УДК 630*181.351:631.41:631.466
ВЛИЯНИЕ ПЫЛЕВЫБРОСОВ ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА ОАО ПО «ЯКУТЦЕМЕНТ» НА ХИМИЧЕСКИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ
М. В. Щелчкова, ведущий научный сотрудник,
mar-shchelchkova@yandex.ru,
М. С. Жерготова, стажер-исследователь,
zhergotova87mari@mail.ru,
Институт естественных наук
Северо-Восточного федерального университета
им. М. К. Аммосова
В статье приводятся новые данные о влиянии пылевыбросов цементного производства ОАО ПО «Якутцемент» (Якутия) на химические и микробиологические свойства мерзлотных палевых осолоделых почв, карболитоземов темногумусовых и техногенных поверхностных образований. Установлено, что по мере приближения к источнику эмиссии и возрастания пылевой нагрузки происходит значительное подщелачивание почв (с 6,83 до 8,82 — в подстилках, с 7,21 до 8,81 — в гумусовых горизонтах) и накопление свободных карбонатов кальция техногенного происхождения. Наибольшее содержание СаСОз (48,9 и 78,5 %) отмечается в поверхностных техногенных горизонтах литостратов. Под воздействием цементной пыли в почвах снижается в несколько раз численность микромицетов, актиномицетов, целлюлозолитиков и в десятки раз численность бактерий, использующих органические и минеральные источники азота.
The article presents new data on the impact of dust emissions in cement production of the OJS company "Yakutcement" (Yakutia) on chemical and microbiological properties of permafrost pale solodized soils, dark-humic carbolythozems and technogenic surface formations. It is established that significant alkaliniza-tion of soils (from 6,83 to 8,82 in litter, from 7,21 to 8,81 in humus horizons) and the accumulation of free calcium carbonates of anthropogenic origin is observed closer to the source of the emission and with dust load increasing. The highest content of CaCO3 (48,9 and 78,5 %) is observed in the surface anthropogenic horizons of lithostrates. Under the influence of cement dust in the soils, the number of micromycetes, actinomycetes, cellulolytic microorganisms is reduced by several times and the number of bacteria that use organic and mineral sources of nitrogen is reduced by ten times.
Ключевые слова: цементное производство, пылевыбросы, мерзлотные почвы, реакция почвенной среды, численность микроорганизмов, Якутия.
Keywords: cement production, dust emissions, permafrost soils, the reaction of the soil environment, the number of microorganisms, Yakutia.
Введение. Урбанизация территории, сопровождающаяся ростом численности населения и градостроительства, вызывает необходимость расширения производства строительных материалов, в частности цемента. В Якутии крупнейшим цементным заводом республиканского значения является ОАО ПО «Якутцемент», который расположен в поселке Мохсоголлох Хангаласского района. В настоящее время завод производит в год до 300 тысяч тонн цемента, свыше 500 тысяч тонн щебня. В аэральных выбросах этого завода, наряду с оксидами и диоксидами азота, диоксидами серы, углерода и органическими продуктами горения топлива, содержится значительное количество цементной, шламовой и клинкерной пыли, обладающей способностью подщелачивать окружающую среду. Работы, проведенные в 1999—2008 гг., показали, что зона за-пыления вокруг завода имеет форму эллипса, вытянутого в северо-восточном направлении, площадь которого составляет 20 км2 [1]. В пределах данной зоны отмечено накопление в снежном покрове широкого спектра тяжелых металлов Ы, В, V, Сг, Си, 7п, РЬ, Со Мо и др., коррелирующее с содержанием V, Сг, РЬ и Со в растениях. Техногенная нагрузка ухудшает жизненное состояние лиственничного леса (наблюдается усыхание деревьев с характерным вер-шинно-периферическим типом повреждения кроны, дехро-мация хвои, уменьшение количества молодых побегов).
В результате накопления компонентов индустриальной эмиссии в почве образуется новая геохимическая среда, изменяющая условия существования всего биоценоза. Исследование ряда цементных производств Европейской части России, Белоруссии и стран Балтии выявило, что по мере загрязнения почв цементной пылью изменяется реакция почвенной среды и состав почвенного поглощающего комплекса, угнетается минерализация гумуса, замедляются процессы трансформации органического вещества, снижается содержание элементов питания растений [2—4]. Наряду с этим в почвах происходит накопление ряда токсичных для биоты микроэлементов, что вызывает перестройку микробных сообществ и понижает активность почвенных ферментов [3, 5]. Все это в комплексе приводит к изменению вещественного состава почв, структуры почвенных горизонтов, понижает уровень почвенного плодородия.
Объекты и методы исследования. Целью нашей работы было изучение особенностей изменения химических и микробиологических свойств мерзлотных лесных почв в зоне влияния выбросов Мохсоголлохского цементного завода.
Исследования проводили в 2013—2014 гг. Район исследований включал территорию завода, примыкающую к ней санитарную зону шириной 500 м и контрольную зону, удаленную от завода на 8 км. В северо-восточном направлении преобладающих ветров на разном расстоянии от предприятия по производству цемента было заложено девять стационарных площадок наблюдения.
