Оценка состояния экосистем в зоне влияния Саяногорского промышленного комплекса | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Оценка состояния экосистем в зоне влияния Саяногорского промышленного комплекса

Дана оценка современного состояния экосистем в зоне влияния заводов алюминиевого производства. Выявлено негативное влияние техногенного загрязнения на компоненты экосистем. Увеличение выбросов, связанное с дальнейшим ростом производства алюминия, может привести к серьезным последствиям.

State assessment of ecosystems within the influence zone of the Sayanogorsky industrial complex.pdf Быстрый рост народонаселения и бурное развитиепромышленности привели к тому, что техногенное воз-действие на окружающую среду превратилось из ло-кального фактора в глобальный. В настоящее времяобъем выбросов загрязняющих веществ антропогенно-го происхождения стал соизмерим с масштабами при-родных процессов миграции и аккумуляции различныхсоединений [1]. Роль цветной металлургии в общейдоли антропогенного воздействия на экосистемы кот-ловины довольно высока и требует комплексного изу-чения. Проблема изучения возможности существова-ния организма в условиях перманентного глобальногозагрязнения биосферы и поиска порога, за которымизменения биосистем в настоящее время приобретаютособую актуальность, а индикация загрязнений стано-вится одним из ведущих методов контроля за состоя-нием окружающей среды, становится значимой.Несмотря на мировой опыт в ограничении мощно-сти заводов (до 200-300 тыс. т/год), использованиисложных систем отчистки отходов и жесткой регла-ментации нормы выбросов, зачастую устанавливаю-щихся конкретно для каждого предприятия, а в по-следнее время выноса производства Al за пределыстраны, в России продолжается гигантомания. Вместонебольших по мощности заводов, размещенных вдалиот густонаселенных территорий, строятся заводы-гиганты, чаще всего без учета местных условий и при-родоохранных мероприятий, ориентированные на де-шевую электроэнергию. Так, только два завода - Брат-ский и Красноярский, с общей мощностью почти2 млн т/год - обеспечивают около 57% общероссийско-го и 7% мирового выпуска алюминия. Заявление ком-пании ОАО «РУСАЛ» о строительстве Богучанского(проектная мощность ~ 600 тыс. т/год) и Тайшетского(~ 750 тыс. т/год) заводов, а также планировании уве-личить к 2017 г. производительность предприятий алю-миниевого комплекса г. Саяногорска до 1 млн т алю-миния в год в очередной раз показывает, что вопросыэкологической безопасности региона и международныйопыт не были полностью учтены в этих планах. В Сая-ногорский промышленный комплекс (СПК) входятСаяногорский (САЗ) и Хакасский (ХАЗ) алюминиевыезаводы, на долю которых приходится основная массавыбросов вредных веществ на территории Южно-Минусинской котловины. В совокупности они ежегод-но выпускают более 800 тыс. т. алюминия - почти чет-верть от общего объема производства заводами Вос-точной Сибири (по данным за 2009 г.). Специфически-ми элементами выбросов алюминиевых заводов явля-ются F, Al и Na, а Ca и Mg - заводских тепловых стан-ций. Также значительное загрязнение происходит отугольного пека, пыли электрофильтров, отработаннойфутеровки, содержащей фтористые соединения C, Al ипр. и огромного количества твердых отходов.Оба завода выгодно отличаются от остальных мо-рально устаревших заводов Сибири тем, что при ихстроительстве было установлено современное обору-дование, а производство алюминия связано с использо-ванием обожженных анодов, с последующей сухойочисткой газов, что позволяет снизить энергозатраты ирезко сократить выбросы полициклических ароматиче-ских углеводородов (ПАУ), фторидов пыли и другихвредных веществ (за исключением SO2). Тем не менеевсевозрастающее техногенное воздействие в равнойстепени отрицательно сказывается на всех компонен-тах окружающей среды и в совокупности отражаетсянепосредственно на жизнедеятельности человека.