Вплив викидів цементного виробництва на стан агроекосистем Передкарпаття

Размещено на http://www.allbest.ru

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПУЗЕНКО ДЕНИС МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 631.445.2.:631.416(477.42)(043.3)

ВПЛИВ ВИКИДІВ ЦЕМЕНТНОГО ВИРОБНИЦТВА НА СТАН АГРОЕКОСИСТЕМ ПЕРЕДКАРПАТТЯ

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Дніпропетровськ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Львівському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік УААН, Снітинський Володимир Васильович, Львівський державний аграрний університет, ректор, завідувач кафедри агроекології та біології

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Веремеєнко Сергій Іванович, Національний університет водного господарства та природокористування (м. Рівне), завідувач кафедри агрохімії, ґрунтознавства та землеробства

доктор біологічних наук, професор

Цвєткова Ніна Миколаївна, Дніпропетровський національний університет, професор кафедри геоботаніки, ґрунтознавства і екології

Провідна установа: Державний агроекологічний університет України, м. Житомир

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпропетровського державного аграрного університету за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мицик О.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Всі потреби людства забезпечуються ресурсами біосфери серед яких біотична продуктивність природних екосистем є найважливішою. Зберегти її в умовах розвитку промислового виробництва можна лишень одним способом - визначивши та науково обґрунтувавши екологічно допустимі для природних екосистем викиди основних галузей промисловості для конкретних екорегіонів. Для зон локальних техногенних геохімічних аномалій поряд з санітарно-гігієнічними ГДК необхідно започаткувати розробку системи екологічних гранично допустимих концентрацій, завданням яких буде захист екосистем від антропогенного впливу, а на їх основі - екологічних гранично допустимих викидів промислових підприємств. Такі дослідження потребують інформації щодо реакції різних структурно-функціональних блоків екосистем (атмосфери, педосфери, гідросфери, продуцентів, редуцентів і консументів) на антропогенне забруднення, їх системного аналізу для розробки критеріїв допустимого антропогенного навантаження на природні екосистеми.

Розвиток промислового виробництва на території Миколаївського району Львівської області, зокрема функціонування на його території на протязі більш ніж 50 років ВАТ „Миколаївцемент", викиди якого становлять 3% від валових викидів Львівської області, дає підстави віднести територію, прилеглу до джерела забруднення до локальної техногенної геохімічної аномалії та зумовлює актуальність комплексних екологічних досліджень надходження полютантів, їх акумуляції, міграції та реакції компонентів природних екосистем на тривале аеротехногенне забруднення кальцієвмісним пилом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри агроекології та біології Львівського державного аграрного університету за темою: „Розробити системи моніторингу природного середовища в умовах сільськогосподарського виробництва" (№ державної реєстрації 0100U02334).

Мета й задачі дослідження. Метою роботи було встановлення особливостей аеротехногенного забруднення території за рахунок діяльності ВАТ „Миколаївцемент", його впливу на автотрофний блок агроекосистем, забруднення ґрунтів важкими металами, якість рослинницької та тваринницької продукції з наступним обґрунтування критеріїв якості довкілля та екологічної безпеки населення, а також отримання даних для забезпечення задовільного управління станом природного середовища в зоні довготривалого впливу підприємств з виробництва цементу.

Основні задачі досліджень:

- вивчити особливості техногенного забруднення в зоні впливу ВАТ „Миколаївцемент";

- дослідити нагромадження полютантів компонентами агрофітоценозів;

- моделювання імпактного забруднення цементним пилом;

- встановити територіальний та профільний розподіл полютантів в ґрунтовому покриві території індустріального впливу,

- виявити реакції ґрунтової мікрофлори на забруднення;

- оцінити вплив діяльності промислового підприємства на якість рослинницької і тваринницької продукції регіону та стан абіотичних компонентів екосистем;

- обґрунтувати критерії оцінки якості довкілля та принципи екологічної безпеки населення в зоні впливу підприємства з виробництва цементу.

Об'єкт дослідження - аеротехногенне забруднення агроекосистем за рахунок діяльності підприємства з виробництва цементу та екологічна безпека населення зони техногенної геохімічної аномалії.

