Оценка загрязнения фтором в системе «сельскохозяйственные земли - растения - молоко» в зоне промышленного влияния Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

Введение. Город Красноярск и прилегающие к нему земли сельскохозяйственного использования находятся в зоне влияния производственной деятельности Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РУСАЛ Красноярск»), серьезно влияющей на состояние окружающей экосистемы [1–8]. Актуальность исследования заключается в экологической оценке состояния сельскохозяйственных земель, прилегающих к территории источника загрязнения [1, 4–6]. Эти почвы являются объектами сельскохозяйственного использования для возделывания овощных и пропашных культур [3, 4] и территорией пастьбы и заготовления сена для крупного рогатого скота, содержится в молоке (сыром) [2, 7, 8]. Имеет место накопление водорастворимого фтора на загрязненных территориях и его отрицательное влияние на окружающую среду.

Цель исследования : экологический мониторинг загрязнения фтором в системе «сельскохозяйственные земли (гумусовый горизонт почв и почвенная толща) – растения (зеленая трава, сено, корнеплоды) – молоко (сырое)» под влиянием промышленных выбросов «ОАО РУСАЛ Красноярск»; поиск путей рационального использования загрязненных сельскохозяйственных земель.

Объекты и методы исследования. Загрязненная фтором территория представляет собой элипс, вытянутый от источника загрязнения – Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РУСАЛ Красноярск») – в северо-восточном направлении по розе ветров до 30 км. Общая площадь загрязнения составляет 39,8 тыс. га.

Объектами исследования являются сельскохозяйственные земли в зоне промышленного загрязнения фтором, а именно гумусовый горизонт почвы (чернозем обыкновенный, пахотный); растения – кострец безостый, разнотравье (зеленая трава, сено); корнеплоды (свекла Бордо, морковь Нанская) и продукция животноводства – молоко (сырое).

Объектами почвенных исследований является сеть мониторинга почв, состоящая из 9 реперных (стационарных) участков (РУ) [5, 6]. Исследования проводились в пахотном слое почв и почвенной толще (глубиной 1 м). Размещение точек позволило охватить все разнообразие уровней загрязнения, от фонового (менее 5 мг фтора на 1 кг почвы, равное 0,5 ПДК) до очень высокого (более 50 мг фтора на 1 кг почвы, равное и более 5 ПДК). Расстояние намеченных точек от источника загрязнения – от 2 до 30 км.

Основным методом исследования является экологический мониторинг, в том числе агроэкологический мониторинг, направленный на изучение основных компонентов экосистемы (сельскохозяйственные земли – растения – продукция животноводства (молоко)).

Для определения содержания фтора в растениях взяты сопряженные пары образцов (почва – растение) на РУ с разным уровнем загрязнения почвенного пахотного слоя. Пробы кормов отбирались по ГОСТ 27262-87. Пробы молока отбирали трижды в месяц (в период с июня по сентябрь) по общепринятой методике – ГОСТ 1369-88. Отбор проб молока производился от коров частных хозяйств, расположенных на разных расстояниях от источника загрязнения.

Содержание водорастворимого фтора в почве в 2009–2011 гг. определялось аккредитованными лабораториями ГСАС «Солянская», а в 2012 г. – Красноярским отделом Сибирского ЦЛАТИ. Содержание фтора в растениях и молоке – на базе аккредитованной лаборатории ЦАНИЛ Красноярского ГАУ. Комплексные лабораторные исследования проведены в Иннова- ционной лаборатории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» в Институте агроэкологических технологий при ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет».

Результаты исследования и их обсуждение . Загрязнение почвы фтором представляет опасность для окружающей среды. Установлено, что разные виды растений неодинаково реагируют на фтор. Фоновое содержание водорастворимого фтора в почве, равное ПДК, по данным Е.И. Волошина, составляет 5 мг/кг, что соответствует данным РУ-15 – контроль.

Величина накопления водорастворимого фтора в почве под влиянием промышленного загрязнения зависит от количества фторидов в атмосфере, географического положения реперных участков (РУ), удаленности от предприятия – источника загрязнения (ИЗ) и других факторов. На расстоянии от 3 до 4 км на северо-восток наблюдается зона высокого влияния ИЗ. В пахотном слое чернозема обыкновенного содержание водорастворимого фтора составляет 67,7–74,8 мг/кг. Такое же высокое содержание водорастворимого фтора отмечается в верхнем

Таблица 1

Содержание водорастворимого фтора в пахотном слое чернозема обыкновенного в зависимости от сезонности, мг/кг

слое пойменной почвы на расстоянии 1,3 км в восточном направлении (74,6 мг/кг). В 4 км западнее ИЗ в пахотном слое чернозема обыкновенного содержание водорастворимого фтора составляет 53,5 мг/кг, которое, являясь также высоким, ниже на 14,2 мг/кг, чем на РУ северовосточного направления.