Почвенный покров территории исследования представлен палевыми осолоделыми почвами и карболитоземами темногумусовыми, на которых развиты преимущественно лиственничники брусничные. Площадки № 7, 6 и 8 располагаются не на почвах, а на техногенных поверхностных образованиях (ТПО), которые в соответствии с полевым определителем почв России [6] идентифицированы нами как реп-лантоземы — насыпной грунт из гумусирован-ного почвенного материала на «подушке» из щебня известняка, и литостраты — насыпной грунт из щебня известняка. На реплантоземе произрастает трансформированный ивняк раз-нотравно-хвощевый, на литострате площадки № 6 — рудеральная растительность, среди которой доминирует одуванчик роголистный и пырей ползучий. На литострате площадки № 8 — открытые группировки травянистых растений, принадлежащих к разным экологическим группам. На литостратах сформирован поверхностный техногенный горизонт, состоящий на 50—70 % из цементной пыли (табл. 1).
Исследования проводили по трем основным направлениям: 1) определение нагрузок аэротехногенных выбросов на почвы; 2) выявление изменений химических свойств почв; 3) изучение воздействия аэротехногенного загрязнения на численность основных эколого-трофи-ческих групп почвенных микроорганизмов.
Нагрузку аэротехногенных выбросов изучали методом снегосъемки. 22 марта 2014 г. на стационарных площадках наблюдения произвели отбор проб снега в 3-кратной повторнос-ти. В снеговой воде методом фильтрации через беззольные фильтры с последующим высушиванием и взвешиванием определяли количество пыли. Наряду с этим в снеговой воде определяли рН потенциометрическим методом, аммиачный азот — реактивом Несслера и нитратный азот — дисульфофеноловой кислотой.
В июле и августе 2013 г. на площадках отбирали методом конверта смешанные пробы лесных подстилок и почв из слоев 0—10 и 10—20 см. В подготовленных образцах определяли рН(Н20) потенциометрическим методом и процентное содержание СаСОз газометрическим методом Голубева. Микробный комплекс почв изучали на основе определения численности основных эколого-трофических и таксономических групп микроорганизмов методом предельных разведений и посева на плотные питательные среды. Бактерии, использующие органические источники азота, высевали на мя-со-пептонном агаре (МПА), бактерии, использующие минеральные источники азота, — на крахмало-аммиачном агаре (КАА), олигонит-рофильные бактерии, использующие следовые количества азота, — на среде Эшби, целлюло-золитические бактерии — на среде Гетчинсо-на, актиномицеты — на КАА, микроскопические грибы — на подкисленной молочной кислотой среде Чапека. Из каждой почвенной пробы производили по 2—3 высева в трехкратной аналитической повторности. Полученные результаты усредняли. Статистически значимые связи между степенью загрязнения почв аэротехногенными выбросами и показателями микробиологической активности выявляли на основе корреляционного анализа.
Обсуждение научных результатов. Анализ снежного покрова выявил значительное содержание в нем цементной составляющей. Наибольшая пылевая нагрузка на почвы наблюдается непосредственно на территории завода и на границе ее с санитарной зоной (50—2000 м). Она составляет 632—36 660 кг/га в год и снижается по мере удаления от источника. Максимальное выпадение пыли зафиксировано на лишенных древесной растительности открытых участках площадок № 6 и 8 (табл. 2).
В санитарной зоне пылевая нагрузка на почвы снижается до 496 кг/га, а в контрольной зоне — до 14 кг/га. Таким образом, на открытых участках территории завода, лишенных древесной растительности, на поверхность почвы выпадает в 2619 раз больше цементной пыли, чем в чистой контрольной зоне. Пыль цементных заводов содержит примерно 30—40 % извести [7]. Химический анализ снеговой воды выявил значительное ее подщелачивание выбросами цементного завода. В контрольной зоне величина рН снеговой воды была равна 6,71, а под влиянием аэротехногенных выбросов предприятия возрастала до 7,04—7,43. Повышенные нагрузки нитратного азота не были зафиксированы, а повышенные нагруз-
ки аммиачного азота отмечались лишь на самых запыленных участках исследуемой территории (площадки № 6 и 8). Здесь количество N-N^4, поступающего на почвы с атмосферными осадками, составляло 1,472 и 1,246 кг/га в год, что в 2—10 раз выше, чем на остальной территории исследования (табл. 2).
Вследствие распространения цементной пыли в почвах на территории завода и санитарной зоны обнаружено повышенное содержание
свободных карбонатов кальция (табл. 3). Поскольку цементная пыль распространяется воздушным путем, накопление карбонатов кальция наблюдается с поверхности в подстилках и постепенно снижается с глубиной и по мере удаления от источника. Самой высокой концентрацией свободных карбонатов (48,9 и 78,5 %) отличаются техногенные горизонты литостратов, содержащие в своем составе, как уже отмечалось
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.