Экологическая оценка территорий, прилегающих к Новочеркасской ГРЭС

УДК 631.41

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРРИТОРИЙ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС

© 2007г. О.Г. Назаренко, О.Н. Горобцова, Т.М. Минкина, С.С. Манджиева

For the first time the ecological estimation of territory around Novochercassk Power Station based on the authors integrated factor of pollution was conducted. This factor characterizes environmental condition. Novocherkassk Power Station influence on an ecological condition of territory is established.

Существующие в настоящее время методические подходы к оценке экологического состояния территорий, подвергающихся интенсивной техногенной нагрузке, включают в себя оценку состояния отдельных объектов экосистемы: воздушной, водной среды, почвы, растительности, животного мира. Кроме того, проводится оценка гигиенического риска здоровью населения от вредных факторов окружающей среды [1-4].

Изучение степени загрязнения различных природных сред, несомненно, необходимо, но показатели уровня их загрязнения нередко существенно отличаются, и набор этих показателей не даёт ответа на вопрос об общем состоянии экосистемы. Расчётные коэффициенты (коэффициенты опасности, концентрации, биологического поглощения-усвоения, сумма-ции), которые рекомендуются в различных государственных методиках экологической оценки, характеризуют компоненты экосистемы по различным показателям, однако ни один из них не является величиной, характеризующей состояние экосистемы в целом.

Таким образом, для объективной оценки экологического состояния техногенных территорий необходим интегральный методический подход, который предусматривает:

- применение всего комплекса оценочных показателей, характеризующих состояние объектов экосистемы;

- оценку уровня загрязнения не только отдельных природных объектов, но всей экосистемы в целом;

- обязательную оценку состояния биологических объектов экосистемы - почвы, растительности и их воздействие на здоровье населения.

Итогом комплексной оценки экологического состояния урбанизированных территорий может стать расчёт интегрального показателя загрязнения, учитывающего все перечисленные выше требования.

Объект и методы исследования

Для расчёта интегрального показателя загрязнения территорий, испытывающих многолетнее воздействие выбросов НчГРЭС, проводились четырехлетние мониторинговые исследования содержания поллютантов в таких объектах экосистемы, как почва, растительность, снежный покров. Мониторинговые площадки расположены в зоне максимального влияния ОАО НчГРЭС - крупнейшего источника выбросов в Ростовской области - в соответствии с приведённой ниже схемой (рисунок).

Карта-схема расположения мониторинговых площадок в зоне влияния Новочеркасской ГРЭС: площадка № 1 - удаленность от НчГРЭС 1 км, направление северо-восточное; площадка № 2 - удаленность от НчГРЭС

3 км, направление юго-западное; площадка № 3 - удаленность от НчГРЭС 2,7 км, направление юго-западное; площадка № 4 - удаленность от НчГРЭС 1,6 км, направление северо- западное; площадка № 5 - удаленность от НчГРЭС 1,2 км, направление северо- западное; площадка № 6 - удаленность от НчГРЭС 2 км, направление северо-северо- западное; площадка № 7 - удаленность от НчГРЭС 1,5 км, направление северное; площадка № 8 - удаленность от НчГРЭС 5 км, направление северо- западное; площадка № 9 - удаленность от НчГРЭС 10 км, направление северо- западное; площадка № 10 - удаленность от НчГРЭС 20 км, направление северо- западное

В проведённых исследованиях по оценке уровня загрязнения исследуемых территорий зоны влияния НчГРЭС, выбросы которой содержат множество загрязняющих веществ, в качестве контролируемых поллютантов выбраны 3,4-бенз(а)пирен и тяжёлые металлы:

-3,4-бенз(а)пирен, представитель класса полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), являющийся опасным канцерогеном и мутагеном, поэтому его количественное содержание необходимо определять для почв всех категорий землепользования. Содержание этого поллютанта в различных объектах экосистемы и прежде всего в почвах может служить индикатором общего уровня загрязнения территорий, подвергающихся интенсивному техногенному воздействию;

- тяжёлые металлы, загрязнение которыми в последние 50 лет приняло глобальный характер, а продолжительность пребывания их как загрязняющих элементов в почве носит длительный характер. Многие представители этого класса обладают самыми высокими показателями техногенности и оказывают токсическое, канцерогенное, мутагенное, терратоген-ное и аллергенное действие на биоту и человека.

Образцы почв мониторинговых площадок отбирались и подготавливались для химического анализа в соответствии с требованиями ГОСТа 17.4.4.02-84 [5, 6].

В почве определено содержание органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91 [7]; обменные основания Са2+ и Mg2+-комплексонометрическим методом; содержание карбонатов в почве - по методу Шейблера [8]; рН водной вытяжки - потенциометрическим методом, ГОСТ 26423-85 [9]; подвижные формы фосфора и калия - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84 [10]; нитратный азот - ионометрическим методом, ГОСТ 26951-86 [11].

