складывается в Центральном и Ворошиловском районах города

Промышленные предприятия города, используя практически все виды природных ресурсов и самые разнообразные технологии их переработки, оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды (загрязнение вредными газообразными, жидкими и твердыми загрязняющими веществами).

Преобладающее воздействие на загрязнение окружающей природной среды оказывают предприятия черной и цветной металлургии, энергетической, топливной и химической промышленности.

На предприятиях города продолжает оставаться низким уровень утилизации вредных веществ, из уловленных 61,37 % вредных ве-

ществ лишь 13,0 % используются в производстве, остальные являются источниками загрязнения окружающей среды.

Практически без очистки поступают в атмосферу загрязняющие вещества от предприятий электроэнергетики. Полностью без очистки поступают в атмосферу загрязняющие вещества от предприятий ЖКХ. Среди отраслей экономики транспортный комплекс (автомобильный, железнодорожный транспорт, дорожное хозяйство) является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды (см.: [2]).

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха в 2005 г. осуществлялся на 4 стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферы (ПНЗ) г. Волгограда. В течение года на постах проводились измерения концентраций 13 вредных примесей, а также наблюдения за содержанием тяжелых металлов (ТМ) (8 наименований) и бенз(а)пирена. Всего за год отобрано и проанализировано 17 602 пробы, в том числе 9 120 (52 %) содержат специфические примеси. В атмосферном воздухе жилых районов Волгограда в 2005 г. отмечалось повышенное содержание среднемесячных концентраций по формальдегиду (5,7 ПДК), диоксиду азота (1,5 ПДК), оксиду азота (1,5 ПДК), фенолу (1,3 ПДК).

Максимальные концентрации достигали: хлорида водорода - 4 ПДК, диоксида азота -2,7 ПДК, фторида водорода - 1,7 ПДК, фенола - 1,4 ПДК, пыли - 1,2 ПДК, формальдегида - 1,2 ПДК.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха хлоридом водорода, сероводородом, аммиаком, фенолом наблюдается в южной части Волгограда, где расположены предприятия химической и нефтехимической промышленности, а также пруды накопители-испарители; фторидом водорода, формальдегидом -в северных районах; диоксидом азота - во всех районах города.

Наибольшее значение комплексного индекса загрязнения воздуха (ИЗА) по 5 примесям - 15,8 (высокий уровень загрязнения) - отмечен в северной промышленной зоне города.

Уровень загрязнения формальдегидом, фторидом водорода за последние 5 лет незначительно повысился. Объем выбросов от промышленных предприятий за период 20042005 гг. представлен в таблице 2.

Таблица 2

Объем выбросов от промышленных предприятий в 2004-2005 гг., т/год *

Крупнейшие источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по г. Волгограду. ИЗА по городу 15,2 Объемы выбросов

2004 г. 2005 г.

Всего Твердые Газообразные и жидкие Всего Твердые Г азообразные и жидкие

Северный промузел

РУСАЛ 24 001,00 3 683,040 20 318,500 23 985,230 3 623,580 20 361,650

ООО «ТПР “ВГТЗ”» (тракторный) 834,69 78,192 756,500 784,833 76,404 708,429

Волгоградский металлургический завод 3 459,00 1 021,000 2 438,000 5 199,000 1 399,000 3 800,000

ФГУП ПО «Баррикады» 455,30 82,437 372,860 353,200 14,300 338,900

ОАО «Волгограднефтемаш» 430,43 34,475 395,950 411,038 35,172 375,860

Южный промузел

ОАО «Химпром» 6 578,50 1 382,270 5 196,200 5 679,378 1 296,620 4 382,760

Волгоградская ГРЭС 515,23 15,015 500,214 853,142 2,838 850,304

Волгоградская ТЭЦ-2 3 853,00 14,633 3 838,320 3 669,476 13,736 3 655,740

ОАО «Каустик» 1 280,10 92,210 1 187,870 1 316,544 98,139 1 218,405

ООО «Волгоградский завод техуглерода» 906,04 37,864 868,177 906,087 58,849 847,238

Волгоградская ТЭЦ-3 2 073,40 2,321 2 071,060 1 964,908 2,612 1 962,296

* Составлено авторами по: [3].

