Комплексная оценка техногенного воздействия предприятий черной металлургии на окружающую природную среду центра европейской России - Автореферат

Необходимость улучшения состояния ОПС делает актуальным исследование и оценку техногенного воздействия черной металлургии на ландшафты природных зон и поиск путей оптимизации состояния ОПС в регионах с черной металлургией. Цель исследования: - на основе комплексного, регионального подхода провести исследование и оценку техногенного воздействия предприятий черной металлургии на окружающую природную среду центра Европейской России и дать практические рекомендации оптимизации состояния ОПС. провести сравнительный анализ природных условий и выявить воздействие выбросов и сбросов предприятий черной металлургии на компоненты ОПС лесной и лесостепной зон центра Европейской России: атмосферу, почвы, воды, растительность; В результате проведенных комплексных исследований, включающих изучение почв и растительности на ключевых участках, химические анализы образцов почв и растений, биоиндикацию и биотестирование автором получены новые результаты по воздействию техногенного загрязнения от предприятий черной металлургии на почвы, воды, атмосферу и растительность лесной и лесостепной зон центра Европейской России. В диссертации обоснована концепция зонально-провинциального проявления техногенного воздействия черной металлургии на ОПС, развиваются вопросы методики мониторинга динамики почв и растительности при совместном влиянии подтопления, рекреации и техногенного воздействия.Реакция растительного покрова на техногенное загрязнение зависит от исходной структуры и видового состава растительных сообществ, наследственной природы видов растений, их устойчивости к воздействию техногенного загрязнения. В связи с неодинаковой реакцией ландшафтов зон, подзон и провинций на техногенное загрязнение в них происходят разно направленные сукцессии в почвенном и растительном покрове. Это определяет характер неблагоприятных изменений почв и растительности, а также необходимые мероприятия по санации техногенно загрязненных почв, их использованию, внедрению мероприятий по улучшению состава растительного покрова. Формирование техногенных геохимических аномалий в атмосферном воздухе, в снеговом покрове и почвах в значительной мере обусловлено поступлением в атмосферу и последующим осаждением на подстилающие поверхности промышленной пыли. Загрязнение окружающей природной среды (ОПС) предприятиями металлургического комплекса и их влияние на ландшафты и экосистемы связано с уровнем применяемых технологий, их экологичностью, качеством и количеством используемого сырья, объемом и составом выбросов, сбросов и твердых отходов, положением предприятия в определенной географической зоне, подзоне и ландшафтной провинции, характером рассеивания, составом и структурой компонентов ландшафта.

Основное содержание диссертации

1. Разработана концепция зонально-провинциального проявления техногенного воздействия черной металлургии на окружающую природную среду. Показано, что ответная реакция ландшафтов и их компонентов на техногенное загрязнение зависит не только от объема и состава последних, но также от положения ландшафта в природной зоне, подзоне и провинции. Ответная реакция ландшафтов на техногенное загрязнение зависит от структуры и гранулометрического состава почв, содержания в ней гумуса и обменных оснований и от реакции почвенного раствора. Реакция растительного покрова на техногенное загрязнение зависит от исходной структуры и видового состава растительных сообществ, наследственной природы видов растений, их устойчивости к воздействию техногенного загрязнения. В связи с неодинаковой реакцией ландшафтов зон, подзон и провинций на техногенное загрязнение в них происходят разно направленные сукцессии в почвенном и растительном покрове. Это определяет характер неблагоприятных изменений почв и растительности, а также необходимые мероприятия по санации техногенно загрязненных почв, их использованию, внедрению мероприятий по улучшению состава растительного покрова.

2. Черная металлургия одна из важнейших отраслей тяжелой промышленности, от которой зависит технический прогресс. Во многих регионах России предприятиям черной металлургии принадлежит ведущая роль в загрязнении окружающей среды (ОС) что связано с многостадийностью отрасли, переработкой значительных масс сырьевых материалов, большим разнообразием технологических процессов и приемов, а также с наличием крупных предприятий с полным циклом. К предприятиям с полным циклом относится комбинат «Северсталь», расположенный в Череповце, НОВОЛИПЕЦКИЙ металлургический комбинат, Тула-Чермет и др. К предприятиям с передельной металлургией, работающей на привозном металлоломе, относится Омутнинский металлургический комбинат в Кировской области. Электрометаллургия развита в г. Электросталь, в Московской области.

