Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, загрязненных тяжелыми металлами в зоне влияния Михайловского гок а

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный руководитель Общая характеристика работы. Основные защищаемые положения 2. Результаты анализа количественного содержания тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа. Содержание тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа (мг/кг) 3. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа. 4. Закономерности накопления тяжелых металлов в разных видах земельных угодий. 5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского ГОКа. 6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санита Основные выводы и предложения Публикации по теме диссертации

Подобный материал:

• Концепция развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, 264.7kb.
• Доклад на тему : «О проведении органами местного самоуправления мероприятий по регистрации, 271.73kb.
• Законодательное Собрание Забайкальского края Об упорядочении оборота земель сельскохозяйственного, 190.17kb.
• Экономическая оптимизация использования нарушенных и загрязненных земель сорокина, 94.1kb.
• Основы государственной политики повышения эффективности использования земель сельскохозяйственного, 278.05kb.
• Анализ рынка земель сельскохозяйственного назначения, прилегающих к г. Ростов-на-Дону, 11.47kb.
• Государственная кадастровая оценка земель сельскохозяйственного назначения в самарской, 4711.33kb.
• Государственный мониторинг земель сельскохозяйственного назначенияврф на период, 523.38kb.
• Закон от 16 июля 1998 г. N 101-фз "О государственном регулировании обеспечения плодородия, 204.45kb.
• Методические рекомендации по реализации полномочий в сфере оборота земель сельскохозяйственного, 616.23kb.

На правах рукописи


Гонеев Игорь Александрович


Мониторинг земель сельскохозяйственного

назначения, загрязненных тяжелыми металлами в

зоне влияния Михайловского ГОКа


Специальность: 25.00.26 – землеустройство, кадастр и мониторинг земель


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук


Воронеж 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный университет»


Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Кумани Михаил Владимирович


Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Куролап Семен Александрович;


доктор геолого-минералогических наук,

профессор Косинова Ирина Ивановна


Ведущая организация – ООО "Проектный институт "Центрогипроруда"





Защита состоится « 25 » мая 2010 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408.


С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского

государственного педагогического университета (394043, г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86).


Автореферат разослан « 24 » апреля 2010 г.


Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять

по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ВГПУ, естественно-географический

факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02.

Тел., факс 8 (4732) 55-19-49. E-mail: shmykov@vspu.ac.ru





Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук,

доцент В. И. Шмыков


Общая характеристика работы.


Актуальность темы. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными токсическими веществами. Из всех биосферных загрязнителей тяжелые металлы наиболее опасны, так как они не разлагаются и накапливаются в тканях живых организмов. В качестве наиболее распространенных загрязнителей, в соответствии с нормативами, принятыми в Российской Федерации, выделены одиннадцать тяжелых металлов: Cd, Cu, As, Ni, Mn, Sb, Hg, Pb, Zn, V, Cr. Следует отметить, что проблема загрязнения почв занимает особое место в системе экологического нормирования. Это связано с уникальными экологическими функциями почвы как среды обитания и источника вещества и энергии для организмов суши, как связующего звена биологического и геологического круговоротов и как буферного и защитного биогеоценотического экрана, обеспечивающего нормальное функционирование биосферы. В настоящее время проводятся многочисленные исследования по выявлению источников и причин загрязнения земель тяжелыми металлами. Одним из основных источников такого рода загрязнения большинство ученых обычно называют крупные предприятия, расположенные на изучаемой территории. Среди крупнейших предприятий Курской области выделяется Михайловский горно-обогатительный комбинат, в зоне влияния которого расположены земли сельскохозяйственного назначения. В связи с этим является актуальным исследование влияния данного предприятия на окружающие земли.

На основании мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния Михайловского ГОКа были сделаны выводы о накоплении в почвах тяжелых металлов. Полученные данные позволяют прогнозировать опасность дальнейшего накопления поллютантов на исследуемых территориях. Исходя из этого, очевидна актуальность мониторинга содержания тяжелых металлов в почвах, что имеет особое прикладное значение относительно обследования именно сельскохозяйственных земель, находящихся в зоне влияния горно-рудного предприятия.

Цель работы. На основании полевых исследований и собранного фактического материала разработать методический подход к организации мониторинга и оценки на его основе особенностей загрязнения тяжелыми металлами земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния крупного промышленного предприятия (на примере Михайловского ГОКа); предложить систему мероприятий по уменьшению негативных последствий загрязнения почв.

Задачи исследования. В ходе достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование фактического распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния Михайловского ГОКа с учетом источников их поступления и физико-географических, ландшафтных условий распространения, миграции и накопления.

2. Определение содержания тяжелых металлов, поступающих из различных источников пылевых выбросов Михайловского ГОКа на исследуемую территорию.

3. Оценка на основании статистического анализа и средствами геоинформационных систем (ГИС) особенностей распространения тяжелых металлов в почвах зоны влияния крупного горнорудного предприятия; соотнесение полученных данных с комплексом источников возможного загрязнения и геохимическими особенностями миграции поллютантов.

4. Изучение особенностей распространения и накопления тяжелых металлов в донных отложения рек, протекающих в зоне влияния Михайловского промышленного ареала.

5. Разработка рекомендаций по специфике проведения мониторинга загрязненных тяжелыми металлами земель различного назначения в районах со сложным комплексом хозяйственных воздействий на примере зоны влияния Михайловского промышленного узла.

6. Разработка рекомендаций по организации мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне санитарной охраны Михайловского ГОКа.

Объект исследования – земли, находящиеся в зоне влияния Михайловского горно-обогатительного комбината и возможные источники их загрязнения тяжелыми металлами.

Предмет исследования – процессы поступления тяжелых металлов в почвенный покров природных и антропогенных комплексов и накопления в нем этих веществ.

Теоретическая и методологическая база исследования.

