Фториды в почвах и растениях в радиусе действия Саяногорского алюминиевого завода

ФТОРИДЫ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ В РАДИУСЕ ДЕЙСТВИЯ САЯНОГОРСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА

Н.А. Градобоева, Л.П. Игнатенко, Н.В. Власова

Станция агрохимической службы «Хакасская»

Цветная металлургия, в том числе и алюминиевая промышленность - один из источников загрязнения атмосферы и ландшафтов. В Республике Хакасия таким предприятием считается - Саяногорский алюминиевый завод (ОАО «САЗ»). Несмотря на то, что на заводе разработана и реализуется комплексная программа природоохранных мероприятий, предусматривающих совершенствование и модернизацию производства, количество выбросов сокращается незначительно. ОАО «САЗ» расположен в степной части ЮжноМинусинской котловины на территории Бейского и прилегающего к нему Алтайского района Республики Хакасия. Климатические особенности (температура приземного слоя воздуха, атмосферные осадки, водный режим почвы и грунтов, ветровая активность), почвенный покров и рельеф этой обширной территории представляют самоочищающийся и нейтрализующийся природный комплекс, способный длительное время переводить активные химические соединения фторидов в нерастворимые (апатитовые, флюоритовые) формы. Однако природный барьер не вечный и неограниченный. И это подтверждает необходимость постоянного мониторинга окружающей среды, тщательного анализа и интеграции результатов наблюдений.

Государственная станция агрохимической службы «Хакасская» на протяжении 1989-2006 гг. проводит научно-исследовательскую работу по изучению динамики фтора в почве, в растениях, в растениеводческой продукции, снежном покрове и водных источниках. Район исследования - Абакано-Минусинская котловина, в большем случае степная зона Республики Хакасия. Среди степей отмечена частая смена типов растительных формаций в зависимости от рельефа территории. Формы рельефа имеют значительное влияние на

перемещение и перераспределение водорастворимых фтористых соединений в почвенном покрове обследованных площадей. Поведение фторидов в почве определяется комплексом физико-химических процессов, основными из которых являются ионный обмен, осаждение, комплексообразование. Степень подвижности фтора зависит от ландшафтных условий и характера почвообразовательного процесса. Подвижность фтора проявляется наиболее ярко в условиях кислой среды и наименьшая - у щелочных почв.

Общая площадь исследования составляет 140,4 тыс. га. Для эколого-токсикологической оценки почв сельскохозяйственных угодий отбирали объединенные пробы почвы с каждого поля или отдельно обрабатываемого участка. Пробы растений с выделением основной и побочной продукции отбирали на тех же участках, что и пробы почвы, перед уборкой урожая.

Для почвы ПДК водорастворимого фтора составляет 10 мг/кг, согласно «Методических указаний по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами» (1987). Для оценки загрязнения почв фтором необходимо знать естественное, т. е. фоновое его содержание. На основании многолетних исследований в Республике Хакасия установлен фоновый показатель водорастворимого фтора в почве, равный 1,6 мг/кг.

Анализ данных таблицы 1 свидетельствует о том, что в большинстве своем почвы имеют концентрацию фтора в пределах 0,6-3,2 мг/кг, что в 3-17 раз ниже ПДК. Незначительные колебания фтора по годам носят случайный характер, четкой закономерности в изменении концентрации фтора в зависимости от деятельности завода не установлено. В то же время четко прослеживается информация о постоянном снижении концентрации фтора в почве по мере удаления от завода на 0,02 мг/кг.

1. Содержание водорастворимого фтора в почвах

относительно расстояния от ОАО «САЗ»

