ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 3
1. Физико-географические характеристики района исследования………….. 5
2. Характеристика источников загрязнения…………………………………… 12
2.1 АО «Карельский окатыш» и город Костомукша…………………….. 12
2.2 Трансграничный перенос ………………………………………...……... 19
3. Методики исследований……………………………………………………… 22
3.1 Методика полевых исследований……………………………………..... 22
3.2 Методики лабораторных исследований………………………………… 24
3.2.1 Подготовка почвенных образцов………………………………… 24
3.2.2 Определение кислотности
3.2.3 Определение содержания сульфатов в почвах и растениях……. 25
3.2.4 Определение содержания серы в почвах и растениях………….. 26
3.2.5 Определение содержания подвижных форм тяжелых
металлов в почвах
3.2.6 Определение валового содержания тяжелых металлов в почве.. 29
4. Особенности распределения химических элементов в почвах и растениях
4.1 Сера и сульфаты
4.2 Особенности распределения тяжелых металлов в почвах……………. 33
5. Содержание серы, сульфатов и тяжелых металлов в почвах в зоне
влияния Костомукшского ГОКа……………...………….………………….. 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ..…….66
Приложение 1……………………………………………………………………. 70
Приложение 2……………………………………………………………………. 71
Приложение 3
Длительное влияние железорудного производства АО «Карельский окатыш» обусловило геохимические изменения окружающей среды в зоне его воздействия, а увеличение производственных мощностей, происходящее в настоящее время в связи с разработкой Корпангского месторождения железистых кварцитов, определяет актуальность контроля дальнейших геохимических изменений. Это важно, так как в непосредственной близости от комбината находится г. Костомукша (население 30,2 тыс. чел.) и природный заповедник «Костомукшский», созданный в 1983 г. для сохранения типичных природных ландшафтов северотаежной подзоны.
Загрязнение почв выбросами металлургических предприятий представляет собой актуальную проблему, заключающуюся в потере системообразующего, связующего свойства почвенного покрова в биосфере. В результате загрязнения почв тяжёлыми металлами это важнейшее свойство почвенного покрова может быть либо нарушено, либо полностью утрачено. Контроль над состоянием компонентов природной среды, в том числе и почв, осуществляют специально уполномоченные органы на особо-охраняемых территориях, среди которых в первую очередь выделяют заповедники.
Особенностью данной работы является то, что в ней исследуется воздействие металлургического предприятия на почвы в зоне северной тайги, природные комплексы которой наиболее чувствительны к антропогенным нагрузкам.
Целью выпускной квалификационной работы является оценка загрязнения окружающей среды в зоне воздействия Костомукшского ГОКа. Объектом изучения являются антропогенно преобразованные почвы города Костомукши, а также пригородных лесов в направлении ГПЗ «Костомукшский» и КГОКа.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
изучить физико-географические особенности территории исследования;
охарактеризовать источники загрязнения;
выбрать методики геоэкологических полевых и лабораторных исследований;
определить содержание серы, сульфатов, валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах;
выявить особенности распределения химических элементов в почвах и растениях;
оценить воздействие КГОКа на природно-территориальные комплексы.
В основу работы положены данные, полученные автором самостоятельно в результате геоэкологических исследований, проведенных на территории Костомукшского заповедника в июне 2016 года, обработки проб отобранных на исследованной территории. Отобранные пробы почв были проанализированы на содержание общей серы и сульфатов, подвижных форм тяжелых металлов в лаборатории геоэкологического мониторинга кафедры геоэкологии и природопользования. Валовое содержание тяжелых металлов также определялось автором самостоятельно на базе Ресурсного центра СПбГУ. Кроме того, в работе применялись стандартные методы статистической обработки данных.
В данной работе будет рассматриваться следующий ряд веществ: Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Именно они входят в состав выбросов КГОКа и являются основными элементами, загрязняющими почву.
Город Костомукша является практически уникальным объектом исследования в связи с оригинальным проектом застройки – «город в лесу», наличием градообразующего крупнейшего в Карелии металлургического комбината, наличием заповедника и длительным мониторингом территории.
Город Костомукша основан в 1977 году и расположен на севере Западно-Карельской возвышенности на восточном берегу озера Контокки. Основой промышленности города является добыча железной руды, что приводит к повышенной техногенной нагрузке на окружающую среду. По данным Государственного доклада о состоянии окружающей среды республики Карелия градообразующее предприятие АО «Карельский окатыш» является одним из наиболее крупных загрязнителей окружающей среды промышленными отходами, в 2015 году оно внесло основной вклад в суммарные выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников – 59,8% от объема валовых выбросов по республике. Доля выбросов комбината с 2008 по 2015 гг. растет, несмотря на снижение объемов выбросов по республике в целом.
Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются пыль (взвешенные вещества), а также продукты сгорания топлива (мазута) в котлоагрегатах котельных, сушильных барабанах, от автотранспорта. Кроме того, предприятие имеет большое количество сварочных постов, при работе которых выделяется сварочный аэрозоль, содержащий в своем составе оксиды Fe, Mn, Cr, фториды и другие соединения.