Исследование базируется на разработках ведущих отечественных научных школ и их представителей в области мониторинга земель, геоэкологии, геохимии ландшафтов.

Методологической основой исследования послужила концепция регионального и локального почвенного экологического мониторинга. Результаты исследований А.Е. Ферсмана, Б.Б. Полынова, И.П. Герасимова, Ю.А. Израэля, М.Е. Менна, В.Д. Минченко, В.А. Ковда, И.А. Крупенникова, В.В. Медведева, Г.В. Мотузовой, О.С. Безугловой, Б.В. Виноградова, Г.Н. Коффа, П.С. Русинова, И.И. Косиновой, Д.С. Орлова, Ф.Н. Лисецкого и других ученых определили выбор методов исследования автора.

Исходные материалы и методы исследования. В основу работы положены данные натурных исследований автора, проведенных в 2007–2009 гг. в зоне влияния Михайловского ГОКа на территории Железногорского района Курской области, а также данные отчетов по выявлению геохимического техногенного загрязнения почвенного покрова ОАО «Михайловский ГОК» за 1998–2006 годы. Общий объем выборки составил более 2 000 проб почвы, в которых определялось содержание более 25 загрязняющих веществ, в том числе 84 пробы, отобранные лично автором. Обработка аналитического материала (химические, спектральные анализы) была выполнена математико-статистическими методами на основе компьютерных технологий. Использованы многочисленные фондовые и опубликованные источники по данной тематике.

Применялись следующие общенаучные методы: многолетние стационарные и экспедиционные наблюдения, сравнительно-географический, статистический анализ, картографическое, графическое сравнение данных, математическое моделирование, использование средств геоинформационных систем. При этом были задействованы программные средства Surfer 8.0, Global Mapper 9.0, а также статистические программные пакеты STATISTIKA, MS Excel.

Достоверность результатов основана на значительном объеме исходных данных по загрязнению тяжелыми металлами земель района МГОКа, полученных в результате собственных исследований автора и при анализе материалов организаций, ведущих наблюдения за состоянием почвенного покрова указанной территории, а также на применении современных методов исследования и обработки информации, компьютерных технологий, использовании стандартизированных критериев оценки, действующих нормативов и правил.

Научная новизна. Впервые для района исследований:

- детально изучено содержание тяжелых металлов в пылевых выбросах различных источников МГОКа и дана оценка других локальных и удаленных источников поступления этой группы загрязняющих веществ на изучаемой территории;

- дана статистическая оценка особенностей распределения выявленных ареалов загрязнения земель изучаемого района возможного влияния пылевых выбросов Михайловского ГОКа и других источников распространения тяжелых металлов;

- установлена методами ГИС пространственная структура распределения тяжелых металлов в почвенном покрове и ее связь с объектами ГОКа, другими источниками выбросов и особенностями миграции и накопления тяжелых металлов в почвогрунтах в связи с геохимическими особенностями региона;

- выполнена оценка влияния хозяйственной деятельности Михайловского горно-обогатительного комбината и других природопользователей на содержание тяжелых металлов в донных отложениях рек и водоемов района исследований;

- разработаны рекомендации по ведению мониторинга и оптимизации использования земель сельскохозяйственного назначения в зонах санитарной охраны и выявленного влияния пылевых выбросов Михайловского ГОКа.

Практическое значение работы заключается в возможности использования ее результатов при эколого-токсикологической оценке земель зоны влияния Михайловского горно-промышленного комплекса. Основные выводы исследования были учтены при разработке рекомендаций по охране земель сельскохозяйственного назначения и землеустройству хозяйств в зонах санитарной охраны и влияния Михайловского ГОКа (справка о внедрении от 16.04.2010).

Результаты работы были использованы в учебном процессе в Курском государственном университете при разработке курсов «Ландшафтоведение» и «Геоэкология», специальных дисциплин «Физическая география: Геоэкология и рациональное природопользование» и «Экологическое планирование и экспертиза» (справка о внедрении от 25.03.2010).

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на VI семинаре молодых ученых вузов «Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов» (Волгоград, 2006), Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы социально-правовых, медико-биологических, технико-экономических сфер жизни общества» (Курск, 2007), Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (Белгород, 2007), Международной научно-практической конференции «Геоэкологические исследования и их отражение в географическом образовании» (Курск, 2007), Международной конференции «Месторождения природного и техногенного сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поиска, экологическая геология» (Воронеж, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, три из которых – в журналах, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК. Материалы исследований использованы также в ряде научно-производственных отчетов и технических проектов, выполненных для Михайловского ГОКа.

Личный вклад. Автору принадлежит основная идея и постановка задач исследования; он принимал непосредственное участие в полевых работах, сборе, систематизации и статистической обработке фактических данных с применением современных программных продуктов ГИС. Автором выполнен всесторонний анализ полученных результатов, разработаны практические мероприятия по оптимизации мониторинга и рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения зоны влияния Михайловского ГОКа.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика комплексной оценки загрязнения земель тяжелыми металлами в зоне влияния крупного горно-рудного предприятия при проведении локального мониторинга.

2. Результаты анализа количественного содержания тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа.

3. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа, а также определяющих его антропогенных и геохимических особенностей.

4. Закономерности накопления тяжелых металлов в разных видах земельных угодий.

5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского горно-обогатительного комбината.

6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санитарной охраны Михайловского ГОКа.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 126 страницах, включая 16 таблиц, 26 рисунков. Список литературы включает 144 наименования, в том числе 4 – на английском языке.

Основные защищаемые положения


1. Методика комплексной оценки загрязнения земель тяжелыми металлами в зоне влияния крупного горно-рудного предприятия при проведении локального мониторинга.

