Загрязнение фтором сельскохозяйственных земель и растений в зоне влияния производственной деятельности алюминиевого завода

DOI: 10.12731/wsd-2016-2-11 УДК 631.46; 631.5

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ФТОРОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И РАСТЕНИЙ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА

Демиденко Г.А., Жбанчиков Д.О., Миронов А.Г.

Выбросы алюминиевой промышленности являются источником загрязнения окружающей среды, в том числе и земель сельскохозяйственного назначения. Между уровнем загрязнения почв и загрязнением растений на сельскохозяйственных землях существует тесная связь. Дискуссионным остается вопрос о путях загрязнения фтором различных растений из почвы. Сельскохозяйственные растения в вегетативных органах способны накапливать фтор, содержание которого зависит от загрязнения им почвы. Целью проводимых исследований являлось определение загрязнения фтором в системе «почва - растение» в зоне влияния производственной деятельности алюминиевого завода (на примере Красноярского алюминиевого завода ОАО «РУСАЛКрасноярск») и рациональное использования загрязненных земель. При среднем уровне загрязнения возможно использование сена костреца при аналогичном уровне загрязнения почв, но желательно разбавлять его безопасной продукцией. В корнеплодах свеклы при всех уровнях загрязнения наблюдается небольшое превышение ПДК, что потребует использование определенной технологии переработки сырья. Морковь не накапливает в корнеплодах фтор и ее использование допустимо даже при выращивании близко к источнику загрязнения. По мере совершенствования технологии производственного процесса алюминиевого завода ОАО «РУСАЛКрасноярск» наблюдается тенденция уменьшения содержания фтора в почвах и сельскохозяйственных культурах.

Ключевые слова: загрязнение; уровень загрязнения; водорастворимый фтор; почва; кострец; морковь; свекла.

FLUORIDE CONTAMINATION OF AGRICULTURAL SOILS AND PLANTS ONSITE POLLUTION BUBBLE OF THE ALUMINUM SMELTER

Demidenko G.A., Zhbanchikov D.O., Mironov A.G.

Aluminum industry emissions are the reason of environmental pollution, including agricultural lands. There is a close relationship between the level of soil contamination and pollution of plants on agricultural lands. Channels of contamination with fluorine from soil to different agricultural plants are still in the area of research interests. Vegetative organs of agricultural plants accumulate fluoride, which content depends on the soil pollution level. The aim of the research is the amount of fluoride in the system "soil - plant" determination onsite pollution bubble of the aluminum plant (illustrated by an example of the Krasnoyarsk aluminum smelter OJSK "RUSAL Krasnoyarsk"). Another aim of the research is a contribution to the development of efficient land use attains. Average and the same level of Bromus inermis Leyss. fluoride pollution allow using rump velour grasses, but assorted with safe products. Beet-roots despite the soil contamination level reveal a slight excess of maximum permitted level that would require the use of a certain technology for the processing of raw materials. Carrot (Daucus carota L.) does not accumulate water-soluble fluorine in the roots therefore its use is acceptable even if growing close to source of pollution. While enhancing the technology of aluminum production process at the Krasnoyarsk aluminum smelter a tendency of fluorine content reducing in soils and crops has become evident.

Keywords: pollution; soil contamination; water-soluble fluorine; Bromopsis inermis; Daucus carota; Beta vulgaris; aluminum smelter.

Введение

В связи с развитием и модернизацией технологий алюминиевой промышленности в регионах Сибири актуальными для сельского хозяйства, экологии и рационального природопользования становятся вопросы накопления водорастворимого фтора в системе «почва-растение», а так же мониторинга уровня загрязнения почв в зоне влияния производственной деятельности алюминиевой промышленности, чему посвящено немало работ [2, 3, 5, 6]. Фтор, поступающий в результате промышленных выбросов деятельности алюминиевых заводов, вызывает химическое загрязнение почв [1, 2, 4]. Между уровнем загрязнения почв и загрязнением растений существует тесная связь. Дискуссионным остается вопрос о путях загрязнения фтором различных растений и их вегетативных органов из почвы [4, 5]. Возможность накопления токсиканта в разных горизонтах почв и вегетативных органах растений не одинакова.