Предмет дослідження - закономірності надходження, акумуляції та міграції полютантів в зоні впливу підприємства з виробництва цементу та екологічна оцінка аеротехногенного забруднення території.

Методи досліджень. Методологічною основою досліджень була концепція екологічного моніторингу (В.А.Ковда) та наукові положення агроекології. Під час виконання роботи застосовували загальноприйняті в екології методи: польовий, експериментальний та лабораторний. В польових дослідженнях були застосовані: профільний метод класичного ґрунтознавства (В.В.Докучаєв), метод ключів та профільних трансект. В експериментальних дослідженнях використовували метод моделювання з внесенням цементного пилу. Лабораторні дослідження проводилися згідно з загальноприйнятими методиками, аналізи ґрунту та рослин виконані за атестованими і стандартизованими методиками. Вміст важких металів у ґрунтах визначали методом емісійно-спектрального аналізу на спарених спектрографах ДФС-13 і ИСП-30, а в рослинах, продукції тваринництва, воді - методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на ААС С-115ПК. Якісний і кількісний склад ґрунтової мікрофлори вивчали шляхом посіву на відповідні середовища.

Наукова новизна одержаних результатів. На прикладі аеротехногенного забруднення території в зоні впливу підприємства з виробництва цементу вперше проведено комплексну екологічну оцінку забруднення території викидами кальцієвмісного пилу. Оцінено кількісні й якісні особливості викидів підприємства, їх вплив на нагромадження важких металів автотрофним компонентом агроекосистем та проведено моделювання впливу цементного пилу на продукційні процеси в екосистемах. Вивчено латеральний та профільний розподіл важких металів у ґрунтовому покриві, проаналізовано еколого-геохімічну стійкість ґрунтів території до техногенного забруднення. Проведена оцінка якості питної води, рослинницької та тваринницької продукції, стану здоров'я населення та обґрунтовано критерії якості середовища з врахуванням необхідності забезпечення принципів екологічної безпеки та спільного сталого розвитку промислового виробництва та довкілля.

Практичне значення роботи. Проведена комплексна оцінка екологічної ситуації та обґрунтовано критерії якості довкілля в зоні впливу промислового підприємства з виробництва цементу. Отримані дані можуть бути використані для розробки рекомендацій та управлінських рішень для забезпечення задовільного керування станом довкілля з дотриманням екологічної безпеки населення, оцінки ризиків захворювання населення, а також для екологічної сертифікації підприємств з виробництва будівельних матеріалів.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що становлять зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. Відбір зразків, польові та лабораторні дослідження, аналіз й інтерпретація результатів, отриманих під час виконання роботи, їх опрацювання й узагальнення, підготовка наукових публікацій та виступів на конференціях виконані особисто дисертантом.

Апробація результатів дисертації Основні результати дисертації доповідалися та обговорювалися на регіональних і міжнародних конференціях, а саме: Міжнародній конференції, присвяченій 185-річчю ХДАУ ім..В.М.Докучаєва, м.Харків (2000); Міжнародному симпозіумі „Агробещади-2001", м.Лєско, Польща (2000); Міжнародній конференції, присвяченій 100-річчю присвоєння статусу академії ЛДАУ, м.Львів (2000); Міжнародній конференції, присвяченій 50-річчю заснування факультету земельного кадастру Державного аграрного університету Молдови, м.Кишинів (2000); Першій Міжнародній конференції „Нові методи грунтооберігаючого та екологічно безпечного землеробства в Україні", м.Львів (2000); Міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 10-й річниці конференції ООН з питань охорони навколишнього середовища та розвитку, м.Львів (2000); звітних наукових конференціях здобувачів і аспірантів ЛДАУ, мЛьвів.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 6 наукових праць, з них 3 - статті в періодичних виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел, який включає 369 найменувань (в тому числі 99 робіт іноземних авторів). Робота викладена на 208 сторінках, супроводжується 39 таблицями, 14 рисунками, 2 додатками.

