Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ФТОРИДОВ НА ДРЕВЕСНУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ В САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЕ БРАТСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ФТОРИДОВ НА ДРЕВЕСНУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ В САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЕ БРАТСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА"

С¿'¿МЬ

На правах рукописи

Шихранов Олег Геннадьевич

ВЛИЯНИЕ ФТОРИДОВ НА ДРЕВЕСНУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ В САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЕ БРАТСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА

Специальность 03.00.16. - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ днссертаинн на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск 2004

Г'

Работа выполнена на кафедре Технологии и оборудования лесопромыш ленного производства ГОУВПО «Братский государственный технический уни верситет».

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Рунова Елена Михайловна

Официальные оппоненты -доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Пальникова Елена Николаевна кандидат сельскохозяйств е нньгх наук, с.н.с. Иванов Виктор Васильевич

Ведущая организация - Красноярский Государственный Аграрный университет

Зашита состоится 10 июня 2004 г. в 14 ч. на заседании диссертаиион кого совета Д 212,253.03. в Сибирском государственном технологическом уни верентете (660049, г .Красноярск, пр.Мира 82, СибГТУ) Факс:'660390, Е-таЦ: pavlov @ зЛбй. кй. га.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ. Автореферат разослан «5» мая 2004 г.

Учеяыё секретарь диссертационного сове канд. с.-у, наук, доцент

И.Н. Павлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема гибели растений под воздействием твердых к газообразных фторидов - основных компонентов, выбросов алюминиевых заводов, является глобальной; это связано с высокой токсичностью фторидов для растений.

Алюминий, наиболее, распространенный металл, представлен в земной коре, алюмосиликатами и бокситами. При производстве алюминия наблюдаются значительные потери фтора, которые и приводят к негативным экологическим последствиям.

Воздействия фторидов на растения проявляются в повреждении листьев,, хаон (в виде хлороза, некроза тканей и деформации), что приводит к ослаблению и гибели древесной растительности

Актуальность темы связана со спецификой производственных комплексов Сибири, характеризующихся высокой энергоемкостью и.водопо-требленчем. В последнее время в Сибири, кроме действующих Красноярского, Иркутского, Саянского и Братского алюминиевых заводов, вводятся в действия, новые производства алюминия.

В связи с этим особую значимость приобретают исследования, направленные на повышение эффективности лесных экосистем в санитарно-эащитных зонах.

Актуальность темы определяется необходимостью анализа состояния загрязнения районов расположения алюминиевых заводов, изучения влияния создания зеленых насаждений санитарно-защитных зон, находящихся ¡в условиях повышенного антропогенного загрязнения, отличающихся устойчивостью и долговечностью.

Цель работы — комплексная экологическая оценка древесной растительности, почвы в санитарно-защитной зоне крупнейшего в России Братского алюминиевого завода (ВрАЗ).

К основным задачам диссертационной работы относятся:

исследование степени повреждения древесной растительности санитарно-защитной зоны в зависимости от уровня загрязнения; ,

исследование динамики накопления фторидов в листьях и хвое растений;

исследование влияния загрязнения твердыми и газообразными фторидами на почвенную активность; исследование характера накопления газообразного фтора в атмосфере;

разработка комплекса мероприятий по повышению эффективности санитарно-защитной зоны.

Научная новизна работы заключается в выявлении влияния твердых, газообразных и растворимых фторидов на эффективность средоза-

^ * • ~

' -„....л.•

■ ..¿гэ^ъ

щитных функций санитарно-защитных зон алюминиевого производства, основным компонентом которых являются естественные и искусственные насаждения, а также, в разработке'комплекса мероприятий по прогнозированию уровня загрязнения санитарно-защитных зон газообразными фторидами и повышению эффективности древесной растительности, усиливающей средоэащитные функции санитарно-защитных зон.

Положения, выносимые на защиту: 1. Высокие концентрации фторидов оказывают: угнетающее воздействие на древесную растительность в санитарно-защитной зоне БрАЗа. 2. Анализ загрязнения атмосферы фтористым водородом позволяет с высокой точностью моделировать данный процесс в различных метеоусловиях в течение года и> по дням недели. 3. Динамика накопления фторидов в листьях в течение вегетационного периода свидетельствует о высокой кумулятивной способности фторидов в фотосинтезируюших тканях. 4. Комплекс лесохозяйственных мероприятий позволит повысить эффективность санитарно-защитных зон алюминиевых производств.

