Влияние деятельности электролизного завода на экологическую обстановку павлодарского района (республика казахстан)
На правах рукописи
ЕРМИЕНКО Алена Викторовна
ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ЗАВОДА
НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ ПАВЛОДАРСКОГО РАЙОНА
(РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН)
03.02.08 – экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Омск – 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический
университет» на кафедре экологии и природопользования
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Калиненко Николай Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Юшкевич Леонид Витальевич;
кандидат биологических наук, доцент
Зарипов Рафаил Гарифович
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Ишимский государственный
педагогический институт им. П. П. Ершова»
Защита диссертации состоится 26 апреля 2010 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 при ГОУ «Омский государственный педагогический университет» по адресу: 644099, г.Омск, ул. наб. Тухачевского, 14, ауд. 212.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте (http://www.omgpu.ru) Омского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан 24 марта 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Т. Ю. Колпакова
кандидат биологических наук, доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Город Павлодар один из крупнейших промышленных центров Республики Казахстан. Окрестности Павлодара испытывают на себе дигрессивное воздействие целого ряда крупных заводов: литейно-прокатного, ферросплавного, переработки глинозема и других крупных комплексов современного производства, жизненно важных для республики.
В настоящее время в Павлодарской области впервые построен электролизный завод мощностью 250 тысяч тонн, основная деятельность которого направлена на выпуск алюминия (Корчевский, Слажнева, Каим, Яковлева, 2002). Для экономики Казахстана это огромное достижение, так как Казахстан получит свой «крылатый металл». Несомненно, решение правительства не оспаривается, однако совершенно очевидна и дополнительная нагрузка, которая повлияет на экологическое состояние окружающей среды.
Электролизный завод – самостоятельная хозяйственная единица с полным циклом производства. В состав электролизного завода кроме корпусов электролиза входят приемные склады глинозема, подразделения по обслуживанию электротехнического и механического оборудования, объекты энергетики, газоочистки, различные инженерные сети и коммуникации и, как правило, литейные отделения (Камардин, 2007). И хотя общая схема процессов переработки глинозема до получения металла хорошо изучена и содержит характеристику последствия операций на природную среду, все же этапы механического, электротехнического, литейного и других сопряженных с ними операций содержат в себе при конкретном производстве, в конкретных условиях свои неизученные детали. Применяемое в процессе производства сырье и материалы, образующие при этом загрязняющие вещества фтор, магний, возгоны каменноугольного пека и т. д., в ряде случаев могут оказать негативное влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. Многие загрязнения и последствия, угнетающие среду жизни, можно не только прогнозировать, но и избежать, если будут ясно определены мотивы последствий. В связи с этим актуальной проблемой на современном этапе является комплексное изучение с последующим прогнозом влияния деятельности электролизного завода на природные ландшафты Павлодарской области и сопредельные территории. В настоящей работе проведен ряд исследований по изучению данной проблемы в пределах территории Павлодарского района.
Все это определило основную цель исследования: установить реальную степень негативных воздействий деятельности электролизного завода на экологическую обстановку Павлодарского района Республики Казахстан и составить прогноз возможных последствий загрязнения окружающей среды.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- Выявить эколого-биологические особенности и состояние флоры изучаемого района.
- Определить почвенные разности в пределах района размещения завода и выяснить буферные возможности при изменении состава почв.
- Установить степень влияния климатических условий на экологическое состояния данного района в период активной деятельности завода.
- На основании гидрологических исследований выяснить возможности проникновения загрязнений в процессе деятельности завода в грунтовые воды.
- Составить прогноз экологического прессинга электролизного завода и провести мониторинг на основе серии ландшафтно-экологических карт.
Научная новизна работы. Впервые в пределах Павлодарского района на территории завода и прилегающей территории составлены ландшафтные карты для организации экологического мониторинга, где представлена картина состояния природной среды до запуска завода и за период первых этапов работы электролизного завода, а также прогнозируется развитие системы при достижении проектной производственной мощности.
Практическая значимость диссертации. Дана оценка природной среды в отсчете до начала деятельности электролизного завода, в период его начала деятельности и при достижении промышленной мощности, и это будет способствовать возможным мерам противостояния деградации природной среды и нивелированию негативных последствий деятельности завода.
Материалы исследований положены в основу экологической экспертизы Павлодарского областного территориального управления охраны окружающей среды (протокол № 9 от 15 ноября 2006 г.). Ряд результатов исследований был использован при оценке состояния природной среды.
Положения, выносимые на защиту:
- Деятельность электролизного завода на природно-территориальный комплекс Павлодарского района может оказывать на окружающую среду угнетающее воздействие.