Основний зміст роботи

Функціонування агроекосистем в умовах техногенезу

На підставі аналізу публікацій з'ясовано сучасний стан досліджень, які пов'язані з закономірностями впливу індустріальних емісій кальцієвмісного пилу на довкілля. Висвітлено важливість та актуальність досліджень впливу важких металів, які містяться у викидах підприємств з виробництва цементу на компоненти системи "ґрунт-рослина" в умовах аеротехногенного забруднення агроекосистем.

Програма, об'єкти і методика проведення досліджень

У розділі описана програма роботи, охарактеризовано територію, основні методи проведення маршрутних досліджень та закладення польових дослідів, а також виконання лабораторних аналізів. Територія досліджень представлена зоною впливу ВАТ ,,Миколаївцемент", в адміністративному аспекті вона обмежувалася межами Миколаївського району Львівської області. Дослідження аеротехногенного забруднення проводили на відстані 300-25000м від джерела забруднення за напрямками переважаючих вітрів. Перший маршрут закладений у північно-західному напрямку від джерела емісії, де переважають ґрунти Верхньодністровської низовини. Ця територія являє собою широку заплавну рівнину двох приток Дністра - річок Зубри та Щирка, переважають ґрунти дернові глейові піщані, з невисоким вмістом гумусу (1,97-3,96%) та нейтральною реакцію ґрунтового розчину (рН_водне 7,5). Другий напрямок досліджень закладений у південно-східному напрямку на першій надзаплавній терасі р.Дністер. Тут переважають світло-сірі опідзолені (рН_водне 7,32-7,41, вміст гумусу - 1,57-2,50%), сірі опідзолені (рН_водне 7,27, вміст гумусу - 2,76%) і лучні легкосуглинкові глейові ґрунти (рН_водне 6,7, вміст гумусу - 3,5%). Третій напрямок спрямований на захід від джерела техногенної емісії, де переважають дернові глейові ґрунти з рН_водним 6,8-7,3 та вмістом гумусу 2,0-2,5%. (рис.1).

Для оцінки нагромадження важких металів у рослинах було відібрано зразки рослин на різній віддалі від джерела забруднення відповідно до напрямків переважаючих вітрів. Для характеристики якості рослинницької продукції використовували зразки вико-вівсяної суміші, цукрового та кормового буряку, а для оцінки міграції важких металів - зразки криничної води, молока та кісток корів.

Лабораторні аналізи фізико-хімічних властивостей ґрунтів проводили згідно з загальноприйнятими методиками, а вміст важких металів у рослинних, тваринних і ґрунтових зразках визначали відповідно до методичних рекомендацій атомно-абсорбційного аналізу для ґрунтово-біологічних досліджень. Якісний та кількісний склад ґрунтової мікрофлори вивчали шляхом посіву на відповідні поживні середовища.

Достовірність отриманих результатів у роботі забезпечувалася відбором необхідної кількості зразків, підбором методик, які дають можливість достовірно оцінити величину вимірюваних параметрів, застосуванням методів математичного аналізу отриманих результатів. Виявлення закономірностей процесів та явищ проводилося методами регресивного аналізу із застосуванням комп'ютерних програм SigmaРlot 2.1. та Statistica 5.0, Exсel 2000.

Рис. 1. Локалізація джерела емісії та основні напрямки проведення маршрутних досліджень в зоні впливу ВАТ „Миколаївцемент”

З метою вивчення впливу цементного пилу на продукцію рослинництва закладали польовий дослід з картоплею сорту „Студент" та кормовим буряком сорту "Львівський жовтий" на дослідному полі кафедри агроекології та біології Львівського державного аграрного університету, розташованому на території Дублянсько-Малехівської гряди Грядового Побужжя. Ґрунти на дослідному полі належали до середньозмитих ясно-сірих опідзолених ґрунтів легкосуглинкового гранулометричного складу. Вони характеризувалися низьким вмістом гумусу (1,09%), нейтральною реакцією ґрунтового розчину (рН_водне - 5,6). Цементний пил вносили в кількостях, необхідних для вапнування даних ґрунтів. Розрахунок норми вапна проводили з врахування гідролітичної кислотності ґрунту, вмісту кальцію в цементному пилові та вимог вирощуваної культури до кислотності ґрунтового розчину. Повторність досліду - трикратна, облікова площа ділянки - 450м², внесення пилу проводили на глибину 10-15 см, фракція пилу <0,25мм. Було закладено п'ять варіантів досліду:

І. Контроль (без внесення цементного пилу).