Практическое значение. Полученные результаты могут быть использованы для реконструкции санитарно-защитных зон''алюминиевых предприятий. Комплекс мероприятий основан на мониторинге биогеоценозов санитарно-защитной зоны и позволяет совершенствовать планирование организации древесной растительности, которая заключается в локализации пространства, на котором происходит рассеивание загрязняющих веществ их миграция, аккумуляция и трансформация. Рекомендуется создание новой экологической системы наиболее устойчивой к фторидам. Работа проводилась в рамках федерально-целевой программы «Интеграция» (проект А0034 «Геофизические и биологические проблемы экосистем»).

Обоснованность выводов н достоверность результатов подтверждены данными многолетних исследований, обработанных с использованием методов статистики и математического моделирования с проверкой моделей на адекватность.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие» (г.Минск, 2002г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов БрГТУ, международной конференции в г. Екатеринбурге, международной конференции «Лес-2003» в г. Брянске.

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ.

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в сборе, обработке, анализе экспериментального материала,

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (105 наименований) и приложения. Она изложена на 157 страницах, включая 29рис.,и 19таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит актуальность, научную новизну, апробацию работы. Поставлены цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, обосновывается практическая значимость работы.

1. Состояние вопроса. Рассматриваются особенности производства алюминия с экологической точки зрения, различные механизмы потери фтора при производстве, влияние фторидов на растения, особенности функционирования санитарно-защитных зон алюминиевых предприятий, анализ конструктивны* решений по обоснованию размера санитарно-защитных зон алюминиевых заводов. Исследованиям данных вопросов посвящены работы А.Г. Аншица(1991)., И.Н. Павлова (1989), Г.М. Илькуна (1971,1978), Р. Гудериана (1979), Е.Г. Мозолевской (1996), Е.М. Руновой (1997), С.А. Чжан (1997) н да. Анализ последствий загрязнения атмосферы при производстве алюминия электролизом показывает, что воздействие вредных веществ носит локальный характер и основной ущерб наносится биосфере региона расположения предприятия. Наиболее опасными веществами являются фториды, соединения микроэлементов, полицкклические ароматические углеводороды (ПАУ), относящиеся к первому и второму классам опасности. К сожалению, не изученными остаются последствия долговременного совместного воздействия перечисленных компонентов на биосферу. Согласно обзору литературных данных, наиболее изученными являются вопросы определения количества выбросов при различных технологиях алюминиевого производства, а также влияния фторидов и других сопутствующих элементов на растительность в лабораторных условиях и основные требования к функциям санитарно-защитных зон. Однако слабо изученными являются вопросы длительного влияния загрязнения алюминиевых заводов на лесные экосистемы, в неблагоприятных условиях резкоконтинентального -климата Восточной Сибири, и организации восстановления экологического равновесия в санитарных зонах.

2. Программа, методика, объекты й объем исследований. Программа работ предусматривала сопряженные решения следующих вопросов: определение содержания токсичных веществ в почве, снежком покрове и листьях растений в динамике по годам и сезонам; определение микробиологической активности почв в санитарно-защиткой зоне; оценка состояния растительности в санитарной зоне по различным методикам; моделирование процессов распределения аэрозолей в зоне промвыбросов БрАЗа; разработка мероприятий по реконструкции санитарно-защитной зоны и повышения устойчивости растений в ней.

Основным методом сбора информации о состоянии древесной растительности являлось полевое обследование на пробных площадях, которые закладывались по стандартным методикам в санитарно-защитной зоне и за ее пределами.

Измерялись следующие показатели: высота, диаметр, возраст деревьев, возраст и длина хвои, ее состояние, а также устанавливались класс дефолиации и балл категории состояния согласно «Методики организации и проведения работ по мониторингу лесов СССР».

Определение фтора в листьях и хвое проводилось по маршрутам в пределах санитарно-защитных зон с помощью ноноселективного электрода в зависимости от активности ионов фтора "в растворах. •

Определение уровня загрязнения почвы фторидами проводилось калориметрическим и потенциометрнческим методами. Исследования микробиологической активности проведены на почвенных образцах, взятых на территории санитарно-защитной зоны, а также за ее пределами. Интегральными показателями биологической активности почв являются следующие: интенсивность дыхания почв, азотфнксация.

По уровню загрязнения территория санитарно-защитной зоны была разделена наЗ зоны: 1 - зона сильного загрязнения (с радиусом до 5 км от

■ : завода); 2- зона среднего загрязнения (радиус от 5-8 км); 3 - зона слабого

загрязнения { 8 км и более),

■ ■ ; . i Экспериментальные данные обработаны статистически. Применя-, лись методы математического моделирования с использованием компьютерных программ, методов факторного анализа, законов теории вероятностей и теорий множеств.

Объектом исследований является древесная растительность, воздушный бассейн и почвы санитарно-защитной зоны БрАЗа и прилегающие к , . ней леса.