- Степень угнетения экосистем можно проанализировать с применением серии ландшафтно-экологических карт территории исследования.
- Стабилизация природной среды и улучшение экологических условий возможны при разработке комплекса природоохранных мероприятий.
Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены на международных и региональных конференциях: «Экологические проблемы и перспективы применения чистых технологий для устойчивого развития региона» (Павлодар, 2005); «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2006); Республиканской научно-практической конференции «V Сатпаевские чтения» (Павлодар, 2005); Республиканской научно-теоретической конференции молодых ученых и аспирантов «Сейфулинские чтения I» (Астана, 2005); Республиканской научно-теоретической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар, 2007); II Международной научно-практической конференции (Горно-Алтайск, 2007).
Подготовлено методическое пособие «Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду (на примере Павлодарского электролизного завода)» для студентов естественных специальностей.
Публикации. Материалы исследования опубликованы в 10 печатных работах, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК Минобразования и науки РФ для публикации основных положений диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 134 страницах, включает 23 рисунка, 18 таблиц, 8 приложений. Состоит из введения, 4 глав, выводов, практических предложений, списка литературы, включающего 279 наименований, в том числе 26 на иностранных языках.
основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы, ее научная и практическая новизна, определяются цель и задачи диссертации, объект и предмет исследования рассматриваются основные проблемы загрязнения окружающей среды.
В первой главе «Обзор литературы» представлен обзор литературы по теме исследования, приводится общая физико-географическая характеристика, которая была до начала строительства завода в пределах Павлодарского района. Освещены вопросы геологического строения, климата, почвы, гидрология и растительный мир. По данным литературы рассматривается деятельность производства алюминия и состояние окружающей природной среды.
В административном отношении территория электролизного завода площадью 1,7 кв. километров расположена на правобережье Иртыша, в 12 километрах юго-восточнее Павлодара.
По климатическим условиям отличительной особенностью местного климата являются резкие изменения температуры воздуха. Продолжительность холодного периода составляет 6,5 месяцев. Среднегодовая температура января –17,9 0С, июля +27,5 0С. Среднее количество осадков 260 мм в год. Снежный покров сохраняется около 130–140 дней, высота снежного покрова от 3 до 22 см.
В главе отмечается, что в современной мировой практике применяются три типа алюминиевых электролизов: с предварительно обожженными анодами, и с самообжигающимися анодом с верхним и боковым токоподводом. Производство алюминия на электролизах с самообжигающимся анодом характеризуется значительным уровнем выбросов и смолистых возгонов, различного рода твердых составляющих, а эти технологии занимают пока преимущественное место в мире, поэтому необходимо совершенствование технологии, которая позволит уменьшить образование и первичные выделения загрязняющих веществ из электролизеров.
Вторая глава «Методы исследования».
Исходным материалом для настоящей работы послужили результаты собственных исследований и данные экспедиций в период с 2002 по 2008 г.
Для оценки качества окружающей среды геосистем, изучения закономерностей пространственного размещения и развития природно-территориальных комплексов использовали метод картографии.
В качестве научно-обоснованных критериев комплексной оценки степени антропогенного воздействия на окружающую среду – интегрального норматива качества применяли методику Ю. А. Израэля (1988). Установление взаимосвязи между компонентами ландшафтов проводили геосистемным методом. Данным методом в процессе полевых исследований были изучены фоновые характеристики природно-антропогенного загрязнения воздушной, водной среды, почв и биоты. Анализировались данные, характеризующие биопродуктивность природных территориальных комплексов, загрязнения почвенного покрова, и установлены фоновые показатели.
В качестве картографической основы для разработки оценочной шкалы экологического состояния природной среды были применены ландшафтные карты и схемы физико-географического районирования, которые в полной мере отражают пространственно-территориальную однородность природно-антропогенных систем.
Загрязнения атмосферного воздуха определяли по превышению предельно допустимой концентрации и экологической нагрузки для таких основных ингредиентов, как пыль, искусственная радиоактивность, превышение содержания соединений углерода, серы, азота, ряда других химических элементов.
Загрязнение поверхностных и подземных вод и степень деградации почвенного покрова определяли по общепринятым методикам. Экологическая деградация растительности определялась по показателям общего снижения удельной биологической продуктивности растений. Полевоe обследование проводилось маршрутным методом непосредственно на территории объекта и прилегающей зоне исследования в радиусе 3 км. На каждой точке обследования по выделенным экосистемам проводились геоботанические описания растительности по общепринятой методике.
