CC BY
31
УДК 504.054
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-12048
ДИНАМИКА СЕВЕРОТАЕЖНЫХ ЛАНДШАФТОВ В ИМПАКТНОЙ ЗОНЕ КАНДАЛАКШСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА
Н. Б. Нестерова, Младший научный сотрудник, Тюменский Государственный Университет, n.b.nesterova@utmn.ru, Тюмень, Россия
Разрушительное воздействие Кандалакшского алюминиевого завода (КАЗ) на ландшафты импактной зоны изучались на протяжении десятков лет. Многократное сокращение выбросов в 2005 г. привело к восстановительным сукцессиям прилегающих ландшафтов. Через несколько лет были проведены повторные исследования состояния почвенного покрова района исследования и сравнительный анализ загрязнения почв. Однако нет схожих повторных исследований об изменении состояния растительного покрова и ландшафтов в целом. В данной статье представлены результаты изучения динамики ландшафтов импактной зоны КАЗ за период 1987— 2015 гг. Методами полевого изучения было составлено экологическое описание ландшафтов, основанное на индикаторах загрязнения, приближенных к использованным исследователями в конце XX века. Полученные результаты позволили выделить и закартографиро-вать три зоны деградации прилегающих ландшафтов. После сопоставления современного состояния ландшафтов с описанным прежде была выявлена восстановительная динамика, смягчение проявления индикаторов загрязнения, а также сокращение зон деградации. Полученные результаты могут представлять интерес для занимающихся рекультивацией импактной зоны, а примененная методика сопоставления разновременных индикаторов состояния ландшафтов является универсальной и может быть использована в других областях.
The destructive effect of the Kandalaksha Aluminum Plant (KAZ) on the landscapes of the impact zone has been studied for decades. Multiple emission reduction in 2005 led to the recovery successions of the surrounding landscapes. Several years later, repeated studies on the state ofsoils were carried out and a comparative analysis of soil pollution was performed. However, there are no similar repeated research of the changes in vegetation cover and landscapes in general. This article presents the results of studying the dynamics of the landscapes in the impact zone of the KAZ for the period of 1987—2015. During the field work we applied the method of ecological landscape description based on the pollution indicators close to the ones used by researchers at the end of the 20th century. The obtained results allowed us to identify and map three zones of landscape degradation. After comparing the current state of the landscapes with those described before, the recovery dynamics, mitigation of pollution indicators, as well as the reduction of degradation zones were revealed. The results of this research may be of interest to those working with land reclamation of the impact zone, and the applied methods of comparing multi-temporal indicators of the landscape state are versatile and can be used in other areas of interest.
Ключевые слова: аэротехногенные выбросы, Кандалакшский алюминиевый завод, импактная зона, модернизация, восстановление ландшафтов.
Keywords: anthropogenic air pollution, the Kandalaksha Aluminum Smelter, impact zone, modernization, environmental restoration.
Введение. Основными воздушными выбросами Кандалакшского алюминиевого завода (КАЗ) являются высокоопасные фтористые соединения [1], загрязнение воздуха которыми разрушительно влияет на состояние древостоя [2, 3] и почвенной подстилки [4]. Несмотря на наличие других источников экологической опасности в районе исследований, КАЗ является основным [2]. В конце XX в. проводились исследования по зонированию прилегающих ландшафтов (импактной зоны) КАЗ по уровню загрязнения почв, деградации растительного покрова и экосистем в целом [2—6].
В 2005 г. сократившиеся в ~ 10 раз после экологической модернизации выбросы КАЗ [7] помогли естественному процессу восстановления ландшафтов. Через несколько лет были проведены повторные сравнительные исследования изменения состояния почв [8, 9], однако схожие работы по состоянию ландшафтов в целом — отсутствуют.
Цель данной работы — изучение динамики прилегающих ландшафтов КАЗ после многократного сокращения загрязнения за период 1987—2015 гг. Задачи исследования: экологическая характеристика ландшафтов импактной зоны, выделение и картографирование современных зон деградации, сравнительный анализ состояния ландшафтов с описанным в исследованиях конца XX в.
Модели и методы. Объект исследования — импактная зона КАЗ, имеющая разную область протяжения [2, 3, 5]. Мы определяем импактную зону завода как эллипсовидную вытянутую на север область, включающую в себя I и II зоны деградации, описанные в работах конца XX в. [3, 5]. Район исследования располагается в восточноевропейской северной тайге с малоустойчивыми к антропогенному воздействию ландшафтами [10]. Распространены сосняки кус-тарничково-зеленомошные, среди почв преобладают карликовые иллювиально-железистые подзолы [11].