II. Внесення повної дози нелокалізованого цементного пилу (5кг на 7,2м² ґрунту для однієї повторності перед посадкою культури), необхідної норми для вапнування ґрунту, розрахованої за величиною гідролітичної кислотності.

Ш. Внесення половинної дози нелокалізованого цементного пилу (2,5 кг на 7,2м² ).

IV. Внесення повної дози локалізованого цементного пилу (фільтрату) - 5кг на 7,2м² ґрунту.

V. Внесення половинної дози фільтрату локалізованого цементного пилу - 2,5кг на 7,2 м².

Впродовж польового досліду проводили фенологічні спостереження за основними фазами розвитку картоплі, після завершення досліду визначали вміст важких металів у ґрунті та в рослинницькій продукції, а також оцінювали товарну якість отриманого врожаю.

Природно-ресурсний потенціал й основні джерела забруднення агроекосистем досліджуваного регіону

У розділі наведено коротку фізико-географічну характеристику Миколаївського району, характеристику ВАТ "Миколаївцемент" як джерела забруднення довкілля, зокрема технологію виготовлення цементу, джерела та параметри пилевиділення, характеристику та ефективність роботи газоочисного устаткування. На підприємстві на даний час функціонує 85 стаціонарних джерел викидів забруднюючих речовин, а основний вклад у забруднення атмосфери вносять обертові печі - 4482 тони неорганічного пилу на рік. Лише 58% пилу вловлюється пилогазоочисними установками. За період 1999-2002 р.р. загальна кількість викидів неорганічного пилу становила 13088 тон. Виявлено, що внаслідок технологічної обробки сировини в цементному пилові містяться високі концентрації Mn, Zn, Pb та Cr (табл.1). Розраховано, що впродовж останніх десяти років викиди важких металів з нелокалізованим цементним пилом становили: Mn - 66316, Zn - 7374, Ni - 9208, Cu - 15472, Cr - 84729 кг. На період активної вегетації рослин (квітень-вересень) припадає 62% річних викидів важких металів, що в сумі становить 11505 кг. Дослідження локалізованого цементного пилу, що використовується для підвищення родючості ґрунтів у якості вапнякового та калійного добрива, показали, що він містить високі концентрації Mn, Cr, Pb, Ni та Cu (табл.1).

Таблиця 1

Вміст важких металів у цементному пилові, М+m, мг/кг

Вплив аеротехногенного забруднення на автотрофний блок агроекоcuстем

Особливості нагромадження важких металів різними компонентами агрофітоценозів. Наведено результати визначення вмісту важких металів у двох типах рослинницької продукції - надземній частині трав'яного угруповання вико-вівсяної сумішки та підземній частині - коренеплодах цукрових і кормових буряків (табл.2).

Достовірно більше нагромаджують елементів рослини, що вирощуються в південно-східному і північно-західному напрямках, в 2-4 рази менше - західному напрямку. Виявлено, що з віддаленням від джерела забруднення найбільше в надземній фітомасі нагромаджується Mn. Це пов'язано з його високим вмістом у викидах і зосередженням у дрібнодисперсній фракції пилу. Вміст Pb, Со, Nі знаходиться в межах середніх значень для цих типів сільськогосподарських культур. У коренеплодах вміст Mn, Cr, PB, Zn, які переважають у дрібнодисперсній фракції пилу збільшується з віддаленням від джерела техногенної емісії.

