Оценка воздействия промышленных предприятий Северной агломерации на почву

Как было отмечено ранее РУСАЛ, ВМЗ «Красный октябрь», Тракторный завод условно входят в состав Северного промышленного узла и определяет агроландшафт Волгоградской агломерации.

Был разработан план отбора проб для анализа содержания тяжелых металлов в почвах санитарно-защитной зоны Алюминиевого завода - РУСАЛ. Отбор проб запланирован в виде сетки, которая захватывает километровую, двухкилометровую зоны и выходит за их пределы. Запланированные 15 точек отбора проб достаточно полно характеризуют пространственное распределение содержания тяжелых металлов в санитарно-защитной зоне и прилегающей территории РУСАЛа. Химическим анализом устанавливают химический состав и свойства почвы. Основные разделы его: валовой, или элементный анализ - позволяет выяснить общее содержание в почве различных элементов. В данном случае это цинк, медь, никель, марганец, свинец, кобальт, хром, алюминий, титан, кадмий и железо.

Для анализа распространения концентрации, тяжелых металлов по почвенному профилю произведена закладка разреза глубиной до 1м.(точка 2). Пробы взяты в районе населенных пунктов, дачных массивов и на территории предполагаемой застройки (точка 5).

По этим данным строим графики распределения металлов по контрольным точкам и сравнительную диаграмму средних значений концентраций.

Сравнительная диаграмма наглядно показывает преобладание алюминия и марганца в почве. Это объясняется производственной деятельностью РУСАЛ, которая направлена на выпуск алюминия.

Как уже отмечалось ранее почвы являются основной депонирующей средой, куда металлы поступают с выпадениями из атмосферы, лиственным опадом, отмершими частями растений и т.д. Состояние почв - интегральный индикатор многолетнего процесса загрязнения всей окружающей среды, дающий представление о качестве жизнеобеспечивающих сред - атмосферного воздуха и вод. Кроме того, загрязненные почвы сами являются источником вторичного загрязнения приземного слоя воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Таким образом, почвы представляют тройной интерес, как начальное звено пищевой цепи, как источник вторичного загрязнения атмосферы и как интегральный показатель экологического состояния окружающей среды.

Технологические процессы предприятий черной и цветной металлургии не обеспечены надежными средствами очистки газовых выбросов, что приводит к сильному загрязнению атмосферы вокруг этих предприятий. Загрязненная атмосфера в этом случае является главным источником накопления тяжелых металлов в почве и растениях, и безусловно это отражается на здоровье населения

Проанализировав результаты исследований, можно сделать выводы. Во-первых, необходимо отметить, что максимальная концентрация химических элементов отмечена в точках на расстоянии 1000 - 1300м от источника выбросов - от завода. Это можно объяснить тем, что на расстоянии 1400м течет река Орловка. Вместе с грунтовыми водами происходит постепенное попадание загрязняющих веществ в водоем, а далее с течениями загрязнения попадают в реку Мечетка, а оттуда в бассейн реки Волга. На расстоянии 1000м от завода находятся небольшие многочисленные овраги и балки, по которым загрязняющие вещества и попадают в реку Орловка. Этим и объясняется пик концентрации загрязняющих веществ на расстоянии 1000 - 1400м.

Проанализировав состав ТМ и концентрации металлов в почвах на территории РУСАЛ, в СЗЗ и жилой зоне, можно отметить, что наибольший пик концентрации наблюдается в санитарно-защитной зоне, и уменьшается в жилой зоне. Наибольшая концентрация, (h=высота трубы 100 м, К=10-20) веществ по расчетам должна быть в почве на расстоянии1000-2000 м СЗЗ=h*К. Следует отметить, что реки Орловка и Мечетка являются загрязненными тяжелыми металлами из-за рельефа местности и стока всех загрязненных вод. В данном случае вклад алюминиевого завода в химическое загрязнение водоемов неоспорим. Падение концентрации по мере удаления от источника выбросов также говорит о том, что загрязнение почв в жилых районах не достигло своего максимума, а санитарно-защитная зона принимает наибольшую часть загрязнений, выполняя тем самым свою защитную функцию. Но данная территория загрязнена больше всего, о чем говорят такие явления как «черный снег» зимой на расстоянии более 300-600м от алюминиевого завода.

Но также важно отметить, что влияние алюминиевого завода опасно тем, что происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд. Эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека. Некоторые токсические соединения рано пли поздно попадают в подземные воды, в результате чего нарушается не только биологическое равновесие почвы, но ухудшается и качество подземных вод до такой степени, что их уже нельзя использовать в качестве питьевых.