При проведении аналитических исследований применялись только аттестованные методики, допущенные ГУАК МПР РФ и РК для целей государственного экологического контроля. Материалы исследований обрабатывали статистическим методом. В ходе проведения работы использовались геосистемный, экспериментальный методы и метод моделирования (Лакин, 1990; Васильев, 2002), подвергнуты статистической обработке с использование методов параметрического и непараметрического анализа. Накопление, корректировка, систематизация, статистический анализ исходной информации и визуализация полученных результатов проводились в электронных таблицах «Excel», с использованием программы STATISTICA 6.
Глава третья. «Результаты исследований. Природное состояние и важнейшие экологические условия в процессе деятельности завода по выпуску алюминия».
Для многих веществ, используемых для производства алюминия, установлены их предельно допустимые концентрации в атмосфере. В России по некоторым веществам (например, по HF) установлены более жесткие формы ПДК, чем в других странах.
В процессе работы был проведен анализ по сравнению параметров предполагаемых выбросов фторидов Павлодарского электролизного завода (таблица 1).
Таблица 1
Фоновые концентрации загрязняющих веществ в Павлодаре
| Примесь | Концентрация, мг/м3 | Ср. значение, мг/м3 | ||||
| штиль | север | восток | юг | запад | ||
| Фоновые концентрации за 2004–2005 гг. | ||||||
| Пост № 1 | ||||||
| Пыль | 0,4333 | 0,4000 | 0,3333 | 0,3333 | 0,3667 | 0,3733 |
| Диоксид серы | 0,0150 | 0,0153 | 0,0200 | 0,0163 | 0,0157 | 0,0165 |
| Диоксид азота | 0,0567 | 0,0400 | 0,0300 | 0,0433 | 0,0600 | 0,0460 |
| Оксид углерода | 2,3333 | 2,3333 | 1,6667 | 2,6667 | 2,0000 | 2,2000 |
| Пост № 2 | ||||||
| Пыль | 0,5000 | 0,5333 | 0,4333 | 0,4333 | 0,4667 | 0,4733 |
| Диоксид серы | 0,0157 | 0,0163 | 0,0207 | 0,0163 | 0,0163 | 0,0171 |
| Диоксид азота | 0,0567 | 0,0467 | 0,0533 | 0,0500 | 0,0533 | 0,0520 |
| Оксид углерода | 1,6667 | 2,3333 | 1,6667 | 1,3333 | 1,6667 | 1,7333 |
| Фоновые концентрации за 2006–2007 гг.
| ||||||
| Пост № 1 | ||||||
| Пыль | 0,3667 | 0,3667 | 0,3667 | 0,3000 | 0,2667 | 0,3867 |
| Диоксид серы | 0,0163 | 0,0207 | 0,0167 | 0,0150 | 0,0177 | 0,0173 |
| Диоксид азота | 0,0467 | 0,0500 | 0,0500 | 0,0433 | 0,0533 | 0,0453 |
| Оксид углерода | 2,3333 | 3,0000 | 2,6667 | 2,6667 | 2,6667 | 2,6667 |
| Пост № 2 | ||||||
| Пыль | 0,3333 | 0,3333 | 0,3333 | 0,2667 | 0,2667 | 0,3067 |
| Диоксид серы | 0,0160 | 0,0190 | 0,0183 | 0,0200 | 0,0183 | 0,0183 |
| Диоксид азота | 0,0467 | 0,0367 | 0,0467 | 0,0400 | 0,0367 | 0,0413 |
| Оксид углерода | 2,3333 | 2,0000 | 3,3333 | 2,6667 | 2,0000 | 2,4667 |
В результате было выявлена средняя концентрация твердых фторидов, которая составила 0,004 мг/м3 – 13 % от среднесуточной предельно допустимой концентрации, максимальная достигла 0,06 мг/м3, т. е. 30 % от максимально разовой предельно допустимой концентрации; средняя концентрация сернистого водорода не превышала санитарную норму и составила 0,003 мг/м3 (0,6 ПДК). Из таблицы 1 следует, что в период деятельности завода в Павлодаре в последнее время отмечается увеличение оксида углерода в атмосферном воздухе с 1,6000 до 2,4667 мг/м3.
Доля валовых выбросов от стационарных источников Павлодара и Павлодарской области представлена на рис. 1.