3. На всех этапах производства черных металлов образуется пыль, содержащая железо, кальций, магний и другие металлы. На некоторых стадиях металлургического цикла образуются газы, шлаки и шламы. Очень вредны для ОС газовые выбросы от предприятий черной металлургии, содержащие SO2, NO, NO2 и другие вещества. На объемы техногенных выбросов и их состав влияет технология и оборудование, применяемые при производстве и обработке металлов. Пылевые выбросы предприятий черной металлургии являются важным источником эмиссии вредных веществ в ОС. Формирование техногенных геохимических аномалий в атмосферном воздухе, в снеговом покрове и почвах в значительной мере обусловлено поступлением в атмосферу и последующим осаждением на подстилающие поверхности промышленной пыли.

4. Выделение на всех стадиях металлургического цикла газов и пыли существенно ухудшает состав воздуха производственных предприятий. В воздухе рабочей зоны металлургических предприятий содержатся аэрозоли, металлы и другие вещества, оказывающие неблагоприятное влияние на здоровье рабочих. Наиболее вредна мелкодисперсная пыль. Поэтому внедрение новых технологий на стадиях металлургического цикла важно как с экономической, так и с экологической точки зрения. На Омутнинском металлургическом заводе с участием В.С..Груздева проведена работа по совершенствованию технологии производства стальных фасонных профилей малых сечений. В построенной технологической линии произведена замена холодного волочения горячим, что позволило значительно уменьшить образование пыли и газов. За счет меньших габаритов установки увеличился объем воздуха в производственном помещении, сократилось количество рабочих операций. Это дало значительный экономический и экологический эффект.

5. Загрязнение окружающей природной среды (ОПС) предприятиями металлургического комплекса и их влияние на ландшафты и экосистемы связано с уровнем применяемых технологий, их экологичностью, качеством и количеством используемого сырья, объемом и составом выбросов, сбросов и твердых отходов, положением предприятия в определенной географической зоне, подзоне и ландшафтной провинции, характером рассеивания, составом и структурой компонентов ландшафта.

6. Загрязнение атмосферного воздуха выбросами металлургических предприятий изменяет направления динамических процессов в экосистемах, вызывает техногенные сукцессии в растительном и почвенном покровах, приводит к снижению биоразнообразия и биологической активности почв. Наибольшей чувствительностью к воздействию техногенного загрязнения характеризуются лесные и луговые виды, а сорные и рудеральные виды могут накапливать в своих органах значительные количества тяжелых металлов (ТМ) и часто увеличивают обилие на загрязненных территориях. На вегетирующие растения большое влияние оказывают газовые выбросы, приводящие к процессам хлороза и некроза в листьях.

7. Почвы природных зон, подзон и провинций к воздействию техногенного загрязнения обнаруживают разную степень устойчивости, что связано с их изначальной кислотностью, содержанием гумуса и обменных оснований. К накоплению ТМ показали очень низкую устойчивость бедные, кислые почвы, характерные для средней тайги. Низкую устойчивость проявляют кислые почвы южной тайги с содержанием гумуса не более 2%. Почвы южной тайги в целом более устойчивы, чем почвы средней тайги: средне устойчивы нейтральные малогумусные почвы. Почвы лесостепи (серые лесные и черноземы) к накоплению подвижных форм ТМ более устойчивы, что связано с высоким содержанием в них гумуса. Например, накопление цинка в зоне сильного загрязнения в г. Череповце превышает ПДК в десятки раз, а в г.Липецке в 2-6 раз.