Таблиця 2

Вміст важких металів у компонентах агрофітоценозів на різній віддалі від ВАТ „Миколаївцемент", М+m, мг кг^-1 (n=5)

Моделювання імпактного забруднення автотрофного блоку важкими металами. Давнім агротехнічним заходом, що використовується сільським населенням є внесення локалізованого цементного пилу в ґрунти в якості мінерального добрива та для розкислення ґрунтів. З огляду на це було проведено польовий дослід для встановлення впливу цементного пилу на урожайність та вміст важких металів у продукції рослинництва. Для внесення до ґрунту використовували як нелокалізований цементний пил, що потрапляє у довкілля при виробництві цементу та локалізований, що осідає в пилевих камерах підприємства. Встановлено акумуляцію всіх елементів у репродуктивних органах культур. При внесення нелокалізованого цементного пилу під картоплю мало місце збільшення вмісту Cd - в 1,8-2,2, Cr - в 1,9-2,3, Cu - 1,1-1,3, Pb - 1,5-1,6 рази. Вищі значення зафіксовані при внесенні повної дози, порівняно з 0,5 дози цементного пилу. Для Ni і Zn відбувалося підвищення вмісту відносно контролю при внесенні повної дози цементного пилу - для Ni - в 1,3, а для Zn - в 1,2 рази. Для Co і Mn акумуляції порівняно з контролем не виявлено. Встановлено, що внесення локалізованого цементного пилу призвело до підвищення вмісту у бульбах картоплі Cd - в 2,4-2,6, Co - 1,3-1,5, Cr - 3,0-3,4, Cu - 1,2-1,3, Ni - 1,2, Pb - 2,1-2,0 і Zn - 1,2 рази. Високі значення також зафіксовані при внесення повної дози пилу. Для Mn нагромадження в обох варіантах досліду не встановлено. Схожа картина характерна і для нагромадження металів у коренеплодах кормового буряка (табл.3). Виявлено вищий вміст усіх елементів у коренеплодах на ділянках з внесенням цементного пилу в порівнянні з контролем. Внесення неповної дози пилу спричиняє менші рівні нагромадження, ніж внесення повної дози. Тобто, бульби і коренеплоди характеризуються схожим механізмом нагромадження металів, що вносяться з цементним пилом у ґрунти.

Таблиця 3

Вміст елементів у бульбах і коренеплодах після внесення цементного пилу в ґрунт дослідного поля, М+m, мг кг-¹(n=5)

Порівняння врожайності та вмісту крохмалю у бульбах картоплі після проведення польового досліду показало, що найвища урожайність була при внесенні 0,5 дози локалізованого цементного пилу, що перевищувала контрольні значення на 3,8%. Внесення нелокалізованого і повної дози локалізованого цементного пилу знижувало врожайність картоплі на 7-18%. Внесення локалізованого пилу дещо знижувало харчову цінність картоплі, оскільки спостерігалося зменшення вмісту крохмалю в середньому на 1,5% від контрольних значень.

Також виявлено зниження врожайності кормового буряка на 1,4-9,4% у разі внесенні цементного пилу. Внесення нелокалізованого цементного пилу призвело до зниження вмісту сухих речовин у товарній частині кормової культури у середньому на 0,7%, а локалізованого - на 0,3% у порівнянні з контрольними значеннями.

Вплив аеротехногенного забруднення на ґрунтовий блок агроекосuстем

Територіальний розподіл валових форм важких металів у ґрунтовому покриві зони індустріального впливу. Наведено результати визначення валового вмісту двох груп металів у ґрунтовому покриві території, які різняться за їх здатністю до аеротехногенного перенесення в залежності від того до якої фракції пилу вони належать. Так, Mn, Zn, Pb і Cr входять до складу тонкодисперсного пилу, тому їх вміст у ґрунтах може збільшуватися з віддаленням від джерела емісії. Виявлено, що вміст валових форм Mn збільшується з віддаленням від джерела емісії і його максимальні значення зафіксовані на віддалі 22-25 км від підприємства (рис.2).