Исследования проводились на постоянных н временных пробных площадях. Всего пробных площадей было заложено 14,-втом числе 4 постоянных пробных площади в санитарно-защитной зоне БрАЗа и 2 за ее , пределам; и 8 временных пробных площадей. Количество деревьев на постоянных пробных площадях составляло 200 штук, а на временных по 100-...150 цпук. Кроме этого, проводились маршрутные исследования по определению содержания фторидов в листьях и микробиологической активности почв. Данные исследования по маршрутам проводились в течение пя-.. ти лет.

На рис. I. приведен алгоритм исследований.

Состояния древесной растительности в санитарно-защитной зоне

1

Рис. 1. Алгоритм исследований

3. Характеристика санитарно-защитной зоны БРАЗА

Санитарно-защитные зоны подразделяются на 5 классов по радиусу в зависимости от уровня загрязнения воздуха вблизи предприятий и его токсичности. Алюминиевые заводы имеют максимальные радиусы воздействия вредных эмиссий, вследствие выбросов твердых и газообразных фторидов, которые оказывают негативное воздействие на растения и на людей. Максимальное протяжение санитарно-защитной зоны по преобладанию ветров составляет 8 км.

Преобладающая территория санитарно-защитной зоны ОАО «БрАЗ» представляет собой покрытую лесами площадь, относящихся к городским лесам г. Братска.

Площадь санитарно-защитной зоны составляет 3895 га, из них площадь лесов 2642,5 га.

По функциональному зонированию рекомендуется выделить следующие подзоны санитарно-защитной зоны: подзону «А» - призаводскую зону; подзону «Б» - зону фильтрующих насаждений; подзону «В» - зону изолирующих и ландшафтных посадок.

Подзона «А» расположена в зоне максимальных концентраций вредных веществ (относительно ПДК).

Подзона «Б» расположена в зоне средних концентраций вредных веществ, относительно ПДК санитарно-гигиенических норм.

Подзона «В» предназначена доочищать воздух по каким-либо причинам не полностью очищенный от загазованности в предыдущей зоне фильтрации и отфильтровывать дымовые потоки, прошедшие над ней транзитом и приблизившиеся к земной поверхности в этой зоне. Подзона «В» располагается непосредственно перед границей санитарно-защитной зоны.

В исследуемом районе по совокупности метеорологических показателей (скорость ветра в нижнем 500 м слое атмосферы, инверсии температуры) и комплексным характеристикам (классы устойчивости атмосферы) условия для рассеивания загрязняющих веществ оцениваются как неблагоприятные. Условия рассеивания осложняются также и существующим рельефом местности, т.к. при прочих равных условиях концентрации загрязняющих веществ значительно выше на территории, имеющей крупнохолмистый рельеф местности, чем на равнинной территории, особенно, если повторяемость штиля и слабого ветра (0-1 м/с) весьма значительна. Учитывая вышеизложенное, район расположения Братского алюминиевого завода по совокупности неблагоприятных метеорологических и физико-географических условий относится к районам с высоким потенциалом загрязнения воздуха.

Алюминиевое производство характеризуется разнообразным количеством выбросов, как твердых, так и газообразных. К твердым выбросам относятся пыль неорганического происхождения, твердые фториды, смолистые вещества, А1, 51 и др. К газообразным относятся НБ, БОз, СО1 и др.

4.Состоянне древесной растительности в санитарно-защитной зоне БРАЗА. Пробные площади закладывались в радиусе от 2 до 20 км от предприятия. Породный состав древесной растительности представлен сосной, лиственницей, единично елью. Средний балл категории состояния деревьев составляет 2,8, что по шкале «Методики организации и проведения работ по мониторингу лесов СССР» соответствует сильно ослабленным деревьям. Оценка состояния деревьев по классу дефолиации свидетельствует о сильном влиянии загрязнения на их жизнеспособность. На рисунке. 2 приведена зависимость класса дефолиации растений от расстояния до источника загрязнения.

Класс дефолиации

-Соси*

-Листве!

ннчип -Е1ь

г ъ *

Расстшиж огБрАЗл, кч

Рис.2, Зависимость класса дефолиации от расстояния до источника

загрязнения

Установлено, что степень дефолиации деревьев с увеличением расстояния уменьшается от 1,2 до 2,3 и может быть описана следующими уравнениями.

Длясосны: у -1 /(0,1471п(д) + 0,292) Для лиственницы: >> = 1/(-о,743 / * о,81) Для ели: >■=-(>,5021п(*)+2,54, где у - класс дефолиации; * - расстояние от БраЗа, км В таблице 1 приведена характеристика постоянных пробных площадей.