Современные методы мониторинга земель, разработаны и обоснованы такими крупными учеными, как Г.В. Мотузова, О.С. Безуглова, Б.В. Виноградов, Г.Н. Кофф, П.С. Русинов, И.И. Косинова, Д.С. Орлов, Ф.Н. Лисецкий, С.В. Лукин, В.Д. Муха, А.Ф. Сулима. В этих научных разработках и основанных на них нормативных документах (Постановлении Правительства Российской Федерации «Об организации и осуществлении государственного мониторинга окружающей среды (государственного экологического мониторинга)», Земельном кодексе РФ «Статья 67. Государственный мониторинг земель») детально рассмотрены методы отбора, обработки и анализа проб почвогрунтов при геохимических съемках различного масштаба. Менее проработанным аспектом подобных исследований является установление взаимосвязи между выявленными геохимическими аномалиями, ареалами загрязнения земель и источниками, особенностями миграции и накопления поллютантов.

Проведенный нами анализ научных, методических и нормативных источников, оценка реальной ситуации, сложившейся в зоне влияния МГОКа, позволили предложить методику мониторинга и комплексной оценки загрязнения земель тяжелыми металлами. Её особенность состоит в том, что к основному блоку, собственно геохимического мониторинга, добавляется блок оценки выбросов самого предприятия, а также не входящих в состав его инфраструктуры объектов хозяйственной деятельности (сельскохозяйственных и урбанизированных территорий, транспортной сети).

Важным компонентом предлагаемой методики является оценка и, в дальнейшем, учет сложившегося на изучаемой территории природного фона, его соотношения с химическим составом пылевых выбросов предприятия.

На основе этой предварительной информации формируется собственно программа мониторинга: определяются вещества, имеющие критическое значение для данного предприятия; целенаправленно выбирается сеть точек отбора проб, учитывающая взаиморасположение всего комплекса источников выбросов тяжелых металлов и направления преобладающих ветров на территории, относящейся к разным видам земельных угодий (сельскохозяйственные площади, лес, луг).

Предлагаемая методика мониторинга и оценки степени и состава загрязнения территории тяжелыми металлами детально представлена на рис. 1. Ключевыми моментами этой методики является оценка содержания тяжелых металлов (ТМ), содержащихся в пылевых выбросах и основных компонентах среды, на основании чего проводится анализ опасности, вызванной накоплением выделенных элементов, и составляются прогнозы возможных действий по уменьшению этого процесса, а также разрабатываются соответствующие рекомендации.




Мы предлагаем мониторинговые исследования проводить в два этапа:

1. Первичный (оценочный) этап, в ходе которого определяется перечень источников поллютантов и основных тяжелых металлов, опасных для изучаемой территории; отбираются пробы для определения геохимического состояния основных объектов мониторинга и выделения направлений последующего этапа наблюдений.

2. Второй этап – постоянный мониторинг. Проводится периодический анализ выбросов из основных источников с целью отслеживания изменений состава опасных веществ. Объем отбора проб существенно снижается за счет первого этапа, то есть оцениваются только выделенные ТМ, а не все подряд; на территории отбираются пробы в 20 точках постоянного мониторинга, выбранных на основе анализа данных первой части исследования.


2. Результаты анализа количественного содержания тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа.

На начальном этапе работы нами были выделены основные источники пыления предприятия: 1) выбросы вентиляционных систем при сушке из барабанов дробильно-сортировочной фабрики (ДСФ); 2) выбросы вентиляционных систем обжиговых машин дробильно-обогатительного комбината (ДОК); 3) пыль вентиляционных систем после пылевых фильтров фабрики обогащения ДОК; 4) пыль с пылевых фильтров отделения дробления ДОК; 5) пыль из карьера после проведения взрывов; 6) пыление хвостов мокрой магнитной сепарации на «пляжах» хвостохранилища.

Пыль из основных источников выбросов Михайловского ГОКа была отобрана для анализа на содержание тяжелых металлов (табл.1).

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа (мг/кг)

Металлы Источники	Со	Cd	Ni	Pb	Cr	Mn	Cu	Mo	Zn	Sb	Fe
ДСФ, выбросы при сушке (барабаны)	22,4	1,7	5,9	18,3	11,1	102,3	9,4	1,1	40,5	8,3	4200
ДОК (обжиговые машины)	26,6	1,7	3,8	16,6	10,6	90,2	9,1	1,1	61,6	9,9	3900
ДОК – обогащение, пыль из труб	12,5	1,7	17,9	20,3	15,4	272,4	11,1	0,5	20,3	2,6	4400
ДОК – отделение дробления, пыль из труб	20,6	0,7	7,6	12,2	16,1	170,6	11,9	1,1	60,4	9,3	1100
Пыль карьера после взрывов	27,5	1,6	3,4	18,4	10,8	70,3	9,3	1,2	60,8	9,1	4500
Пыление хвостохранилища	14,3	0,7	10,9	32,0	17,2	180,3	4,9	0,3	71,5	11,1	8000
ПДК	5,0	5,0	80,0	65,0	100,0	1500,0	66,0	5,0	220,0	4,5	-
Фон по области	2,0	-	33,0	16,0	82,0	596,0	22,0	1,0	52,0	-	2200
Кларк земной коры (А. П. Виноградов)	18,0	0,13	58,0	16,0	83,0	1000	47,0	1,1	83	0,5	46500

Всего анализировалось содержание 24 тяжелых металлов. В таблице 1 показаны те металлы, концентрации которых могут влиять на загрязнение земельных угодий в районе МГОКа, содержание остальных или ниже точности определения, или много ниже ПДК и в разы ниже фоновых значений.

Полученные данные позволяют констатировать, что в железорудном сырье и всех продуктах его переработки МГОКом тяжелые металлы содержатся в концентрациях, даже не приближающихся к предельно допустимым. Более того, по большинству веществ концентрации в возможных выбросах Михайловского горно-обогатительного комбината ниже соответствующих фоновых концентраций как по всей Курской области, так и в районе МГОКа.