8. Пыль, выбрасываемая предприятиями черной металлургии, содержит большое количество оксидов кальция и магния, вызывающих подщелачивание почв. Степень подщелачивания почв при движении от южной тайги к южной лесостепи постепенно возрастает, что связано с тем, что природная кислотность почв к югу уменьшается. В результате этого одно и то же количество выбросов, что и в лесной зоне в г. Липецке привело к формированию сильно щелочных почв с РН более 8,1-8,3. Поэтому, в связи с непромывным режимом черноземов в зоне сильного воздействия агломерационной фабрики Новолипецкого металлургического комбината сформировалась техногенная пустыня. На почве сформировался техногенный горизонт (1-4 см), состоящий из техногенных выбросов агломерационной фабрики. Его формирование связано с непромывным режимом почв. Семена трав в этом горизонте не прорастают.

9. В настоящее время, в связи с введением на «Северстали» оборотного водоснабжения и некоторых других природоохранных мероприятий, общий уровень техногенных выбросов несколько снизился. Общий объем выбросов SO2 в 1992 году достигал 40,6 тыс.т в год, а в 2004 году он снизился до 29,8 тыс.т в год. Выбросы N2 с 33,6 тыс.т снизились до 25,0; выбросы СО - с 401,2 снизились до 285,2 тыс.т. в год. Уровень загрязнения воздушной среды г. Череповца, г. Электростали, г. Тулы и г. Липецка остается высоким. Кроме того, в компонентах ландшафтов за годы работы комбинатов (Северсталь -53 года, Электросталь - 90 лет) накопились значительные количества загрязнений, что уже отразилось на состоянии почв, растительности и вод. На Ново-Липецком металлургическом комбинате разработана и внедрена программа охраны ОС. Объем техногенных выбросов сократился, но в ОС уже накопилось много ЗВ. Следует учесть, что почвы южной лесостепи имеют непромывной водный режим и процессы вымывания сдерживаются большим количеством гуминовых кислот, поэтому для санации техногенно загрязненных почв необходимы специальные мероприятия (см.: практич. рекомендации).

10. На основе химических анализов почв и растений, данных биоиндикации, биотестирования и статистических данных выделены зоны техногенного воздействия предприятий черной металлургии на прилегающие территории. Вблизи комбинатов (до 2 км) выделена зона сильного загрязнения. Здесь концентрация в атмосферном воздухе оксидов азота достигает 3…6 ПДК, фенола - 2…3 ПДК; сероводорода - 3…4 ПДК, пыли 1,5 - 4 ПДК, аммиака - 1-3 ПДК; СО 1..2 ПДК. Зона довольно сильного загрязнения (до 5 км); среднего (до 15-20 км); слабого (до 50 км); фоновая территория (дальше 50-60 км). Несколько меньше размеры этих зон в районе завода «Электросталь», так как электорометаллургия меньше загрязняет ОС, чем предприятия полного цикла.

11. Изменение почв в зоне техногенного загрязнения связано с постепенным накоплением ЗВ. Накопление в почве магния и кальция, поступающего с пылью привело к карбонитизации почвы, что вызвало постепенное все более сильное подщелачивание почвы. Исходная кислотность почв в зоне действия комбината «Северсталь» была кислой и слабо кислой (РН - 5,5-6,5). В 1995 году на расстоянии 2 км от «Северстали» РН была 7,3…7,5, а в 2006 году 7,5…7,7, местами 8,0. Валовое содержание железа в почве с 1995 года с 10-13 % возросло до 13-15 %. Увеличилось также содержание цинка и других ТМ. Выявлено, что почвы, богатые органическим веществом, содержат меньше подвижных ТМ, так как они образуют нерастворимые комплексы с органическими веществами.

12. Техногенное загрязнение от выбросов черной металлургии можно выявить по преобладанию в растительном покрове устойчивых к загрязнению растений-биоиндикаторов. Выявлено, что наиболее устойчивы к загрязнению виды семейства астровых. Для лесной зоны особенно характерно разрастание бодяка, мать-и-мачехи, пижмы, а для лесостепной зоны характерно разрастание золотой розги канадской и обыкновенной, бодяка, щавеля конского, чертополоха.