Рис. 1. Доля валовых выбросов
Как видно из рис. 1, в Павлодаре с 2002 г. в связи с уменьшением валовых выбросов производства и выполнением предприятиями природоохранных мероприятий наблюдалось стабильное выпадение валовых выбросов. Увеличение объемов валовых выбросов в атмосферу в 2005–2007 гг. произошло за счет подъема производственной деятельности промышленных предприятий, в том числе и выбросов электролизного завода. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха в районе размещения электролизного завода выполнялась путем сравнения данных наблюдений на стационарных постах Павлодарского центра гидрометеорологии «Казгидромет» с гигиеническими нормативами содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Наблюдение за загрязнением атмосферного воздуха в Павлодаре производятся на двух стационарных постах Казгидромета: № 1 (пересечение улиц Камзина и Чкалова) и № 2 (ул. Айманова, 26).
Влияние деятельности завода на почвенный покров.
Особенности почв района размещения предприятия по производству алюминия определяются равнинным сухостепным характером рассматриваемой территории, здесь преобладают темно-каштановые почвы с проявлением солонцов и солончаков. С юго-востока на северо-запад изучаемый район пересекается широкой (10–15 км) полосой поймы Иртыша, сложенной глинами, суглинками, песками, с разнотравно-злаковыми лугами, зарослями ивы на аллювиальных почвах. В результате комплексных исследований были рассчитаны показатели загрязнения почвенного покрова и установлены фоновые концентрации (таблица 2).
Таблица 2
Фоновые содержания химических элементов в промышленной зоне
Павлодарского электролизного завода
| Элементы | Ландшафтно-геохимические условия | |||
| Кларк в земной коре | Фоны в районе размещения ПЗПА | Среднее содержание в почве на момент обследования (± стандартные отклонения) | ||
| Pb | 16 | 11,1 | 12,161 ± 4,39 | |
| Zr | 170 | 10 | 10,345 ± 1,69 | |
| Cu | 47 | 34 | 35,014 ± 7,91 | |
| Mn | 100 | 407 | 426,465 ± 125,8 | |
| Sn | 2,5 | 2,55 | 2,676 ± 0,725 | |
| V | 90 | 55 | 62,572 ± 15,45 | |
| Ni | 58 | 29,6 | 32,081 ± 10,910 | |
| Ba | 650 | 377 | 394,346 ± 63,88 | |
| Ga | 19 | 9,5 | 11,011 ± 3,985 | |
| Zn | 83 | 69 | 74,491 ± 21,01 | |
| Co | 18 | 7,56 | 7,889 ± 2,201 | |
| Sr | 34 | 30 | 30,335 ± 2,70 | |
| Mo | 1,6 | 1,4 | 1,564 ± 0,364 | |
| P | 1000 | 450 | 468,521 ± 163,0 | |
| Ti | 3000 | 2590 | 2609,93 ± 477,6 | |
| Cr | 83 | 63 | 66,062 ± 17,11 | |
| As | 30 | 34 | 34,327 ± 7,861 | |
| Be | 3,8 | 1,2 | 1,294 ± 0,418 | |
| Nb | 20 | 8 | 8,341 ± 0,968 | |
| Sc | 10 | 9,5 | 9,815 ± 1,237 | |
| Hg | 0,08 | 0,05 | 0,0055 ± 0,0023 | |
| F | 660 | 350 | 360 ± 111,28 | |
Результаты исследований свидетельствуют о том, что расчетный суммарный объем выбросов в год в результате деятельности Павлодарского электролизного завода может составить около 3 000 тонн.
В ходе исследования при сравнении полученных концентраций установили их различия и фоновые превышения по некоторым элемента (Pb; Cu; Ni; Cr; Hg; F).
Концентрации большинства изученных элементов в среднем в 2 раза превышали фоновые концентрации. Установлен анамально высокий уровень присутствия основных элементов при производстве алюминия в почвах, Иртыше, озере Карабидаик. Полученные данные можно считать основой для контроля дальнейших изменений вещественного состава почв при функционировании Павлодарского электролизного завода.
Изменения качеств водной среды.
Водные объекты изучаемого региона представлены рекой Иртыш, озерами и подземными водами. В ходе исследований был проведен расчет индексов загрязненности вод Иртыша по гидрохимическим показателям (створ № 7) с учетом эффекта замыкающего створа. Весь перечень загрязняющих веществ объединили в семь условных групп, а затем провели вычисления по каждой группе в отдельности. Для расчетов имели следующие исходные данные:
Сса = 124 мг/л; Сg = 21,9 мг/л; СNA+K = 57,1 мг/л; СSO = 768 мг/л; СCI = 168 мг/л; ПДКCа = 180 мг/л; ПДКMg = 40,0 мг/л; ПДКЕNa+K = 170 мг/л; ПДКSo = 100 мг/л; ПДКС = 300 мг/л.