Расстояние, км Годы

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

10-25 32 29 29 15 18 17 21 06 19 24

1,4 2,7 1,6 1,5 2,9 4,5 2,1 1,9 2,6 2,6

10-25 26 32 27 16 16 12 3,0 14 13 20

1,8 2,5 1,3 2,5 1,4 1,4 1,6 0,5 1,5 1,7

30 11 16 27 19 10 13 16 12 10 08

1,9 5,9 2,7 3,4 1,8 5,0 1,0 1,0 2,3 2,4

50 10 20 11 23 14 14 17 16 12 11

2,6 3,7 2,7 1,9 2,7 2,9 3,1 1,4 4,5 5,0

80 - - 25 25 10 18 17 17 18 20

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

100 - - 10 12 29 04 06 07 09 10

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

160 - - 16 17 13 13 02 02 13 16

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

В числителе - мг/кг, в знаменателе - площадь, тыс. га

2. Содержание фтора в растениях, мг/кг

Расстояние от ОАО «САЗ», км Естественные сенокосы и пастбища

19931997 гг. 19982002 гг. 20032006 гг. среднее

3-15 4,18 2,51 6,68 4,01 12,56 7,27 7,80 4,59

15-35 2,42 1,45 4,66 2,79 5,99 3,39 4,36 2,54

35-50 2,59 1,55 4,10 2,46 4,46 2,55 3,72 2,19

50-150 2,46 1,48 2,52 1,51 2,45 1,24 2,48 1,41

Количество усредненных образцов 1259 1244 1438 4,59 2,68

Обследованная площадь, тыс. га 63 62,2 126,7

Примечание: в числителе - содержание фтора в пересчете на абсолютно сухое вещество, в знаменателе -содержание фтора естественной влажности трав.

3. Содержание фтора в растениях, мг/кг

Расстояние от Многолетние и однолетние травы

ОАО «САЗ», км 19961999 гг. 20002003 гг. 20042006 гг. среднее

5-15 3,82 2,29 7.47 4.48 8,66 4,86 6,65 3,88

15-20 2,58 1,55 4.99 2.99 4,99 2,73 4,19 2,42

20-35 2,35 1,41 3,64 2,19 4,31 2,42 3,43 2,01

35-50 2,05 1,23 3,42 2,05 3,07 1,78 2,85 1,69

50-60 1,94 1,16 2.47 1.48 3,39 1,81 2,60 1,48

60-75 1,97 1,18 2,33 1,40 2,21 1,21 2,17 1,26

Количество усредненных образцов 629 535 476 3,65

Обследованная площадь, тыс. га 7,6 5,7 4,5 2,12

Примечание см. в таблице 2.

4. Содержание фтора в растениях (МДУ при

Расстояние от Силосные культуры

ОАО «САЗ», км 19931997 гг. 19982002 гг. 20032006 гг. среднее

5-15 2,94 0,75 6,20 1,61 5,83 1,33 4,98 1,39

15-20 2,06 0,53 4,59 1,20 4,63 1,07 3,76 0,93

20-50 2,06 0,54 3,65 0,95 3,60 0,83 3,10 0,77

50-150 2,03 0,53 2,97 0,78 2,66 0,6 2,55 0,6

Количество усредненных образцов 740 562 217 3,60

Обследованная площадь, тыс. га 35,9 23,5 9,5 0,92

Примечание см. в таблице 2.

Исследования подтверждают факт наибольших концентраций фтора в почвах, находящихся в непосредственной близости от предприятия: максимальные показатели обнаружены в почвах санитарно-защитной зоны, в радиусе 10-15 км концентрации варьируют от 0,30 до 31,9 мг/кг, причем максимальные значения характерны для почв, расположенных в северо-восточном и восточном направлении. На расстоянии от 15 до 70 км количество фтора в почвах находится, в пределах фона, исключение составляют засоленные почвы, где за все годы отмечаются повышенные концентрации. Природа возникновения фтора в засоленных почвах мало изучена. Но, как известно из немногих литературных источников, засоленные грунты обладают природными свойствами аккумулировать и накапливать фтор за счет высокой сорбционной способности диспергированных минералов. Согласно нашим исследованиям (1996-2005) прослеживаются несущественные колебания концентраций фтора как в сторону увеличения, так и уменьшения.

Создание техногенной ситуации в результате деятельности ОАО «САЗ» может быть связано с возрастанием на определенной территории плотности газообразных фтористых соединений (ИР, 81Б4, И8!Р2), а также твердых пылевидных, в различной степени растворимых и совсем нерастворимых частиц аэрозолей (СаР2, Л1Р3 и др.).