Исключением являются только сурьма и кобальт. Их концентрации в железорудном сырье и продуктах его переработки МГОКом сравнимы с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для почвенного покрова. Для ряда веществ их концентрации в железорудном сырье и хвостах МГОКа приближаются или незначительно превышают фоновые значения для Курской области, но они в несколько раз ниже ПДК; кроме того, их концентрации в почвах зоны влияния МГОКа не повышены, а даже намного ниже областного фона.

Из всего сказанного следует очевидный вывод, что из более чем 20 изученных веществ даже теоретически негативное влияние могут оказывать только три: сурьма, кобальт и кадмий. К ним следует добавить железо, концентрации которого в железорудном сырье и продуктах его переработки достаточно высоки, превышают фоновые значения для почвенного покрова. Следовательно, в дальнейшем при анализе влияния МГОКа на почвенный покров вполне достаточно ограничиваться изучением показателей по этим химическим элементам. Можно добавить к ним свинец, молибден и цинк, содержание которых в выбросах Михайловского ГОКа в несколько раз ниже ПДК, но незначительно превышает фоновые значения для Курской области. Все остальные вещества как в железорудном сырье, так и в продуктах его переработки на МГОКе обнаружены в концентрациях, которые не превышают ПДК и фоновые значения.


3. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа.

Из нескольких возможных вариантов мониторинга территории нами был выбран мониторинг загрязнения почв тяжелыми металлами, так как почвы, будучи компонентами сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Почвы в ходе использования их в разнообразной хозяйственной деятельности часто загрязняются, теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются.

В основу анализа легли отобранные нами пробы почв и грунтов. Пространственное распределение точек отбора планировалось с учетом расположения основных источников выбросов МГОКа и направлений ветра на исследуемой территории при разных погодных условиях. Пробы почв более детально отбирались в секторах зоны влияния МГОКа, расположенных по направлению наиболее часто повторяющихся ветров (рис. 2).

Отбор почвы проводился в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84, методом конвертов на площадках размером 10 на 10 метров. Точки отбора проб располагались на различных угодьях, как обрабатываемых (пашня), так и необрабатываемых (луг, лес, многолетняя залежь). Эти пробы были проанализированы в лаборатории аналитического контроля Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова рентгенофлюоресцентным методом на кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре «СПЕКТРОСКАН». Для металлов Be, Cd, Co, As, Ni, Hg, Pb, Se, Sb, Cr, Cu, Mo, Zn, Ag, Sr определялось их валовое содержание, для V, Mn, Fe, Ba, Al – содержание подвижных форм в почвенных образцах.

Для исследуемого района отмечены следующие максимальные значения концентраций: 180 мг/кг для свинца (проба № 60, отобранная севернее с. Троицкое). Чуть меньшее значение 120–140 мг/кг встречается для Pb в пробах № 58, 59, взятых западнее с. Капенки, северный берег Михайловского водохранилища, № 61, 62 – восточнее п. Сергеевский, № 66 – южнее п. Никольский, № 72 – южнее г. Железногорска. Для остальных элементов полученные значения не превышают ПДК. Это говорит о том, что в целом зона влияния Михайловского ГОКа не загрязнена рассматриваемыми элементами, а свинец, как отмечалось ранее, в выбросах МГОКа имеет концентрации ниже ПДК и, следовательно, его повышенные концентрации в почве не связаны с выбросами предприятия.




Рис. 2. Точки отбора проб и основные объекты Михайловского ГОКа и его инфраструктура:

1 – г. Железногорск, 2 – карьер и отвалы, 3 – хвостохранилище,

4 – промышленная площадка бедных руд ГОКа, 5 – ДОК, 6 – автотрасса.


Для выявления значимого влияния Михайловского ГОКа на загрязнение почвенного покрова нами были построены графики зависимости концентрации тяжелых металлов от расстояния между точками отбора проб и объектами пыления ГОКа. По координатам точек отбора проб определялось расстояние до объектов ГОКа. Были построены зависимости как от отдельных объектов (карьер, промплощадка, хвостохранилище), так и от совокупности объектов МГОКа. В последнем случае определялось расстояние точки отбора проб от ближайшего объекта. Затем строились графики связи загрязнения и расстояния, после этого вычислялись коэффициенты корреляции между загрязнением и расстоянием. Для всех веществ коэффициент корреляции оказался близок 0, а вид зависимости представлен на рис. 3.

Интересна, на наш взгляд, ситуация с содержанием железа в почвах зоны влияния Михайловского ГОКа. Его содержание в руде, в хвостах, в пыли, поступающей от производственных объектов комбината, выше фоновых концентраций, поэтому возможно накопление железа в почвах и их загрязнение этим металлом. На рис. 3 показано распределение концентраций железа в ряде точек почвенного покрова на удалении от нескольких метров до 20 км от карьера и хвостохранилища МГОКа. Мы видим, что концентрации железа в почве не уменьшаются с удалением от горно-обогатительного комбината.



Рис. 3. Изменение концентраций железа и свинца (К, мг/кг) в почвенных образцах

в зависимости от ближайшего источника пыления МГОКа (L, м)


Рядом с объектами МГОКа концентрации железа такие же, как и в удаленных от них на несколько километров контрольных точках. Все это свидетельствует о том, что накопления железа в почвах вокруг МГОКа в результате переноса пыли не происходит. Этот вывод звучит, на первый взгляд, парадоксально: железорудный карьер и хвостохранилище, несмотря на пыление, не приводят к загрязнению почвы железом в окрестностях МГОКа. Но этот вывод подтверждается не только нашими, но и предыдущими исследованиями, выполненными лабораторией Курской сельскохозяйственной академии в 1994 году, под руководством В.Д. Мухи и А.Ф. Сулимы.

Из-за небольшого объема данных по содержанию железа в почвах окрестностей МГОКа данный вывод не может считаться окончательным, но как вероятная рабочая гипотеза может быть подтвержден в рамках последующих исследований.