На расстоянии 9 км северо-восточнее ИЗ в пахотном слое чернозема обыкновенного количество водорастворимого фтора составляет 21,1–22,8 мг/кг, т. е. существенно снижается. В верхнем слое пойменных почв в 10 км юго-восточнее ИЗ содержание водорастворимого фтора составляет 7,8 мг/кг, а в 18 км восточнее ИЗ – 9,1 мг/кг. И даже этот показатель превышает контроль более чем в четыре раза.

Уровень загрязнения пахотного слоя почв также определяется сезонностью (табл. 1). Наибольшее содержание фтора отмечается в весеннее время за счет того, что при таянии снега весной фтор поступает в почву. К осени содержание фтора уменьшается из-за вымывания его летними дождевыми водами в нижележащие горизонты почвы.

Номер РУ	Год	Весна	Осень
РУ-16 (3 км на северо-восток)	2012	74,8	41,2
	2013	59,4	39,0
	2014	47,2	40,4
РУ-24 (4 км на северо-восток)	2012	67,7	42,5
	2013	63,9	43,9
	2014	56,4	45,2
РУ-14 (9 км на северо-восток)	2012	22,8	17,6
	2013	16.2	12,3
	2014	10,9	7,4
РУ-22 (24 км на северо-восток)	2012	8,7	5,3
	2013	7,4	5,1
	2014	5,2	4,9
РУ-15 (контроль) (30 км на север)	2012	4,4	4,8
	2013	3,2	3,4
	2014	1,9	2,1

Весенне-осенняя закономерность распределения водорастворимого фтора в почвенном пахотном слое колеблется также в зависимости от переувлажненных и засушливых периодов лета.

Результаты содержания водорастворимого фтора в пахотном горизонте почв позволяют наметить зоны с разным уровнем загрязнения: очень высокий уровень (50 мг/кг =10 ПДК) – наблюдается на расстоянии до 4 км от источника загрязнения; высокий уровень (2,5–5,0 ПДК) – на расстоянии 4–8 км; средний (1,5–2,5) – 8– 15 км; низкий (1,0–1,5 ПДК) – 15–18 км и допустимый (0,5–1,0 ПДК) – 18–25 км. Фоновое содержание (< 0,5 ПДК) – более 30 км.

Растения, в том числе и сельскохозяйственные, в вегетативных органах способны накапли- вать фтор, содержание которого зависит от загрязнения почвы. Анализ сопряженных пар образцов: почва – кострец (зеленая масса, сено); почва – разнотравье (зеленая масса, сено); корнеплоды: почва – морковь; почва – свекла позволил определить возможность использования продукции, выращенной в зоне промышленного влияния (табл. 2).

Таблица 2

Содержание фтора в некоторых растениях в зоне производственной деятельности, мг/кг

Номер РУ, уровень загрязнения почвы	Год исследования	Сельскохозяйственные культуры				ПДК, мг/кг
		Вид растения	Зеленая масса	Сено	Корнеплоды
РУ-16, очень высокий	2012	Кострец безостый	23,1	36,2	-	2,5
	2013		23,5	36,4	-
	2014		21,9	34,6	-
	2012	Морковь	-	-	2,5
	2013		-	-	2,3
	2014		-	-	1,9
	2012	Свекла	-	-	5,9
	2013		-	-	5,1
	2014				5,1
РУ-14, высокий	2012	Кострец безостый	19,2	26,5	-	2,5
	2013		20,6	27,4	-
	2014		19,0	26,7	-
	2012	Морковь	-	-	1,0
	2013		-	-	0,9
	2014		-	-	0,7
	2012	Свекла	-	-	4,2
	2013		-	-	3,3
	2014		-	-	3,0
РУ-22, средний	2012	Кострец безостый	6,7	5,5	-	2,5
	2013		5,9	6,2	-
	2014		5,4	6,0	-
	2012	Морковь	-	-	0,9
	2013		-	-	0,8
	2014		-	-	0,5
	2012	Свекла	-	-	3,5
	2013		-	-	3,3
	2014		-	-	2,4
РУ-15, допустимый	2012	Кострец безостый	2,5	2,9	-	2,5
	2013		1,9	2,4	-
	2014		1,8	2,3	-
	2012	Морковь	-	-	0,3
	2013		-	-	0,2
	2014		-	-	0,2
	2012	Свекла	-	-	2,6
	2013		-	-	2,4
	2014		-	-	2,5

Анализ таблицы 2 показал, что при уровнях загрязнения «очень высокий», «высокий» содержание фтора в зеленой массе костреца составляет 9 ПДК, а в сене – 14 ПДК. При среднем уровне загрязнения содержания фтора в зеленой массе костреца составляет 3 ПДК, а в сене – 1,8 ПДК. Прослеживается тенденция увеличения содержания фтора в сене костреца. Использование костреца (зеленая масса и сено) с участков с очень высоким и высоким содержанием фтора в почве для скармливания животным недопустимо, даже при условии разбавления безопасной продукцией. При среднем уровне загрязнения (20 км до источника загрязнения) возможно использование сена костреца при таком уровне загрязнения почв, но желательно разбавлять его безопасной продукцией.