Цель исследования

Определить уровень загрязнения водорастворимым фтором в системе «почва - растение» в зоне влияния производственной деятельности Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РУСАЛ Красноярск») и предложить пути рационального использования загрязненных земель в сельском хозяйстве.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являются почвы (чернозем обыкновенный, пахотный) и растения: кострец безостый - Bromopsis inermis (Leyss.) Holub (зеленая масса, сено) и свекла обыкновенная - Beta vulgaris L. сорт столовая Бордо, морковь дикая - Daucus carota L. сорт «Нантская» (корнеплоды). Загрязненная фтором территория представляет собой эллипс, вытянутый от источника загрязнения - алюминиевого завода - в северо-восточном направлении по розе ветров до 30 км. Общая площадь загрязнения составляет 39,8 тыс.га.

Полевой отбор образцов проводился на реперных участках (РУ), заложенных П.И. Крупкиным в 1997 году для ведения мониторинга уровня загрязнения почв водорастворимым фтором, которые размещены на расстоянии от 2 до 30 км от источника загрязнения. В качестве фона (контроль) является РУ-15, расположенный в 30 км на север от источника загрязнения. Сбор, анализ и обработка полевого материала происходила в течение 2012-2015 гг.

Для определения содержания фтора в растениях отбирались сопряженные пары образцов (почва - растение) на РУ с разным уровнем загрязнения почвенного пахотного слоя.

Содержание водорастворимого фтора в почве и растениях определялось в аккредитованной лаборатории Красноярского филиала ФБУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Сибирскому федеральному округу» (ЦЛАТИ) и инновационной лаборатории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» при ФГ-БОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет».

Результаты исследования и их обсуждение

Уровень загрязнения пахотного слоя почв водорастворимым фтором определяется количеством фторидов в атмосфере, расстоянием от источника загрязнения, сезонностью, положением исследуемого участка по розе ветров, свойствами почв и другими факторами (табл. 1).

Фоновое содержание водорастворимого фтора по Е.И. Волощину (2003) составляет 5 мг/кг, что соответствует данным РУ-15 - фоновое (контроль). Содержание водорастворимого фтора в пахотном слое почв уменьшается при удалении реперных участков от источника загрязнения, то есть от фонового (контроль) от 1.9-4.4 до 67.7-74.8 водорастворимого фтора на РУ-24 и РУ-16, расположенных на расстоянии 3-4 км. Определенная роль в распределении водорастворимого фтора по территории отводится не только направлению, но и скорости ветра, а так же его турбулентности. Наибольшее содержания фтора отмечается в весеннее время за счет того, что при таянии снега весной фтор поступает в почву.

К осени содержание фтора уменьшается из-за вымывания его летними дождевыми водами в нижележащие горизонты почвы. Эта весенне-осен-няя закономерность распределения водорастворимого фтора в почвенном пахотном слое колеблется в зависимости от переувлажненных и засушливых периодов лета.

Таблица 1.

Содержание водорастворимого фтора в пахотном слое чернозема обыкновенного в зоне производственной деятельности алюминиевого завода ОАО «РУСАЛ Красноярск», мг/кг

№ РУ Год Весна Осень

РУ-16 3 км на северо-восток 2012 74.8 41.2

2013 59.4 39.0

2014 47.2 40.4

РУ-24 4 км на северо-восток 2012 67.7 42.5

2013 63.9 43.9

2014 56.4 45.2

РУ-14 9 км на северо-восток 2012 22.8 17.6

2013 16.2 12.3

2014 10.9 7.4

РУ-22 24 км на северо-восток 2012 8.7 5.3

2013 7.4 5.1

2014 5.2 4.9

РУ-15 (контроль) 30 км на север 2012 4,4 4.8

2013 3.2 3.4

2014 1.9 2.1

В весеннее время по сравнению с фоном очень высокий уровень загрязнения водорастворимым фтором в пахотном слое почв (более 10 ПДК) определяется на расстоянии 3-4 км и высокий уровень (более 3 ПДК) на расстоянии 9 км от источника загрязнения. Средний уровень загрязнения (2.5-1 ПДК) пахотного слоя почвы определяется на расстоянии 24 км от алюминиевого завода ОАО «РУСАЛ Красноярск». Допустимый уровень загрязнения (1-0.5 ПДК) - 30 км и низкий - (менее 0.5 ПДК) до 38 км от источника загрязнения. Именно почва является основным «хранителем токсикантов».