Такая же ситуация складывается и по остальным металлам. Для примера мы привели график изменения концентрации свинца (рис. 3). Точки с максимальными, критическими концентрациями расположены на расстоянии от 1 до 25 км от производственных объектов МГОКа. Для концентраций свинца характерно, что минимальные концентрации отмечены как в непосредственной близости от карьера и хвостохранилища, так и на отвалах.

Итак, концентрации в точках с экстремальным загрязнением по мере удаления от МГОКа не убывают, а возрастают. Это еще раз доказывает, что загрязнение региона свинцом совершенно не связано с пылением карьера, хвостохранилища и с производственной деятельностью комбината.

Это подтверждается и анализом построенных нами с использованием программы Surfer карт загрязнения почв района МГОКа тяжелыми металлами. На них хорошо видно, что загрязнение не концентрируется вокруг карьера, хвостохранилища, отвалов и других производственных объектов горно-обогатительного комбината. Точки с высокими концентрациями расположены хаотично, на расстоянии от 5 до 30 км от источников пыления. Уменьшения концентрации по мере удаления от объектов МГОКа не происходит. Экстремальные концентрации разных веществ расположены не соответствующим друг другу образом. В одних точках – экстремальные концентрации свинца, в других – кобальта и т.д. Следовательно, в каждом случае техногенный или природный источник загрязнения свой. Это является дополнительным аргументом для обоснования того, что причиной выявленных геохимических аномалий является не пыление карьера и хвостохранилища МГОКа, а иные, самые разнообразные источники.

Для проведения комплексного анализа накопления элементов в почве мы использовали коэффициент концентрации. Коэффициенты концентрации (К_к) определяются как частное от деления массовой доли загрязнителя на его ПДК и рассчитываются по формуле:

К_к=С_i/C_ПДК (1),

где С_i – концентрация элемента в исследуемой пробе (мг/кг), C_ПДК – предельно допустимые концентрации для определяемых веществ (мг/кг).

В таком случае, если К_к какого-либо элемента равен единице, то его содержание соответствует ПДК, и чем он больше единицы, тем больше его значение превышает ПДК.

Для определения общего техногенного загрязнения территории был использован суммарный показатель химического загряз­нения (Zс), который характеризует степень химического загрязнения почв и грунтов обследуемых территорий вредными веществами различных классов опасности и определяется как сумма коэффициентов концентрации отдельных компонентов загрязнения по формуле:

Zc=Kc₁+...+Kc_i+...+Kc_n-(n-1) (2),

где n – число определяемых компонентов, Кс_i – коэффициент концентрации i-го загрязняющего компонента.

При рассмотрении зоны возможного влияния Михайловского ГОКа были выделены основные ареалы загрязнения (рис. 4).



Рис. 4. Суммарное загрязнение почв тяжелыми металлами

в зоне влияния Михайловского горно-обогатительного комбината по Zc.


Большая часть значений попадает в допустимые значения для почвенного покрова и только некоторые точки имеют значение умеренно опасное. На востоке, северо-западе и юго-западе от г. Железногорска, севернее с. Рождественское и на северо-западе от п. Андросово расположены территории, где уровень загрязнения повышен, но является допустимым по суммарному показателю химического загрязнения.

Скорее всего, основными источниками загрязнения здесь являются предприятия города и автотранспорт, движущийся как в городской черте, так и за ее пределами. Можно предположить, что часть тяжелых металлов, обнаруженных в почве в повышенных концентрациях, связана с выбросами автомобильного транспорта и веществами, выделяющимися при износе различных элементов оборудования автомобиля, таких, например, как покрышки. Кроме того, в ходе сельскохозяйственной деятельности используются различные виды веществ (удобрений, пестицидов и т.п.), содержащих в своей основе химические элементы, в том числе и тяжелые металлы, которые при чрезмерном накоплении в почве могут становиться опасными.


4. Закономерности накопления тяжелых металлов в разных видах земельных угодий.

Нами была проведена работа по оценке влияния на миграцию и накопление тяжелых металлов в почвенном покрове сельскохозяйственной деятельности, а также связанных с этой деятельностью водно-эрозионных процессов на пашне. Вся выборка данных была разделена на две части с учетом характера использования земель. Основное внимание было направлено на сравнение загрязнения обрабатываемой территории (пашни) и необрабатываемой (луга, леса). В каждой выборке точки ранжированы по убыванию значений концентрации; по вертикальной оси обозначено содержание тяжелых металлов в мг/кг, по горизонтальной – номера точек отбора проб в ранжированной выборке. Графики отображают содержание тяжелых металлов в почвах обрабатываемых земель (пахота) и не используемых в сельскохозяйственной деятельности (дерн) в двух выборках: 1) данные исследований 2004 года; 2) собственные исследования автора 2007–2009 года (рис. 5).

На диаграммах в качестве примера показано содержание цинка, марганца и свинца в почвах района на пашне и на нераспаханных территориях.

Анализ данных позволил установить, что на нераспаханных участках содержание всех изученных тяжелых металлов, в том числе Zn и Mn, выше, чем на распаханных. И только для свинца характерно более высокое содержание в почвах, используемых под пашню.

Меньшее содержание практически всех тяжелых металлов на пахотных землях обусловлено несколькими причинами:

1. Эрозионные процессы способствуют выносу тяжелых металлов с территории вместе с почвой.
   
2. Перемешивание верхнего слоя в 0,2 – 0,3 метра при вспашке обусловливает уход металлов на глубину.
   
3. Сельскохозяйственные растения, которые произрастают на загрязненной территории, не успевают поднять тяжелые металлы из более глубоких слоев.
   
4. Вынос металлов осуществляется вместе с сельскохозяйственной продукцией.
   

Более высокое содержание тяжелых металлов на необрабатываемых участках обусловлено следующими факторами:

1. Тяжелые металлы попадают в почву из атмосферы вследствие локального и трансграничного, глобального переносов.
   