Соответственно, для каждого ингредиента по соотношению концентрации к предельно допустимым концентрациям определили индивидуальные индексы загрязнения вод. В процессе работы были рассчитаны индексы загрязнения вод по группе главных ионов, биогенных элементов, и тяжелых металлов, ядовитых веществ, нефтепродуктов, хлорорганических соединений, режиму растворенного кислорода.
Индекс загрязненности вод показал, что водный потенциал Иртыша в створе № 7 в июле 2007 г. относится к категории чрезвычайно высокого уровня загрязненности.
В ходе исследований было установлено, что в течение года уровень грунтовых вод подвержен периодическим колебаниям. Минимальное положение уровня отмечается в марте, а максимальное – в мае.
В процессе исследований выявлено, что в зоне Павлодарского электролизного завода по результатам бурения и апробирования скважин наблюдается повышенное содержание фтора в подземных водах (колеблется в пределах 0,4 до 3,32 мг/дм3). В качестве фонового значения для дальнейшего мониторинга предлагается принять 1,73 мг/дм3. Кроме того, было проведено изучение образования испарительного геохимического барьера для территории Павлодарского завода. Установлено, что образованию испарительного геохимического барьера способствует высокий уровень стояния грунтовых вод. Это, в свою очередь, может оказать в дальнейшем негативное влияние на все компоненты окружающей среды.
Влияние аэротехногенного загрязнения на растительный покров.
В процессе исследования была проведена инвентаризация флористического состава обследуемой территории, в результате которой выявлено 59 видов дикорастущих высших растений, относящихся к 54 родам и 20 семействам.
При анализе флоры и растительности для сравнения использовались данные полевого обследования этой территории, проведенного в 2002 г., согласно которому было обнаружено 73 вида высших растений. Определение видов проводилось с помощью основных сводок с определителем.
В ходе эксперимента на обследованной территории было выделено две основные группы экосистем: природные и антропогенно-трансформированные. Природные экосистемы – фрагменты естественных типов растительности. Растительность, существующая на данной территории до начала массового освоения земель Павлодарской области, представлена аборигенными и сортными устойчивыми видами. Зональные экосистемы сухих дерновинно-злаковых степей в исходном варианте были представлены разнотравноковыльными сообществами, широко распространенными по всему правобережью Иртыша (таблица 3).
Таблица 3
Растения индикаторы лимитирующего воздействия факторов
среды промышленной зоны электролизного завода
| Устойчивые виды | До пуска завода | Воздействие | После пуска завода | ||
| солей | техноген-ной пыли | сернистого газа, хлора, аммиака | |||
| Аборигенные | |||||
| Эбелек | + | + | - | - | - |
| Донник аптечный | + | - | - | + | - |
| Цмин песчаный | + | - | - | - | - |
| Качим метельчатый | + | - | - | - | - |
| Солодка уральская | + | + | + | - | - |
| Вейник наземный | + | + | + | + | - |
| Лапчатка вильчатая | + | + | + | - | - |
| Люцерна серповидная | + | - | - | - | - |
| Бурачок туркестанский | + | + | + | + | + |
| Кохия винечная | + | + | + | + | + |
Окончание таблицы 3
| Устойчивые виды | До пуска завода | Воздействие | После пуска завода | ||
| солей | техноген-ной пыли | сернистого газа, хлора, аммиака | |||
| Сорные | |||||
| Кострец безостый | + | - | + | + | + |
| Икотник серый | + | - | + | + | + |
| Полынь Сиверса | + | - | + | + | + |
| Щирица | + | - | + | + | + |
| Марь белая | + | - | + | + | + |
| Лебеда татарская | + | + | + | + | + |
| Конопля сорная | + | - | + | + | + |
| Горец птичий | + | - | + | + | + |
| Пырей ползучий | + | + | - | + | - |
В процессе строительства при нарушении почв проявилось активное засоление. Соль на отдельных участках отчетливо проявилась в виде белого или белесого налета, в этих местах или по окраине развиваются лебеда лоснящаяся, солянка холмовая при высокой увлажненности солеросы; таким образом начало устойчивого развития солелюбивых видов свидетельствует об изменении растительного покрова в целом, проявление инсоляции отражается в изменении роста и развитии, угнетении донника аптечного, люцерны серповидной, сокращение площади дерновинных злаков – типчика и ковыля. На территории промышленной зоны растений, устойчивых к сернистому газу, хлору и аммиаку нами не обнаружено. На повышенное содержание азота в почве косвенно могут указать присутствующие здесь спорыш, горец птичий и на нарушенных почвах – пырей ползучий. Практически все как