Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ (МУРМАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Кизеев А.Н. 1
1 ФГБУН Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина Кольского научного центра РАН
В работе представлены результаты исследований, проведенных в районе расположения медно-никелевого комбината «Североникель». Установлен градиент накопления тяжелых металлов (Ni, Cu, Co и др.) в природных объектах. Выявлены неспецифические адаптивные реакции у растений на действие поллютантов.
комбинат «Североникель»
тяжелые металлы
загрязнение
природные объекты
адаптивные реакции
1. Дубровский В.Л. О комбинате «Североникель» // Лапландский заповедник. Ежегодник Лапландского государственного природного биосферного заповедника. – 2000. – № 1. – С. 44.
2. Кизеев А.Н. Влияние промышленных загрязнений на состояние ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на Кольском полуострове: автореф. дис… канд. биол. наук. Петрозаводск, 2006. – 26 с.
3. Кизеев А.Н., Жиров В.К., Никанов А.Н. Влияние промышленных эмиссий предприятий Кольского полуострова на ассимиляционный аппарат сосны // Экология человека. – 2009. – №1. – С. 9–14.
4. Крючков В.В., Макарова Т.Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты: Изд-во КФ АН СССР, 1989. – 96 с.
5. Лукина Н.В., Никонов В.В. Питательный режим лесов северной тайги. Природные и техногенные аспекты. Апатиты: Изд-во Кольского Научного Центра РАН, 1998. – 316 с.
6. Лянгузова И.В., Чертов О.Г. Химический состав растений при атмосферном и почвенном загрязнении: Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение / [под ред. В.А. Алексеева]. – Л.: Наука, – 1990. – С. 75–86.
7. Отчет по договору с Кольской ГМК № 439–839 от 30 апреля 1998 г. о научно-исследовательской работе «Мониторинг состояния природной среды территорий, прилегающих к ОАО Комбинат «Североникель», включающий г. Мончегорск и его окрестности, в т. ч. территорию Лапландского государственного биосферного заповедника (Итоговый отчет). Мончегорск, 2002. – С. 3–12.
8. Раменская М.Л. Микроэлементы в растениях Крайнего Севера. – Л.: Наука, 1974. – 159 с.
9. Цветков В.Ф., Семенов Б.А. Сосняки Крайнего Севера. М.: Агропромиздат, 1985. – 116 с.
10. Черных Н.А., Сидоренко С.Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. – М.: Изд-во РУДН, 2003. – 430 с.

Мурманская область – один из наиболее индустриально развитых регионов России. Предприятия металлургической промышленности, Кольская АЭС, атомный флот, горнодобывающие объекты, строительные организации, транспортные терминалы – все они являются поставщиками техногенного загрязнения в окружающую среду тяжелых металлов, соединений фтора и алюминия, оксидов серы и азота, радиационного воздействия. Под влиянием техногенного давления угнетаются водные и лесные экосистемы, разрушаются, теряют способность к самовосстановлению. Вклад различных производств в загрязнение окружающей среды региона неодинаков. Максимальное количество специфических веществ выбрасывается предприятиями цветной металлургии [4].

Открытое акционерное общество «Кольская горно-металлургическая компания» (ОАО «Кольская ГМК») – дочернее предприятие ОАО ГМК «Норильский Никель», является ведущим производственным комплексом Мурманской области, созданным на базе старейших предприятий – комбинатов «Североникель» и «Печенганикель», и представляет собой единое горно-металлургическое производство по добыче сульфидных медно-никелевых руд и производству цветных металлов.

Комбинат «Североникель» был введен в эксплуатацию в 1938 году для переработки жильных руд месторождения Ниттис-Кумужье. Эти руды содержали 3,7 % никеля, 1,8 % меди и 1,15 % серы. В 1946–1947 годах в переработку были вовлечены руды Печенгского района с содержанием никеля – 1,18 %, меди – 1,03 % и серы – около 6,5 %. В 1969 г. комбинат приступил к переработке норильских руд с очень высоким содержанием серы (до 30 %) и более богатых, чем местное сырье, тяжелыми металлами и уровень промышленных выбросов резко вырос [5]. Благодаря тому, что при строительстве комбината была учтена местная роза ветров, на территорию города Мончегорска, рядом с которым он расположен, воздействует лишь малая доля газа, выделяющегося при работе металлургических агрегатов. Остальной газ загрязняет и губит лесные экосистемы, как в окрестностях самого комбината, так и на значительном от него удалении. Гибель лесов Кольского Севера может повлечь за собой множество негативных последствий для всего живого, включая региональные изменения климата [2, 3].