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ

Химическое загрязнение почв может быть вызвано следующими причинами: атмосферным переносом загрязняющих веществ (ТМ, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды); сельскохозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды); наземным загрязнением - отвалы крупнотоннажных производств и топливно-энергетических комплексов; загрязнением нефтью и нефтепродуктами.

ТМ поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - с выхлопными газами автомобилей. Описаны случаи, когда большие количества ТМ попадали в почву с оросительными водами, если выше водозабора в реки сбрасывались сточные воды промышленных предприятий [5]. Наиболее типичными загрязнителями данной группы являются: свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь и ванадий [9].

Почва является своеобразным компонентом биосферы, аккумулирующим техногенные загрязнители и в значительной степени определяющим их миграцию в сопредельные среды (атмосферу, гидросферу, растительные и животные организмы). Техногенные вещества - ксенобиотики, поступающие из различных источников (организованных и неорганизованных), вносимые целенаправленно (агрохимикаты - пестициды и удобрения), попадают в почву и формируют техногенный химический фон, который «накладывается» на естественный фон мак-ро- и микроэлементов. Выделить и оценить подобные химические воздействия с целью защиты естественного потенциала почв -современная значимая проблема.

Авторами по общепринятым методам было определено содержание ТМ (ртути, цинка, меди, кадмия, свинца, никеля, кобальта), а также мышьяка в пробах почвы городских природных парков, сельскохозяйственных угодий, полигонов, свалок.

Содержание элементов в почве на территории ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» и прилегающих территориях представлено в таблицах 3 и 4.

Аналогичные исследования по загрязнению почв ТМ проводились на территории «РУСАЛа» (северный промышленный узел) и на территории ОАО «Химпром» (южный промышленный узел).

Сравнение полученных результатов контроля почвы проводилось на основании «Обобщенных перечней предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве».

Ежегодный аналитический контроль почвы позволяет собирать информацию о состоянии и изменении ее свойств и на основе материалов мониторинга обеспечивать своевременное принятие мер по пре-

Таблица 3

Содержание ингредиентов в исследуемой почве ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» в 2005 г. (граница санитарно-защитной и жилой зон, селитебная зона) *

Ингредиенты Граница СЗЗ и жилой зоны Селитебная зона

Пр.128-1 Пр.129-1 Пр.130-1 Пр.128-2 Пр.129-2 Пр.130-2

рН, ед. 7,37 7,43 7,98 7,48 7,48 8,01

Плотный остаток, мг/кг 1 120 1 240 1 380 1 620 1 240 1 180

Кальций, мг/кг 52 76 72 76 84 80

Магний, мг/кг 19,2 14,4 12 16,8 14,4 16,8

Хлорид-ион, мг/кг 32,7 23,7 16,6 15,2 23,34 25,5

Сульфат-ион, мг/кг 13,2 22,6 14,8 15,4 12,7 17,28

Азот аммонийный, мг/кг 4,9 6,3 9,3 4,65 5,8 4,7

Нитраты, мг/кг 24,5 1,4 1,6 63,2 99 1,48

Азот нитритный, мг/кг 1,86 37 51,3 2,9 37,7 20,62

Фосфор общий, мг/кг 1 622 1 212 1 457 1 697 1 643 620

Гумус, % 4,34 2,67 2,3 4,88 2 3,04

Формальдегид, мг/кг 16,2 12,7 12,5 15,1 0,66 13,1

Фенол, мг/кг 0,7 0,68 0,78 0,68 1,07 0,62

Ртуть, мг/кг 0,061 0,062 0,03 0,04 0,09 0,033

Нефтепродукты, мг/кг 154 61 215,2 181 39 326

Фторид-ион, мг/кг 16,2 13,7 6,1 6,67 6,9 3,96

Цинк (подв.), мг/кг 5,58 22 4,19 7,81 3,24 10,8

Медь (подв.), мг/кг 0,7 1,09 <0,4 0,87 0,44 0,97

Никель (подв.), мг/кг <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 <0,4

Свинец (подв.), мг/кг 3,85 7,15 3,07 4,51 20,5 4,6

Кадмий (подв.), мг/кг <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2

Кобальт (подв.), мг/кг <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 <0,4

Хром (подв.), мг/кг <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2

Марганец (подв.), мг/кг 9,03 13,8 11,9 12,5 8,1 32,4

Железо (подв.), мг/кг 2,25 1 1 1,97 3,33 1,99

Алюминий (подв.), мг/кг 16 12,7 13 7,94 16,2 19,6

* Составлено авторами по: [7].