Любое техногенное давление может не только вызвать угнетение растений, но и обусловить уменьшение видового разнообразия на загрязненных территориях. Токсичность фтора проявляется в изменении физиологических процессов, происходящих в растениях, в ухудшении качества сельхозпродукции и уменьшении урожая. Фтор не является биогенным элементом и в растительной клетке не происходит его детоксикация. По этой причине фтор, как яд, способен накапливаться в тканях растений в возрастающих концентрациях даже в том случае, когда концентрация его в воздухе будет существенно ниже ПДК или МДУ. Травы естественных сенокосов и пастбищ достаточно четко обнаруживают закономерность снижения концентрации фтора в растительной массе с удалением этих угодий от завода, через каждый километр удаления количество данного элемента в растениях снижается на 0,1 мг/кг (табл. 2).

Концентрация фтора в естественных травах сенокосов и пастбищ не превышает МДУ для кормов сельскохозяйственных животных, максимальный его уровень - 18,65 мг/кг в сухом веществе, 11,19 мг/кг при натуральной влажности зафиксирован в 2004 г. на расстоянии 3-15 км от завода. Среднее же содержание этого элемента остается почти на одном уровне - 4,59 мг/кг сухого вещества или 2,68 мг/кг при натуральной влажности - 0,15 доли МДУ. В единичных образцах естественных трав в хозяйствах, расположенных в непосредственной близости от ОАО «САЗ», обнаружено превышение МДУ (21,65-24,5 мг/кг натуральной влажности).

Концентрация фтора в сеяных травах уступает содержанию его в естественном травостое на 3-23%. Также как в растительном покрове естественных ландшафтов, отмечаются пространственные закономерности варьирования накопления фтора и в биомассе сеяных трав: чем они дальше от источника загрязнения, тем меньше степень их загрязнения. Имеют место некоторые колебания фтора в большую и меньшую стороны, как во времени, так и в пространстве. Наибольшая концентрация фтора (8,66

мг/кг) на расстоянии 5-15 км в сеяных травах наблюдалась в 2004 г., но закономерность снижения его концентрации в травах с удалением от завода сохраняется (табл. 3).

Силос из кукурузы, подсолнечника, суданской травы, донника, рапса ярового - наиболее распространенный сочный кормовой продукт для сельскохозяйственных животных. В связи с этим, повышение требований к ограничению концентрации фтора в силосной массе вполне обосновано. Установлено, что среднее содержание фтора в тканях силосных культур было невысоким и колебалось в пределах 0,53-1,61 мг/кг при натуральной влажности и от 2,03 до 6,20 мг/кг в сухом веществе. Анализ данных свидетельствует о том, что в период с 1999 по 2005 г. наблюдается некоторое повышение концентрации фтора в зеленой массе силосных культур. Среднее содержание фтора за 14 лет составляет 0,92 мг/кг натуральной влажности корма (табл. 4).

Исследования вторичного загрязнения овощей и кар-

тофеля, выращиваемых в хозяйствах, на дачных участках и огородах, расположенных как вблизи ОАО «САЗ», так и на большом от него расстоянии, превышающем 100 км, проводят в течение 15 лет. За этот период были отобраны и проанализированы 5600 усредненных образцов овощных культур и картофеля. Оценку овощной продукции и картофеля по содержанию фтора осуществляют относительно ПДК этого элемента, равной 2,5 мг/кг. Фактическое накопление фтора по годам (1992-2006) в образцах овощных культур и картофеля, выращенных в хозяйствах и на личных приусадебных участках, находящихся на расстоянии 10-25 км от завода отображено в таблице 5.

