Производства, загрязняющие окружающую среду, функционируют в Сибири уже десятки лет. В целом в регионе находится 1/3 городов России с наиболее сильной степенью загрязнённости. Главные загрязнители почв урбанизированных территорий в Сибири – это тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты и их высокотоксичные производные. Самыми мощными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами в городах являются комбинаты черной и цветной металлургии, а в сельской местности – минеральные удобрения, содержащие эти металлы в качестве примесей. В почве промышленных площадок АО «Усольхимпром» и «Саянскхимпром» скопились отходы, насыщенные ртутью. Значительно расширилась площадь нарушенных и деградированных земель. Почвы постоянно загрязняются бытовым мусором и отходами с промышленных предприятий. Из каждого промышленного отвала в среднем выдувается около 400 т пыли и вымывается около 8 т солей, загрязняя воздух, подземные и поверхностные воды, почву. В городах Кемерове, Новокузнецке, Белово, Прокопьевске загрязнение почв оценивается как «чрезвычайно опасное». По данным Ю.З. Карновского [12] высокое содержание Pb, Zn, Ni, Mn обнаружено в почвах г. Новокузнецка и г. Белово Кемеровской области. Превышение ПДК тяжелых металлов отмечено в Забайкальском крае, Бурятии, в Иркутской и Кемеровской областях. Превышения концентрации As и Hg отмечено для почв городов Новосибирска и Междуреченска, Pb – для городов Кемерово, Новосибирска и Междуреченска, Mo – для г. Рубцовска, Cr – для г. Новосибирска.
Проведенные исследования В.А. Снытко, Т.Е. Афониной [21] показали, что на почвы бассейна оз. Байкал поступают техногенные потоки углеводородных соединений (УВС) локальной, так и региональной размерности, которые можно идентифицировать, применяя сравнительный метод, по компонентному составу УВС, в частности по ПАУ – 3,4 бенз(а)пирену и 1,12 бенз(а)пирену – в атмосферных осадках, почвах, донных осадках. Влияние техногенных потоков может осуществляться путем атмосферного переноса и через крупные потоки оз. Байкал. Действующими региональными источниками служат Иркутско-Черемховский ТПК (города Иркутск, Ангарск, Шелехов, Усолье-Сибирское, Черемхово), аэропромышленные выбросы которого воздействуют на почвы бассейна Байкала вследствие преобладающего в этом регионе северо-западного переноса воздушных масс, и каскад промышленных предприятий, расположенных на р. Селенге, включающий промышленные узлы городов Улан-Удэ, Селенгинска, Гусиноозерска. К потенциальным источникам загрязнения почв относится развивающийся Северо-Байкальский ТПК (города Северобайкальск, Нижнеангарск, поселки, расположенные на берегах крупных рек – притоков Байкала – Верх. Ангары и Кичеры) [4].
При выполнении работ И.Б. Воробьевой и др. [5] по программе «Экология города Иркутска и его ближайшего окружения» наряду с другими компонентами исследовали техногенные загрязнения почв. Выявлено, что к основным источникам загрязнения Иркутска относятся: заводы, ТЭЦ, котельные, автотранспорт. Выявлены зоны с повышенным содержанием Ca, Mg, Na и K в почве. Концентрации элементов в почвах г. Иркутска составляют: Mn 435–1110 мг/кг, Ba 550–1100, Sr 195–310, Pb 14–180, V 42–130, Ni 27–85, Cr 11–152, Co 12–98, Cu 22–92 мг/кг. Максимальные концентрации Ni, Cr, V, Mn, Pb отмечены на повышенных формах рельефа. Экологическая ситуация усугубляется тем обстоятельством, что по данным Госкомстата более половины овощей и ягод выращивается населением на приусадебных и дачных участках в пригородной зоне, а нередко и на городской территории, где уровень загрязнения почв выше безопасного (ПДК).
В отличие от рассмотренных индустриально-промышленных городов с преимущественным развитием одной главной отрасли, в г. Ангарске размещен комплекс разных крупных предприятий, из которых наибольшее воздействие на окружающую среду оказывает нефтехимический комбинат и несколько мощных ТЭЦ. Наблюдения О.А. Матушкиной и Е.Г. Нечаевой [16] за накоплением в почвах города ряда химических элементов показали превышение ПДК концентраций тяжелых металлов группы железа, а из группы щелочноземельных элементов – Ba и Sr. Содержание Co и Pb в большинстве почвенных проб составляет 2 ПДК, Cr, Cu и Ni во всех пробах – от 3 до 21 ПДК.