Отбор растительных образцов на территории мониторинговых площадок включал образцы вегетативной и корневой части растительности. Видовой состав представлен травянистыми дикорастущими растениями, типичными для степной зоны: овсюг обыкновенный (Avena fatua), бодяк полевой (Cirstum аrvense), полынь горькая (Artemisia fbsinthium), мышей зелёный (Sitaria viridis), пырей ползучий (Agropyrum repens), просо куриное (Echinochloa crus galli), пастушья сумка (Capsella bursa pastoris), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), марь белая (Cnenopodium album), амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisifolia), подорожник большой (Plantago major). Образцы отбирались ежегодно во второй декаде июня в период максимального развития вегетативной части растительности.

Исследование содержания 3,4-бенз(а)пирена в почвах, растительности, снежном покрове проводилось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с учётом требований, установленных международным стандартом ИСО 13877 на базе Научно-образовательного эколого-аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России.

Анализ валовых форм ТМ выполнен рентген-флюоресцентным методом.

Применяя указанные методики для оценки экологического состояния исследуемых территорий, помимо результатов собственных исследований, представленных в табл. 1, 2, использовались данные по содержанию поллютантов в компонентах экосистемы зоны влияния НчГРЭС, полученные другими авторами [12 - 14]. Предлагаемый комплексный подход позволяет представить объективную картину состояния территорий зоны влияния НчГРЭС, а также разработать интегральный показатель, характеризующий состояние экосистемы, подвергающейся многолетнему

Таблица 1

Агрохимические свойства почв мониторинговых площадок в слое почвы 0-20 см

Зона Направление и расстояние от НчГРЭС, км Физ. глина, % Ил, % Гумус % pH CaCO3, % NH4+, мг/100г почвы P2Ü5, мг/100г почвы K2O, мг/100г почвы Ca2+ + Mg2+, мг-экв/100г почвы ЕКО, мг-экв/100г почвы Балл буфер ности почв* Степень буферности почв по отношению к тяжелым металлам*

1 1,0 СВ 45,3 6,6 4,2 7,4 0,8 3,8 4,7 69,4 30,4 34,6 32,0 Повышенная

2 3,0 ЮЗ 5,9 0,9 2,7 7,5 0,5 3,7 7,5 30,9 14,0 10,3 22,0 Средняя

3 2,7 ЮЗ 73,4 36,8 3,6 7,7 0,6 3,8 2,5 34,7 20,2 21,3 43,0 Высокая

4 1,6 СЗ 45,3 16,4 4,5 7,5 1,0 5,9 4,3 52,4 23,1 23,2 32,0 Повышенная

5 1,2 СЗ 45,0 16,2 4,2 7,5 1,9 3,4 3,0 47,3 26,1 24,6 35,0 Повышенная

6 2,0 ССЗ 46,3 18,0 5,1 7,6 0,9 4,6 7,1 65,1 30,3 32,0 39,5 Повышенная

7 1,5 С 47,7 19,9 4,2 7,6 0,8 3,9 4,6 58,5 34,0 31,7 39,5 Повышенная

8 5,0 СЗ 68,3 32,8 4,8 7,3 1,1 4,0 5,9 61,7 35,6 39,9 42,0 Высокая

9 15,0 СЗ 45,0 14,9 5,2 7,5 0,8 5,0 3,7 52,2 34,2 33,4 32,0 Повышенная

10 20,0 СЗ 49,1 10,4 4,9 7,4 0,7 4,9 3,8 48,7 26,0 34,1 37,0 Повышенная

* по методике В.Б. Ильина [6]

техногенному воздействию. Для оценки уровня загрязнения различных объектов экосистемы были рассчитаны коэффициенты суммации, характеризующие состояние воздушной среды, почвенного покрова, вегетативной части растительности. Высокие показатели буферности

Значения интегральных показателей загрязнения

почв исследуемых территорий по отношению к тяжёлым металлам учтены с помощью коэффициента буфер-ности, рассчитанного по методике В.Б. Ильина [6]. Влияние химического загрязнения почв на здоровье населения учитывает индекс опасности I [2].

Таблица 2

системы территорий зоны влияния НчГРЭС

Зона Удаление и направление от источника загрязнения Zc воздуха Категория оценки загрязнения воздуха Zc почвы Кб буфер-ности Zc почвы х Кбуфер-ности Zc расти-тель-ности Категория оценки загрязнения растительности Zc х J Категория оценки влияния на здоровье населения I Категория оценки состояния экоситемы

1 1,0 СВ 10,24 Не опасно 6,4 0,53 3,4 23,0 Умерено опасно 82,1 Опасная 115,7 Высоко опасное

2 3,0 ЮЗ 4,99 Не опасно 2,2 0,37 0,8 13,9 Не опасно 47,0 Опасная 69,7 Высоко опасное

3 2,7 ЮЗ 4,99 Не опасно 3,7 0,72 2,7 10,9 Не опасно 62,2 Опасная 77,7 Высоко опасное

4 1,6 СЗ 4,99 Не опасно 18,1 0,53 9,6 80,6 Высоко опасно 295,3 Чрезвычайно опасная 387,5 Максимально опасное