Таблица 1 - Характеристика постоянных пробных площадей

ж и 0 И в X 3 X 1 с £ ! | Зоны Расстояние от БрАЗа,км Рельеф Состав 3 и Ё 1 IX в I 2 В 3 л (а « * 1 и Возраст, лет Полкота £ X о. 0 е: 5 а ^ X 1 и Е |— В <8 и ¡3

1 I СВ-2 рвв 6С4Л в 4 17 0.1 3,2 IV

1 ход 10С+Л.Е 19 10 49 0,2 2,6 IV

3 н СБ-8 рав 9С1Л-Е 9 7 27 о.в 2,7 IV

4 п г СВ-1! рав 10С+6Е 14 12 43 0.6 2.5 IV

В таблице 2 представлены результаты обследования временных пробных площадей по зонам.

Таблица 2 - Характеристика временных пробных площадей

Зоны № п/п Расстояние ог БрА-За, км направление Рельеф Состав см Н,м Возраст, лет Полнота Средний бал.! мтего-рни состояния Класс бонитета Повреждение хвои, %

1 1 2,3 Восточное Холм. 5С5Е С-« , Е-4 С-9, Е-4 С-Э5, Е-18 0,2 1,6 С-1У Е-IV ОЮО, Е-85

г 4 Ю-В Раан, 9Л1С+Е Л-13, С-9, Е-4 Л-12, С-9, Е-6,8 Л-56, С-43, Е-26 0,3 3,1 Л- IV, С-1У Б-IV Л-80, С-95, Е-70

з 5 С-В Холм. ЮС с-: С* С-40 0,4 3,0 ОУ С-90

4 4,5 южное Равн. 10Л+С Л-8, С-5 Л-6, С-6 Л-28, С-20 0,4 3,1 Л- IV С-Ш Л-75 С-60

И 5 б северное Равн. КС2Е С-И, Е-6 С-12, Е-4 С-44, Б-)5 0,5 2,8 с-га, Е-Ш С-60, Е-15

« 7 Ю-В Равн, 10С С-10 С-8 С-25 0,6 2,6 С-Ш С-50

ш 7 12 южное Ход». тсзл С-20, Л-10 С-16, Л-11 С-46, Л-30 0,7 2,0 С-П. л-п С-20, Л-10

К 20 С-В Равн, юс С-18 С-14 С-40 0,8 1,6 С-П С-25

На рисунках 3,4,5 представлены изменения состояния древесной растительности по зонам. Установлено что, рис. 3,4,5 состояние древостоев улучшается с удалением от источника загрязнения: средний балл изменяется от 3,6 до 1,6; увеличивается полнота древостоев; повышается класс бонитета.

12 3 ЗОНЫ

Рис. 3. Изменение балла категории состояния древостоя по зонам

'(зав®»«» ша

¡ашиа Efiw ши т* mв

• И;--; ЕВ;-- дням р- mm т- швди

0,7 0,6 0,9

Полнота ^з 0,2 0,1 0

зоны

Рис. 4 Изменение полноты древостоя по зонам

Рис. 5. Изменение класса бонитета древостоя по зонам

Исследование влияния шламохранилищ алюминиевого производства на лесные экосистемы свидетельствует о том, что на поверхности почвы образуется корка из шламовой пыли, резко увеличивается кислотность 20 см слоя почвы, увеличивается содержание тяжелых металлов. Это приводит к нарушению функций корневых систем растений, а также всех органов древесных растений вследствие изменения гидрологического режима кислотности почв, повышенной концентрации и токсичности тяжелых металлов. Как известно, индикатором загрязнения среды является микробиологическая активность почв. Чем выше зтот показатель, тем более высока активность микроорганизмов, которая может служить индикатором загрязнения среды. Интегральными показателями биологической активности почв являются: интенсивность дыхания почв и азотфиксирующая активность. В наибольшей степени сказывается загрязняющее воздействие на микробиологическую активность почвы в радиусе 1-2 км от ЕрАЗа, в частности азотфиксация на расстоянии 1 км составляет всего 1/20 часть от контрольной точки, находящейся в радиусе 70 км. Дыхание почвы в 2,2 раза ниже, чем в контрольном образце. Это свидетельствует, что микробиологическая активность почвы весьма чувствительна к техногенному воздействию. Однако полного подавления микробиологической активности почвы не произошло, что дает возможность прогнозировать развитие наиболее газоустойчивых растений в санитарно-защитной зоне завода.