2. Металлы накапливаются в растительном опаде, а затем и в почве в результате его минерализации.
   
3. На задернованных участках нет сноса почвы, а соответственно, и выноса тяжелых металлов.
   
4. На указанные выше участки могут попадать тяжелые металлы, сносимые с распаханных территорий.
   

Что касается свинца, то, по нашему мнению, его более высокая концентрация на пахотных землях обусловлена большим содержанием данного элемента в удобрениях и пестицидах, а также его низкой подвижностью.




Рис. 5. Распределение тяжелых металлов на пашне и нераспахиваемых землях


Накопление свинца, таким образом, на пашне происходит в результате сельскохозяйственного производства, вследствие внесения этого химического элемента сельхозпроизводителями вместе с минеральными удобрениями, и при его низкой подвижности вынос свинца с эрозионными и другими процессами не компенсирует накопления.


5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского ГОКа.

Характер распространения тяжелых металлов в почвенном покрове на землях с разным характером использования неодинаков: с подверженной водной эрозии пашни происходит вынос, вымывание тяжелых металлов. На эти процессы в последнее время обращается большое внимание в работах российских и зарубежных исследователей (Литвина Л.Я., Лисецкого Ф.Н., Голосова В.Н., Косиновой И.И. и др.). Нами было проведено изучение особенностей распределения ТМ в эрозионной сети.

На западном и восточном склонах балки севернее с. Андреевка, то есть на подветренной и наветренной сторонах относительно основных объектов ГОКа, у истока р. Песочная нами были отобраны пробы почвы. Пробы отбирались в зоне интенсивной плоскостной эрозии, на склоне в зоне начального выполаживания склона и первичной аккумуляции и на дне балки в зоне аккумуляции. Здесь пробы были отобраны из почв с более легким гранулометрическим составом, что сказалось на результате анализов. На основании этих проб были построены графики содержания тяжелых металлов на участках, подверженных эрозионным процессам.

Анализ данных позволил установить, что минимальная концентрация тяжелых металлов характерна для подверженных плоскостной эрозии склонов. В зоне расположения геохимического барьера в средней части балочных склонов, покрытых травяной и кустарниковой растительностью, происходит накопление эрозионного материала и повышение концентраций тяжелых металлов. На дне балки, в зоне транзита, концентрации выше, чем на водоразделе, но ниже, чем в зоне аккумуляции.

Из верхних звеньев эрозионной сети наносы и связанные с ними ТМ поступают в речную сеть. Поэтому в ходе исследования нами было изучено содержание тяжелых металлов в донных отложениях основных рек, протекающих в зоне влияния Михайловского ГОКа, принадлежащих к бассейну реки Днепр. Основной рекой здесь является Свапа, впадающая в р. Сейм, с притоками Песочная, Чернь (с притоками Рясник и Речица), Усожа и другими. Водосборы этих рек находятся как в непосредственной близости от возможных источников поступления загрязняющих веществ, таких, как карьер, хвостохранилище, промплощадки ГОКа, поля и автотрассы, сельскохозяйственные и урбанизированные территории, так и на значительном удалении от этих объектов.

Из научных источников известно, что загрязнение верхнего слоя донных отложений в основном связано с веществами, которые привносятся с территорий их водосборов, на которых осуществляется хозяйственная деятельность. Изменения концентрации тяжелых металлов в донных отложениях по долинам от истоков до устья рек в зоне влияния Михайловского ГОКа имеют определенные закономерности.

Анализ графиков концентраций различных тяжелых металлов в донных отложениях р. Чернь (рис. 6) показал, что четко выраженного влияния МГОКа на содержание тяжелых металлов в донных отложениях не наблюдается.

Незначительное содержание металлов в р. Чернь прослеживается как у истока, так и в нижнем течении на уровне и ниже карьера, повышения концентраций тяжелых металлов в донных отложениях не наблюдается.

В то же время в донных отложениях р. Речицы, протекающей через г. Железногорск, очевидно резкое увеличение концентраций тяжелых металлов ниже города. Причина этого – поступление загрязняющих веществ с неорганизованным стоком талых и ливневых вод с городских территорий. Следовательно, загрязнение донных отложений тяжелыми металлами в первую очередь связано с различной хозяйственной деятельностью (сельское хозяйство, транспортная сеть), которая происходит на территории водосбора, и в меньшей степени с деятельностью Михайловского ГОКа.




Рис. 6. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что в целом количество тяжелых металлов в донных отложениях рек зоны влияния МГОКа увеличивается от истока к устью. Это может быть связано с переносом донных отложений, содержащих тяжелые металлы, по течению, а следовательно, приводит к сбору поллютантов по всему бассейну и аккумуляции их в устьевой части. Наличие этих ТМ будет связано со всей хозяйственной деятельностью, которая происходит на территории водосбора, в том числе может являться следствием выноса с урбанизированных территорий, работы различных промышленных и сельскохозяйственных предприятий исследуемого региона.


6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санитарной охраны Михайловского ГОКа.

Проведенные исследования и выявленные на их основе закономерности распределения ТМ на земельных угодьях зоны влияния МГОКа позволили предложить определенную схему ведения постоянного мониторинга на изучаемой территории. Для этого в соответствии с предлагаемой методикой необходимо проведение отбора проб из основных источников пыления Михайловского ГОКа с периодичностью раз в год для отслеживания изменений содержания тяжелых металлов в выбросах предприятия.

На территории зоны влияния необходимо проводить мониторинг загрязнения почвенного покрова зоны влияния Михайловского ГОКа, для чего следует использовать точки постоянного мониторинга, расположенные по направлениям наиболее часто повторяющихся ветров.

Отбор проб необходимо осуществлять с учетом разных видов земельных угодий для определения накопления тяжелых металлов на сельскохозяйственных землях. Достаточно 20 точек наблюдения, расположенных в соответствии с основными направлениями ветров на данной территории.