Данное исследование состоит из двух этапов: полевого и аналитико-картографического. На первом этапе применены методы ландшафтной индикации. На расстоянии 100 м — 3 км на север от КАЗ был заложен субмеридиональный профиль. На площадках 20 х 20 м каждые 600 м фиксировались индикаторы аэротехногенного загрязнения. Был выделен набор индикаторов, основанный на исследованиях конца XX века: состояние древостоя, подлеска и подроста, живого напочвенного покрова, мохового покрова, лихе-нофлоры, лесной подстилки, верхних горизонтов почв.
На втором этапе исследования по результатам индикационного анализа в импактной зоне КАЗ были выделены
Полигон исследований импактной зоны Кандалакшкского алюминиевого завода и зоны дегродации
* Ключевые точки описания | 1 Зона III
а) б)
Рис. 1. а) Полигон исследования (2015), разделенный на зоны деградации: зона I — значительного разрушения, зона II — относительного разрушения, зона III — начального разрушения ландшафтов; б) Полигон исследования, разделенный на зоны деградации, составленный автором по материалам Сыроида [5], Крючкова и Макаровой [3], Георгиевского [2]: зона I — полного разрушения экосистем, зона II — сильного разрушения экосистем
и закартографированы в среде ГИС условные зоны деградации для дальнейшего сравнительного анализа.
Результаты и обсуждение. Проведенные полевые исследования позволили выделить три условные зоны деградации ландшафтов: I — значительного разрушения, II — относительного, III — начального разрушения ландшафтов. Они отображены на рис. 1 (а) вместе с полигоном исследования, границы которого оконтуривают улицу Промышленную, вырубки под ЛЭП и проселочную дорогу вокруг КАЗ, северная граница не имеет физической привязки. Границы зон условные, переход постепенный, форма зон эллипсовидная, как в работах XX в. [3, 5]. Возможные анклавы внутри зон не были учтены из-за незначительных в площадном отношении перепадов высот по профилю. Зоны деградации, выделенные Крючковым и Макаровой [3] и Сыроидом [5], спроецированные на полигон исследования, изображены на рис. 1 (б).
Ключевые индикаторы аэротехногенного загрязнения, обнаруженные в каждой зоне, и результаты предыдущих исследований [2, 3, 5] отражены в таблице. Границы зон, выделенных Крючковым и Макаровой [3], Сыроидом [5] и Георгиевским [2], примерно схожи, но, так как
нет четко закартографированных границ, погрешности в сравнении зон могут допускать ошибку в 2—3 сотни метров.
Таким образом, выделенная нами Зона I совпадает с зоной I (полного разрушения экосистем — рис. 1, б), выделенной другими исследователями [2, 3, 5]. Она представлена сосново-осиновым багульниково-чернично-бруснично-шикшевым лесом на иллювиально -железистых подзолах, местами смытых. По сравнению с исследованиями XX в. для зоны характерна восстановительная динамика в виде увеличения сомкнутости крон, уменьшения суховершинности, подверженности древостоя некрозу, восстановления травяно-кустарничкового покрова, эпигей-ного накипного мха и эпилитного накипного лишайника.
Выделенная нами зона II совпадает с определенной прежде зоной II (сильного разрушения экосистем — рис. 1, б) [2, 3, 5]. Для зоны присущ сосновый чернично-бруснично-зеленомошно-багульниковый лес на торфянистых иллювиаль-но-железистых подзолах. По сравнению с предыдущими исследованиями [2, 3, 5] в зоне наблюдалось также уменьшение суховершинности, увеличение сомкнутости крон, уменьшение некроза хвои, восстановление подлеска и подроста, тра-
Результаты полевых исследований по зонам
Полевые исследования 2015 г. Полевые исследования конца XX в.