Данные свидетельствуют о слабом варьировании на изучаемой территории содержания фтора в образцах овощей и картофеля. Диапазон обнаруженной концентрации фтора в среднем от 0,09 до 0,88 мг/кг при натуральной влажности укладывается в пределы, характерные для большинства овощных культур и несущественно

5. Содержание фтора в овощных культурах, картофеле и грибах

(расстояние от ОАО « САЗ» 1G-25 км), мг/кг натуральной влажности

Наименование Годы Среднее содержание Доля ПДК

1992-1996 1997-2001 2002-2006 X

Капуста белокочанная 0,39 0,36 0,39 0,38 0,15

Огурцы 0,41 0,21 0,14 0,25 0,10

Морковь столовая 0,65 0,33 0,27 0,42 0,17

Свекла столовая 0,88 0,43 0,22 0,51 0,20

Помидоры 0,70 0,17 0,11 0,33 0,13

Лук-перо 0,51 0,29 0,38 0,39 0,16

Лук-репка 0,75 0,29 0,24 0,43 0,17

Чеснок 0,86 0,40 0,45 0,57 0,23

Укроп, сельдерей, петрушка, салат 0,67 0,83 0,59 0,69 0,28

Перец 0,44 0,28 0,09 0,27 0,11

Кабачки, патиссоны, дыни, арбузы, тыква (в среднем) 0,73 0,22 0,15 0,37 0,15

Грибы разные - 0,19 0,20 0,19 0,08

Картофель 0,87 0,37 0,42 0,55 0,22

Среднее содержание 0,65 0,34 0,28 0,42 0,17

Количество усредненных образцов, всего 1045 562 768 2375 -

6. Содержание фтора в плодах и ягодах садовых культур, мг/кг натуральной влажности

Плоды 3-10 км 10-15 км 15-20 км 35 км 39-40 км 60км 70-100 км

19922005 г. 2006 г. 19922005 г. 2006 г. 19922005 г. 2006 г. 19922005 г. 2006 г. 19922005 г. 2006 г. 19922005 г. 19922005 г. 2006 г.

Яблоки 0,24 0,27 0,25 0,25 0,35 0,38 0,19 - 0,49 0,26 0,40 0,18 0,45

Вишня войлочная 0,23 - 0,25 0,17 0,53 - 0,43 - 0,24 - 0,56 0,33 0,30

Слива 0,23 0,05 0,42 0,11 0,33 - 0,18 - 0,20 - 0,19 - -

Малина 0,35 - 0,32 - 0,24 - 0,46 0,76 0,36 0,62 0,29 0,18 0,18

Облепиха 0,41 - 0,28 0,22 0,33 - 0,30 - 1,19 0,18 0,32 0,12 -

Абрикосы 0,29 - 0,21 0,32 0,76 - 0,36 - 0,21 0,14 0,24 0,14 0,58

Смородина черная 0,23 - 0,28 - 0,48 - 0,34 - 0,25 0,25 0,23 0,12 0,18

Жимолость садовая - - 1,01 - 0,23 - - - - - 0,78 0,17 0,14

Черемуха сибирская 1,29 - 0,61 0,68 0,33 - 0,76 - 0,76 - 0,78 - -

Шиповник - - 0,99 - 0,73 - 1,06 - - - 1,07 - -

Калина, хмель, боярышник 0,62 0,17 0,86 0,21 0,27 - 0,39 - 0,80 0,20 - - -

Количество усредненных образцов 421 319 215 166 181 181 85

Среднее содержание фтора 0,36 0,41 0,41 0,48 0,47 0,49 0,24

7. Содержание фтора в основной продукции зерновых и зернобобовых культур, мг/кг

Расстояние от Годы

ОАО «САЗ», км 1996-1999 2000-2003 2004-2006 Среднее за 11 лет

8-15 1,89 2,52 2,98 2,46

1,63 2,17 2,55 2,12

15-25 1,65 2,04 2,80 2,16

1,40 1,75 2,39 1,85

25-50 1,89 1,62 2,13 1,88

1,12 1,39 1,82 1,44

50-150 1,26 1,49 2,02 1,59

1,08 1,28 1,72 1,36

Количество усредненных образцов 1356 923 375 2,02 1,69

Обследованная площадь, тыс. га 40,5 21,3 16,6

Примечание: в числителе - содержание фтора в сухом веществе, в знаменателе - при натуральной влажности зерна. МДУ фтора в зерне и зернофураже, используемых на корм животных -10 мг/кг._______________________________

отличается от концентраций этого элемента во все годы исследований.

Экологическая инертность фтора в овощах Саяногорских дач, садов и огородов, близко расположенных к ОАО «САЗ», характеризуется тем, что концентрация этого элемента в различные годы хотя и колеблется с некоторым размахом относительно некоторой среднемноголетней величины, но она ни в одном случае не превышает ПДК (ПДК).