Загрязнение территории микроэлементами опреде-ляется рассеивающей способностью атмосферы в от-ношении твердых частиц и зависит от объема выбро-сов, конфигурации источника, гранулометрического ихимического состава пыли. Наиболее неблагоприятнаяобстановка складывается на расстоянии 0,5-1,5 км отзаводов, твердые частицы с содержанием F оседают нарасстоянии 5 км, а газообразные соединения обнару-живаются в 30 км от источника [1-4]. Основными ис-точниками загрязнения атмосферы на СПК являютсяцентральная котельная ООО «Теплоресурс» (NOx иSO2) и фонари корпусов электролиза (HF и твердыефториды). Из пылегазового потока в экосистемы по-ступают: F преимущественно в растворе - 80%, Na на50% в растворимой форме, Al в плохо растворимойформе - 70% [3]. Это в значительной мере предопреде-ляет загрязнение экосистем: почвенные растворы, рас-тения, животные и водные объекты - фтором, натриеми частично алюминием, ванадием, никелем; твердуюсубстанцию почв - алюминием, ванадием, никелем,натрием и фтором.Техногенное воздействие САЗа на экосистемы кот-ловины сказалось уже в первые годы его работы. Так,уже на второй год работы стали фиксироваться фтори-ды в воздухе в п. Шушенское, расположенном в 40 кмпо прямой от завода, в концентрациях выше ПДКоо иПДКм·р[5]. За 10 лет работы завода сформироваласьзона экологического неблагополучия площадью в сот-ни квадратных километров, при этом наиболее опас-ными являются смолистые вещества, диоксид серы,бенз(а)пирен и фторид водорода на расстоянии 1,5 кмот завода подвижные формы F в 10 раз превышаютнормы ПДК [5]. В 1990 г. территория загрязненияфторсодержащими солями составляла 1100 км2, а к1996 г. она увеличилась еще на 500 км2 [5]. С увеличе-нием мощности на САЗе до 537 тыс. т/год в 2008 г. ивводом в строй ХАЗа в 2007 г. (300 тыс. т/год) общийобъем выбросов должен был прогнозируемо возрасти.Превышение в снеговой воде концентрации фторионанад ионами сульфатов и хлоридов свидетельствует опреобладании в атмосферном воздухе фторидов и ихприоритетной роли в загрязнении природной среды [3].Согласно многолетним исследованиям, проведен-ными Н.Д. Давыдовой [4], территория, прилегающая кСПК, по величине загрязнения снежного покрова отно-сится к среднему и умеренно опасному по твердымаэрозолям, чрезвычайно опасному и высоко опасномупо снеговой воде и умеренно опасному по величинезагрязнения почв. При этом содержание фтора (раство-римая в воде форма) в верхней части (0-10 см) гумусо-вого горизонта черноземов составила 1-2 ПДК, а наудалении 15-17 км от завода в остаточно солонцовыхгоризонтах - 5-10 ПДК. При намокании солонцевато-солончаковый слой пептизируется и становится прак-тически непроницаемым для почвенных растворов, чтоможет привести со временем к глубинным аномалиям,так называемым химическим бомбам замедленногодействия [3]. Накопление фтора приводит к резкомупадению показателей биологической активности почви, следовательно, почвенного плодородия, что можетпривести к целому ряду неблагоприятных последствийдля природы и человека. Доказано, что его аккумуля-ция в почве может способствовать увеличению токсич-ности для почвообразующих гетеротрофов [6].Нарушение живой природы в зоне воздействияалюминиевого завода начинается с повреждения наи-более физиономичного компонента ландшафта - рас-тительности. Загрязняющие вещества попадают в рас-тения путем их поглощения преимущественно из воз-духа через устьица и водных растворов через корневуюсистему, в меньшей степени - из твердой фазы почв [2,7, 8]. Содержание фтора в растениях увеличивается кконцу вегетационного периода и зависит от видовойпринадлежности и внешних условий. Токсикологиче-ское воздействие среды, накапливающей выбросы про-изводства, газовый контакт зеленых частей с вреднымипримесями и концентрация их в тканях растений при-водят к отмиранию растительности в промышленномрайоне [7]. При воздействии фторидов на растенияпроисходят деформация роста листа и внутренние по-вреждения листвы (хлороз, некроз тканей), карлико-вость, усыхание деревьев и ослабление иммунитета наатаки болезней и насекомых [2, 3, 7, 8].