Общий ареал загрязнения почв от Иркутско-Черемховского территориального промышленного комплекса протягивается с юго-востока на северо-запад на 60 км при ширине 10–15 км [13]. В почвах накапливаются F, Al, Pb, Li, Mn, Cr, Co, Ni, Ba, Be, как следствие промышленных выбросов в атмосферу. Концентрация их в 3–20 раз выше фоновой.
П.В. Коваль, Г.А. Белоголовой [14] в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН были составлены полиэлементные геохимические карты. На их основе разработана общая схема эколого-геохимического районирования, на которой отображены закономерности распределения полиэлементных аномалий. Ассоциация элементов Ag-Hg-Cu-Pb-Zn-Cr пространственно приурочена к территории г. Иркутска. Зона г. Шелехова с металлургическим алюминиевым заводом характеризуется ассоциацией F-Cu-Hg-Ag-Pb-Ni-Li-V.
Рассмотрим более детально специфику и количественные показатели воздействий на среду обитания широко развитой в Сибири цветной металлургии. Мощность производства алюминиевых заводов на юге Сибири составляет от 400 тыс. т/год до 900 (Братский алюминиевый завод), хотя международные нормы с учетом требований по охране окружающей среды ограничивают эти объемы до 200–300 тыс. т/год.
Анализ и оценка этой проблемы проводятся по материалам многолетних исследований в зонах влияния алюминиевых заводов. С 1964 года работает Красноярский алюминиевый завод (КрАЗ). В рамках масштабной экологической модернизации, реализованной в 2004–2009 годах, завод был переведен на технологию сухого анода, оснащен системами автоматической подачи глинозема и установками сухой очистки газов. Осуществление программы позволило снизить выбросы фтористого водорода в 1,5 раза, смолистых веществ – в 2,7 раза, бенз(а)пирена – в 2,5 раза. Однако Красноярский алюминиевый завод, начиная с 2004 г., в разы увеличил производство продукции. Адекватно этому увеличилось и загрязнение почв вокруг предприятия. Проведенные Ю.П. Танделовым исследования [24] выявили, что содержание водорастворимого фтора в почвах Центрального отделения совхоза «Солонцы» в 1995 г. было на уровне 19 мг/кг, а в 2010 г. уже составляло 33 мг/кг. В почвах отделения Песчанка вблизи КрАЗа уровень водорастворимого фтора соответственно вырос с 21 до 39 мг/кг, что превышает ПДК в 3,9 раз.
В 2013 г. запущен алюминиевый завод в окрестностях г. Тайшета (ТАЗ). Фоновое содержание водорастворимых фторидов в серой почве в 25 км от города составило 0,05 ПДК (0,48 мг/кг). По данным Министерства природных ресурсов и экологии [6] среднее содержание водорастворимых фторидов в почвах г. Тайшета превышает фон в 3 раза, но не превышает ПДК. Среднее содержание обменных сульфатов в почвах города превышает ПДК в 1,6–2,9 раз.
С 1996 г. по нынешнее время авторами проводится мониторинг загрязнения почв и снега вблизи Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗ), который работает более 50 лет. Наиболее экологически опасные загрязнители почвенной среды г. Шелехова – фтор и бенз(а)пирен максимально накапливаются в зоне ИркАЗа, достигая 10-14 ПДК, в санитарно-защитной зоне завода – 3–6 ПДК, в жилой части города – 1–2 ПДК, превышая фоновый региональный уровень. В зоне ИркАЗа по распределению в системе снег – почва химических элементов они делятся на три группы. Первая группа (F, Al, Na, Mn, Ba) характеризуется превышением концентраций в снеге над его фоновыми значениями в 50 и более раз, а в почве – превышением в 5 и более раз. Второй группе (Ca, Cu) свойственны превышения над фоном снега в 25–50 раз, почвы – в 3–5 раз; третьей группе (Co, Ni, Sr, Mg, Fe, Ti, V, Cr) – превышения фоновых концентраций в снеге менее 25 раз, а в почве – менее трех. В верхнем слое почв для большинства элементов Kk < 5, для Al, Na, Mn, Ba Kk равен 5–7, а для F – 20 [2].