Рис.2. Залежність вмісту валових форм Mn (А) і Zn (Б) в 0-20 см шарі ґрунтів від відстані в різних напрямках від джерела емісії

Для всієї території досліджень вміст Мn не сягає 0,5 ГДК, вміст Zn майже в усіх ґрунтах перевищує кларкові значення у 2-3 рази, що є наслідком техногенного збагачення цим елементом ґрунтів території досліджень. Вміст валових форм Сr коливається в межах 10-40 мг кг^-1. Величина нагромадження Рb знаходиться на рівні кларкових значень. Друга група металів, а саме Сd, Co, Ni та Cu, належать до елементів, вміст яких не залежить від відстані до джерела техногенної емісії, що пов'язано з їх незначним вмістом в нелокалізованому цементному пилові та невеликою різницею в порівнянні з концентрацією у фоновому атмосферному пилові. Встановлено, що вміст валових форм Со, Cu та Ni знаходиться на рівні або нижче фонових значень для регіонів з наявністю великих промислових підприємств. Вміст валових форм Сd знижується з віддаленням від джерела емісії в усіх напрямках, однак перевищує кларкові значення в два і більше разів, що також може бути наслідком техногенного концентрування цього елементу в зоні впливу підприємства. З огляду на агроекологічні вимоги до якості ґрунтів, землі сільськогосподарського призначення даної території стають непридатними для постійного вирощування просапних культур за рахунок підвищеного вмісту кадмію.

Залежність валового вмісту важких металів від фізико-хімічних властивостей ґрунтів. На досліджуваній території встановлена залежність між вмістом валових форм важких металів і кількістю органічної речовини у верхніх горизонтах ґрунтів. Так, коефіцієнти кореляції свідчать про тісний зв'язок між вмістом гумусу і акумуляцією Ni, Mn (r=0,70; r=0,57 відповідно), середній зв'язок виявлено для Cu, Cr і Zn (r=0,48; r=0,45; r=0,43) і слабкий - для Co і Pb (r=0,37; r=0,35), практично відсутня кореляція між вмістом органічного вуглецю і валових форм Cd. За інтенсивністю взаємозв'язку з органічною речовиною ґрунтів валові форми елементів формують ряд: Ni>Мn>Сu>Сr>Zn>Со>Рb>Cd.

Вміст рухомих форм важких металів у ґрунтах. Зважаючи на те, що всі ґрунти в зоні впливу ВАТ „Миколаївцемент” перебувають під впливом атмосферного надходження кальцієвмісного пилу, відбувається підлужнення ґрунту, яке змінює реакцію ґрунтового розчину. Лише на відстані 25 км від джерела емісії рН лучних ґрунтів наближається до фонового для ґрунтів аналогічного типу Львівської області, що свідчить про істотний вплив нелокалізованих викидів підприємства на ґрунтовий покрив регіону. Тобто, зона впливу ВАТ „Миколаївцемент” в південно-східному напрямку може бути обмежена 25 км відміткою. Виявлено, що територіальний розподіл вмісту рухомих форм важких металів, які переносяться з нелокалізованим цементним пилом співпадає з розподілом валових форм важких металів. Вміст рухомих форм важких металів в ґрунтах південно-східного напрямку на різній відстані від джерела забруднення є вищим, ніж в західному, проте майже у всіх випадках він перевищує ГДК, зокрема для Pb (в 2-8 разів), Cr (1,5-3,0 рази), Mn (в 3-10 разів), Zn (в 3-4 рази), Cd (в 2-3 рази) i Cu (в 2-3 рази). У ґрунтах зони впливу ВАТ „Миколаївцемент" частка рухомих форм Pb становить близько половини його валового вмісту - 44, тоді як Cd значно більше - 79%. Близько половини валового вмісту Ni та Cu також представлено рухомими формами (51 і 56% відповідно). Дещо менший вміст рухомих форм Mn (42%), Zn (43%) і Co (44%). Найнижча частка рухомих форм виявлена для Cr - 26%. 3а міцністю закріплення металів глинистою фракцією встановлений наступний ранговий ряд: Рb>Со>Ni>Cd>Zn>Сu. Тобто, такі властивості ґрунтів території як низький вміст фізичної глини і органічної речовини, зумовлюють високу рухливість важких металів, що надходять в ґрунти з нелокалізованим цементним пилом. Незважаючи на те, що вміст валових форм більшості важких металів не сягає рівня ГДК, частка їх рухомих форм становить 26-56% від валового вмісту в верхніх горизонтах ґрунтів, що в 2-10 разів перевищує рівні ГДК, тому екологічна ситуація в зоні впливу ВАТ,,Миколаївцемент" класифікується як передкризова. Основним компенсаторним фактором, що запобігає її переходу до кризової є надходження значної кількості кальційвмісного пилу, який підлужнює ґрунтовий розчин.