Сельскохозяйственные растения в вегетативных органах способны накапливать фтор, содержание которого зависит от загрязнения им почвы. В научной литературе широко представлены результаты исследований по высокой токсичности и химической активности фтора в зонах влияния алюминиевых заводов и процессов его трансформации в агрофитоцено-зах на примере пшеницы [5], имеются сведения об отсутствии связи между загрязнением почвы и загрязнением корнеплодов некоторых сельскохозяйственных культур водорастворимым фтором [3]. Анализ сопряженных пар образцов: почва-кострец (зеленая масса, сено); почва-морковь (корнеплоды); почва-свекла (корнеплоды) позволил определить возможность использования продукции, выращенной в зоне влияния производственной деятельности завода ОАО «РУСАЛ Красноярск» (табл. 2).

Анализ проведенных нами исследований показывает, что как и в исследованиях с пшеницей [5] накопление фтора вегетативными органами растений происходит интенсивнее, чем генеративными. Зеленая масса костреца используется на подкормку, а сено - основной корм для скота. Установлено, что при уровнях загрязнения (очень высокий, высокий) содержание фтора в зеленой массе костреца составляет 9 ПДК, а в сене -14 ПДК. При среднем уровне загрязнения содержания фтора в зеленой массе костреца составляет 3 ПДК, а в сене - 1.8 ПДК. Прослеживается тенденция увеличения содержания фтора в сене костреца. Использование костреца (зеленая масса и сено) с участков с очень высоким и высоким содержанием фтора в почве для скармливания животным недопустимо, даже при условии разбавления безопасной продукцией. При среднем уровне загрязнения (20 км до источника загрязнения) возможно использование сена костреца при таком уровне загрязнения почв, но желательно разбавлять его безопасной продукцией.

В свекле (корнеплодах) при уровнях загрязнения (очень высокий, высокий) содержание фтора составляет 2-1.5 ПДК. В 2012-2013 гг. при среднем уровне загрязнения определяется 1.4-1.3 ПДК, а в 2012 г. - 0.6 ПДК даже в допустимом уровне загрязнения. Употребление корнеплодов свеклы возможно при определенной технологии переработки сырья.

Таблица 2.

Содержание фтора в некоторых сельскохозяйственных культурах в зоне производственной деятельности алюминиевого завода ОАО «РусалКрасноярск», мг/кг

№ РУ, уровень загрязнения почвы Год исследования Сельскохозяйственные культуры ПДК, мг/кг

Род растения зеленая масса сено корнеплод

2012 23.1 36.2 -

2013 кострец 23.5 36.4 -

2014 21.9 34.6 -

РУ-16, 2012 - - 2.5

очень 2013 морковь - - 2.3 2.5

высокий 2014 - - 1.9

2012 - - 5.9

2013 свекла - - 5.1

2014 5.1

2012 19.2 26.5 -

2013 кострец 20.6 27.4 -

2014 19.0 26.7 -

РУ-14, высокий 2012 - - 1.0

2013 морковь - - 0.9 2.5

2014 - - 0.7

2012 - - 4.2

2013 свекла - - 3.3

2014 - - 3.0

2012 6.7 5.5 -

2013 кострец 5.9 6.2 -

2014 5.4 6.0 -

РУ-22, 2012 - - 0.9

средний 2013 морковь - - 0.8 2.5

2014 - - 0.5

2012 - - 3.5

2013 свекла - - 3.3

2014 - - 2.4

2012 2.5 2.9 -

2013 кострец 1.9 2.4 -

2014 1.8 2.3 -

РУ-15, 2012 - - 0.3

допусти- 2013 морковь - - 0.2 2.5

мый 2014 - - 0.2

2012 - - 2.6

2013 свекла - - 2.4

2014 - - 2.5

Морковь не накапливает в корнеплодах фтор, даже при очень высоком уровне загрязнения пахотного слоя почв в весеннее время. По этой причине употребление корнеплодов моркови допустимо даже при выращивании близко к источнику загрязнения.

Заключение

В весеннее время по сравнению с фоном очень высокий уровень загрязнения водорастворимым фтором в пахотном слое почв определяется на расстоянии 3-4 км; высокий уровень - 9 км; средний уровень - 24 км; допустимый уровень - 30 км и низкий - до 38 км от источника загрязнения ОАО «РУСАЛ Красноярск». Именно почва является основным «хранителем токсикантов».

Необходим дифференцированный подход при использовании сельскохозяйственных культур: кострец безостый (зеленая масса, сено) и свекла, морковь (корнеплоды) на исследуемой территории.

Использования костреца (зеленая масса и сено) с участков с очень высоким и высоким содержанием фтора в почве для скармливания животным недопустимо, даже при условии разбавления безопасной продукцией. При среднем уровне загрязнения (20 км до источника загрязнения) возможно использование сена костреца при таком уровне загрязнения почв, но желательно разбавлять его безопасной продукцией.