На пробных площадях для определения накопления фтора в растительности брали пробы с одних и тех же деревьев весной после полного распускания листьев (май - июнь) и осенью (октябрь) перед опаданием. Отбор листьев производился по 5 маршрутам на расстоянии от БрАЗа 1км, 2км, 4км, бкм, 8км, Т.е. в пределах санитарно-защитной зоны. Исследовали листья следующих пород: береза повислая (Betula pendula), ольха кустарниковая (Alnus fruticosa)), ива козья (Salix саргеа), осина (Populus tremula), а также хвоя лиственницы (Larix sibirica). Накопление фтора изучали с 1997 по 2002г. при этом параллельно определяли концентрацию фтористого водорода в воде и в снежном покрове по тем же маршрутам и на том же расстоянии от алюминиевого завода. На рис. 6,7 представлена концентрация фтористого водорода в снежном покрове и в воде санитарно-защитной зоны. Из рисунков видно, что концентрация HF падает с удаленностью от БрАЗа.

Содержание

у= 2,7795х"°7(39 R2 = 0,9277

Рис.6. Изменение концентрации фтористого водорода в воде санитарно-защитной зоны в зависимости от расстояния

Для сравнения результатов исследований были взяты пробы с фоновых зон на значительном расстоянии от источника загрязнения, т.е. за пределами санитарно-защитной зоны. Видно, что на расстоянии более 10 км от БрАЗа концентрация НР резко снижается и практически равна норме, т.е. наиболее высокое загрязнение характерно для санитарно-защитной зоны.

Содержание НР.мЛсм

£

-Фтор«с™й поборол м г/см (2001 г)

- фтор нет I! водород, мг/см (2002 г)

( го го и М

расстояние от )авода, км

Рис.7. Изменение концентрации фтористого водорода в снеге санитарно-защитной зоны и за ее пределами

На рис.8-9 показано накопление общего фтора в листьях и хвое в динамике. Из рисунков видно, что содержание фтора в листьях резко возрастает к концу вегетационного периода - конец сентября - конец октября (примерно в 1,7 - 3,0 раза) по сравнению с началом вегетационного периода, Максимальное содержание общего фтора в листьях осенью достигает величины 3500 мг/кг. Концентрация общего фтора такого уровня приводит к ожогам листьев и хвои, угнетению процесса фотосинтеза и отмиранию листьев и хвои.

Содержание НРлт'кг

2000

1500

1000

500

0

\

\

«— \

•— Обши* ф1бр

ОЛцнй фтор (октябь)

12 4 6 5 Фон расстояние от завода, км

Рис.8. Накопление общего фтора в листьях за июнь - октябрь 2000 г. ( мг/кг)

Содержание иг/кг

1500 1000 500

\ N

[V

-июнь -октябрь

1 2 4 6 8 Фон

расстояние от завода, км

Рис.9. Накопление общего фтора в листья к 1а июнь - октябрь 2002 г, ( мг/кг)

Загрязненность фтористым водородом воды (25-30 мг/кг) и снежного покрова (4-5 мг/кг) довольно значительна в радиусе до 4 км и практически равна 0 в фоновой зоне на расстоянии 60 км.

Подрост в радиусе 1-2 км практически отсутствует, на более дальнем расстоянии - сильно угнетен, имеет очень малый прирост центрального побега в высоту (до нескольких см в год), практически на 100% поврежден ожогами, продолжительность жизни хвои резко сокращена. Подрост лиственных пород Б, Ос имеет большую высоту, но отличается миоговершин-ностью и значительным поражением листьев (ожоги). Подлесок представлен лиственными породами различные виды ив, рябина, ольховник (20-30 % подлеска имеют ожоги листьев).

Состояние насаждений в санитарно-защитной зоне следующее: непосредственно у БрАЗа взрослые насаждения погибли или находятся в стадии гибели. Растительность в санитарно-защитной зоне алюминиевого завода в значительной степени деградировала, и данный процесс продолжает ухудшать экологическую обстановку г Братска.

5. Моделирование процессов распределения аэрозолей в зоне промвыбросов БрАЗа, Известно, что при неблагоприятных метеоусловиях уровень загрязнения воздушной среды может значительно увеличиваться, что существенно сказывается на состоянии растительности. При этом среди задач по метеорологическим аспектам загрязнения атмосферы большое значение приобретает исследование закономерностей распространения атмосферных примесей и особенностей их пространственно-временного распределения. Вопросы регулирования выбросов и прогноза загрязнения атмосферы тесно связаны между собой. Очевидно, что прогнозы загрязнения воздушного бассейна будут эффективны только тогда, когда имеется реальная возможность сократить или полностью прекратить вредные выбросы. Для получения прогноза использован метод расслоения

статистического массива предиктантов (концентраций примеси) по избранным предикторам (50, а внутри каждого предиктора по его градациям Бц - этот метод широко используется в погодных прогнозах.

