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

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.