При сокращении твердой формы загрязнителей по мере удаления от ИркАЗа, количество водорастворимого фтора остается на достаточно высоком уровне и в 6 км от источника в верхнем слое почв снижается лишь до ПДК. Наблюдается снижение разных форм фтора к концу вегетационного периода, что обусловлено процессами самоочищения почв и вовлечением элемента в биопродукционный процесс. Максимальна концентрация элементов в органогенных горизонтах, являющихся биогеохимическим барьером. С глубиной по профилю почв содержание элементов уменьшается. Концентрация большинства из них близка к значениям на контрольной территории. Однако содержание F и Na во всем профиле почв превышает фоновое, хотя и резко уменьшается с глубиной вследствие радиальной миграции. По нашим расчетам, доля закрепившегося в почве количества F, Na и Ca, выпавших на поверхность за 50-летний период работы завода, составляет 70–90 %. Несмотря на высокую потенциальную растворимость, эти элементы сорбировались почвой благодаря ее высокой поглотительной способности. Другие элементы почти полностью закрепляются в почве при незначительных потерях Al, Mn, Cu, Pb, Ni.
В результате модернизации технологического процесса (введения обожженных анодов и новой техники по очистке газовых выбросов) и одновременно снижения выпуска алюминия-сырца к 2004 г. выбросы Иркутского алюминиевого завода резко сократились, что отразилось на значительном снижении в снежном покрове твердого вещества (взвесей) и растворенного вещества (сухого остатка). Однако в связи с последующим введением в эксплуатацию пятой серии электролизного производства и увеличением выпуска алюминия-сырца показатели загрязнения снежного покрова в 2008 г. вернулись к их уровню в 2000–2002 гг. [3].
Н.Д. Давыдовой и другими сотрудниками ИГ СО РАН [10] проведены детальные исследования в зоне воздействия эмиссий Саяногорского и Хакасского алюминиевых заводов (САЗ и ХАЗ), расположенных в южной части Минусинской котловины (Койбальская степь) и Братского алюминиевого завода (БрАЗ) – долина р. Вихорева. Содержание водорастворимого фтора в почвах в зоне воздействия пылегазовых эмиссий БрАЗа на расстоянии от него до 1 км составляет около 30 мг/дм3 и в фоновой почве 0,1 мг/дм3. ПДК для водорастворимого фтора составляет 2 мг/дм3, что соответствует 10 мг/кг в почве. По многолетним исследованиям Н.Д. Давыдовой [10] выявлено, что техногенное вещество Братского и Хакасского алюминиевых заводов сходно по химическому составу, но нагрузки эмиссий БрАЗа в среднем в 2 раза выше и распространение их дальше. Поступление основного количества водорастворимых поллютантов на территорию осуществляется в радиусе 5–6 км для предприятий ОАО РУСАЛ «Саяногорск» (F– – 0,4–2,8; Na+ – 0,2–1,7, Al3+ – 0,15–1,6 т/км2 в год) и 8–9 км для БрАЗа (F- – 0,4–4,3; Na+ – 0,3–2,9, Al3+ – 0,16–2,4 т/км2 в год).
Вводится в эксплуатацию Богучанский алюминиевый завод (БоАЗ). Производство на Богучанском алюминиевом заводе будет отвечать самым современным международным экологическим требованиям в области производства алюминия.
Для урбанизированных территорий характерно климатически обусловленное вторичное загрязнение окружающей среды. В этом отношении проблематична ситуация в г. Байкальске с его уже закрытым целлюлозно-бумажным комбинатом. В почвах г. Байкальска Е.А. Мусихиной [19] отмечено превышение ПДК по ванадию. Максимальное содержание ртути в почвах, обнаруженное в 8 км от границы города, соответствует 1,5 ПДК. В районе г. Байкальска отмечены также превышения ОДК в почвах Pb на 30 %, Ni на 77 %, Cu на 27 %, Zn на 67 %. Содержание кобальта на уровне и выше 2 кларков. Концентрация молибдена в два раза выше фоновой.
Формирование на территории Бурятии уровня загрязнения почв обусловлено выбросами предприятий энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности. Основными загрязнителями почв в Северобайкальском и Нижнеселенгинском промузлах являются Pb, Zn, Hg, Cd, F, Mo и Mn [22]. Загрязнение почв территории г. Улан-Удэ обусловлено веществом, поступающим из пылегазовыбросов промышленных предприятий и газовыбросов автотранспорта. На территории города Улан-Удэ установлен очаг загрязнения в центральной части города и ряд меньших по площади ареалов с высоким и очень высоким уровнем загрязнения почв Pb, Cu, Zn, (от 2,5 до 7 ПДК). Установлены также высокие концентрации в почве Hg, As, Cl, Se.