При проведении отбора и анализа проб на наличие тяжелых металлов в почвах свидетельствует, что промышленные выбросы, поступающие в воздушный бассейн от РУСАЛ и почвы загрязнены следующими тяжелыми металлами: цинк, медь, никель, марганец, свинец, кобальт, хром, алюминий, титан, кадмий, железо. Ниже представлены карты распределения этих элементов по местности.

В нашей стране в настоящее время по степени опасности эти элементы разделены на три класса. К первому классу токсической опасности (для почв) отнесены ртуть, мышьяк, селен, кадмий, свинец, цинк, фтор, ко второму - хром, кобальт, молибден, никель, медь, сурьма, бор и к третьему - барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

По результатам химического анализа в пробах почв, отобранных вблизи РУСАЛ превышение норм ПДК подвижных форм кобальта, меди, никеля, свинца, цинка, хрома не обнаружено.

Т.к. норм ПДК подвижных форм кадмия, железа, алюминия, титана нет, то сравнение проводится относительно пробы сравнения (фоновой пробы). Наиболее загрязненная точка по содержанию алюминия является т.2 (1200 м. в южном направлении предприятия), здесь концентрация алюминия в 62,9 раза выше по сравнению с фоновой точкой. Рассматривая распределение данного загрязнения в данной точке в вертикальном направлении наблюдается уменьшение концентрации алюминия: на глубине 10-15 см содержание алюминия в 21,1 раза выше фоновой концентрации; на глубине 50 см -10.2 раза; на глубине 100 см. - 3 раза.

Концентрация подвижных форм всех исследованных тяжелых металлов резко падает с глубиной, снижаясь в горизонте А в 2 и более раза, что говорит о их низкой миграционной способности. Соответственно можно говорить о том, что при запахивании нет угрозы загрязнения грунтовых вод. Этот вывод однако нельзя отнести к почвам супесчаного и песчаного механического состава.

Значительное содержание алюминия обнаружено и в т.8 (744м. южнее предприятия) – превышение в 29,6 раз по сравнению с фоновой концентрацией и в т.7 (1080м. южнее предприятия) 19.1 раза.

В т. 7 и 2 обнаружено максимальное содержание кадмия, которое соответственно составляет 0.30 и 0,26 мг/кг. Так же кадмий обнаружен в т. 3,4,5,7,8,9.

Сравнивая результаты анализа в точках №8, 7, 2 следует отметить следующий факт. В почвах с облегчением мехсостава почв растет концентрация подвижных форм тяжелых металлов, что связанно с увеличением емкости ППК. Соответственно можно говорить о том, что опасность выноса тяжелых металлов в грунтовые воды растет с облегчением мехсостава. Для предотвращения загрязнения грунтовых вод необходимо на почвах с легким мехсоставом проводить утяжеление с использованием грунтов тяжелого механического состава. Также желательно присутствие в грунтах, применяемых для утяжеления остаточного количества карбонатов для нейтрализации фтористого водорода, который может увеличивать подвижность тяжелых металлов.

Анализируя характер распространения подвижных форм хрома, свинца, марганца, железа и цинка можно отметить то, что деятельность РУСАЛ не является единственно определяющим фактором, повышающим их концентрацию в почве на данной территории.

Анализируя динамику распространения меди и кобальта на территории санитарно-защитной зоны можно отметить прямую зависимость содержания подвижных форм этих металлов от близости предприятия. Это не может быть напрямую связано с содержанием меди и кобальта в выбросах алюминиевого завода, поскольку, по результатам наших анализов, данные металлы в выбросах не обнаружены. Эта закономерность, предположительно, связана с наличием фтористого водорода, который попадая в почву увеличивает содержание подвижных форм тяжелых металлов как содержащихся в составе минеральной части почвы, так и привнесенных со стороны от выбросов автотранспорта и от выбросов металлургического завода “Красный Октябрь”.

