Техногенное загрязнение почв и растительного покрова в районе оловокомбината (г. Новосибирск) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 504.73.054+ 504.3.054 С.Ю. Артамонова ИГ ОИГГМ СО РАН В.Ф. Рапута

ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск

Ю.П. Колмогоров

ИГ ОИГГМ СО РАН, Новосибирск

ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ И РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В РАЙОНЕ ОЛОВОКОМБИНАТА (Г. НОВОСИБИРСК)

Изучение экологической обстановки городов в наши дни остается одной из наиболее актуальных проблем геоэкологии. Техногенная загрязненность городских территорий формируется под воздействием многих факторов: выхлопных газов транспорта, выбросов котельных и промышленных объектов, накопления бытового мусора и т.д. Экологическая оценка, в первую очередь, подразумевает выявление вклада каждого техногенного фактора в формировании экологической обстановки городской территории. В отличие от ряда практически не регулируемых факторов, как, например, транспорт, воздействие промышленных предприятий на окружающую среду вполне можно минимизировать за счет установки более совершенного очистного оборудования. Необходимость постоянного комплексного экологогеохимического изучения промышленных объектов не подлежит сомнению.

Цель исследований - оценить техногенное воздействие металлургического завода на городскую среду на примере Новосибирского оловокомбината (ОК).

Объект. Оловокомбинат в течение более 60 лет производит олово, сплавы и припои на его основе, баббиты различных марок на основе олова, свинца, меди и сурьмы, а также галлий, висмут и индий высокой чистоты путем переработки сложных по составу руд и концентратов. Предприятие расположено в непосредственной близости - в 1-1.5 км от жилых кварталов и дачных участков, также близко находится рекреационная зона Бугринской рощи (рис.1).

Методика. В сентябре 2004 г. в сухую солнечную погоду по стандартным методикам отобраны пробы почв и растительности в 11 точках, расположенных по трансекту на расстоянии от 580 м до 3.2 км к северу от ОК - по преобладающему направлению розы ветров. Пробы почв отбирались из гумусового горизонта (А1) с глубины от 0 до 8 см, предварительно расчисткой дерновый горизонт (А0) удалялся. В каждой точке собраны по 100 штук листьев березы (Betula pendula Roth.), тополя (Populus nigra L.), и также хвоя и ветки лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), ели сибирской (Picea obovata Ledeb.). Пробы высушивались при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния [1]. За контроль была взята проба почв и растительности в Ботаническом саду Академгородка - района с наиболее благоприятной экологической обстановкой в Новосибирске.

Пробы почв весом 200 г после просушки до постоянной массы измельчались до 200 меш, брались навески 30 мг и спрессовывались в

таблетки диаметром 6 мм. Пробы растительности после измельчения и концентрирования путем озоления в режиме (Т до 350° С, время - 2 часа) таблетировали так же.

Рис. 1. Схема района исследования у Новосибирского оловокомбината Примечание: 1-11 - точки пробоотбора

Использован метод рентгенофлуоресцентного анализа на синхротронном излучении (РФА-СИ) на станции элементного анализа ВЭПП-3 Института ядерной физики СО РАН - определены концентрации тяжелых металлов в пробах почв и растительности. Измерения РФА-СИ проведены при энергии 30 кэВ. Относительное стандартное отклонение в определении концентраций вышеназванных элементов 10-15 %, нижние пределы обнаружения - до 0.1 ppm в зависимости от энергии возбуждения эмиссионных линий.

В качестве внешних стандартных образцов для почв использованы международный стандарт почвы SOIL-7 МАГАТЭ, а для растительности -российский стандарт злаковой травосмеси СБМТ-02 №3170-85 и зольный остаток этой травосмеси ЗСБМТ-02 №3170-85. Относительное стандартное отклонение Sr результатов определения химического состава проб почв и растительности не хуже III категории классификации методов анализа минерального сырья по точности результатов (ОСТ 41-08-212-82 и рекомендации НСАМ). В работе приведены расчетные содержания нелетучих металлов, как Cd, Mo и др. в тканях растительности, полученные с учетом примерно 10-кратного концентрирования пробы путем низкотемпературного озоления.

Содержание ртути определялось с помощью атомно-абсорбционного анализа, нижний предел обнаружения - не менее 0.008 ppm, относительное стандартное отклонение не более 10 %.

Результаты и обсуждение.

Точки №1-3 расположены вблизи от ОК - в 0.5 до 1 км от его трубы на заросшем пустыре с островками берез и тополей, где сохранен гумусовый горизонт. Здесь в почвах обнаружены ураганные концентрации As - до 1.4 кг/т и Sn - до 3.3 кг/т (рис. 2). В почвах этого участка присутствует в больших количествах комплекс тяжелых металлов: ^, Cd, Sn, Te, Bi, ^, Mo, Ag, ^, 7п, Ga, Fe, ^. ПДК (валовое содержание) As и Sn превышены в ~ 700 раз, по Pb - в 9, Sb в 5.5, Сг до 2.4 раз [2]. В ближней зоне предполагается субдоминантный, но существенный вклад Си, 7п, РЬ, Cd - металлов, поступающих с выбросами транспорта [3], так как близко проходит оживленная дорога. По мере удаления от ОК концентрации загрязнителей уменьшаются. В промежутке от 1 до 2 км от ОК в почвах Бугринской рощи содержание Sn, As в почвах в пределах 150-400 ПДК, Sb - 1-3 ПДК, РЬ 2-5 ПДК, Сг - примерно 1 ПДК. Здесь же в почвах выявлено высокое содержание весьма токсичных Cd - до 13 ррт, ^ - до 0.5 ррт. По двум показателям -содержанию As и Sn уровень техногенного загрязнения почв Бугринской рощи оценивается как очень высокий [3]. В 2 км от ОК концентрации Sb, РЬ, Сг уменьшаются до ~ 1 ПДК, затем и ниже. В 3 км от оловокомбината концентрации As, Sn в почвах сохраняются высокими ~ 15-20 ПДК, при этом содержание Sn, Cd уменьшается в ~ 44 раза, а As, Bi - в 30 раз, РЬ, Sb в 14 раз, 7п в ~ 9 раз.