Большая часть территории, находящаяся под воз-действием пылегазовых эмиссий заводов, занята отно-сительно устойчивыми к загрязнению степными расти-тельными сообществами, способными накапливать ивыносить высокие концентрации фтора [3]. До середи-ны 1995 г. значительные площади вокруг завода зани-мали пашни, залежи и пастбища, растительные сооб-щества последних находились на последней стадиидигрессии. Уже через 5 лет работы САЗа не в полнуюмощь в травянистой биомассе было обнаружено повы-шенное содержание фтора (до 100-150 мг/кг сухоговещества), а в соломе вблизи с. Михайловка (9 км отСАЗа) его содержание варьировало от 10 до 30 мг/кг,что в десятки раз превышало фоновое содержание [9].За 10 лет работы завода заражение растительности от-мечалось на расстоянии до 16 км. Геохимические ис-следования показали интенсивное накопление фтора вдоминантных видах растений (ковыль Крылова, овсецпустынный, карагана карликовая), подстилке и живыхкорнях до глубины 30 см [5]. Характерными полютан-тами из числа тяжелых металлов являются Ni, Va, Cr иCu. Содержание Ni в подстилке на расстоянии 9 кмколеблется от 31 до 52 мг/кг, в непосредственной бли-зости от завода содержание его выше в 3,5-4 раза, амаксимума достигает в 2-3 км в северо-восточном на-правлении, что соответствует господствующему здесьюго-западному переносу. Заметные накопления в под-стилке и живых корнях выявлены для Va, Cr и Cu [5,6]. В хвое сосны обыкновенной Очурского Бора (5-9 км к востоку от завода) уже на третий год работыСАЗа отмечено накопление фторидов больше ПДК [5].Накопление вредных химических элементов в рас-тительности неизбежно приводит к их накоплению ворганизмах животных через трофические связи - ве-дущими процессами во взаимоотношении животныхмежду собой и с другими компонентами экосистем.Животные, связанные с химическим составом черезпищу, сами являются важным звеном в общей схемеобмена и передачи токсических элементов между ком-понентами экосистем. Техногенное загрязнение при-родных комплексов - довольно новый фактор для жи-вотных котловины, тем не менее, выработанные в те-чение эволюции механизмы поддержания гомеостазапозволяют организму как сложной саморегулирую-щейся и устойчивой биосистеме нивелировать стрессо-вое воздействие возмущающих факторов в субтоксич-ных условиях среды [10]. Поэтому в условиях перма-нентного глобального загрязнения биосферы особуюактуальность приобретает проблема изучения возмож-ности существования организма в субтоксичных усло-виях среды и поиска порога, за которым изменениябиосистем приобретают необратимый характер [11].Все чаще в отечественной и мировой практике биоин-дикаторами выступают различные виды животных, и внастоящее время выработана целая система критериевдля выбора животных-биомониторов [1, 11-14]. Пре-имуществом животных-биоиндикаторов является то,что они адекватно отражают состояние биогеоценоза,динамику химического загрязнения, ферментативныймеханизм функционирования жизненно важных про-цессов, сходных с таковыми у человека [1]. В разноевремя в качестве биомониторов на территории СПКвыбирались мелкие млекопитающие и различные груп-пы беспозвоночных [5, 6, 10, 15]. Для комплекснойоценки состояния животного мира нами впервые былипроведены исследования для амфибий, рептилий иптиц, обитающих в зоне воздействия СПК на различ-ном расстоянии [10 и др.].