Как показало проведенное исследование, Михайловский горно-обогатительный комбинат не оказывает значительного влияния на накопление тяжелых металлов в почвенном покрове за пределами санитарно-защитной зоны предприятия (СЗЗ). Более значительным видом воздействия является поступление пылевых выбросов на сельскохозяйственные угодья различных хозяйств, примыкающих к объектам Михайловского ГОКа.

В течении вегетационного периода пыль поступает на сельхозугодия и накапливается непосредственно на сельскохозяйственных растениях. Опыт хозяйств свидетельствует о том, что употребление на корм скоту растительной продукции, содержащей пылевые выбросы МГОКа, приводит к заболеваниям и отравлениям животных.

Поэтому вокруг предприятия и основных источников пыления должна располагаться санитарно-защитная зона. Она разработана в целях обеспечения безопасности населения в соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30.03.99 № 52-ФЗ. Это должна быть специальная территория с особым режимом использования, размер которой обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения до значений, установленных гигиеническими нормативами.

Для Михайловского ГОКа как горно-рудного предприятия в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 принимаются следующие размеры санитарно-защитных зон: КЛАСС I опасности – 1000 м. – зона вокруг промышленных площадок горно-обогатительного комбината, КЛАСС II опасности – 500 м. – зона вокруг карьера добычи железной руды и КЛАСС III опасности – 300 м. – зона вокруг отвалов и хранилища хвостов мокрой магнитной сепарации (рис. 7).

В настоящее время законодательными и природоохранными органами не разработан регламент использования земель сельскохозяйственного назначения, входящих в санитарно-защитные зоны горно-рудных предприятий и примыкающих к ним.

Земли санитарно-защитной зоны, на которых пылевые выбросы могут представлять опасность для сельскохозяйственного производства и, как следствие, для здоровья населения, находятся во владении сельскохозяйственных предприятий. Весь комплекс мероприятий по уменьшению влияния выбросов на не принадлежащие ему земли сельскохозяйственного назначения должно проводить предприятие. В данной ситуации возникают вопросы урегулирования отношений этих двух субъектов. Поэтому в рамках нашей работы разработан и согласован с районной администрацией Железногорского района следующий комплекс мероприятий.





Рис. 7. Санитарно-защитные зоны вокруг объектов Михайловского ГОКа

1 – санитарно-защитная зона, 2 – зона опасного земледелия.

Для уменьшения риска ведения сельскохозяйственного производства и улучшения здоровья населения мы предлагаем земли хозяйств, попадающие в санитарно-защитные зоны МГОКа, вывести из сельскохозяйственного использования. Это земли, примыкающие непосредственно к хвостохранилищу и отвалам 8 и 6, – ООО «Восход»; к карьеру и отвалу 5 – сельскохозяйственные территории муниципального образования Веретенино; и поля, примыкающие к ДОК Михайловского ГОКа – зона сельскохозяйственного кооператива Железногрский, выделенные на карте под номером 1.

Необходимо вывести эти земли из сельскохозяйственного производства и создать на них лесозащитные насаждения изолирующего типа. Для этих целей можно использовать следующие виды деревьев: акация белая, тополь канадский, шелковица белая, клен полевой; виды кустарников: бирючина обыкновенная, боярышник обыкновенный, шиповник морщинистый. Предлагаем земли, входящие в санитарно-защитную зону, для более эффективной деятельности предприятия в ней либо передать во владения предприятия, либо же выделить их в новый тип землепользования – санитарно-защитные земли.

Территории, не входящие в зону 1 (санитарно-защитная зона), но опасно примыкающие к ней и, безусловно, находящиеся под влиянием выбросов предприятия, необходимо условно выделить в зону 2 – опасного земледелия. Для этих угодий разработаны севообороты с преобладанием технических культур, например, сахарной свеклы, или же культур, плоды которых защищены от непосредственного влияния пылевых выбросов, таких, как картофель, морковь. Причем зеленую часть этих культур не использовать как корм для животных, а утилизировать.

Основные выводы и предложения

1. Методика проведения мониторинга загрязнения земель тяжелыми металлами в зоне влияния крупного горно-рудного комбината должна учитывать в первую очередь количественный и качественный состав выбросов предприятия. Мы предлагаем мониторинговые исследования проводить в два этапа: на первом (оценочном) этапе определяется перечень источников поллютантов и основных тяжелых металлов, опасных для изучаемой территории, отбираются пробы для определения геохимического состояния основных объектов мониторинга и выделения направлений преимущественного внимания для последующего этапа наблюдения. На втором этапе (постоянного мониторинга) проводится периодический анализ выбросов из основных источников для отслеживания изменения в них состава опасных веществ. Объем отбора проб существенно снижается за счет первого этапа, в почвах и выбросах оцениваются только критические для данного предприятия ТМ. На территории отбираются пробы в точках постоянного мониторинга, выбранных на основе анализа данных первой части исследования.

2. Проведенный анализ содержания тяжелых металлов в выделенных нами источниках пылевых выбросов Михайловского ГОКа показал, что их роль незначительна и существенного влияния на загрязнение территории не оказывает (из исследованных 24 металлов теоретически негативное воздействие могут оказывать только Co, Sb и Cd, так как их содержание незначительно превышает ПДК). Следовательно, при организации дальнейших исследований и мониторинга не нужно анализировать содержание в почвах зоны влияния МГОКа тех техногенных поллютантов, которых нет в составе железорудного сырья и продуктов его переработки, а значит, и в его выбросах. Их присутствие или отсутствие в почвенном покрове и других элементах природных комплексов связано не с производственной деятельностью МГОКа, а с глобальным переносом загрязняющих веществ в атмосфере, другими видами хозяйственной деятельности (например, сельскохозяйственной) или геохимическими особенностями изучаемой территории.