Усыхание и суховершинность <30 % елей Много сухих веток до высоты 5 м Повреждение коры Единичный некроз хвои Дефолиация Сомкнутость крон < 50 % Угнетен древостой, фитопатологии Угнетены подлесок и подрост Единичное разрушение кустарничков Единичные эпилитные лишайники Отсутствие эпифитных лишайников Единичная представленность эпигейного мха в хорошем состоянии Слаборазложившийся хвойный опад Разрушение верхних горизонтов почв и обнажение минеральных горизонтов А2 и В Зона I Суховершинность и усыхание у 30 % елей [2] 100 % некроз [3, 5] Кроны молодых сосен редкие [2] Единичные экземпляры [3, 5] Срок жизни хвои 2—3 года [2] Кусты ив и березы угнетены [3, 5]; Кустарники удовлетв. [2] Кустарнички — пятнами [3] Все лишайники погибли [3, 5]; Лишайниковая пустыня [2] Под слоем пыли отмирают мхи [3, 5]; Сильно угнетенный моховой покров, до 70 % гибнет [2] Подстилка разрушена [5] Почва обнажена на 70—90 %; [3]: Горизонт А разрушен, почва обнажена на 70—90 % [5]
Не была замечена суховершинность Масштабное распространение сухих веток до высоты 5 метров Сомкнутость крон < 60 % Сильный некроз хвои и пожелтение не были отмечены Фрагментарное разрушение подлеска и подроста Проективное покрытие травяно-кустарничкого покрова ~70 % Наличие эпилитных накипных лишайников Отсутствие эпифитных лишайников Широкое распространение эпигейного мха в хорошем состоянии, проективное покрытие ~60 % Слаборазложившийся хвойный опад Почвенный покров морфологически не трансформирован, повсеместное наличие органогенных горизонтов Зона II Суховершинность старых елей и сосен [2]; Много суховершинных елей [3, 5] 20—30 % [2]; ~10 % [3]; Единичные экземпляры [5] Пожелтение хвои [2]; некроз хвои по всей кроне 50—80 % [3, 5] Подрост очень редок и угнетен [3]; Подлесок угнетен [5] 50—70 % в удовлетворительном состоянии [2]; 30—50 % [5] Эпилитные лишайники: мелкие и угнетены [2], разрушены [5]; Проективное покрытие лишайников: 10—15 % [5], 23—30 % [2] Эпифитные лишайники: сильно угнетены [2]; отсутствуют [3, 5] Проективный покров мхов 30—50 %, развит хорошо [2]; Эпигейные мхи: деградируют [3], в виде сухих остатков, проект. покр. <20 % [5] Подстилка разрушается [5] Напочвенный горизонт Ао разрушается, обнаженность почвы 40— 50 % [3, 5]
Не была замечена суховершинность Масштабное распространение сухих веток до высоты 5 м Высота сосен ~20 м Сомкнутость крон ~70 % Некроз хвои и пожелтение не были отмечены Подрост и подлесок — не сплошной ярус, состояние удовлетворительное Проективное покрытие травяно-кустарничкового покрова 80 %. В хорошем состоянии эпилитные накипные лишайники Зона III Суховершинность старых елей и сосен [2]; Много суховершинных елей [3, 5] Высота древостоя: 8—12 м [2], 9—10 м [3, 5] 20—30 % [2]; -10 % [3]; Единичн. [5] Пожелтение хвои [2]; Некроз хвои по всей кроне 50—80 % [3, 5] Подрост очень редок и угнетен [3]; Подлесок угнетен [5] 50—70 % в удовлетворительном состоянии [2]; 30—50 % [5] Эпилитные лишайники мелкие и угнетены, проективное покрытие 23—30 % [2]; Проективное покрытие лишайников 10—15 %, эпилитные лишайники разрушены [5]
вяно-кустарничкового покрова, эпигейного накипного мха, эпилитных лишайников, органогенных горизонтов почвенного профиля и сокращение обнаженности почвы.
Зона III, выделенная нами (рис. 1, а), также совпадает с зоной II (сильного разрушения экосистем — рис. 1, б) [2, 3, 5], характеризуется сосновым шикшево -чернично - бруснично - багул ь-никовым лесом на торфянистых иллювиально-железистых подзолах. Присущие восстановительные сукцессии представлены увеличением сомкнутости крон и средней высоты деревьев, значительным сокращением некроза хвои, отсутствием суховершинности, увеличением проективного покрытия травяно-кустарничкового покрова, восстановлением подлеска и подроста, эпигейного накипного мха, эпилитных лишайников и органогенных горизонтов почвенного профиля, сокращением обнаженности почвы.