Цель исследований

Целью работы было изучение воздействия комбината «Североникель» на компоненты природной среды с позиций экологической безопасности человека, поскольку здоровье населения прямо или косвенно связано с состоянием окружающей природной среды.

Материалы и методы исследования

Объектами исследований послужили снежный покров, который является хорошим естественным накопителем аэрозольных частиц природного и антропогенного происхождения и ассимиляционные органы сосны обыкновенной. Данные природные объекты служат чувствительными индикаторами загрязнения окружающей среды.

Исследования проводили на стационарных пробных площадках стандартного размера 25×25 м, расположенных на высоте 190–220 м над уровнем моря, с учетом направления господствующих здесь ветров. Эти площадки были приурочены к различным зонам действия комбината «Североникель» (табл. 1).

Все площадки находились в сходных климатических условиях. Доминирующим типом лесных сообществ здесь были сосняки кустарничково-лишайниковые, 60–80 летнего возраста, V и Vа класса бонитета, произрастающие на Al-Fe-гумусовых почвах [8, 9].

Отбор образцов природных объектов на стационарных пробных площадках проводили в 2006–2013 г.г. в соответствии с общими требованиями к отбору проб [10]. Сбор проб снега – в период максимального снегонакопления (в конце марта – начале апреля). Образцы хвои сосны обыкновенной – в начале (июнь), середине (июль) и конце (август-сентябрь) вегетационного периода из верхней третьей части кроны деревьев (ветви второго-третьего порядков) отбирали при помощи специального секатора. На каждой пробной площадке объем выборки составлял не менее 10–12 деревьев, что считается достаточным для получения достоверных результатов исследований.

Таблица 1

Местоположение и краткая характеристика стационарных пробных площадок

№№ пробных площадок

Координаты

Район расположения площадки

Почвенный покров

Тип состояния леса*

1

67°50′

32°47′

г. Мончегорск

Хорошо дренированные, слабоподзолистые, влажные, на валунных супесях. Завалуненность более 50 %

ТП

2

67°49′

32°46′

Подзолистые песчаные, сухие на валунных супесях и выходах кристаллических пород. Завалуненность более 50 %

ТР

3

67°38′

32°42′

р. Чуна

Хорошо дренированные, подзолистые, каменисто-песчаные, свежие на валунных супесях. Завалуненность 26-50 %

ИД

4

67°32′

32°19′

р. Пиренга

Торфянисто-перегнойная слабоподзолистая, оглеенная

НД

5

67°22′

32°26′

г. Полярные Зори

Торфяная мокрая

6

67°21′

32°25′

г. Кандалакша

Примечание: *ТП – техногенная пустошь с единичными живыми деревьями; ТР – стадия техногенного редколесья; ИД – стадия интенсивной дефолиации; НД – стадия начальной дефолиации [5].

Концентрации тяжелых металлов в хвое (мг/кг абсолютно сухого веса – АСВ) и в талой воде (мг/л) определяли при помощи атомно-абсорбционной спектрофотометрии (AAS-30, Perkin Elmer 5000 HGA 400). В хвое сосны также определяли оводненность и содержание пигментов. Оводненность находили термовесовым способом, высушивая растительный материал до абсолютно сухого веса при 105 °С. Количественное определение содержания пигментов проводили спектрофотометрически [2, 3].

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно [7], металлосодержащие пыли составляют основную массу загрязняющих выбросов комбината «Североникель». Преобладающими тяжелыми металлами в пылевых выбросах являются Ni и Cu. Соотношение пылей различных источников (металлургических переделов) не определено и меняется в зависимости от сырья. При этом тяжелые металлы сохраняют вредные свойства постоянно и независимо от формы состояния. Частицы крупнее двух микрон постепенно осаждаются из атмосферы на подстилающую поверхность (почву, воду, растения). Частицы менее двух микрон – аэрозоли – ведут себя подобно газу и могут распространяться на тысячи километров.