с> As • Sn А Zn ж

Pb

Рис. 2. Содержание As, Sn, Zn Pb в почвах района Оловокомбината г.

Новосибирска (ppm)

Интенсивное техногенное загрязнение отразилось на элементном составе тканей растений района. В листьях березы (самого распространенного вида в районе) ближней зоны (т.1-3) содержание М, Ga, Sb в 3 раза, As,Ag, РЬ, ^ в 6-7 раз, Cd, 7п, Sn в 10-15 раз, Ві в 19 раз выше их

содержания в листьях берез дальней зоны (т.4,5). Диапазон изменения концентраций As и ТМ в листьях березы значительно меньше, чем в почвах. В гумусовом горизонте почв мощностью 8 см идет накопление элементов в течение многих лет, тогда как состав листьев отражает обстановку одного года. Данные состава листьев смогли лечь в основу математического моделирования среднегодового и летнего переноса пыли, тогда как кумулятивные содержания мышьяка и ТМ в почвах оказались сложными для математического описания. Содержание As и ТМ в листьях березы определяется атмосферными выбросами оловокомбината. Метод математического моделирования на основе интегральной теоремы о среднем путем постановки обратной задачи с двумя опорными точками 6 и 5 [4] показал практическое совпадение измеренных значений основных загрязнителей в контрольных точках с вычисленными (рис.3).

Рис. 3. Вычисленное и измеренное содержание Sn и As в листьях березы (возд. - сухой вес, ррт). Нижняя ось - расстояние от трубы Оловокомбината

(км)

В листьях тополя присутствует As, Sb и весь комплекс тяжелых металлов примерно в таких же концентрациях, как и в листьях березы, кроме Cd, концентрации которого в 5-8 раз больше, чем в листьях березы (6.1 - 1.1 ррт против 1.7-0.14 ррт). Разница концентраций элементов в тканях разных видов растений обусловлено их индивидуальными аккумулирующими свойствами. По мере удаления от ОК концентрации As и ТМ в листьях тополя уменьшаются так же, как и в листьях березы, но диапазон изменения концентраций меньше.

Вблизи от трубы оловокомбината согласно математической модели существует мертвая зона, где минимальное выпадение аэрозолей. Далее в ближней зоне начинается резкий рост аэрозольного загрязнения, где максимум приходится в 1-1.5 км от трубы - в Бугринской роще и примыкающих к ней дачных участках.

Сравнительный анализ состава почв и растительности дальней зоны района показал, что шлейф загрязнения от оловокомбината протягивается на расстоянии далее 3 км. Основными трассерами техногенных выбросов оловокомбината в почвах и растительности являются Sn (концентрации в почвах в 20 и в листьях березы в 28 раз выше контроля соответственно), As (в 8 и 12 раз соответственно), Hg, Cd, Sb, Th, Ag (в 2-6 раз выше контроля). Выявлено, что в дальней зоне при уменьшении загрязнения от ОК становится заметным влияние других, возможно, локальных источников загрязнения Ti, Cr, Mo, Sb и Pb, поскольку тенденция уменьшения их концентраций по мере удаления от ОК сменяется их ростом.

Выводы

Оловокомбинат является источником загрязнения городской среды мышьяком, оловом и другими тяжелыми металлами, в том числе высокотоксичными Tl, Cd, Hg.

На территории Бугринской рощи достигнут очень высокий уровень техногенного загрязнения почв (согласно экологических норм). Возможно, такая ситуация характерна также прилегающим в 1.2 км к северу и северо-востоку от оловокомбината дачным участкам, для чего требуется дальнейшее изучение. Экологический риск воздействия оловокомбината весьма высок из-за использования загрязненных земель в рекреационных целях (Бугринская роща), но и для выращивания сельхозпродукции.

Элементный состав листьев берез и тополя отражает картину реального атмосферного загрязнения, и таким образом, листья деревьев являются хорошим индикатором атмосферного загрязнения. Снеговая съемка в конце зимы, изучение листьев берез и тополя осенью сделают возможным ведение непрерывного круглогодичного экологического мониторинга деятельности оловокомбината.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами / под ред. Н.Г. Зырина, С.Г. Малахова. М.: Гидрометеоиздат, 1981. 109 с.

2. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (гос.документ). - М., 1993.

3. Рапута В.Ф., Королева Г.П., Горшков А.Г., Ходжер Т.В. Исследование процессов длительного загрязнения окрестностей Иркутска тяжелыми металлами // Оптика атмосферы и океана. - 2GG1. - Т.14. - № б -7. - С. 623-626.

4. Рапута В.Ф., Артамонова С.Ю., Ярославцева Т.В. Количественные модели атмосферного загрязнения территории Нерюнгринского топливно-энергетического комплекса // Наука и образование. - 2GG4. - № 4. - С. 33-41.

© С.Ю. Артамонова, В.Ф. Рапута, Ю.П. Колмогоров,2005