В целом, в каждой зоне произошло восстановление ландшафтов и значительное смягчение проявления индикаторов загрязнения и деградации: характеристика I зоны сменилась с «полного разрушения ландшафтов» на «значительное разрушение». Отмечается сокращение границ выделяемой в XX в. зоны II (сильного разрушения экосистем), ее северная граница сместилась на ~ 8 км. Выявленная тенденция к восстановлению ландшафтов и сокращению границ зон деградации согласуется с результатами сравнительных исследований состояния почв импактной зоны КАЗ [8, 9]. В них отмечается, что зона максимального загрязнения почв фторидами сократилась с
2,5 до 1,5 км, а территория сильного и умеренного загрязнения — на 5 км. Подобная восстановительная динамика после десятикратного сокращения выбросов подтверждает прогнозы Крючкова и Макаровой [3] о том, что для предотвращения деградации природы необходимо уменьшение аэротехногенных выбросов в 10—15 раз.
Полученные результаты репрезентативны для конкретной импактной зоны с уникальной ситуацией. Однако примененная методика сравнения разновременных индикаторов состояния ландшафтов импактной зоны носит универсальный характер и может быть использована для оценки последствий экологических модернизаций любого направления.
Заключение. Проведенные повторные сравнительные исследования демонстрируют восстановительную динамику ландшафтов после многократного сокращения выбросов. Смягчилось проявление индикаторов загрязнения по сравнению с концом XX в., сократилась зона сильного разрушения ландшафтов. Вывод о сокращении зон согласуется с результатами предыдущих сравнительных исследований загрязнения почв [8, 9].
Благодарности
Автор благодарит Медведкова А. А. за помощь в сборе и анализе материала, огромная благодарность Кандалакшскому заповеднику, в частности Толмачевой Е. Л., за возможность проведения полевых исследований. Отдельная благодарность Некрич А. С. за научные консультации.
Библиографический список
1. Юрченко С. В., Корякин А. С. Кандалакшский алюминиевый завод: борьба за строительство очистных сооружений и снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, 1989—2007 гг. // Экологические проблемы северных регионов и пути их решения. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Апатиты, 14—16 октября 2008 г. Часть 2. — А: Издательство КНЦ РАН, 2008. — C. 121—123.
2. Георгиевский А. Б. Изменения в растительном покрове пригородной зоны Кандалакши и Кандалакшского заповедника под влиянием атмосферных выбросов предприятий // Флора и растительность островов Белого и Баренцева морей: Сб. науч. тр. — М.: 1996. С. 162—172.
3. Крючков В. В., Макарова Т. Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского севера // КНЦ АН СССР — А: 1989. — 95 с.
4. Евдокимова Г. А., Зенкова И. В. Влияние выбросов алюминиевого завода на биоту почв Кольского полуострова // Почвоведение. — М.: 2003. — С. 973—979.
5. Сыроид Н. А. Влияние газообразных отходов промышленных предприятий на фитоценозы окружающих территорий // Проблемы изучения и охраны природы Прибеломорья: Сб. науч. тр. — М.: Кн. Изд-во, 1987. — С. 139—147.
6. Evdokimova G. A., Mozgova N. P., Shtina E. A. Soil pollution by fluorine and evaluation of the soil microflora status in the area of influence of an aluminum plant // Eurasian soil science. — M.: 1997. — P. 796—803.
7. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области за 2004 г. // Комитет промышленного развития, экологии и природопользования Мурманской области. — М.: 2005.
8. Evdokimova G. A., Mozgova N. P. Comparative estimation of soil and plant pollution in the impact area of air emissions from an aluminium plant after technogenic load reduction // Journal of Environmental Science and Health, Part A. — 2015. — P. 547—552.
9. Евдокимова Г. А., Корнейкова М. В., Мозгова Н. П. Изменения свойств почв и почвенной биоты в зоне воздействия аэротехногенных выбросов Кандалакшского алюминиевого завода // Почвоведение. — М.: 2013. — С. 1274—1274.
10. Федеральный атлас «Природные ресурсы и экология России» / Рыбальский Н. Г. и Снакин В. В. (ред.). — М.: НИА «Природные ресурсы», 2002.
11. Герасимова М. И. География почв России. — М.: Издательство МГУ, 2006. — 312 с.