В данной работе рассматривался следующий ряд веществ: Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn. Именно они входят в состав выбросов КГОКа и являются основными элементами, загрязняющими почву.
Для техногенных территорий характерен независимо от типа почвы регрессионно-аккумулятивный тип распределения в профиле, проявляющийся в накоплении тяжелых металлов в верхнем гумусовом горизонте и резком снижении содержания в нижележащих горизонтах. Накоплению тяжелых металлов в почве способствуют глинистые минералы и органическое вещество (Федорец, 2009).
Материалы для данной работы были наработаны автором самостоятельно во время прохождения научно-исследовательской практики в республике Карелия на территории Костомукшского государственного заповедника в июне 2016 года. Район исследования включал в себя участок автодороги 86К-6 (Кочкома – госграница (Финляндия)), территорию города Костомукша и участок автодороги, соединяющей 86К-6 и 86К-3 (а именно – шоссе Горняков). На участке исследования были отобраны пробы почв из горизонтов О и В (на территории города пробы почв отбирались только с горизонта О), пробы корки сосны и проводилось описание ПТК согласно ГОСТу 17.4.4.02-84. Всего отобрано 24 пробы почвы (20 – с горизонта О, 4 – с горизонта В) и 15 проб корки Pinus sylvestris L.
Автором самостоятельно были выполнены химические анализы на определение кислотности, на содержание серы (по методу А.Д. Мочаловой), сульфатов (турбидиметрическим методом) и подвижных форм тяжелых металлов (с применением ацетатно-аммонийного буфера с pH 4,8 по методике РД 52.18.289-90) в учебно-научной лаборатории геоэкологического мониторинга СПбГУ. Также было определено валовое содержание тяжелых металлов в почвах по методике М-МВИ-80-2008 с помощью микроволнового разложения в печи Sineo mds-10. Раствор анализировался с помощью оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000 в ресурсном образовательном центре СПбГУ.
Среднее содержание микроэлементов в целом ниже значений регионального фона (Федорец, 2008), наблюдаются лишь единичные превышения ОДК (валового содержания Zn – в точке Т9) и ПДК (для подвижных форм Zn – Т7 и подвижных форм Cr – Т5 и Т17). Максимальные значения содержания элементов принадлежат, в основном, одному набору точек.
По профилю «заповедник – ГОК» не удалось проследить градацию значений, это свидетельствует о том, что нельзя говорить о явном воздействии комбината на данную территорию. Также следует отметить, что значения концентрации микроэлементов на территории города сравнительно выше, чем в его окрестностях.
Горизонту В на всех участках исследования соответствуют более низкие показатели содержания валовых и подвижных форм элементов. Это подтверждает тот факт, что для техногенных территорий характерен независимо от типа почвы регрессионно-аккумулятивный тип распределения в профиле, проявляющийся в накоплении тяжелых металлов в верхнем гумусовом горизонте и резком снижении содержания в нижележащих горизонтах (Никонов, 1994; Федорец, 2009).
Следует отметить, что в работах Федорец и других в 2009 – по всей территории исследования концентрировались: никель, кобальт, хром и железо. В последние годы накопления свинца практически не происходило, а кадмий концентрировался на расстоянии около 2 км от источника аэротехногенного загрязнения почвы. Отмечалось, что цинк занимал последнее место по интенсивности накопления, т. е. практически исключался из числа загрязнителей. В данной работе ряд загрязнителей остается прежним, как и ситуация с накоплением свинца, содержание которого не обнаружено. По цинку обнаружены превышения регионального фона.
Анализируя графики содержания тяжелых металлов, можно установить, что на современном этапе развития города значимая экологическая деградация природной среды связана с воздействием инфраструктуры города и выбросами автотранспорта. Данного утверждения придерживается и Гайдыш И.С. в своем исследовании по данной территории (2012 г.).
В целом в городских почвах определены низкие уровни накопления тяжелых металлов относительно регионального фона, выявлены лишь локальные загрязнения отдельными элементами. Основные ареалы концентрации тяжелых металлов (Cu, Zn) приурочены к местам скопления автотранспорта. Значительное расстояние до промышленной площадки АО «Карельский окатыш» (13 км), а также «молодой» возраст г. Костомукши (основан в 1977 г.) объясняет невысокое содержание поллютантов в городских почвах.
По результатам исследований, проводившихся автором в черте города Костомукша и в его окрестностях, можно сказать следующее: город Костомукшу и прилегающие к нему территории можно отнести к областям со слабой степенью загрязнения почв тяжелыми металлами. Необходимо и в дальнейшем проводить мониторинговые исследования почвенного покрова в районе работы комбината, чтобы отслеживать содержание загрязняющих элементов относительно ПДК и регионального фона. Избыточное накопление, в первую очередь, тяжелых металлов может привести к деградации почвенного покрова и лесных биоценозов в целом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