3. Пространственное распределение тяжелых металлов в почвах не имеет прямой связи с объектами ГОКа. Концентрация ТМ не убывает по мере удаления от предприятия, а приблизительно одинакова как непосредственно возле объектов предприятия, так и на удалении до 30 километров; точки с высоким содержанием отдельных элементов расположены хаотично на расстоянии от 5 до 30 км от объектов ГОКа. Количество точек с экстремальными значениями загрязнения по мере удаления от предприятия не уменьшается, а по некоторым металлам, как например, свинец, максимальные показатели наблюдаются на границе зоны влияния. При оценке загрязнения не выявлено его концентрации возле карьера, отвалов, хвостохранилища и по направлению преобладающих ветров на данной территории. Также нет корреляции между пространственным распределением различных металлов: точки с высокими значениями у разных металлов не совпадают.

4. Выявлены определенные закономерности по накоплению тяжелых металлов для разных видов земельных угодий. Их содержание выше на тех территориях, где сельскохозяйственная деятельность не ведется. Пробы, сделанные на пахотных землях, имеют концентрации тяжелых металлов на 5–8 мг/кг ниже, чем отобранные на неиспользуемых территориях, таких, как лес, луг, балки. Это связано с отсутствием выноса растительности с необрабатываемых участков и накоплением опада с поглощенными им ТМ, а также с тем, что не происходит перемешивания верхнего слоя почвы. Все тяжелые металлы, проанализированные нами, имеют такую тенденцию, кроме свинца. Его повышенное содержание в землях сельскохозяйственного назначения обусловлено тем, что он входит в состав различных веществ, используемых при удобрении и химической обработке полей, а также его меньшей подвижностью по сравнению с другими металлами.

5. При изучении распространения тяжелых металлов в эрозионной сети прямой связи между территорией МГОКа и накоплением ТМ в донных отложениях речной сети не выявлено. Не наблюдается увеличения концентрации тяжелых металлов ниже по течению относительно основных объектов горно-обогатительного комбината в реках, протекающих в непосредственной близости от карьера, отвалов, хвостохранилища. Наблюдается повышение концентрации ТМ в реках ниже г. Железногорска, что объясняется попаданием в них ливнесточных вод с территории города. Отмечено также увеличение концентрации тяжелых металлов в донных отложениях, обусловленных близостью к рекам сельскохозяйственных угодий.

6. Результаты анализа ситуации возможного негативного влияния Михайловского ГОКа на близлежащие территории позволили разработать и внедрить систему более эффективной организации мониторинга и использования земель. Так, было выделено шесть санитарно-защитных зон вокруг основных объектов предприятия шириной 300–1000 м. в зависимости от класса опасности источников пыления и разработаны рекомендации по использованию сельскохозяйственных земель испытывающих влияние пылевых выбросов Михайловского ГОКа.


Публикации по теме диссертации

1. Гонеев, И.А. Определение источников загрязнения почв тяжелыми металлами и разработка системы мероприятий по сокращению этого процесса / И.А. Гонеев // Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе: материалы V регион. науч.-практической студ. конф. – Воронеж: ВГПУ, 2005. – С. 70–72.

2. Гонеев, И.А. Анализ влияния эрозии почв на распространение тяжелых металлов в почвенном покрове / И.А. Гонеев, М.В. Кумани // Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов: материалы VI семинара молодых ученых вузов. – Москва: МГУ, 2006. – С. 65–70.

3. Гонеев, И.А. ГИС-технологии в оценке загрязнения территории влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / И.А. Гонеев // Геоэкологические исследования и их отражение в географическом образовании: материалы междунар. науч.-практической конф. – Курск: КГУ, 2007. – С. 73–76.

4. Кумани, М.В. Особенности загрязнения почв в зоне влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / М.В. Кумани, И.А. Гонеев, Р.А. Попков // Теоретические и прикладные проблемы социально-правовых, медико-биологических, технико-экономических сфер жизни общества: материалы междунар. науч.-практической конф. – Курск: РГСУ, 2007. – С. 145–147.

4. Гонеев, И.А. Применение ГИС при оценке загрязнения территории зоны влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / И.А. Гонеев // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: материалы всерос. (с междунар. участием) науч.-практической конф. молодых ученых. – Белгород: БелГУ, 2007. – С. 67–69.

5. Гонеев, И.А. Экологические последствия пылевых выбросов Михайловского ГОКа / И.А. Гонеев, М.В. Кумани // Месторождения природного и техногенного сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поиска, экологическая геология: материалы междунар. конф. – Воронеж: ВГУ, 2008. – С. 282–284.

6.* Гонеев, И.А. Влияние крупного горно-рудного предприятия на состояние здоровья территории загрязнения земель и водных объектов тяжелыми металлами (на примере Курской области) / И.А. Гонеев, Ю.Н. Кириченко, Ю.А. Соловьева // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». – 2009. – Вып. 3. – С. 125–133.

7.* Борзенков, А.А. Загрязнение поверхностных вод, донных отложений и почв в зоне влияния Михайловского ГОКа / А.А. Борзенков, И.А. Гонеев, М.В. Кумани, Ю.А. Соловьева // Проблемы региональной экологии. – 2010. – Вып.1 – С. 37–42.

8.* Гонеев, И.А. Особенности выделения санитарно-защитной зоны крупного горно-рудного предприятия на примере Михайловского ГОКа / И.А. Гонеев // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2010. – Т 15 Вып. 2. – С. 439–441.


*издания, рекомендованные ВАК


Содержание диссертации






Подписано в печать «___» ______ 2010 г.

Формат 60х84/16 Объем 1,5 п.л.

Печать офсетная. Бумага офсетная.

Тираж 100 экз. Заказ № _____


Изд-во Курского государственного университета

305000, г. Курск, ул. Радищева, д. 33


Отпечатано в лаборатории информационно-методического обеспечения КГУ