13. В зонах сильного и довольно сильного техногенного воздействия наблюдается деградация зеленых насаждений. Наиболее неблагоприятно влияние техногенных выбросов сказывается на клене американском, его облиственность около 50% от нормальной, листья в 1,5…2 раза мельче нормального размера, листья бледно-зеленые и частично пожелтевшие. У местных пород (береза, рябина и др.) общий облик удовлетворительный, но влияние техногенного загрязнения проявляется в низких приростах древостоя в высоту и по диаметру, поэтому формируются компактные, низкие, с густой кроной деревца. В придорожных аллеях вследствие загрязнения почти не развит травяной покров (кроме аллей, где обновлялись посадки). Широколиственные породы (дуб, липа) при загрязнении снижают жизненность, наблюдается сбой биоритмов, поражение мучнистой росой, снижение продуктивности и декоративности.

14. В деревьях и травах происходит накопление серы, железа, меди, цинка, никеля и других металлов. Особенно много металлов накапливается в сорных и рудеральных растениях. Поэтому сукцессии растительности на лугах водоохраной зоны идут со снижением биоразнообразия. Уменьшается роль луговых трав и увеличивается роль сорных и рудеральных видов, способных накапливать в своей биомассе большие количества ТМ. Травы-гипераккумуляторы ТМ рекомендуется выращивать на техногенно загрязненных территориях, с дальнейшим удалением биомассы, которую можно использовать для выработки биотоплива.

15. Расчеты коэффициентов корреляционной связи между содержанием ТМ в почве и растениях показали, что относительно сильная и прямая связь наблюдается для кадмия, цинка и ртути. Слабая обратная связь обнаружилась для свинца и хрома, обратная связь для меди и кобальта. Наличие прямой связи говорит о том, что чем больше элемента содержится в почве, тем интенсивнее он накапливается в растениях. Подвижные формы кадмия, цинка и меди более подвижны в нейтральных и кислых почвах, а хром и кобальт в нейтральных и щелочных

16. Выпадающие из воздуха загрязнения в основном накапливаются в верхнем горизонте почвы, в слое 0…5 см, со временем они проникают глубже. Для роста и развития растений важное значение имеет накопление серы. Фоновое выпадение серы составляет 25-30 кг/га, а среднее фоновое содержание в почве составляет 850 мг/кг. Критический уровень серы в атмосферном воздухе - 0,015…0,020 мг/мі. Увеличение концентрации серы в воздухе отражается на флористическом составе луговых растений: луговые виды постепенно снижают свое обилие и жизненность, а вместо них шире распространяются сорные и рудеральные растения.

Монографии

1. Груздев В.С. Водоохранные зоны водохранилищ Нечерноземья [Текст] / Л.П. Груздева, С.В. Суслов, В.С. Груздев - М.: ГУЗ. - 2005. - 152 с.

2. Груздев В.С. Биоиндикация состояния окружающей среды. [Текст] - М.: ГУЗ. 2008. - 142 с.

Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК

3. Груздев В.С. Рациональное распределение рабочих углов волок на станах сухого многократного волочения [Текст] / Т.В. Жадан, В.А. Трусов., В.С. Груздев и др. // Сталь. - 1988. - № 8. - С. 75-76.

4. Груздев В.С. Высокотемпературная термомеханическая обработка стали 45 с электроконтактным нагревом [Текст] / В.А. Трусов, В.Т. Жадан, В.С. Груздев и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 1992. - № 11. - С. 35-38.

5. Груздев В.С. Эффективность ускоренного охлаждения подката

В.С. Груздев - 1995. - № 1. - С. 68-70.

6. Груздев В.С. Анализ загрязнения окружающей среды металлургическими и металлообрабатывающими предприятиями [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев, С.В. Суслов // Вестник МОПУ. - 2002. - № 5. - С. 16-21.

7. Груздев В.С. Структурная организация территории и сохранение биоразнообразия [Текст] / Л.П. Груздева, С.В. Суслов. В.С. Груздев, // вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». - 2004.- № 1-2. - С. 186-190.

8. Груздев В.С. Применение биоиндикации для оценки состояния окружающей среды в зоне влияния металлургических предприятий [Текст] / Л.П. Груздева, В.С.Груздев, С.В. Суслов - Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». - 2004. - № 1-2. - С. 195-198.