аборегенные (дериватные), так и сорные (адвентивные) виды испытывают никроз листьев и ветвей, угнетение роста и развития этих растений выражены в отсутствии годичного прироста. Полностью выпали из числа терескен астра альпийская, вероника седая. Угнетены полынь австрийская, полынь эстагон, а из сорных – полынь обыкновенная, мелколепестник едкий, горчак ползучий. На поверхности почвы промышленной зоны электролизного завода с момента его пуска полностью исчезли наземные водоросли, даже несмотря на отдельные участки переувлажненности. По нашим представлениям, отсутствие почвенных водорослей вызвано сильным и обильным электромагнитным полем, которое возникает в процессе получении алюминия при электролизе. Действие электромагнитного поля проявляется в отсутствии растительности в пределах 100–150-метрового кольца по периметру электролизного завода. Загрязнение техногенной пылью и ее накопление на листовых пластинках более всего проявляется в северо-западном секторе, т. е. в зоне действия розы ветров, уже после первого года деятельности завода. В зоне шлейфа розы ветров территория полностью оголяется от любой растительности, как первичной (аборигенной), так и сорной. В ходе исследований установлено, что деградация растительного покрова варьирует от слабой до средней степени и диагностируется по обилию сорных видов: щавеля конского (Rumex confertus), полыни веничной (Artemisia scoparia), рогача песчаного (Ceratocarpus arenarius), горца птичьего (Polygonum aviculare), икотника серого (Berteroa incana).
Антропогенно-трансформированные экосистемы сформировались на местах сухих типчаково-ковыльных степей в результате интенсивной хозяйственной деятельности новые растительные сообщества, сочетающие в себе растительные элементы монокультур, зоносную сорную или культивируемую растительность и редкие фрагменты видоизмененных фоновых сообществ.
По совокупности проведенного обследования для данной территории были выделены следующие виды антропогенных факторов воздействия на растительность: транспортный, земледельческий, селитебный, пастбищный, сенокосный, гидротехнический.
В полевых исследованиях количество серы в листьях древесных растений достоверно увеличивалось в задымленном воздухе. Сила влияния загрязненного воздуха, согласно дисперсионного анализа, составляла для тополя бальзамического и ивы белой в среднем 0,92 (р < 0,001), для березы повислой и клена ясенелистного – 0,65 (р < 0,01 – 0,001).
Высокой поглощающей способностью обладает тополь бальзамический. Содержание серы на расстоянии 2 км от завода (зона 1) у него составляет 127–246 % по отношению к контрольным аналогам, на расстоянии 0,5 км от источника – 182 % и на территории предприятия – 174–309 % (р < 0,001). Во всех зонах у тополя количество серы в листьях увеличивается от июня к августу, что связано с постепенным накоплением серы в течение вегетационного периода. Аналогичная закономерность отмечена и у остальных видов древесных растений.
Также высокой серопоглощающей способностью обладают яблоня ягодная и ива белая. У яблони количество уловленной в загрязненных зонах серы составляет 147–193 % от контроля (р < 0,001), у ивы – 92–186 % (р < 0,05 – < 0,001). У ивы и вне задымления содержится в листьях больше серы, чем у остальных видов (0,36 % от воздушно сухого веса).
Наиболее низкая интенсивность поглощения серы в наших исследованиях оказалась у клена ясенелистного (в загрязненных зонах до 133 % от контроля) и березы повислой (максимум 133 % к контролю).
По данным полевых исследований, у всех изучаемых видов растений отмечена тенденция повышения содержания фенолов в листьях по мере приближения местообитания к источнику выбросов. Сравнительный анализ их суммарного содержания в листьях растений показал наличие статистически достоверной разницы между этими показателями в условиях завода и контрольной зоны. Выявлена достоверность влияния выбросов электролизного завода на накопление фенолов для березы повислой, яблони ягодной, клена ясенелистного – х2= 0,77, для тополя бальзамического, ивы белой – х2= 0,57 (р < 0,001).
У большинства растений в листьях больше фенолов во второй зоне на расстоянии 0,5 км от завода, чем в первой, на территории завода. При рассмотрении физиолого-биохимических показателей растений также отмечены более значительные повреждения во второй зоне. Видимо, это связано с тем, что из-за высоты дымовых труб выбрасываемые загрязнители оседают на некотором расстоянии от источника и большее количество фенолов в воздухе второй зоны приводит к более сильному смещению показателей растений от нормы.