Таблица 4

Содержание ингредиентов в исследуемой почве на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» в 2005 г. (территория предприятия и СЗЗ) *

Ингредиенты Территория предприятия СЗЗ

Пр.98-1 Пр.98-2 Пр.98-3 Пр.102 Пр.103 Пр.104

рН, ед. 7,58 7,72 7,71 8,19 8,32 8,18

Плотный остаток, мг/кг 620 640 460 680 740 580

Кальций, мг/кг 48,1 40,1 44,1 72 64 80

Магний, мг/кг 14,4 19,2 12 43,8 29,2 38,9

Хлорид-ион, мг/кг 12,1 18,4 27,8 12,9 7,12 9,4

Сульфат-ион, мг/кг 13,8 26 20,6 27,4 10,9 19,8

Азот аммонийный, мг/кг <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0 <2,0

Нитраты, мг/кг 17,9 21,4 25,9 22,1 23,1 21,5

Азот нитритный, мг/кг 0,09 0,12 0,22 0,5 1,02 0,54

Фосфор общий, мг/кг 1 140 437,5 570 1 245 1 250 124

Гумус, % 2,47 1,25 3,12 1,72 2,7 2,89

Формальдегид, мг/кг 7,5 3,4 7,2 3,32 3,96 8,9

Фенол, мг/кг 1,9 0,8 1,56 2,7 0,8 0,8

Ртуть, мг/кг 0,021 0,06 0,047 0,012 0,07 0,073

Нефтепродукты, мг/кг 160 71 199 225 147 66

Фторид-ион, мг/кг 7,3 21,6 5,3 3,48 5,48 7,82

Цинк (подв.), мг/кг 3,91 57,2 23,5 7,3 5,48 4,29

Медь (подв.), мг/кг 1,41 2,97 4,89 2,4 2,57 1,21

Никель (подв.), мг/кг <0,4 0,84 3,96 3,7 2,47 0,97

Свинец (подв.), мг/кг 3,62 42,4 5,5 2,45 2,81 0,98

Кадмий (подв.), мг/кг <0,2 3,1 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2

Кобальт (подв.), мг/кг <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 0,47 <0,4

Хром (подв.), мг/кг 2,48 6,8 5,19 8,99 6,46 4,4

Марганец (подв.), мг/кг 25,3 70,3 25,3 33,1 32,6 18,7

Железо (подв.), мг/кг 7,7 41,8 30,8 1 430 1 670 941

Алюминий (подв.), мг/кг 28,2 40,8 37,8 844 1 270 588

* Составлено авторами по: [7].

дупреждению и устранению негативных последствий.

На основе анализа полученных данных о содержании ТМ в почвах северного и южного промышленных узлов, а также составе ТМ в почвах природных парков, сельскохозяйственных угодий, полигонов и свалок г. Волгограда можно сделать вывод о неблагополучном состоянии почв в местах,

где отмечены выбросы промышленных предприятий.

Комплексный мониторинг состояния окружающей среды включает в себя исследование природных ресурсов - воды, воздуха, почвы и экосистем в целом физическими, химическими и биологическими методами с целью измерения оценки и прогноза антропогенных изменений абиотической составляющей био-

сферы (в первую очередь загрязнений) и ответной реакции биоты на эти изменения, а также последующих изменений в экосистемах в результате антропогенных воздействий.

Биоиндикация - очень близкий к биотестированию прием, использующий организмы, обитающие в исследуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

Авторами данного исследования была дана оценка качеству окружающей среды на территориях промышленных предприятий, СЗЗ и селитебных территорий северного и южного промышленных узлов г. Волгограда на основании данных биоиндикации тополя обыкновенного. Некоторые данные анализа почв и результаты биомониторинга представлены в таблице 5.

На всех исследованных территориях северного и южного промышленных узлов (см. табл. 5) степень отклонения стабильнос-

ти развития растительности превышает норму (0,054), что свидетельствует об экологическом неблагополучии исследованных территорий.