9. Груздев В.С. Лесные экосистемы лесопарков Подмосковья и их биоразнообразие [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев, Е.О. Павлова, С.В. Суслов // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2005. - № 6. - С. 92-94.

10. Груздев В.С. Динамика лесных экосистем средней тайги ЕТС при техногенном воздействии [Текст] / Л.П. Груздева, Е.О.Павлова, ВС. Груздев, С.В. Суслов // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2006. - № 2. - С. 94-97.

11. Груздев В.С. Структурные компоненты лесных экосистем лесопарков как индикатор их нарушенности [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев, Е.О. Павлова // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2006. - № 2. - С. 94-97.

12. Груздев В.С. Мониторинг состояния ландшафтов в зоне влияния металлургического центра «Северсталь» [Текст] // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2006. - № 11. - С. 79-83.

13. Груздев В.С. Оценка влияния предприятий черной металлургии на качество природных вод [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2007. - № 11. - С. 52-54.

14. Груздев В.С. Экологический мониторинг влияния техногенных выбросов комбината «Северсталь» на экосистемы водоохраной зоны Рыбинского водохранилища в пределах побережья Шекснинского плеса [Текст] / Д.А. Шаповалов,В.С. Груздев, Л.А. Ведешин // Экологические системы и приборы. - 2008. - № 8. - С. 18-25.

15. Груздев В.С. Роль макрофитов в формировании качества воды водоемов Ближнего Подмосковья [Текст] / Д.А.Шаповалов, Л.П. Груздева, В.С. Груздев и др.// Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2008. - № 3. - С. 95-100.

16. Груздев В.С. Влияние Рыбинского водохранилища и техногенных выбросов комбината «Северсталь» на ландшафты водоохраной зоны [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев, Д.А. Шаповалов // Мелиорация и водное хозяйство. - 2008. - № 3. - С. 14-18.

17. Груздев В.С. Влияние техногенных выбросов на почвы и растительность (на примере ОАО «Северсталь» [Текст] / Д.А. Шаповалов, В.С. Груздев // Экология и промышленность России. - 2008. - Июль. - С. 32-35.

18. Груздев В.С. Биотестирование токсичности почв в радиусе действия техногенных выбросов ОАО «Северсталь» [Текст] / Л.П. Груздева, Д.А. Шаповалов Д.А., В.С. Груздев // Земледелие. - 2008. - № 3.

19. Груздев В.С. Динамика экосистем щучковых лугов в зоне действия техногенных выбросов комбината «Северсталь» [Текст]. // Проблемы региональный экологии. - 2008. - № 3. С. 88-92.

20. Груздев В.С. Влияние черной металлургии на состояние окружающей среды [Текст] // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2008. - № 4. - С. С. 47-51.

21. Груздев В.С. Формирование ландшафтов территории Государственного природного национального парка «Лосиный остров» [Текст] / В.П.Слука, Л.П. Груздева, В.С. Груздев, В.В. Косинский // Землеустройство, кадастр мониторинг земель. - 2008. - С. 80-87.

22. Груздев В.С. Динамика растительности и почв на вырубках ельника-кисличника в подзоне широколиственно-хвойных лесов в Подмосковье / Л.П.Груздева, В.С. Груздев // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. - 2009. - № 3. - С. 89-92.

Статьи в сборниках, журналах и материалы конференций

23. Разработка технологии высокоточных фасонных профилей с термической обработкой / А.Т. Тумко, В.Т. Жадан, В.С. Груздев и др. // Тезисы доклада Всерос. Конф. «Повышение качества металлопроката путем термической и термомеханической обработки». Днепропетровск. 1985. С. 26-27.

24. Груздев В.С. Технология производства сортового проката с повышенным уровнем качества на основе применения ТМО [Экспонат на зарубежную выставку «НТТС - 87»] / Т.В. Жадан, В.А. Трусов, В.С. Груздев и др. // Берлин. - 1987. - 2 п.л.