В первые годы работы завода его влияние на струк-туру животного населения было незначительным и оп-ределялось не столько степенью техногенного влияния,сколько совокупностью других антропогенных факто-ров, главными из которых являлись перевыпас скота ираспашка земель [6, 10, 15]. Уже в первое десятилетиеработы САЗа было отмечено некоторое накоплениеотдельных рассеянных элементов в том или ином звенетрофической цепи в 4-километровой зоне. В 1987 г.содержание фтора в костных тканях мелких млекопи-тающих колебалось от 110 до 509 мг/кг золы, что в 2,2-5,5 раз превышало нормы ПДК, а в их общей биомассеколичество фтора достигало 5.10-6-4.10-4 кг/га [5, 16].Также было отмечено повышенное содержание никеляв организме мелких млекопитающих [5]. В 1991-1992 гг. в 4-километровой зоне содержание в костноймассе полевок изменялось от 1 250 до 3 500 мг/кг золы[6]. При этом высокое количество содержания фторабыло зарегистрировано в восточном направлении, порозе преобладающих ветров. В 13-18-километровойзоне от завода были выявлены фоновые значения длявсего биотического комплекса. С увеличением техно-генных нагрузок происходили некоторые изменения вструктуре герпетобионтного населения. Было выявле-но, что по мере приближения к источнику выбросовпроисходят снижение численности и упрощение струк-туры герпетобионтного комплекса [6]. Снижение чис-ленности отмечалось у пауков, жужелиц, муравьев, в товремя как у личинок антицид, чернотелок и элатеридизменений в численности не прослеживалось и их дина-мика была связана с экологическими особенностямиэтих групп и влиянием других факторов.Исследования, проведенные в 2004-2009 гг., пока-зали, что в зоне воздействия СПК происходит сущест-венное усиление на экосистемы, а также продолжаютсяструктурные перестройки в растительных и животныхсообществах в сторону их упрощения и снижения об-щей биомассы [3, 4, 10, 15]. Только на расстоянии 18-20 км нагрузки приближаются к фоновым значениям.Выявлено, что вблизи заводов в экосистемы Al посту-пает в составе плохо растворимых солей в количестведо 30 т/км2 в год, а в растворимой форме - до 1,5 т; F вплохо растворимой форме поступает 1,3 т/км2 в год, а врастворимой форме - 4 т; Na - соответственно 0,5 и 1,8[3]. Отмечено, что поступление в природную средувеществ в растворимой форме на порядок меньше, ноих роль в биогенной миграции значительно выше посравнению с плохо растворимыми соединениями имногие из них токсичны. Вследствие их доступностиони опасны не только для растений, но в большей мередля человека и животных, питающихся этими расте-ниями [3].По сравнению с данными, полученными в 1990-х гг.,зона загрязнения значительно увеличилась, и уже врадиусе 15-16 км от СПК регистрируется превышениефтора в организме мелких млекопитающих. С удалени-ем от центра воздействия происходит возрастание ви-дового разнообразия и общей биомассы животных иснижение концентраций фтора в организме. Так в4-километровой зоне содержание фтора в костных тка-нях мышевидных грызунов составляет 780-1150 мг/кгзолы, в 6-10-километровой зоне - 600-1 000 мг/кг зо-лы, на расстоянии 11-16 км - до 650 мг/кг золы. Не-сколько выше значения оказались в пробах, собранныхвблизи оз. Бугоево (12 км севернее завода) - 960 мг/кгзолы. Высокое содержание фтора отмечается в костныхтканях ящериц в 4-километровой зоне - 1 998 мг/кгзолы, в 6-10-километровой зоне - 720 мг/кг золы.В пробах остромордой и озерной лягушек, отловлен-ных на оз. Красном в окрестностях с. Новониколаевка(14,5 км от СПК), содержание фтора достигает1 180 мг/кг золы и 750 мг/кг золы соответственно.Для герпетобионтного населения отмечена корен-ная перестройка структуры населения в непосредст-венной близости от источников эмиссий (1-3 км) [15].