Оценка уровня загрязнения приповерхностного слоя почв в зоне воздействия металлургического предприятия

УДК 628.39.504.5 Д.С. Корельский

ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЧВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Приведены результаты исследований степени загрязнения атмосферного воздуха в районах Бокситогорского глиноземного завода и комбината «Северникель».

Семинар № 8

У'"Ъсновной целью проводимых исследований является мониторинг и оценка состояния почвенно-

растительного покрова в лесных экосистемах, находящихся под влиянием промышленного загрязнения.

Первый этап исследований проводился в городе Бокситогорске Ленинградской области. Бокситогорский глиноземный завод входит в первую десятку предприятий Ленинградской области по количеству выбросов в атмосферу и водные объекты. Степень загрязненности атмосферного воздуха на территории Бокситогорского района определялась по результатам мониторинга методом лихеноиндикации. Работы проводились на 14 станциях. Каждая станция наблюдений представляла собой квадратную площадку (50х50 м), в пределах которой случайным образом выбирались 10 сосен. Проводилась визуальная балльная оценка степени дефолиации и дехромации сосен, определялось проективное покрытие лишайниками стволов сосен.

До настоящего времени зона воздействия Бокситогорского глиноземного завода на атмосферный воздух определялась экологическим отделом предприятия на основе методики ОНД-86 и составляла около 43 км2. Результаты мо-

ниторинга позволяют существенно скорректировать оценку зоны воздействия на наземные экосистемы, которая в 7 раз превышает расчетную и составляет около 292 км2.

Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что существующие методики оценки загрязненности атмосферного воздуха не могут использоваться в качестве достоверного и достаточного описания экологической ситуации в зоне воздействия промышленных предприятий. Также невозможна интерпретация результатов расчета как предельного содержания вредных веществ во всех природных средах, так как, многие поллютанты рассеиваясь в воздухе способны накапливаться в почвах и растениях.

В настоящий момент объектом исследований стали территории, находящиеся под воздействием ОАО «Северо-никель». Комбинат «Североникель» это одно из крупнейших предприятий Кольского полуострова по переработке медно-никелевого сырья для получения в виде готовой продукции цветных металлов и концентратов драгоценных металлов. В последние годы объемы выбросов в атмосферу комбинатом основных загрязняющих веществ составляют: порядка 8 тыс. т/год полиметаллической

Расстояние и направ- Горизонт почвы N1 Си Ге Ме

ление от источника и его мощность,

загрязнения, км см

Зона начальной стадии нарушения лесных экосистем

А0=0-5 АоА,=5- 14 16 580 75

ЮЗ, 60 км 6 А2=6-13 7,7 5,0 320 55

В=13-30 <5 <5 170 <5

<5 <5 585 5,0

Зона частичного нарушения лесных экосистем

А0=0-0,5 70 105 700 30

ЮЮЗ, 30 км А0А1=0,5-2,0 А1А2=2-4 А2=4- 30 <5 30 <5 495 не опред 10 <5

23 В=23-56 <5 <5 <5 <5 100 1220 7.0 8.0

Зона сильно разрушенных лесных экосистем

А0=0-0,5 615 1110 1260 25

ЮЮЗ, 15 км А0А1=0,5-2,0 545 865 1430 20

А2=4-23 35 12 290 <5

В=23-56 22 8,0 1800 35

Зона полного разрушения лесных экосистем

А„=0-1 1390 2490 3720 50

АоА1=1-3 1025 1020 1340 20

ЮЮЗ, 8км А2=3-4 В,=4-18 В2=18- не опред 50 не опред 25 не опред 5520 не опред 15

55 С= 55 и более 40 16 13 8,5 4100 1010 20 45

пыли (никель, медь, кобальт, оксид марганца) и свыше 180 тыс. т/год SO2.

Многочисленные исследования показали, что в радиусе более 100 км от крупных промышленных центров и агломераций и 50 км от больших металлургических предприятий и тепловых электростанций расположены зоны выпадения кислых осадков, где экосистемы находятся под влиянием избыточного поступления серы и других поллю-тантов. Вблизи предприятий, выбрасывающих двуокись серы, рН почвы иногда достигает величины 2,8-2,1.

По данным ОАО “Центрально-Кольская экспедиция”, производственная деятельность комбината "Северони-кель" оказывает заметное негативное влияние на обширную территорию. Зона

очень высокого уровня загрязнения (значения суммарного показателя загрязнения Zc > 128) составляет площадь 1400 км2 и характеризуется максимальными уровнями годовых выпадений № и Си.

В таблице приведены pH и содержания подвижных форм некоторых химических элементов в почвах сосновых лесов в районе воздействия комбината «Североникель» при разном уровне атмосферного загрязнения:

В ходе экспедиции в Мурманской области, на территориях, подверженных непосредственному атмосферному воздействию ОАО «Североникель» был отобран основной материал, в виде проб почв и растительности. Исследования проводились в сотрудничестве с сотруд-

никами Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, которые осуществляют собственные геоботанические изыскания на постоянных пробных площадях (ППП) на Кольском полуострове с 1984 года. Сбор данных осуществлялся в различном объеме на 12 ППП, с применением как общепринятых методов пробоотбора, так и усовершенствованных применительно к объектам и задачам выполняемых исследований.