Высокую фенолаккумулирующую способность имеют береза повислая и клен ясенелистный у которых содержание фенолов в загрязненных зонах увеличивается до 108–155 % в сравнении с содержанием фенолов у растений контрольных зон. Разница между контрольными и опытными растениями достоверна при р < 0,001 уже в третьей зоне.
Увеличение концентрации фенолов в листьях яблони ягодной составило от 111 до 150 % (разница достоверна при р < 0,001 во всех случаях, кроме зоны средней загазованности в июне), а в листьях ивы белой и тополя бальзамического очень незначительно (101–119 %). Следует отметить, что количество фенолов увеличивается у тополя в зоне средней загазованности до 116–118 % (р < 0 001) и в дальнейшем, с увеличением загазованности места произрастания, практически не изменяется. У ивы белой наблюдалось более плавное увеличение содержания фенолов с приближением к источнику загрязнения.
У всех изучаемых растений количество фенолов в листьях увеличивается от июня к августу, менее выражено это у растений, произрастающих в мае. Это связывается с постепенным накоплением фенолов растениями в загрязненных зонах в течение вегетационного периода.
Глава четвертая. «Эколого-геохимическая оценка состояния ландшафтов Павлодарского района».
Изучение степени изменения естественных ландшафтов явилось главным в выборе критерия оценки природных комплексов при классификационных построениях геохимических ландшафтов. При изучении геохимической составляющей природно-территориальных комплексов Павлодарского района использовалась классификационная система В. А. Алексеенко (2000), базирующаяся на ряде таксономических уровней, на каждом из которых учитываются определенные ландшафтно-геохимические особенности внешних факторов миграции химических элементов.
В процессе исследований, на основании полученных результатов была составлена комплексная ландшафтно-геохимическая карта, которая содержала сведения о геоморфологических, почвенных, биогенных, гидрохимических особенностях района исследования (рис. 2). Схематическая ландшафтно-геохимическая карта необходима для дальнейших детальных режимных наблюдений, проводимых на участке завода. В частности, определение закономерностей изменения количественных характеристик, т. е. морфологии и контрастности аномалий в водных, донных и почвенных отложениях в зависимости от погодных условиях, времени года, интенсивности работы проектируемого и существующих предприятий, а также проведения мероприятий по охране окружающей среды.
Рис. 2. Карта ландшафтов Павлодарского района.
Седьмой классификационный уровень.
Условные знаки
ВЫВОДЫ
- Современные уровни технологии производства алюминия не имеют необходимый уровень экологической безопасности, гарантирующий чистоту окружающей среды. Процесс производства алюминия на заводе сопровождается поступление в воздушную среду фтористого водорода, фторидов, окиси углерода, диоксида серы, пыли.
- В период строительства завода и на первых этапах его эксплуатации из состава местной флоры выпало около 13 % видов растений. Полностью изменился видовой состав растительности на территории завода и почвенный покров полностью разрушен или деструктурирован на расстоянии до 1,5 км от границы завода.
- При оценке сероаккумулирующих и пылеулавливающих свойств растений было установлено, что тополем бальзамическим и ивой белой в загрязняющих зонах поглощается серы и улавливается пыли примерно в 2 раза больше, чем другими изученными видами древесных растений. Наиболее высокая фенолпоглотительная способность отмечена у березы повислой, клена ясенелистного и яблони ягодной.
- В природных условиях района осложнены естественные возможности для прохождения процессов самоочистки вод, почв и воздуха. Однако роза ветров способствует снижению активного загрязнения воздушного бассейна Павлодара.
- На основе ландшафтно-геохимических исследований выявлена тенденция снижения устойчивости экосистем на начальном этапе работы предприятия.
- Для стабилизации и улучшения экологического состояния в зоне влияния Павлодарского электролизного завода необходимо создать санитарно-защитную зону шириной не менее пяти километров.
Практические предложения
- При разработке территориальных программ, направленных на охрану окружающей среды применять разработанный алгоритм оценки и управления риском. При развитии и размещении производственных мощностей использовать оценку риска в качестве прогноза влияния загрязнения окружающей среды и состояние здоровья населения.
- В достижении благоприятной инженерно-геологической и санитарной обстановки селитебной (в черте Павлодара) зоны необходимы наблюдательные посты с целью постоянного мониторинга в достижении контроля за состоянием окружающей среды и здоровья людей. Также необходимы контрольные посты обеспечивающие наблюдение за подтоплением санитарно-защитной территории.