Аномальные концентрации общего Fe, превышающие фоновые в 1,2–2,8 раз в почве, установлены в районе г. Закаменска, пос. Баргузин, села Улюн, пос. Курумкан, г. Кяхта, северо-западной части г. Улан-Удэ. Контрастные аномалии Mn в почвах выявлены в районе г. Закаменска. Аномалии содержания Mn зафиксированы также в районе г. Гусиноозерска, пос. Цаган-Нур, пос. Сосновоозерска, пос. Усть-Баргузин, с. Тлемба, с. Аргада, с. Улюн. Аномальные концентрации Cd установлены в средней части долины р. Хамней. Кадмий образует контрастную аномалию в районе городов Северобайкальск и Нижнеангарск. Наибольшее количество выбросов в Забайкальском крае зарегистрировано в Петровск-Забайкальском районе. В почвах Петровск-Забайкальского промузла и п. Хилок наблюдается повышенное содержание хлора, нитритов, сульфатов, калия и натрия.
Ежегодный валовый выброс в атмосферу вредных веществ предприятиями Норильского горно-металлургического комбината (НГМК) от стационарных источников составляет более двух млн. тонн. Проведенные С.В. Кудряшовым исследования [15] свидетельствуют о высоком содержании тяжёлых металлов в почвах, снижающемся по мере удаления от горно-металлургического комплекса «Норильский никель». Выявлено, что наиболее загрязненной соединениями тяжелых металлов является территория г. Норильск, где содержание меди в почвах превышает ОДК более чем в 120 раз, никеля – в 36, а кобальта – в 23 раза. Оценка опасности загрязнения почв г. Норильска по суммарному показателю загрязнения характеризует этот уровень как опасный и чрезвычайно опасный. В направлении господствующих ветров содержание никеля даже на расстоянии 25 км превышает ОДК. Высокие уровни загрязнения тяжелыми металлами выявлены в почве местных огородов и теплиц. Обнаружено присутствие никеля в выращиваемой продукции: редисе, зеленом луке, петрушке и салате.
Исследования А.П. Михайлуц [18] выявили загрязнение почв селитебных территорий г. Кемерова сульфатами, нитратами и другими токсичными элементами вследствие выбросов в атмосферу от химических, теплоэнергетических и коксохимических предприятий, которое прослеживается в радиусе 14 км от источника. При существующих технологиях химических производств на 1 т получаемой готовой продукции образуется 0,5–153 кг твердых и жидких концентрированных промышленных отходов.
В работах Н.Д. Давыдовой [8] рассмотрен эффект действия системы снег – почва в техногенно-геохимической ситуации на территории Шарыповского промузла Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЭКа). К источникам загрязнения относятся: завод железобетонных изделий, бетонно-растворное предприятие, АТП Катэкэнергострой, автобазы, котельные г. Шарыпово, промплощадки «Березовской ГРЭС-1», золоотвалы в комплексе с мощным, длиной 14 км транспортером, подающим уголь к ГРЭС, железная дорога, асфальтовый завод, автозаправочные станции, автобазы и автомобильные трассы. Отмечено наиболее интенсивное накопление в почвах Ca, Pb, Mg, Cu и слабое – Cr, Ti, Ni.
Исследования сотрудников Института почвоведения и агрохимии СО РАН [23] показали, что в лесостепной и степной зонах на пониженных Барабинской, Кулундинской, Ишимской равнинах Западной Сибири, наряду с бором, в пищевую цепь могут поступать избыточные количества Sr, F, I и Br. Высокие концентрации F, I, Br и Sr характерны для засоленных почв аккумулятивных ландшафтов, где преимущественно расположены кормовые угодья. Иная картина выявлена С. Сысо [23] в таежной зоне Западной Сибири и Новосибирском Приобье и Присалаирье, где в почвах найдено малое количество подвижных F и I. Наиболее высокое количество P, As, Zn, Cu, Co, Mo, Cr и Ni выявлено в почвообразующих породах и почвах в районах, тяготеющих к горному окаймлению Западно-Сибирской равнины, богатому различными рудопроявлениями.
В почвах в районе Новосибирского оловокомбината С.Ю. Артамоновой [1] обнаружены высокие концентрации Sn, As, Tl, Bi, Cd, Cu, Zn, Pb, Hg, Ag. Содержания As и Sn превышают ПДК в 500–700 раз, Tl, Bi, Cd – в 70 раз фоновые концентрации. В почвах огородов вблизи оловокомбината выявлены высокие содержания As (100 ПДК), Sn (75 ПДК), Cd (2,4 ПДК) и Pb (1,6 ПДК).