В свекле (корнеплодах) при всех уровнях загрязнения наблюдается небольшое превышение ПДК, что потребует использование определенной технологии переработки сырья. Морковь не накапливает в корнеплодах фтор и ее использование допустимо даже при выращивании близко к источнику загрязнения.

За период исследования (2012-2014гг) наблюдается тенденция уменьшения содержания фтора как в пахотном слое почв, так и в сельскохозяйственных культурах из-за совершенствования технологии производственного процесса алюминиевого завода ОАО «РУСАЛ Красноярск».

Список литературы

1. Ерышова О.В. Отчет «Загрязнения почв фтором и тяжелыми металлами в пригородной зоне г Красноярска» // Рукопись, 1992. Фонды ГЦАС «Красноярский». 110 с.

2. Демиденко Г.А., Жбанчиков Д.О. Влияние водорастворимого фтора на загрязнение почв в зоне промышленных выбросов Алюминиевого завода // Вестник Крас ГАУ, 2014. №5. С. 116-120.

3. Косицына А.А. Влияние водорастворимого фтора на загрязнение почв и растений: дис...канд.биол.наук, 06.01.00. Красноярск, 2009. 135 с.

4. Крупкин П.И. Пути рационального использования почв, загрязненных фтором // Агрохимия, 2005. №3. С. 78-87.

5. Танделов Ю.П., Сысоева Н.В., Безикова О.А., Лапуть Е.В. Загрязнение почв и растительного покрова фтором в окрестностях Красноярска, Ачинска, Назарово // Загрязнение почв и растений тяжелыми металлами и фтором. Красноярск: Крайагропром, 1991. С. 28-51.

6. Чарков С.М. Техногенное влияние алюминиевой промышленности в республике Хакасия // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2013. №4 (102). С. 38-40.

References

1. Eryshova O.V. Rukopis [Manuscript], 1992. Fondy GTsAS «Krasnoyarskiy». 110 p.

2. Demidenko G.A., Zhbanchikov D.O. Vestnik Kras GAU, 2014. №5. Pp. 116120.

3. Kositsyna A.A. Vliyanie vodorastvorimogo ftora na zagryaznenie pochv i ras-teniy [Effect of the water-soluble fluorine pollution of soils and plants]. Krasnoyarsk, 2009. 135 p.

4. Krupkin P.I. Agrokhimiya, 2005. №3. Pp. 78-87.

5. Tandelov Yu.P., Sysoeva N.V., Bezikova O.A., Laput' E.V. Zagryaznenie pochv i rasteniy tyazhelymi metallami i ftorom [Contamination of soil and plants by heavy metals and fluorine]. Krasnoyarsk: Krayagroprom, 1991. Pp. 28-51.

6. Charkov S.M. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2013. №4 (102). Pp. 38-40.

ДАННЫЕ ОБ АВТОРАХ

Демиденко Галина Александровна, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ландшафтной архитектуры и агроэкологии

Красноярский государственный аграрный университет просп. Мира, 90, г. Красноярск, Российская Федерация demidenkoekos@mail.ru

Жбанчиков Дмитрий Олегович, аспирант кафедры ландшафтной архитектуры и агроэкологии

Красноярский государственный аграрный университет просп. Мира, 90, г. Красноярск, Российская Федерация demidenkoekos@mail.ru

Миронов Алексей Геннадьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры психологии, педагогики и экологии человека, председатель Совета молодых ученых Красноярского ГАУ

Красноярский государственный аграрный университет просп. Мира, 90, г. Красноярск, Российская Федерация lexamir13@mail.ru

DATA ABOUT THE AUTHORS Demidenko Galina Aleksandrovna, Head of the Department of Landscape Architecture and Agroecology, Ph.D. in Biological Science, Professor

Krasnoyarsk State Agrarian University

90, Mira Ave., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

demidenkoekos@mail.ru

SPIN-code: 8513-8885

Zhbanchikov Dmitriy Olegovich, Postgraduate Student of the Department of Landscape Architecture and Agroecology

Krasnoyarsk State Agrarian University

90, Mira Ave., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

demidenkoekos@mail.ru

Mironov Alexey Gennagievich, Associate Professor of the Department of Psychology, Education and Human Ecology, Ph.D. in Agricultural Science

Krasnoyarsk State Agrarian University

90, Mira Ave., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

lexamir13@mail.ru

SPIN-code: 9873-0365