- Для озеленения территорий и санитарно-промышленных зон предприятия в условиях Павлодарской области следует шире применять тополь бальзамический, яблоню ягодную, иву белую, липу сердцелистную, черемуху птичью, которые наиболее газоусточивые и эффективно улавливающие вредные компоненты выбросов завода. Необходимо практиковать озеленение территории заводского комплекса видами растений природных местообитаний с вкраплением элементов типичной для данной зоны кустарниковой растительности (Spiraea hypericifolia, Atraphaxis spinosa, Rosa и др.)
- По периметру накопителей отходов рекомендуется создать защитные лесные полосы, которые могут быть различных конструкций и видового состава. При создании защитных полос наиболее эффективными считаются полосы ажурной конструкции. Эффективность ажурных полос зависит от высоты деревьев, поскольку с увеличением высоты повышается количество фильтруемого полосой воздуха. Посадки деревьев должны перемежаться рядами кустарников. Посадки кустарников рекомендуется располагать таким образом, чтобы просветы в ажурной полосе составляли 15–35 %.
Данные мероприятия предполагают обязательное проведение экологического мониторинга и комплекса природоохранных мероприятий по стабилизации экологических свойств биоты территории электролизного завода.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации:
Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:
- Ермиенко, А. В. Проблемы отходов производства и потребления на Казахстанском электролизном заводе (г. Павлодаре) // Аграрный вестник Урала. – 2009. – № 3. – С. 95–97.
Научные статьи и материалы:
- Ермиенко, А. В. Прогнозная оценка влияния деятельности электролизного завода на здоровье населения Павлодарского района [Текст] / А. В. Ермиенко, В. Н. Литвинкова, Е. Г. Чаплинская // Экологические проблемы и перспективы применения чистых технологий для устойчивого развития региона: сб. материалов международ. науч.-практ. конф. / науч. ред. Л. Н. Русина; ред. Н. А. Брус, Н. Т. Темирханова. – Павлодар, 2005. – С. 41–43 (авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Влияния загрязнения на биопродуктивность биоты Павлодарского района (на примере строительства электролизного завода) [Текст] / А. В. Ермиенко, Ш. Г. Каировой, В. Н. Капони) // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона : материалы международ. науч.-практ. конф. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2006. – С. 171–173 (авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Эколого-геохимическая оценка природно-территориальных комплексов Павлодарского района. [Текст] / А. В. Ермиенко, А. Г. Царегородцева // Вестник Павлодарского государственного университета. – 2005. – № 3. – С. 138 –151 (авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Прогноз влияния деятельности электролизного завода на состояние природной среды Павлодарского района [Текст] / А. В. Ермиенко, А. Г. Царегородцева // Вестник Павлодарского государственного университета. – 2005. – № 3. – С. 151–165(авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Оценка возможного влияния деятельности электролизного завода на экологическое состояние биоты Павлодарского района [Текст] / А. В. Ермиенко, А. Г. Царегородцева // Материалы республиканской научной конференции молодых ученых. – Павлодар : Изд-во Павлодарского гос. ун-та, 2005. – Т. 18. – С. 68–70 (авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Влияние воздействия строительства электролизного завода на растительный и животный мир Павлодарской области [Текст] / А. В. Ермиенко // Материалы Республиканской научно-теоретической конференции молодых ученых, аспирантов «Сейфуллинские чтения – 1». – Астана, 2005. – С. 194–195.
- Ермиенко, А. В. Прогноз формирования испарительного геохимического барьера на территории проектируемого Павлодарского электролизного завода [Текст] / А. В. Ермиенко, А. Г. Царегородцева. – Павлодар : Изд-во Павлодарский межотраслевой территориальный центр науч.-техн. информации, 2005. – 2 с. (авт. – 50 %).
- Ермиенко, А. В. Состояние воздушной среды в районе размещения Казахстанского электролизного завода по производству алюминия [Текст] / А. В. Ермиенко // Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях : материалы междунар. науч.-практ. конф. – Павлодар : Изд-во «Кереку», 2007. – С. 121–124.
- Ермиенко, А. В. Определение размера санитарно-защитной зоны Казахстанского электролизного завода на территории Павлодарской области [Текст] / А. В. Ермиенко // Современные проблемы геоэкологии горных территорий : материалы II Междунар. науч.-практ. конф. – Горно-Алтайск, 2007. – С. 121–126.
Подписано в печать 23.03.2010. Формат 6084/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0.
Тираж 100 экз. Заказ П-552.
Издательство ОмГПУ.
Отпечатано в типографии ОмГПУ,
Омск, наб. Тухачевского, 14, тел./факс (3812) 23-57-93