Обработка материалов была произведена по 4 предикторам: направление ветра у земли (5,), скорость ветра у земли (5г), температура воздуха (5]), характер барического поля у земли (54).

Оправдываемость данной методики составляет 80-85 %. Как показали исследования по переносу и рассеиванию вредных примесей наиболее информативными факторами, определяющими уровень загрязнения № являются: направление и скорость ветра, температура воздуха. Значения этих факторов можно ежедневно получать из прогнозов погоды по району и фактически наблюдаемой погоды. Используя алгоритм методики, были обработаны данные концентраций НР в санзоне БрАЗа.

Результаты замеров классифицировались по месяцам и дням недели. Данная классификация обусловлена следующими причинами. На основании обработки экспериментальных данных по полному факторному плану для 3* факторов получены аналитические выражения для определения концентрации НР в зависимости от скорости и направления ветра и температуры воздуха для каждого месяца года.

Анализ данных показывает, что расхождение расчетных данных с экспериментальными не превышает 1 %, поэтому можно считать выбранную математическую модель достоверной и пользоваться ею для прогнозирования концентраций по ингредиент;'.

В общем виде полученные уравнения уровня загрязненности в течении года по месяцам сведены в таблицу 3 и имеют следующий вид: Таблица 3 - Определение уровня загрязненности по многофакторной математической модели__

Яаырь С = !0"3 -19,785 - 0,678Р + 0,191/ + 0,055$> -0,0126« + 0,004- 0,0018/р]

Фсьра'ь С => 10~3 • [11,75 +1,471'' + 0,218( - 0,032$) + 0,067« - 0,004^ - 0,0008^ - 0,00021«<г>]

Мф* С = 10~3-[16,37-1,73Г+0,91/-0,037^-0,076«+0,0053^-0,003<£>+0,00025(/({!']

Лярмь С = 10"э [8,016 - 0,0278Г/-0Д04(-0,012^+0,0166« + 0,0008^+0,00077«^]

Мы) С = 10"3 -[9,78- 0.532Г - 0,437( -0,034р + 0,0423+ 0,0062*> + 0,0048^-0,00046^]

С = 10~3 ■ [14,695 - 2,86Р - 0,б1(-0,03р+0,122«+ 0>01Гр +0,0023(^-0,00044«$;]

С = 10-'.[1,058-0^23к-0,0б(-0,017р + 0,03«+0,0018Рр-0,00007(^-0,ОООЮ4«р]

СснтВгь 0 = 10-' • [20,226 - 2,887К - 1,239* - 0,056<р+0,215« + 0,009Гр + 0,0046^ - 0,00067«^]

С =• 10"3 ■[5,226-0,74К + 0,5^-0,0025^-0,0017« + 0,0027^-0,002/(3]

ЫслЛрк С = 10"5 ■[7,192 + 0,351^-0,161(-0,01?1 + 0>0312Г(-010016^+-0,00045^-0,000121/гр]

С = 10'3 ■[! 1,68-1,432^+0,461-0,027(0-0,077« + 0,005^-0,0018(^+0,00028«(о]

где У- скорость ветра, м/с; г температура воздуха, °С; tp - направление ветра, град; С - уровень загрязненности.

Данная модель позволяет определять при каких метеоусловиях уровень загрязнения превышает максимально разовую ПДК и является основанием для экологической службы алюминиевого завода принимать технологические решения по снижению уровня загрязнения критического для древесной растительности.

б. Разработка комплекса мероприятий по улучшению эколо-го-фу национальных возможностей санктарно-защнтнон зоны. Эффективность функционирования санитарно-защитной зоны алюминиевого завода можно повысить за счет охраны и рационального использования земель санитарно-защитной зоны и прилегающих к ней территорий путем;

1. Изучения и использования реакций компонентов экологической системы СЗЗ на влияние абиотических факторов и техногенное воздействие.

2. Воспроизводства почвенного плодородия загрязненных земель,

3. Рекультивации механически нарушенных земель.

4. Подбора видового состава лесозащитных насаждений.

5.Совершенствования планировочной организации древесной растительности, которая заключается в локализации пространства, на котором происходит рассеивание загрязняющих веществ, их миграция, аккумуляция и трансформация ( рис.10).

Анализ проведенных исследований показывает, что в настоящее время общая площадь повреждения биогеоценозов вокруг Братского алюминиевого завода значительна.