Отмечено, что по мере удаления от заводов и умень-шения содержания основных ингредиентов выбросовпроисходит увеличение общего количества обитателейподстилки и травянистого покрова - прямокрылых,паукообразных и жесткокрылых. На расстоянии 1-2 кмот источников выбросов наблюдается полная элимина-ция мирмицин, сетчатокрылых, на окраине Очурскогобора полностью исчезают диплоподы, люмбримициды,энхетреиды и моллюски [15]. На фоне этого происхо-дит накопление химических веществ в организмах бес-позвоночных животных (у отдельных видов - до 84,7-115,8 мг/г сухого вещества) [6].Сосновые ленточные боры, расположенные в 8 км кюго-востоку от СПК, представляют собой механиче-ский барьер на пути перемещения загрязняющих ве-ществ в экотонной зоне перехода степей к лесу. Поэто-му здесь происходит активное накопление фтора в поч-вах, растениях и животных при его слабом выносе.Особенно много фтора было обнаружено в листовыхлишайниках - 226 мг/кг, зеленых мхах - 280 мг/кг [3] икостных тканях мышевидных грызунов - 850 мг/кг зо-лы. Аккумуляция вредных веществ в лесных экосисте-мах оказывает негативное влияние на герпетобионтныйкомплекс - полностью исчезают диплоподы, люмбри-циды, энхетрииды и моллюски [15]. Непосредственносама сосна является одной из наиболее чувствительныхк газообразным веществам хвойных пород, поэтомуона одна из первых исчезает из состава фитоценозов вусловиях сильной загазованности. Если серьезных на-рушений в Очурском бору не было выявлено, то в не-посредственной близости от завода (3-4 км на север отзавода) в лесополосе из молодого сосняка обнаруженыследы «ожогов», отмирание и усыхание значительнойчасти деревьев.Обеднение биотического компонента экосистем засчет выпадения слабоустойчивых видов, в конечномсчете, может привести к изменению структуры и дина-мике растительного покрова и животного мира, нару-шению водно-физических свойств почв, снижениюбиологической активности и устойчивости к внешнимвоздействиям.В настоящее время в районе влияния СПК проис-ходит существенное увеличение содержания в поч-вах подвижного фтора и его валовой формы в расте-ниях, приближающегося к 4 ПДК, в костных тканяхживотных от 2 до 5,5 раз [3-6, 10], что, несомненно,может отразиться на здоровье человека. Благодарясвоей высокой реакционной способности ион фтораможет взаимодействовать с любой тканью живогоорганизма и накапливаться в костях, зубах, волосахи ногтях, вызывая при избытке развитие скелетногои зубного флюороза у животных и людей [17]. Сле-дует также отметить, что население, работающее напредприятии-источнике и не работающее, но прожи-вающее в зоне максимального воздействия фтора,подвергается воздействию загрязнителя с одинако-вой интенсивностью [18]. К сожалению, на данныймомент исследований по выявлению заболеваний,связанных с воздействием СПК, в зоне воздействияне проводятся. До сих пор отсутствует санитарнаязона вокруг СПК из зеленых насаждений, которыемогли бы усваивать частично продукты загрязнений.Особенно остро этот вопрос встал с появлением вто-рого завода - ХАЗа, так как увеличение общей мощ-ности заводов привело к росту выбросов вредныхвеществ в атмосферу и увеличению площади загряз-нения. Дальнейшее увеличение мощностей алюми-ниевых заводов прогнозируемо приведет к усилениютехногенной нагрузки на окружающие экосистемы иможет отрицательно отразится на здоровье людей,живущих в зоне воздействия СПК.

Ключевые слова

Саяногорский промышленный комплекс, производство алюминия, техногенные выбросы, экосистемы, Sayanogorsky industrial complex, aluminum production, technogenic emissions, ecosystems

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Преловский Владимир АлександровичИнститут географии им. В.Б. Сочавы СО РАН (г. Иркутск)ведущий инженер лаборатории биогеографииamadeo81@mail.ru
Всего: 1

Ссылки

Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2006. 334 с.