Все образцы плодов и ягод, отобранные как на близком, так и на далеком расстоянии от ОАО «САЗ», с точки зрения санитарных требований к содержанию фтора характеризуются удовлетворительной оценкой. Концентрация фтора в 1,9-50 раз ниже ПДК.

Концентрация фтора в основной продукции зерновых культур удерживалась в среднем на одном уровне от 1,26 до 2,98 мг/кг в сухом веществе и от 1,08 до 2,55 мг/кг натуральной влажности зерна (табл. 7). Среднее содержание фтора в зерне - 1,69 мг/кг при натуральной влажности.

Определенной закономерности в изменении количества фтора в зернобобовых культурах в большую или меньшую сторону не установлено, но четко прослеживается статистическая зависимость между содержанием фтора в зерновых культурах и расстоянием от алюминиевого завода. Через каждые 10 км удаления от завода концентрация фтора убывает на 0,02 мг/кг. С 2000 г. наблюдается небольшое увеличение фтора в зерновой продукции.

В зерновой продукции, выращенной на территории хозяйств, близко расположенных к ОАО «САЗ» (ЗАО «Новомихайловское», ОАО «Новоенисейское», ОАО «Новокурское»), количество фтора находится в пределах 0,67-3,41 мг/кг, что в 3,4-15 раз ниже максимальнодопустимого уровня (расстояние 8-50 км). По санитарногигиеническим нормативам максимально-допустимый уровень содержания фтора в зерне фуражном равен 10 мг/кг, в соломе - 20. Для хлебопродуктов и зернопро-дуктов ПДК фтора - 2,5 мг/кг. Аналитические данные зерна и соломы зерновых и зернобобовых культур позволяют сделать вывод, что концентрация фтора в соломе в 2,2-2,4 раза выше, чем в зерне.

Солому зерновых культур широко используют в качестве грубого корма для КРС и овец. Данные химиче-

ского анализа этого вида корма показывают, что количество фтора в нем в 4-10 раз ниже санитарногигиенических норм (МДУ) независимо от расстояния до завода. Это вполне экологически чистый корм, пригодный для скармливания животным без всяких ограничений.

Леса, и особенно хвойные, более чувствительны к фтору, чем другая древесная и кустарниковая растительность. Хвойные, в первую очередь, сосна сибирская (кедр) - растения-индикаторы на фтор, оксиды серы и другие вредные вещества. Наблюдения за изменением концентрации фтора в сосне лесной Очурского, Смирновского, Бондаревского сосновых боров, Таштыпского лесного массива дают представления о характере фторидного загрязнения за счет аэропромвыбросов ОАО «САЗ» и других промышленных предприятий. За годы исследований не удалось обнаружить типичные внешние признаки фторидного поражения: обесцвечивания верхних кончиков хвойных игл, общего угнетения растений с проявлениями особых признаков хлороза, преждевременного сбрасывания хвои, осветления, изрежива-ния кроны, отставания в росте (слабый годовой прирост независимо от погодных условий), преждевременного старения деревьев. Большой интерес представляет зависимость содержания фторидов в сосне лесной лесных массивов, находящихся на различном расстоянии от ОАО «САЗ». 14 лет наблюдений и исследований показали, что уровень концентрации фтора в хвое и трехгодичных побегах сосны лесной лесных массивов Хакасии несущественно отличаются друг от друга.

Лишь в сосне Очурского лесничества, граничащего с санитарно-защитной зоной ОАО «САЗ», содержание фтора больше, чем в остальных лесных массивах Хакасии, а также Шушенского и Минусинского районов. Диапазон концентрации фтора в соснах различных боров составляет в среднем от 2,25 до 7,48 мг/кг.

Таким образом, многолетние наблюдения за степенью фторидного загрязнения почв и растительного покрова показали, что концентрация фтора была и остается невысокой как на далеком, так и на близком расстоянии от ОАО «САЗ». Тем не менее, на ограниченной территории имеет место локальный характер загрязнения окружающей среды.