Первостепенными задачами являются: - замена существующего та-ежно-хвойного биоценоза на более устойчивый к воздействию фтора. Рекомендуется оставлять как газоустойчивые следующие виды растений: рододендрон даурский (Rhododendron dauricum), ива козья (Salix саргеа), жимолость синяя (Lonicera caerulea), береза повислая (Betula pendula), ), осина (Populus tremula).. Эти виды растений встречаются в пределах санитарно-защитной зоны, при их обследовании установлено, что ожоги листьев не превышают 20-30%.

И, наконец, наиболее газоустойчивыми и соответственно, рекомендуемыми к лесовосстановлению являются следующие виды: береза повислая (Betula pendula), боярышник кроваво-красный (Crataegus sanguinea), бузина красная (Sambucus racemosa), ива козья (Salix саргеа), кизильник черноплодный (Cotoneaster melanocarpus), ольха пушистая (Abus hirsuta), роза иглистая (Rosa acicularis), рябина сибирская (Sorbus sibirica), тополь лавролистный (Populus laurifolia).

По степени выносливости лиственные породы располагаются в таком порядке (Илькун, 1972 г.): осина-20 мг фтора; ива козья, ольха пушистая - 30 мг фтора; береза повислая - 60 мг фтора; кизильник черноплодный - 85 мг фтора; тополь лавролистный -107 мг фтора. В то время как

хвойные: сосна повреждается при концентрации в хвое 4 мг фтора на 100 г абсолютно сухого веса хвои (мг %); лиственница гибнет при накоплении 4-5 мг % в хвое.

Непосредственно на территории алюминиевого завода и на площади радиусом 1,5 -2 км от завода рекомендуются посадки акации желтой и тополя лавролистного. В настоящее время состояние данных пород можно оценить, как удовлетворительное.

Для снижения экотоксичного воздействия, повышения устойчивости экологической системы и стабилизации процесса поражения биоценоза, рекомендуются следующие мероприятия: создание новой экологической системы с преобладанием лиственных биоценозов; планировочная организация лесозащитных насаждений.

Разработка природоохранных мероприятий по уменьшению техногенного воздействия

Организация экологического мониторинга, включающего химический и почвен-но-боннтировоч ный

Охрана и рациональное использование земель санитарно-защигной зоны и прилегающих к ней территорий

1 < г 1

Вм полнен не карт аагрязнсн-кости компонентов экосистем

Составление прогноза возможных изменений компонентов природной среды

Повышение экологической эффективности санитарно-эащигной зоны предпрн- ■ ятия путем:

Правильное ' хранение токсичных веществ

Планировочной организации лесозащитных посадок

Воспроизводства почвенного плодородна загрязненных земель

Рскулътнваци и механически нарушенных земель

Проведения инженерно-экологического обоснования размещаемых объектов

Оценка эффективности -ЖО.'Югической системы сани-тарно-защитной зоны предприятия

Рис. 10. Экологическая система санитарло-защитной зоны промышленного предприятия

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведенных исследований сделаны следующие основные выводы:

1. Одним из основных источников, загрязняющих атмосферу воздуха, почвы и воды является алюминиевый завод, преобладающий компонент выбросов которого г твердые и газообразные фториды, являющиеся крайне токсичными для растений.

2.. Древесная растительность в санитарно-защитной зоне алюминиевого завода в значительной степени деградировала, и данный процесс продолжает ухудшать экологическую обстановку г. Братска. Породный состав древесной растительности представлен сосной, лиственницей, единично елью. -Подрост в радиусе 3 -2 км практически отсутствует, на более дальнем расстоянии - сильно угнетен, имеет очень малый линейный прирост (до нескольких см в год), практически на 100% поврежден ожогами, продолжительность жизни хвои резко сокращена. Подрост лиственных пород Б, Ос. имеет несколько большую: высоту, но отличается многовершинностью и значительным, поражением листьев (ожоги). Подлесок представлен лиственными породами (различные виды ив, рябина, ольховник), 90% подлеска имеют ожоги листьев. Средний балл категории состояния деревьев составляет около 3, что по шкале соответствует сильно ослабленным деревьям. Оценка состояния деревьев свидетельствует о большом влиянии загрязнения на их жизнеспособность.

3. Исследования микробиологической активности почв,, проведенных в санитарно-защитной зоне и за ее пределами, позволяют,-сделать вывод, что азотфнксация почвы, резко снижена в радиусе до8 км от ЕрАЗа, затем резко начинает возрастать. Интенсивность дыхания почвы также несколько снижается в радиусе 8 км и постепенно возрастает к радиусу 20 км. Однако полного подавления почвы не произошло, что дает возможность прогнозировать развитие наиболее газоустойчивых растений в санитарно-защитной зоне завода.

4. Загрязненность фтористым водородом воды и снежного покрова довольно значительна в радиусе до 4 км и практически равна 0 в фоновой зоне на расстоянии 60-км от завода.

