особенности пространственного загрязнения лесных экосистем выбросами промышленных предприятий

 

some features of forest ecosystems pollution emission from industrial enterprises

 

Мартынюк А.А., Рыкова Т.В. (ВНИИЛМ, г.Пушкино Московской обл.)

Martynyuk A.A., Rykova T.V. (Pushkino, Moscow region)

 

Рассмотрены особенности пространственного загрязнения лесов вокруг источников промышленных выбросов.

The paper discusses the issues of spatial forest pollution around industrial enterprises   

 

Ключевые слова: экология, лесные экосистемы, техногенное загрязнение

Key words: ecology, forest ecosystems, industrial pollution

 

Проблема промышленных эмиссий и повышения устойчивости лесов к техногенному загрязнению является чрезвычайно важной в контексте глобальной и локальной экологической политики. Ослабление лесов вокруг промышленных центров, возникшее в 80-90- годах прошлого века, отмечается по настоящее время, а среднемноголетняя ежегодная гибель лесов от промышленных выбросов в России составляет около 20 тыс.га (5,7 % от общего усыхания насаждений). При этом площадь ареалов техногенно-загрязненных земель вокруг промышленных объектов отмечается на территории всех федеральных округов и составляет около 18 млн.га [1, 2].

В настоящее время в лесном отечественном законодательстве рассматриваются вопросы загрязнения лесов (статья 51 Лесного кодекса Российской Федерации предусматривает охрану лесов от загрязнения; статья 55 – проведение санитарно-оздоровительных мероприятий, включая «очистку лесов от загрязнения»). В связи с этим, остаются актуальными исследования по выявлению закономерностей влияния химических веществ на лесные экосистемы и оценке уровня загрязнения лесов химическими веществами.

В задачу наших исследований, проведенных в условиях загрязнения среды выбросами предприятий г. Воскресенска Московской обл., входило установление основных закономерностей процесса загрязнения лесных экосистем промышленными выбросами. Методика работ предусматривала отбор проб компонентов лесных экосистем (снега, почвы, лесной подстилки, хвои сосны) по относительно регулярной сетке с последующим химико-аналитическим определением загрязнителей с применением современных инструментальных методов.  

Исследованиями установлено, что выбросы химических и цементных предприятий г. Воскресенска приводят к существенной подщелачиваемости (от 5,8 до 9,2 рН) снега. В связи с высокой долей пылевых выбросов в снежном покрове существенно повышается содержание нерастворимой фракции (до 73% в составе среднестатистической пробы снега) и тяжелых металлов.

 

 

Рисунок 1-   Картосхема суммарных показателей загрязнения снега Воскресенского стационара

 

В среднем на территории Воскресенского района в растворимом виде ежегодно за зимний период в снегу накапливается около 6 кг/га сульфатов, 0.7 кг/га соединений азота, 3.4 кг/га хлоридов, 0.4 кг/га фторидов, 3 кг/га железа, 0.07 кг/га кобальта, 0.1 кг/га цинка. Средние накопления анионов составили 9.6 кг/га, катионов – 9.8 и тяжелых металлов – 0.3 кг/га.

Установлено, что содержание в снегу плотного остатка, фторидов, нитратов, калия и большинства тяжелых металлов более тесно коррелирует с расстоянием к основному источнику выбросов – химкомбинату. На концентрацию хлоридов, сульфатов, аммония, натрия и никеля большее влияние оказывают, наоборот, близкорасположенные («местные») источники загрязнения.

Рассчитанные суммарные показатели загрязнения снегового покрова [3] для всех изученных веществ (Zc ) показывают, что, суммарные коэффициенты загрязнения снега вблизи г. Воскресенска выше и достигают в пределах территории лесного фонда Zc =30-120. Как видно из рисунка 2.6, территория с Zc > 60 примыкает к городу и охватывает лесные массивы Воскресенского и Хорловского лесничеств, произрастающие восточнее и северо-восточнее источников выбросов. Несколько ниже значения Zc = 30-60 в лесах к северу от города (рис.1).

Изучение содержания химических веществ в лесной подстилке сосновых насаждений показало, что ее загрязнение происходит за счет выбросов стронция, цинка, свинца и меди. Аналогично снежному покрову, величины коэффициентов корреляции в целом относительно низкие. По знаку и величине коэффициентов корреляции с расстоянием до химкомбината (L) и местных источников (l) загрязнители можно разбить на несколько групп: 1) с относительно значимой отрицательной связью (содержание снижается по градиенту расстояния) c «L» и сравнительно низкой или положительной связью с «l» – бериллий, кобальт, медь, стронций, сумма ТМ, частично хром; 2) с относительно значимой положительной (содержание увеличивается по градиенту расстояния) связью с «L» и отрицательной связью с «l» – никель, цинк; 3) с относительно значимой отрицательной связью с «l» и положительной связью с «L» – ртуть, ванадий; 4) с положительной связью относительно «L» и «l» – свинец, кадмий; 5) с незначимой теснотой связи – молибден (табл.1).