25. Груздев В.С. Нарушенные ландшафты лесной зоны и их влияние на загрязнение окружающей среды [Текст] / В.С. Груздев В.С., Т.П. Порядина // Сб. Прикладные проблемы геоэкологии. - 2002. - М.: ГУЗ. С. 94-105.

26. Груздев В.С. О сохранении биологического разнообразия в условиях техногенного загрязнения ландшафтов зеленой зоны г. Москвы [Текст] / Л.П. Груздева, В.С. Груздев, Т.А.Соколова, С.В. Суслов // Сб. Итоги научных исследований ГУЗА. - М.: ГУЗ. - 2002. - С. 94-105.

27. Груздев В.С. Трансформация экосистем лесопарков в зоне влияния металлургических предприятий [Текст] / Л.П Груздева., В.С. Груздев // Тезисы доклада Всероссийской научно-практической конф. М.: Горки Ленинские. 2002. - С. 173-175.

28. Груздев В.С. Роль Государственных природных национальных парков и лесопарков в сохранении биоразнообразия в лесной зоне [Текст] / Л.П.Груздева, В.С.Груздев // Тезисы доклада Всероссийской научно-практической конф. - М.: Горки Ленинские. - 2002. - С. 169-172.

29. Груздев В.С. Пути снижения вредного влияния металлургических предприятий на окружающую среду [Текст] / Л.П.Груздева, В.С.Груздев // Сб. Вопросы прикладной геоэкологии. - М.: ГУЗ. - 2004. - С. 89-92.

30. Груздев В.С. Экологическая оценка техногенного загрязнения окружающей среды металлургическими предприятиями [Текст] / Л.П.Груздева, В.С.Груздев // Сб. Вопросы прикладной геоэкологии. - М.: ГУЗ. - 2004. - С. 99-108.

31. Груздев В.С. Оценка устойчивости компонентов ландшафтов к воздействию промышленного загрязнения [Текст] / Л.П.Груздева, В.С. Груздев // М.:ГУЗ. Юбилейный сборник «Социально-экологические и правовые проблемы развития территорий». - 2004.

32. Груздев В.С. Средообразующие функции лесопарков бассейна Учинского водохранилища [Текст] / Л.П.Груздева, С.В.Суслов, В.С.Груздев // Тезисы доклада Всероссийской конф. - М.: Горки Ленинские. - 2004.

33. Груздев В.С. Изменение лесных экосистем средней тайги под влиянием техногенных выбросов ОАО «Северсталь» [Текст] / Л.П.Груздева, В.С.Груздев, Д.А.Шаповалов // тезисы доклада Международной конф. - М.: ГУЗ. 2007.

34. Груздев В.С. Столыпинская реформа и подходы к оценке возможности использования земель, подвергающихся воздействию подтопления и техногенных выбросов предприятий черной металлургии [Текст] / Д.А. Шаповалов, В.С Груздев., Л.П. Груздева // тезисы доклада конференции « 100-летие Столыпинской реформы и землеустройство». М.: ГУЗ. 2007. - С. 56-62.

35. Груздев В.С. Воздействие техногенных выбросов ОАО «Северсталь» на миграцию и аккумуляцию элементов в луговых экосистемах водоохраной зоны Рыбинского водохранилища [Текст] // Тезисы доклада Международной конф. - М.: ГУЗ. - 2007.

36. Груздев В.С. Изменение лесных экосистем средней тайги под влиянием техногенных выбросов ОАО «Северсталь» / Л.П.Груздева, В.С.Груздев, Д.А.Шаповалов // Тезисы доклада Международной конф. М.: ГУЗ. - 2008.

37. Груздев В.С. Техногенное воздействие предприятий черной металлургии на ландшафты лесной зоны // Тезисы доклада Международной конф. «Проблемы землеустройства…». - М.: ГУЗ. - 2009. - С. 323-330.

38. Груздев В.С. Оценка загрязнения атмосферы выбросами металлургических предприятий / Л.П.Груздева, В.С.Груздев // Тезисы доклада Международной конф. «Проблемы землеустройства и кадастра». - М.: ГУЗ. 2009. С. 447- 453.

Размещено на .ru