5. Динамика накопления фторидов в листьях свидетельствует о том, что в самом начале вегетационного периода содержание фтора минимально, к концу вегетационного периода (сентябрь, октябрь) содержание фтора возрастает от 1,7до 100 раз в зависимости от удаления от источника загрязнения. Концентрация общего фтора такого уровня приводит к ожогам листвы и хвои, угнетению процесса фотосинтеза и отмиранию листьев и хвои.

6. В результате обработки массива, метеорологической информации и данных о загрязнения приземного слоя атмосферы фтористым водородом были выделены периоды загрязнения выше 1,5 ПДК, определены вероятностные коэффициенты длй расчета величин концентраций на каждый день недели в течение года. Для снижения токсичного воздействия фторидов, повышения устойчивости экологической системы и стабилизации процесса поражения биоцено-

за, рекомендуются следующие мероприятия: создание новой экологической системы с преобладанием лиственных биоценозов; планировочная организация лесозащитных насаждений в санитарно-защитной зоне.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ

1. Рунова Б.М., Чжан С. А., Шихранов О.Г. Влияние фторндных эмиссий на компоненты лесных сообществ в санитарно-защитных зонах. Леса европейского региона -устойчивое управление и развитие: материалы докладов Международной научно-технической конференции 4-6 декабря 2002 г., г. Минск: в 2 ч. - Ми: БГТУ, 2002. - 4.2. - С.84-86.

2. Рунова Е.М., Шихранов О.Г. Некоторые аспекты моделирования процессов распределения аэрозолей загрязняющих веществ в зоне Братского алюминиевого завода. Братск. Гос.техн.ун-т - Братск, 2003. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ № 328-В2003 от 19.02.2003 г.

3. Шихранов О.Г., Пузанова O.A. Экологические аспекты производства алюминия и обустройство санитарно-защитных зон алюминиевых заводов. Братск. Гос.техн.ун-т - Братск, 2003. — 11 с. ~ Деп. в ВИНИТИ № 329 - В2003 от 19.02.2003 г.

4. Шихранов О.Г. Состояние лесной растительности в санитарно-защитных зонах алюминиевого завода // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса; Сборник материалов международной НТК, Екатеринбург, 2003.-С. 109-110.

5. Рунова ЕМ., Чжан С.А., Шихранов О.Г,, Пузанова O.A. Микробиологическая активность почв при загрязнения фторидами / Естественные и инженерные науки- развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК.- Братск: БрГТУ, 2003. - С. 198-199.

6. Шихранов О.Г. Влияние алюминиевого производства на лесные экосистемы / Естественные н инженерные науки- развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК,- Братск: БрГТУ, 2003. - С, 200-201.

7. Шихранов О.Г., Метляева К.В, Некоторые особенности накопления фторидов растениями / Естественные и инженерные науки- развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК,- Братск: БрГТУ, 2003. -С. 201-202.

8. Рунова ЕМ, Чжан С.А., Шихранов О.Г., Пузанова O.A. Состояние лесной растительности в санитарно-защитной зоне Братского алюминиевого завода I Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК.- Братск: БрГТУ, 2003. - С,202.

9. Рунова КМ., Городецкий Г,Б., Шихранов О.Г. Прогнозирование уровня антро по генного Загрязнен ия лесных экосистем / Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной НТК,-Братск: БрГТУ, 2003.- С. 94-98.

10. Рунова Е.М., Чжан С.А., Шихранов О.Г. О восстановлении экологиче ского равновесия в санитарно-защитной зоне Братского алюминиевого завода / Актуальные проблемы лесного комплекса, Сборник научных трудов. - Брянск, 2002. - С, 58-60, П.Рунова Е.М., Чжан С.А., Шихранов О.Г., Пузанова O.A. Экологическая оценка состояния древесной растительности санитарно-защитных зон / . Труды Братского государственного технического университета. - Том 1, - Братск: ГОУВПО «ЕрГТУ», 2003 (Естественные и инженерные науки развитию регионов) - С. 238-242, 12. Рунова Е.М., Городецкий Г.Б., Шихранов О.Г. Повышение экологической устойчивости санитарно-защитной зоны БрАЗа / Труды Братского государственного технического университета. - Том 1. - Братск; ГОУВПО «БрГТУ», 2003 (Естественные и инженерные науки развитию регионов) - С. 94-98.

Подписано в печать 26.04,04. Формат 84 х 108 Vls Печать трафаретная Уч.-щд. л. 1,3. Уел, печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 156

Отпечатано в издательстве ГОУ ВПО «БрГТУ» 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

-8 6 3 4