Например, на территории «РУСАЛа» отмечается высокий уровень загрязнения по результатам анализа почвы и биоиндикаци-онным анализам растительности. Причинами отклонений стабильности развития растений являются неблагоприятные факторы антропогенного происхождения: атмосферные выбросы завода (превышающие ПДК среды), перенос загрязнений атмосферными потоками. По состоянию растительной компоненты экосистем можно судить о критическом состоянии территории и высоком риске для здоровья населения, проживающего и находящегося долгое время на загрязненной территории.

Результаты проведенного исследования эколого-геохимического состояния почв и растительности северного и южного промышленных узлов г. Волгограда позволяют создать экологические карты города; про-

Таблица 5

Анализ почвы и результаты биомониторинга промышленных зон (северного и южного промышленных узлов) г. Волгограда в 2005-2006 гг.*

Параметры измерения Исследуемая территория

Территория завода | СЗЗ | Жилая зона

Алюминиевый завод

Показатель асимметрии ФА (метод биоиндикации) 0,102 0,096 0,063

Химический состав почвы территории: А1 629 296 10,9

№ 0,81 0,68 0,28

Zn 11,8 10,4 2,15

Fe / Си / 0,68 / 0,57 / 0,14

Сг 0,3 0,18 0,12

Мп 143 65,6 54,8

«Красный Октябрь»

Показатель асимметрии ФА

Химический состав почвы территории: А1 28,2-48,2 7,94 17-19,6

№ / РЬ / 3,6-42,4 0,4 / 4,51 0,4 / 4,5-20,5

Zn 3,4-57,27 4,20-7,3 3,24-10,8

Fe / Си 27,7-40,1 / 1,4 / 0,87 1,99-3,3 / 0,44

Сг 2,8-8,99 0,2 0,2

Мп 25,3-70 12,5 8-32

* Составлено авторами по: [4; 7, с. 158]. Вестник ВолГУ. Серия 3. 2008. № 1

Окончание табл. 5

Параметры измерения Исследуемая территория

Территория завода | СЗЗ | Жилая зона

«Химпром»

Показатель асимметрии ФА (метод биоиндикации) 0,108; 0,074 0,074 0,052; 0,047

Химический состав почвы территории: А1 32 27,4 34,9

№ / РЬ 1,5 / 1,6 0,4 / 0,5 0,4 / 0,5

Zn 9,6 4,81 13,5

Fe / Си 61 / 6,9 / 0,4 / 0,45

Сг 1,38 0,2 0,2

Мп 80,9 19,3 23,1

анализировать влияние экологического состояния урболандшафтов на здоровье населения; разработать рекомендации по проведению дополнительных природоохранных мероприятий, направленных на снижение выбросов, уменьшение концентрации вредных веществ в выбросах, что будет способствовать снижению негативного воздействия промышленных предприятий на состояние городской экосистемы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Григорьев, А. А. Космическая индикация ландшафтов Земли / А. А. Григорьев. - Л. : Изд-во ЛГУ 1975.

2. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2004 году / Ком. природ. ресурсов и охраны окружающей среды администрации Волгогр. обл. - Волгоград, 2004.

3. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2005 году / Ком. природ. ресурсов и охраны окружающей среды администрации Волгогр. обл. - Волгоград, 2005.

4. Мониторинг и оценка качества среды на антропогенно трансформированных территориях г. Волгограда / Г. К. Лобачева, Л. Н. Козловцева,

B. И. Трофименко [и др.] // Эколого-экономичес-кие аспекты развития региона : материалы круглого стола, г. Волгоград, 30 марта 2007 г. - Волгоград : Изд-во ВолГУ 2007. - С. 151-157.

5. Орлов, Д. С. Химия и охрана почв / Д. С. Орлов // Соросовский образовательный журнал. -1996. - № 3. - С. 65-74.

6. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв / ред. Д. С. Орлова и В. Д. Васильевской. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1994.

7. Современные проблемы биоиндикации и оценка качества среды / Г. К. Лобачева, Л. Н. Козловцева, В. И. Трофименко [и др.] // Эко-лого-экономические аспекты развития региона : материалы круглого стола, г. Волгоград, 30 марта 2007 г. - Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2007. -

C. 158-173.

8. Состояние окружающей среды Волгоградской области в 2005 году / Террит. орган Федер. службы гос. статистики. - Волгоград, 2005.

9. Физиология растительных организмов и роль металлов / под ред. Н. М. Чернавской. -М., 1989.