DYNAMICS OF THE NORTH TAIGA LANDSCAPES IN THE IMPACT ZONE OF THE KANDALAKSHA ALUMINUM PLANT
N. B. Nesterova, Junior Researcher, Tyumen State University, n.b.nesterova@utmn.ru, Tyumen, Russia References
1. Yurchenko S. V., Koryakin A. S. Kandalakshskiy alyuminievyy zavod: bor'ba za stroitel'stvo ochistnykh sooruzheniy i snizhenie vybrosov zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosferu, 1989—2007 gg. Ekologicheskie problemy severnykh regionov i puti ikh resheniya. Materialy Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. Apatity, 14—16 oktyabrya 2008 g. [Kandalaksha Aluminum Smelter: the debate on the construction of pollutant filters and the decrease of air pollution emissions. Proceeding of all-Russian scientific conference with international participance. Apatity, 14—16 October 2008 Part 2]. Apatity, Izdatel'stvo KNTs RAN, 2008. P. 121—123. (in Russian)
2. Georgievskiy A. B. Izmeneniya v rastitel'nom pokrove prigorodnoy zony Kandalakshi i Kandalakshskogo zapovednika pod vliyaniem atmosfernykh vybrosov predpriyatiy Flora i rastitel'nost' ostrovov Belogo i Barentseva morey: Sb. nauch. tr. [Changes in the vegetation cover of the suburban area of Kandalaksha and the Kandalaksha Reserve under the influence of atmospheric emissions of enterprises. Flora and vegetation of the islands of the white and Barents seas: Collected papers]. Murmansk. 1996. P. 162—172. (in Russian)
3. Kryuchkov V. V., Makarova T. D. Aerotekhnogennoe vozdeystvie na ekosistemy Kol'skogo severa KNTs AN SSSR [Aerial technogenic impact on the ecosystems of the Kola North. Kola scientific center of the USSR AS]. Apatity. 1989. (in Russian)
4. Evdokimova G. A., Zenkova I. V. Vliyanie vybrosov alyuminievogo zavoda na biotu pochv Kol'skogo poluostrova Pochvovede-nie [Influence of aluminum plant emissions on the soil biota of the Kola Peninsula. Pedology]. Moscow: 2003. P. 973—979. (in Russian)
5. Syroid N. A. Vliyanie gazoobraznykh otkhodov promyshlennykh predpriyatiy na fitotsenozy okruzhayushchikh territoriy Problemy izucheniya i okhranyprirody Pribelomor'ya: Sb. nauch. tr. [The influence of the gaseous waste of industrial enterprises on the vegetation of the surrounding areas. Problems of study and conservation of White Sea area: Collected papers]. Murmansk, Kn. Izd-vo, 1987. P. 139—147. (in Russian)
6. Evdokimova G. A., Mozgova N. P., Shtina E. A. Soil pollution by fluorine and evaluation of the soil microflora status in the area of influence of an aluminum plant. Eurasian soil science. Moscow, 1997.
7. Doklad o sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy Murmanskoy oblasti za 2004 g. Komitet promyshlennogo razvitiya, ekologii i prirodopol'zovaniya Murmanskoy oblasti. [Report on the state and environmental protection of the Murmansk Region for 2004. Committee for industrial development, ecology and environmental management of the Murmansk Region.]. Murmansk. 2005. (in Russian)
8. Evdokimova G. A., Mozgova N. P. Comparative estimation of soil and plant pollution in the impact area of air emissions from an aluminium plant after technogenic load reduction, Journal of Environmental Science and Health, 2015. Part A, DOI: 10.1080/10934529.2015.994937
9. Yevdokimova G. A., Korneykova M. V., Mozgova N. P. Izmeneniya svoystv pochv i pochvennoy bioty v zone vozdeystviya aerotekhnogennykh vybrosov Kandalakshskogo alyuminievogo zavoda Pochvovedenie [Changes in soil properties and soil biota in the impact zone aerial technogenic emissions of the Kandalaksha aluminium plant. Pedology], Moscow. 2013. P. 1274—1274. (in Russian)
10. Federal'nyy atlas "Prirodnye resursy i ekologiya Rossii" [Federal Atlas "Natural resources and ecology of Russia" / Ry-bal'skiy N. G. i Snakin V. V.], Moscow, NIA "Prirodnye resursy", 2002. (in Russian)
11. Gerasimova M. I. Geografiya pochv Rossii [Geography of soils of Russia]. Moscow, Izdatel'stvo MGU, 2006. P. 312. (in Russian)