Главным источником поступления на поверхность почвы металлов на территории г. Омска является процесс сжигания угля и автотранспорт. По результатам исследований Е.Н. Трошиной [25] на территории г. Омска отмечаются превышение ПДК (ОДК) в почвах хрома (15,1 ОДК), кобальта (3,2 ПДК), мышьяка (4,9 ПДК), свинца (1,2 ПДК). Превышение фоновых значений выявлено для V (в 1,2 раза), Cr (в 1,1 раза), Fe (в 1,1 раза), Co (в 1,6 раза), Cu (в 2,1 раза), Zn (в 1,4 раза).
Основные источники загрязнения почв в г. Новокузнецк: предприятия черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, топливной промышленности, производства стройматериалов, машиностроения, автомобильный и железнодорожный транспорт. Концентрация тяжелых металлов в почве города превышает ПДК: меди – в 6,2 раза, цинка – в 2 раза и мышьяка в 5,6 раз. По данным В.Е. Петровой [20] в городе ежегодно образуется около 12 млн т промышленных отходов, из которых 6 млн т складируется на городской территории, и более 1 млн т бытовых отходов, которые размещаются на старой городской свалке, расположенной в центральном районе города, их общая площадь занимает 850 га земель. Почва в районе размещения свалки по химическому загрязнению классифицируется как чрезвычайно опасная, что обусловлено влиянием не только бытовых отходов, но и промышленных отходов. Содержание Zn в почве вблизи промышленных свалок превышает ПДК в 138 раз.
Основное влияние на загрязнение окружающей природной среды в г. Тюмени оказывает Тюменский аккумуляторный завод и автотранспорт. По данным М.В. Матюшкиной [17] содержание свинца в почве вблизи аккумуляторного завода превышает ПДК в 7 раз. Также наблюдаются повышенные содержания в почвах г. Тюмень нефтепродуктов и бен(а)зпирена. Для почв г. Томска выявлены повышенные содержания Та, Br, Sb, U, Tb, превышающие фон более чем в 5раз. В районе металлообрабатывающих предприятий г. Томска Л.В. Жорняк [11] выявлено загрязнение почв Cr, Со, Mo, W, на территории шпалопропиточного производства – Сu. Среднее содержание урана в почвах г. Томска составляет 2,4 мг/кг, тория – 7,5 мг/кг.
Барнаул входит в «приоритетный список» городов России с наибольшими показателями загрязнения окружающей среды. В почвах г. Барнаула и примыкающей к нему территории содержание ртути повышено и составляет 0,3–1,01 мг/кг. Вблизи автомобильных дорог содержание Pb в почвах составляет от 40 до 300 мг/кг. Непосредственно в г. Барнауле в почвах отмечены аномалии в содержаниях свинца (до 70–100 мг/кг), цинка (500–600 мг/кг), что в 5,6 раз превышает фон и в 2 раза выше ПДК, лития – 28,4 мг/кг, что значительно выше фона. Источниками загрязнения являются автотранспорт и ТЭЦ.
В черте промышленного г. Бийска сосредоточено порядка 200 предприятий. Основными источниками загрязнения почв являются предприятия оборонного комплекса, химической, деревообрабатывающей промышленности, ТЭЦ, автотранспорт. В почвах г. Бийска О.И. Гусевой [7] обнаружены повышенные содержания меди, превышающие ПДК в 1,2 раза, свинца – в 3, цинка – в 1,2, кобальта в 2, кадмия в 2, стронция в 2,5 раза.
Рассмотренные материалы свидетельствуют о существенном воздействии промышленных производств на почвы, оно проявляется на локальном и региональном уровнях. Повышенная степень техногенного загрязнения почв, выявленная при лабораторных исследованиях, согласуется с ореолами высокого загрязнения снежного покрова промышленными выбросами, которые выявляются на космических снимках. На мартовско-апрельских снимках они отчетливо выделяются темным тоном, свидетельствующим о более раннем сходе снега (на 10–15 дней) по сравнению с фоном. На этом фоне выделяются локальные загрязнения вблизи источников. Они различаются по составу поллютантов в зависимости от специфики производства. В местах складирования и хранения отходов на свалках, шламохранищах, гидро-, золоотвалах вблизи промышленных городов Сибири накапливаются сотни тысяч тонн токсичных отходов, придавая токсические свойства почве, растительности, поверхностным и грунтовым водам, вызывая повышение заболеваемости населения.
Рецензенты:
Напрасников А.Т., д.г.н., профессор кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов, Иркутский государственный университет, г. Иркутск;
Плюснин В.М., д.г.н., профессор, Иркутский государственный университет, директор ИГ СО РАН, г. Иркутск.