 

Таблица 1 - Величины коэффициентов корреляции концентрации загрязнителей с расстоянием к источникам выбросов (L – расстояние к центру химзавода; l – расстояние к местным источникам выбросов)

Загрязнители

Подстилка

Почва

Хвоя 1-го года

Хвоя 2-го года

L

l

L

l

L

l

L

l

Свинец

0.09

0.31

0.22

-0.35

-0.40

-0.36

-0.38

-0.37

Бериллий

-0.35

-0.25

0.01

-0.36

-0.003

-0.01

-0.02

0.23

Фтор

-

-

-0.12

-0.37

-

-

-

-

Хром

-0.10

0.42

0.31

-0.21

-0.17

-0.53

-0.57

-0.56

Медь

-0.21

0.31

0.18

-0.32

-0.29

-0.14

0.03

-0.18

Кобальт

-0.30

-0.10

-0.02

-0.22

-0.12

-0.13

-0.34

-0.34

Молибден

0.03

0.04

-0.27

-0.13

0.06

0.25

-0.44

-0.01

Никель

0.18

-0.08

0.41

0.11

-0.08

-0.19

-0.37

-0.27

Цинк

0.16

-0.07

-0.46

-0.26

0.42

0.01

0.59

0.34

Кадмий

0.005

0.32

0.10

-0.31

-0.15

0.09

-0.03

0.02

Стронций

-0.57

0.02

-0.17

-0.37

-0.37

-0.25

-0.44

-0.46

Ртуть

0.08

-0.31

0.14

-0.32

-

-

-

-

Ванадий

0.08

-0.31

0.14

-0.32

-0.38

-0.43

0.10

-0.25

Сумма ТМ

-0.33

0.08

-0.05

-0.34

-0.04

-0.37

-0.10

-0.40

Z cтм

-

-

-0.26

-0.35

-

-

-

-

 

 

Рисунок 2-   Картосхема суммарного загрязнения почв Воскресенского стационара

 

Изучение пространственного загрязнения почв Воскресенского стационара проводилось нами в вытяжках 1 н. HCl, что позволяет определить наиболее важные для жизнедеятельности растений подвижные формы соединений. Корреляция концентраций загрязнителей в почвах с расстоянием к источникам выбросов также существенно, а по некоторым загрязнителям и принципиально, отличается от данных по лесной подстилке, что свидетельствует о необходимости определения при изучении загрязнения территорий промышленными выбросами аналогичных форм веществ в разных компонентах экосистем. Наибольшее суммарное загрязнение почв изученными химическими веществами, выраженное, как и раньше, через величину показателя Zc, отмечается в пределах г. Воскресенска, а также прилегающих к нему с восточной и юго-восточной стороны лесных массивах (рис. 2). Отдельные участки с высоким уровнем загрязнения почв встречаются вблизи небольших местных источников выбросов (рис.2).

Cu                                                           Zn                                               STM

 

Рисунок 3-   Коэффициенты корреляции между содержанием загрязнителей в разных элементах лесных экосистем Воскресенского стационара

 

Изучение уровня загрязнения хвои сосны показало, что связь содержания загрязняющих веществ в хвое с расстоянием к источникам выбросов оказалась несколько выше, чем с почвой и подстилкой, причем более показательно загрязнение хвои 2-го года. Вместе с тем, такой итоговый показатель как сумма ТМ более тесно коррелирует с расстоянием к местным источникам выбросов, чем к химкомбинату, что подтверждает вывод о влиянии на геохимическое состояние территории всего комплекса, разных по мощности, действующих источников эмиссий (рис.3).

Для свинца, стронция и хрома среднее содержание в однолетней хвое на 17-35 % ниже, чем в двухлетней. Противоположная тенденция наблюдается для никеля (различия в 21 %), молибдена (20 %), ванадия, кадмия и кобальта (14-15 %); по остальным элементам различия в хвое разных возрастов не превышали 5-6 %. То есть, для тяжелых металлов, признаваемое многими исследованиями повышение концентрации в хвое старших возрастов, в данном случае убедительно не подтверждается, что можно объяснить значительными выбросами их в пылевой форме и особенностями внутриценотической миграции элементов.

Таким образом, пространственное загрязнение компонентов лесных экосистем определяется совокупным влиянием источников выбросов, размещенных на территории воздействия. При одиночном источнике или компактном размещении нескольких источников величина корреляции между концентрациями химических веществ в лесных экосистемах и расстоянием к предприятиям, а также число соединений с отрицательным коэффициентом корреляции (то есть, концентрация уменьшается по градиенту расстояния) больше, чем в случае множества разбросанных по территории различных по мощности источников эмиссий. В первом случае ареалы загрязнения лесов химическими веществами, как правило, имеют вытянутую форму, ориентированную на розу ветров; во втором – более сложную конфигурацию: зона воздействия основных предприятий дополняется отдельными участками загрязнения других источников.

Величина и знак коэффициента корреляции между содержанием загрязнителя в компонентах экосистемы и расстоянием к источнику выбросов может служить подтверждением принадлежности химического вещества к выбросам изучаемого промышленного объекта.

Для характеристики многокомпонентного загрязнения лесов целесообразно использовать показатель суммарного загрязнения Zc, рекомендуемый для оценок санитарно-гигиенического состояния городских территорий. При этом, изучение химического состава снегового покрова позволяет выявить приоритетный перечень загрязнителей, оценить уровень загрязнения и интенсивность выпадения техногенных веществ за зимний период. Через содержание веществ в лесной подстилке и почве можно характеризовать суммарный уровень загрязнения лесных территорий за более длительный период.

Список использованной литературы

1. Большаков В.А. Загрязнение почв. – М.: ВИНИТИ (научный портал ВИНИТИ). – 2006 г. – 4 с.

2. О состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2005 году : государственный (национальный) доклад. – М.: 2006. – 200 с.

3. Сает Ю. Е. Эколого-геохимические подходы к разработке критериев нормативной оценки состояния городской природной среды / Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич // Известия АН СССР. Сер., География. – 1988. – № 4.