Волкова В.Г., Давыдова Н.Д. Техногенез и трансформация ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1987. 188 с.
Давыдова Н.Д. Техногенные потоки и дифференциация веществ в геосистемах // Географические исследования Сибири: В 5 т. Новосибирск: ГЕО, 2007. Т. 2. С. 261-277.
Давыдова Н.Д. Экологические проблемы Сибири, связанные с эксплуатацией предприятий алюминиевой промышленности // Проблемы природопользования и экологической ситуаций в Европейской России и сопредельных странах: Материалы II Междунар. конф. Белгород, 2006.
Щетников А.И., Зайченко О.А. Формирование ситуации экологического неблагополучия в районе размещения Саянского алюминиевого завода // Экологический риск: анализ, оценка, прогноз: Материалы Всерос. конф. Иркутск, 1998. С. 49-50.
Бессолицына Е.П., Зайченко О.А. Оценка состояния биотических компонентов ландшафта в зоне влияния Саянского алюминиевого завода // География и природные ресурсы. 1996. № 3. С. 38-46.
Дончева А.В. Ландшафт в зоне воздействия промышленности. М.: Лесная промышленность, 1978. 96 с.
Рожков А.С., Михайлова Т.А. Действие фторсодержащих эмиссий на хвойные деревья. Новосибирск: Наука, 1989. 159 с.
Сараев В.Г., Харахинова С.И. Уровни содержания фтора в почвах и биологических объектах Южно-Минусинской котловины при воздействии алюминиевого завода. Деп. ВИНИТИ, № 2548-В92. 03.08.1992. 57 с.
Преловский В.А., Балязин И.В. Оценка современного состояния биоты Южно-Минусинской котловины в связи с длительной деятельностью Саяногорского промышленного комплекса // Проблемы изучения и охраны животного мира на Севере: Всерос. науч. конф. Сыктывкар, 20
Ивантер Э.В., Медведев Н.В. Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера. М.: Наука, 2007. 229 с.
Воронова Л.Д., Денисова А.В., Пушкарь И.Г. Мониторинг фонового загрязнения фауны природных экосистем // Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы: Тр. III Междунар. симп. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Т. 2. С. 123-130.
Криволуцкий Д.А., Новакова Э., Кузнецова Л.В. Животный мир суши как объект биоиндикации состояния окружающей среды // Прикладные аспекты программы «Человек и биосфера»: Тр. III Совещ. по координации деятельности нац. комитетов соц. стран по программе ЮНЕС
Ellenberg Н., Dietrich J., Stoeppler M., Nurnberg H.W. Environmental monitoring of heavy metals with birds as pollution integrating biomonitors // Trans. 17th congr. Intern. Union Game Biol. Brussels, 1985. Pt. 2. P. 1051-1053.
Бессолицына Е.П., Балязин И.В. Влияние металлургического предприятия на состояние мезонаселения почв степных геосистем // География и природные ресурсы. 2009. № 4. С. 44-49.
Сараев В.Г. Фтор в Южно-Минусинской котловине и его техногенные источники // География и природные ресурсы. 1994. № 1. С. 49-54.
Авцын А.П., Жаворонков А.А. Флюороз как биогеохимическая эндемия // Современные задачи и проблемы биогеохимии: Тр. биогеохимической лаб. М.: Наука, 1979. Т. 17. С. 134-142.
Ревич Б.А., Сотсков Ю.П., Тростина В.М. Накопление химических элементов в организме человека в техногенных геохимических аномалиях // Методы изучения техногенных геохимических аномалий. М.: ИМГРЭ, 1984. С. 20-31.
 Оценка состояния экосистем в зоне влияния Саяногорского промышленного комплекса | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Оценка состояния экосистем в зоне влияния Саяногорского промышленного комплекса | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Полнотекстовая версия