Почва - одна из составных частей биосферы, является мощным фильтром в отношении аэрогенного потока техногенных веществ, очищающим биосферу, геохимическим барьером, как правило, прочно фиксирующим загрязнители в результате процессов трансформации их соединений и существенно ослабляющим поступление их через корневую систему в надземную растительную массу и миграцию в грунтовые воды. В сравнении с поверхностными водами и атмосферным воздухом, где возможны процессы периодического самоочищения от загрязняющих веществ, почва активно их аккумулирует и обладает ограниченной способностью к самоочищению. Накопление токсических веществ в почвах влечет за собой не только деградацию почвенного покрова, но и нарастание экологически опасных последствий, создающих угрозу здоровью человека. Для выявления и предупреждения нежелательных последствий техногенного влияния необходима организация контроля загрязнения почвы. Наши исследования показали, что реакция среды изученных почв - от слабощелочной до щелочной. Содержание водорастворимых солей, щелочноземельных металлов, хлоридов, сульфатов является характерным для механического состава исследованных почв (супеси, легкие и средние суглинки). Содержание гумуса от низкого до среднего. Содержание азота практически не изменяется, фосфором обогащены все исследуемые почвенные участки.

Одной из форм химического загрязнения почв является аккумуляция в ней тяжелых металлов, поступающих с промышленными выбросами. Набор этих элементов весьма широк: наиболее распространенными являются ртуть, свинец, кадмий, медь, цинк' и некоторые другие. Металлы - токсиканты; поступая в почву, вступают в различные химические реакции, сорбируются органическим веществом, глинистыми минералами. Из почвы они могут поступать в грунтовые воды и поглощаться растениями.

При создании СЗЗ необходимо закладывать общие принципы создания устойчивых систем. Для этого нужно использовать смешанные посадки с применением пород, различающихся по устойчивости к различным факторам среды. Введение в экосистему малоустойчивых видов позволит повысить ее устойчивость в целом. Такие виды работают в экосистемах как предохранители.

Необходимо отметить важность создания СЗЗ для предприятий, которые выполняют важную роль в восстановлении чистоты атмосферного воздуха, улучшают условия жизни и труда людей.

Есть некоторые соображения относительно модификации СЗЗ. При создании лесонасаждений прежде всего необходимо рассмотреть структуру насаждений и характер посадки. Предлагается разделить СЗЗ на 3 подзоны (полосы) и для каждой из них подобрать свою конструкцию, видовой состав насаждений в зависимости от характера загрязнения.

По мнению авторов (Манаенков И.В., Казанков В.А.)

1. Полоса осаждения. Образуется в результате неорганизованных выбросов, производимых на небольшой высоте, загрязнение этой территории мало зависит от направления ветра. В зоне сильного загрязнения должно происходить поглощение газообразных загрязнителей. Для данной зоны рекомендуется способ создания защитных лесонасаждений с применением орошения. Это позволит повысить устойчивость насаждений и продлить срок их существования. Полоса может включать в себя как древесные насаждения, так и кустарники. Межрядовое пространство должно составлять 3-4 м для прохождения трактора с орудием, как для плантажной вспашки, так и для удаления сорняков.

2. Полоса поглощения. Загрязнение этой территории происходит в результате приземления дымового факела, а также за счет притока загрязненного воздуха из первой зоны. Уровень загрязнения зависит от направления ветра, и по отношению к некоторым участкам является периодическим. Основной тип поражения зеленых насаждений – хроническое повреждение. Для этой зоны способ создания защитных лесонасаждений может применятся без дополнительного орошения. Рекомендуется подбор деревьев, состоящих из устойчивых и среднеустойчивых пород. Впереди зоны высаживаются породы более устойчивые к загрязнению, а также породы, устойчивые к дефициту влаги. Для меньшей повреждаемости растений необходимо создавать посадки, которые имели бы плотную крону. Для лучшей устойчивости необходимо, чтобы посадки имели одинаковую высоту, так как при возвышении опушечного дерева над основным пологом оно больше всего повреждается загрязнителями.

3. Полоса слабого загрязнения. Загрязнение зоны вызывается перемещением воздушных масс из второй зоны, вместе с фоновым загрязнением района. Эта зона является переходной из защитных насаждений предприятия в зеленые насаждения города. Данная зона выполняет как санитарно-гигиенические, так и декоративно-эстетическую функцию. В ней рекомендуется сделать лесопарк, где можно подобрать растения не только по их экологическим свойствам, но и высадить растения, имеющие высокие декоративные качества. В этот состав входит более 25 пород деревьев и кустарников.

Агролесомелиорация является универсальным средством в решении возникающих сегодня экологических проблем и в то же время обладает рядом преимуществ – долговечностью, простотой создания и эксплуатации, многофункциональностью защитно-мелиоративного действия, относительной дешевизной и быстрой окупаемостью затраченных средств.

Во ВНИАЛМИ разработана государственная программа развития агролесомелиоративных работ в России. Разработки направленные на полноценную защиту почв и организацию устойчивых агроландшафтов необходимо продолжать и всячески поддерживать.