Распределение металлов по профилю загрязненной почвы имеет ряд существенных и характерных отличий. В основном тяжелые металлы техногенного происхождения сосредотачиваются в поверхностном 5-10-сантиметровом

слое. Часть металлов, попавших в почву, образует трудно растворимые формы соединений с гумусовыми веществами, какая-то часть может войти в состав поглощенных оснований, замещая кальций и магний, а часть - в состав глинистых минералов. Все они закрепляются в верхнем гумусовом слое, а оставшаяся часть металлов мигрирует в профиле почвы в растворенном виде с почвенным раствором до большой глубины, причем второй максимум содержания металлов находится на границе с аллювиальным горизонтом.

В этой связи для более подробного изучения неоднородности почвенного покрова и отбора проб почв, с наружной стороны ППП закладываются прикопки, представляющие собой шурфы 30х30 см и глубиной до 50 см. Принцип описания и отбора проб аналогичен работе с почвенными разрезами, но как более экспрессный позволяет закладывать от 1020 прикопок на одной пробной площади, что дает в конечном итоге более полные данные о физико-химических свойствах лесной подстилки. На различном расстоянии от комбината и на фоновых территориях на ППП отбирались пробы

верхних почвенных горизонтов, а именно А0, А1, А2 (где возможно) и BFH. Это позволит определить как общую степень загрязненности почв на различном расстоянии от предприятия, так и получить распределение накопления тяжелых металлов по различным горизонтам. В фоновых зонах пробы отбирались посредством усреднения с нескольких прикопок. В зоне воздействия комбината пробы усреднялись с 4 прикопок в углах квадратов 2х2 метра, отстоящих друг от друга на 10 метров, это дополнительно позволит определить миграцию в пределах одной ППП. Для получения полной картины инфильтрации и аккумуляции тяжелых металлов было заложено несколько почвенных разрезов. Анализ отобранных образцов проводится на рентгенофлуоресцентном спектрометре ED2000 фирмы Oxford Instruments (Великобритания).

Параллельно с оценкой содержания тяжелых металлов в лесных почвах в настоящее время проводятся исследования химического состава хвои деревьев и растений нижних ярусов. Необходимость подобных исследований подтверждается тем, что определенные ранее на данной территории средние содержания в горизонте А0 подвижного Ni составляют 186 мг/кг (46 ПДК), а Си - 368 мг/кг (122 ПДК), что превышает предел насыщения мхов, традиционно используемых для оценки годовых выпадений тяжелых металлов. На фоновых пробных площадях отбирались основные представители растительного мира данного региона, такие как: сосна и ель сибирская (хвоя за последние 5 лет), кустарнички черники, брусники, голубики, дерена шведского и Impetrum (лиственная фитомасса), мхи и лишайники -плевроциум Шребера (Pleurozium schre-beri), гилокомиум блестящий (Hyloco-mium splendens), ягель (Cladina stellaris).

Далее, в пределах ППП отбирались образцы всех растений, представленных на пробной площади и входящих в список отобранных ранее на фоновых участках. Отбор проб проводился усреднением образцов. Дополнительно на двух ППП, находящихся в зоне влияния комбината, был произведен отбор хвои ели сибирской, матурных и вергинильных особей, индивидуально по деревьям, с описанием состояния. Количественный анализ планируется проводить с использованием атомно-абсорбционного спектрометра

ЛЛ-6300 фирмы Shimadzu (Япония).

В 1992 г. Ботаническим институтом им. В. Л. Комарова РАН совместно с сотрудниками Лапландского заповедника был заложен полевой эксперимент с рассеиванием полиметаллической пыли на снежный покров на участке в фоновой территории Кольского полуострова. Выбиралось две соседние площадки в незагрязненной зоне, одна из которых служила контрольной. Из-за неравномерности внесения загрязнителей наглядным результатом эксперимента служит появление «пятен» в лишайниковом покрове, в которых концентрация тяжелых металлов превысила предел существования СЫта 81е11а118, однако позволила существовать кустарничкам брусники.

Через эти «пятна» был проложен профиль метровых площадок, присутствие СЫта 81е11а118 на которых варьировало от полного до нулевого. В пределах метровых площадок отбирались объединенные пробы лишайника, фитомассы листьев брусники и производился отбор

проб почв (горизонты А0, А1, А2 (где возможно) и ВБЫ) из прикопок. В местах полного отсутствия СМта 81е11ап8 дополнительно отбирались пробы почв и брусники на 30-сантиметровых площадках. Анализ отобранных образцов почвы позволит вычислить условия восстановления и существования СЫта 81е11аг18 на загрязненных почвах.

Таким образом, с помощью мониторинговых исследований появится возможность разделить зону влияния металлургического предприятия на территории способные к самовосстановлению после прекращения производственной деятельности, а также зоны, где необходимость рекультивации земель будет однозначной. Принципиальной схемой такого разделения станет построение ореолов загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами. Условия существования самого чувствительно представителя растительного мира, а в данном случае СЫта 81е11аг1Б, выделит области способные к естественному природному восстановлению.

Полученные результаты лягут в основу дальнейшей работы, предполагающей создания методики определения зон и уровней воздействия предприятий металлургической промыш-ленности на растительные сообщества Европейского Севера России.

Исследования выполняются при поддержке Американского фонда гражданских исследований и развития для независимых государств (СКОБ). ВДВ

— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------

Корельский Д.С. - ассистент кафедры Геоэкологии СПГГИ (ТУ).

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 8 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.А. Харченко.