О степени аэротехногенного загрязнения территории Мурманской области никелем и медью, свидетельствуют результаты проведенного нами анализа распределения частиц – поллютантов в снежном покрове относительно величины их аэродинамического размера (табл. 2).

Таблица 2

Распределение никеля и меди по степени дисперсности частиц в снежном покрове в исследуемом градиенте техногенного загрязнения, мг/л

Пробные

площадки

Концентрации

Грубодисперсных частиц

(< 1–2,5 мкм)

Растворимых частиц (> 2,5 мкм)

Сумма грубодисперсных и растворимых частиц

Ni

Cu

Ni

Cu

Ni

Cu

1

0,979

0,981

0,468

0,432

1,447

1,413

2

0,201

0,112

0,110

0,060

0,311

0,172

3

0,008

0,005

0,008

0,005

0,016

0,010

4

0,002

0,002

0,002

0,002

0,004

0,004

5

0,002

0,002

0,001

0,001

0,003

0,003

6

0,001

0,001

0,002

0,002

0,003

0,003

Установлено, что в техногенных пустошах и в техногенных редколесьях (площадки 1–2) частицы Ni и Cu поступают из атмосферы в основном, в грубодисперсной форме. В дефолиирующих лесах (стадия интенсивной дефолиации – площадки 3–5) количество грубодисперсных и растворимых частиц Ni и Cu в снежном покрове одинаково (50 %). На значительном удалении от комбината (стадия начальной дефолиации – площадка 6) увеличивается доля поступления из атмосферы растворимых форм Ni и Cu (до 60–67 % от суммы), содержащихся в парогазовой фазе, или в составе мельчайших аэрозольных частиц, чьи аэродинамические характеристики не отличаются от газовых. Возрастание растворимых форм соединений тяжелых металлов на значительных расстояниях от комбината, по-видимому, связано с увеличением доли кислот органического происхождения, присутствующих в атмосфере, и способствующих растворению грубодисперсной формы частиц.

Содержание тяжелых металлов в хвое сосны варьирует в зависимости от местоположения пробных площадок. Максимальные концентрации Ni, Cu и Co в хвое установлены в непосредственной близости от комбината «Североникель». С возрастающим расстоянием от комбината количество этих металлов в хвое уменьшается (табл. 3).

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в хвое сосны обыкновенной в исследуемом градиенте техногенного загрязнения, мг/кг сухой массы

Пробныеплощадки

Ni

Cu

Co

Fe

Pb

Zn

Mn

1

141

62

4.6

86

3.8

15

111

2

139

58

4.6

79

3.6

16

164

3

27

14

0.8

75

1.1

45

717

4

5

5

0.2

62

0.3

43

820

5

4

5

0.2

62

0.3

31

870

6

3

4

0.2

58

0.2

28

966

Полученные нами величины содержания Ni и Cu в хвое от 1,5 до 3 раз, а Co от 1,5 до 2,5 раз ниже величин среднего содержания этих элементов в двухлетней хвое сосны обыкновенной, обнаруженных ранее И.В. Лянгузовой и О.Г. Чертовым по данным на 1988 г. [6] а также Н.В. Лукиной и В.В. Никоновым [5] (по многолетним данным с 1990 по 1996–1998 г.г.), проводившим исследования накопления тяжелых металлов в ассимиляционных органах хвойных растений, произрастающих в зоне действия медно-никелевого комбината. Такое уменьшение накопления хвоей Ni, Cu и Co, может быть связано с сокращением загрязнения атмосферы этими металлами в течение последних лет вследствие реконструкции ряда технологических процессов в металлургическом и в рафинировочном цехах комбината «Североникель». За счет выполнения комбинатом ряда организационных и технических природоохранных мероприятий с 1990 по 1999 годы было достигнуто значительное снижение удельных и валовых выбросов загрязняющих веществ. Внедряются новые проекты, реализация которых намечена на 2000–2015 годы. Во главу угла положены перспективные технологии, такие, как технологии обжига медного концентрата в печах кипящего слоя, а также технологии хлорного выщелачивания металлов. Ведется освоение технологии автогенной плавки медного концентрата, внедряется автоматизированная система управления газовыми потоками [1].