5 1,2 СЗ 4,99 Не опасно 10,2 0,58 5,9 43,4 Опасно 136,6 Чрезвычайно опасная 187,9 Максимально опасное

6 2,0 ССЗ 4,99 Не опасно 5,9 0,66 3,9 22,3 Умерено опасно 73,3 Опасная 101,4 Высоко опасное

7 1,5 С 4,99 Не опасно 4,1 0,66 2,7 15,1 Не опасно 55,7 Опасная 75,5 Высоко опасное

8 5,0 СЗ 6,43 Не опасно 9,1 0,70 6,4 27,2 Умерено опасно 135,1 Чрезвычайно опасная 172,4 Максимально опасное

9 15,0 СЗ 6,14 Не опасно 5,1 0,53 2,7 17,5 Умерено опасно 61,3 Опасная 84,6 Высоко опасное

10 20,0 СЗ 11,85 Не опасно 8,9 0,62 5,5 21,1 Умерено опасно 131,2 Чрезвычайно опасная 166,8 Максимально опасное

Интегральный показатель загрязнения был рассчитан следующим образом: X = (2с воздуха + 2с почвы х К буферности + 2с почвы х I + 2с растительности) --(п - 1), где X - интегральный показатель загрязнения экосистемы; 2с воздуха - коэффициент суммации, характеризующий химическое загрязнение атмосферы; Ъс почвы - коэффициент суммации, характеризующий химическое загрязнение почвенного покрова [2]; Ъс растительности - коэффициент суммации, характеризующий химическое загрязнение вегетативной части растительности; К буферности - коэффициент, учитывающий буферные свойства почвы по отношению к тяжёлым металлам; I - индекс опасности, учитывающий влияние химического загрязнения почв на здоровье населения, рассчитанный для одного из наиболее опасных поллютантов 3,4-бенз(а)пирена.

Полученные значения интегрального показателя загрязнения техногенных территорий позволяют провести оценку состояния экосистемы в целом и учитывает состояние всех природных сред, включая влияние химического загрязнения на здоровье человека.

Результаты исследований

Оценка исследуемых территорий по значению интегрального показателя позволяет выявить участки территории, которые можно охарактеризовать как максимально опасно загрязнённые, они расположены наиболее близко к НчГРЭС в северо-западном направлении, совпадающем с розой ветров. Остальные

участки изучаемых территорий можно охарактеризовать как высокоопасно загрязнённые.

Значения интегрального показателя загрязнения повторяют те закономерности, которые были определены для накопления в объектах экосистемы поллю-танта 1 класса опасности 3,4-бенз(а)пирена.

Коэффициент корреляции между средним содержанием 3,4-бенз(а)пирена в слое почвы 0-20 см составляет г = 0,99; а с содержанием поллютанта в вегетативной части растительности г = 0,98. Рассчитанные значения ошибки и критерия существенности указывают на то, что установленная корреляционная связь существенна (/ т = 6,07; / табл = 5,06).

Несомненно, что высокое содержание в выбросах НчГРЭС этого опасного канцерогена вносит основной вклад в загрязнение изучаемых территорий и оказывает максимальное негативное воздействие на здоровье населения. Этот факт позволяет утверждать, что для точной индикации состояния экосистемы, основным источником загрязнения которой являются продукты неполного сгорания углеродного топлива, выбрасываемые в атмосферу, достаточно определения содержания 3,4-бенз(а)пирена.

Концентрацию этого поллютанта наиболее целесообразно определять в живых объектах экосистемы -почве и вегетативной части растительности, так именно они в результате сорбционных процессов накапливают опасный канцероген и являются объектами, оказывающими максимальное влияние на здоровье человека.

Литература

1. Критерии оценки экологической обстановки территорий для определения зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. М., 1992.

2. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. М., 1987.

3. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы к качеству почвы. М., 2003.

4. СТ СЭВ 4470-84. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния. М., 1985. С. 12.

5. ГОСТ 17.4.3.06-86. Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ. М., 1987.

6. Ильин В.Б. // Агрохимия. 1997. № 8. С. 65-70.

7. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М., 1992.

8. Безуглова О.С., Морозов И.В. Методические указания к

разделу «Главные составные части почв» курса «Физико-химический анализ почв». Ростов н/Д, 1996.

9. ГОСТ 26423-85. Почвы. Определение рН водной вытяжки по методу ЦИНАО. М., 1986.

10. ГОСТ 26205-84. Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИ-НАО. М., 1985.

11. ГОСТ 26951-86. Почвы. Определение нитратов ионо-метрическим методом. М., 1987.

12. Экология Новочеркасска. Проблемы, пути решения. Ростов н/Д, 2001.

13. Экологический паспорт г. Новочеркасска. Отчёт о результатах крупномасштабных геохимических и радиометрических исследований экологической обстановки г. Новочеркасска. Новочеркасск, 1995.

14. Антропогенное влияние выбросов Новочеркасской ГРЭС на окружающую среду города и окрестности ГРЭС. Отчет о НИР (НГЦЭИ и М). Новочеркасск, 1995.

Ростовский государственный университет

11 декабря 2006 г.