В свекле (корнеплодах) при уровнях загрязнения «очень высокий», «высокий» содержание фтора составляет 2–1,5 ПДК. В 2012 и 2013 гг. при среднем уровне загрязнения определяется 1,4–1,3 ПДК, а в 2012 г. – 0,6 ПДК даже в допустимом уровне загрязнения. Употребление корнеплодов свеклы возможно при определенной технологии переработки сырья. Морковь не накапливает в корнеплодах фтор, даже при очень высоком уровне загрязнения пахотного слоя почв в весеннее время. Употребление корнеплодов моркови допустимо даже при выращивании близко к источнику загрязнения.

Результаты исследования содержания фтора в молоке (сыром) коров, пасущихся на пастбищах, расположенных на территории с разным уровнем загрязнения, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Населенный пункт; уровень загрязнения	Месяц	Молоко сырое
		Номер пробы			Среднее
		1	2	3
с. Сухобу-зимское (контроль) (40 км от ИЗ)	Июнь	0,39	0,42	0,35	0,38
	Июль	0,41	0,35	0,33	0,36
	Август	0,46	0,41	0,37	0,41
д. Кубеково; высокий (6 км от ИЗ)	Июнь	1,79	1,84	1,91	1,84
	Июль	1,73	1,74	1,86	1,77
	Август	1,81	1,79	1,88	1,82
д. Ермолаево; высокий (8 км от ИЗ)	Июнь	1,76	1,64	1,65	1,68
	Июль	1,65	1,56	1,59	1,60
	Август	1,71	1,69	1,63	1,67
д. Худоногово; средний (14 км от ИЗ)	Июнь	1,39	1,35	1,41	1,38
	Июль	1,32	1,24	1,39	1,31
	Август	1,46	1,31	1,36	1,37
д. Серебряково; средний (18 км от ИЗ)	Июнь	1,32	1,28	1,27	1,29
	Июль	1,29	1,22	1,25	1,25
	Август	1,35	1,32	1,29	1,32
д. Частоостровское; средний (22 км от ИЗ)	Июнь	1,64	1,56	1,59	1,59
	Июль	1,59	1,47	1,54	1,53
	август	1,57	1,48	1,56	1,53
ПДК	0,75

Примечание. Уровень достоверности по отношению к контролю > 0,05.

Содержание фтора в молоке коров частных хозяйств в зоне производственной деятельности, мг/л

В пробах молока (сырого) коров, пасущихся на территории с высоким и средним уровнем загрязнения почвы фтором (5–25 км от ИЗ), на- блюдается превышение ПДК в 1,6–2,3 раза. Превышение ПДК почти в 2 раза в молоке (сыром) коров, пасущихся на пастбищах д. Частоо- стровское (22 км от ИЗ), говорит о том, что легкие соединения фтора оседают из атмосферы на значительном расстоянии, а они лучше усваиваются растениями. Молоко (сырое) необходимо пастеризовать. Для получения безопасной продукции (молока сырого) необходимо ограничить сельскохозяйственное использование земель под пастбища и сенокосы на расстояние до 30 км от источника загрязнения ОАО «РУСАЛ Красноярск» по направлению господствующих ветров.

Выводы. В пахотном горизонте почв исследуемой территории возможно определить зоны с разным уровнем загрязнения: очень высокий – (50 мг/кг =10 ПДК) – наблюдается на расстоянии до 4 км от источника загрязнения; высокий – (2,5–5,0 ПДК) – на расстоянии 4–8 км; средний – (1,5–2,5) – 8–15 км; низкий – (1,0–1,5 ПДК) – 15– 18 км и допустимый – (0,5–1,0 ПДК) – 18–25 км. Фоновое содержание (< 0,5 ПДК) – более 30 км.

При среднем уровне загрязнения почв возможно использование сена костреца, но желательно разбавлять его безопасной продукцией. В свекле (корнеплодах) при всех уровнях загрязнения наблюдается превышение ПДК, что потребует использование определенной технологии переработки сырья. Морковь не накапливает в корнеплодах фтор, и ее использование допустимо даже при выращивании близко к источнику загрязнения.

Наблюдается связь между содержанием фтора в почве, растениях, в том числе сельскохозяйственных, и в продукции животноводства – молоке (сыром).

За период исследования в 2012–2014 гг. наблюдается тенденция уменьшения содержания фтора как в пахотном слое почв, так и в сельскохозяйственных культурах из-за совершенствования технологии производственного процесса ОАО «РУСАЛ Красноярск».