У сосны обыкновенной, произрастающей в условиях интенсивного полиметаллического загрязнения, наблюдается ряд адаптивных физиолого-биохимических реакций (табл. 4).

Таблица 4

Физиолого-биохимические характеристики хвои сосны обыкновенной в исследуемом градиенте техногенного загрязнения

Пробные

площадки

Содержание воды, %

Содержание суммы хлорофиллов, мг/г сырой массы

Содержание суммы каротиноидов, мг/г сырой массы

Соотношеие хлорофилла a к хлорофиллу b

Соотношение каротиноидов к хлорофиллам

1

50,9

0,38

0,107

3,6

0,28

2

49,3

0,45

0,116

3,1

0,26

3

49,5

0,42

0,111

3,4

0,26

4

49,9

0,34

0,096

3,6

0,28

5

47,7

0,39

0,106

3,6

0,27

6

48,3

0,44

0,114

3,5

0,25

Изменение содержания воды в хвое в целом пропорционально накоплению в ней тяжелых металлов, и, по-видимому, связано с повышением водоудерживающей способности коллоидов протоплазмы в условиях возрастающего техногенного стресса. Это приводит к активации обменных процессов в растительных клетках, и способствует детоксикации физиологически избыточного количества тяжелых металлов, поглощенных хвоей [2].

Пространственное распределение хлорофиллов и каротиноидов в хвое сосны характеризуется большой вариабельностью в зависимости от места отбора проб. Пониженное содержание зеленых и желтых пигментов обнаружено в хвое, произрастающей в условиях техногенной пустоши комбината «Североникель» (площадка 1), и может являться результатом как ингибирования их синтеза высокими концентрациями тяжелых металлов, так и окислительной деградации по свободнорадикальному механизму [2, 3]. Уменьшение содержания хлорофиллов в хвое вблизи комбината возможно обусловлено и резким снижением содержания в ней Mn, который, как известно, стимулирует синтез зеленых пигментов. Повышенные отношения хлорофилла a к хлорофиллу b в хвое сосны может говорить о преимущественном подавлении синтеза хлорофилла b, по сравнению с хлорофиллом a. Увеличение отношения каротиноидов к хлорофиллам в хвое может свидетельствовать об активизации защитной функции желтых пигментов, ингибирующих процессы перекисного окисления липидов в листовых тканях, возникающих под действием тяжелых металлов.

Заключение

В хвое сосны обыкновенной, произрастающей в техногенных пустошах и редколесьях комбината «Североникель», происходит максимальное накопление ряда тяжелых металлов. С возрастающим расстоянием от комбината количество этих металлов в хвое падает. Различные уровни накопления данных металлов хвоей сосны в пределах исследуемой территории Кольского полуострова обусловлены разными уровнями загрязнения ими подстилающей поверхности. Сокращение вредных выбросов в атмосферу от комбината «Североникель» приводит к снижению содержание тяжелых металлов в хвое сосны.

У сосны выявлены неспецифические адаптивные реакции на действие поллютантов. В техногенных пустошах установлено повышенное содержание воды в хвое, что объясняется приспособительной реакцией растения на действие интенсивного полиметаллического загрязнения. Пространственное распределение хлорофиллов и каротиноидов в хвое сосны характеризуется большой вариабельностью. Пониженное содержание пигментов наблюдается в техногенной пустоши вследствие влияния тяжелых металлов.

Изменение технического совершенствования производства на промышленных площадках ГМК вносит существенные коррективы в состояние экосистем не только района г. Мончегорска, но и Кольского полуострова в целом. Происходит частичное восстановление растительности, возвращаются животные, птицы в некогда разрушенный, до черноты сожженный сернистыми выбросами, ландшафт. В данной ситуации важной задачей является поддержание процессов самовосстановления экосистем путем достижения нормативных параметров состояния абиотической составляющей экосистем и, конечно, успешная реализация намеченных планов технического перевооружения медно-никелевого производства в целом.


Библиографическая ссылка

Кизеев А.Н. СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ (МУРМАНСКАЯ ОБЛАСТЬ) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 11-3. – С. 502-506;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6166 (дата обращения: 14.11.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674