Особливості перерозподілу та міграції важких металів у ґрунтовому профілі. Дослідження проводили у ґрунтах різних типів агроекосистем: ріллі, сіножатях, пасовищі. Виявлено, що в північно-західному напрямку вміст валових форм Pb на відстані 1200-1400 м в верхніх 0-20 см є рівним або вищим від аналогічного на глибині 20-40 см (10,7-24,5 мг кг^-1). Вміст Cr у верхніх горизонтах є найвищим на відстані 300 м, а надалі він знаходиться на одному рівні в 0-20 і в 20-40 см (11-17 мг кг^-1). Профільний розподіл Mn близький до фонового на відстані 1200-1500 м, а на відстані 1600-1700 м його вміст знижується в 3 рази. Вміст Zn вищий в нижніх горизонтах, що вказує на його більшу рухливість в даних ґрунтових умовах. Для Cd, Co, Cu і Ni істотної різниці в верхніх 0-20 і нижніх 20-40 см не виявлено. В південно-східному напрямку для агроекосистеми, в якій не проводиться механізований обробіток ґрунту (пасовище в с.Верен), виявлено зниження вмісту всіх елементів в нижніх 5-10 см ґрунту (перехідному гумусовому горизонті), порівняно з верхніми 3-5 см (гумусовим горизонтом), за винятком Co.

Вплив забруднення на мікрофлору ґрунтів. Виявлено, що загальною закономірністю формування ґрунтової мікрофлори є збільшення чисельності бактерій в напрямку віддалення від джерела техногенної емісії та зниження чисельності кишкової палички. Обернена ситуація має місце для мікроміцетів, в верхньому оторфованому горизонті їх нараховується в 16 разів більше на відстані 7 км, ніж на відстані 1 км. Нижча чисельність мікроміцетів в ґрунті, збагаченому кальцієм пов'язана з конкуренцією сапротрофних бактерій за поживні речовини. Така закономірність залежності співвідношення сапрофітні бактерії/міксоміцети, зумовлена істотною різницею в кислотності ґрунтового розчину, спостерігається для лучного оглеєного грунту в с.Пятничани, де значення рН 4,55 зумовлює збільшення кількості мікроміцетів і пригнічення росту сапрофітних бактерій, а співвідношення сапрофітні бактерії/міксоміцети становить 1/92.

Екологічна оцінка аеротехногенного забруднення

Вплив важких металів на систему "ґрунт-рослина". Для проведення комплексної оцінки використовували систему відносних показників, з врахуванням валового вмісту елементів-забруднювачів та кількості їх рухомих форм в ґрунтах, а також концентрації цих форм в окремих частинах рослин. Виявлено, що найвищі коефіцієнти активного забруднення на відстані 500-1000 м в зоні впливу ВАТ „Миколаївцемент” характерні для Cr (2,66-1,30), Pb (2,76-1,75), Cd ( 1,24-0,66), Co (2,04-1,10). Для Cu активне забруднення спостерігається на усій дослідженій території, та є найвищим на відстані 7000-12000 м (1,72-1,81). Загальне забруднення надземної фітомаси судинних рослин відбувається за рахунок надходження з нелокалізованим цементним пилом Cr, Pb, Cd, Co і Cu. Ступінь загального забруднення надземної фітомаси рослин, що відбувається за рахунок аеротехногенного надходження і кореневого живлення, є найвищим для Pb (4,91) і Cr (2,53), нижчим для Cd (1,80) і Co (1,62), найнижчим - для Cu (1,18). Здатність ґрунтового покриву протистояти просуванню елементів-забруднювачів по трофічному ланцюгу за рахунок акумуляції їх в малорухомих формах виявлена лише для Mn (1,23), Pb (1,27) і Co (1,13), проте їх значення невеликі, що свідчить про низьку буферність ґрунтового покриву щодо їх забруднення важкими металами, що надходять з нелокалізованим цементним пилом.

Біогеохімічна міграція важких металів, якість тваринницької продукції, стан абіотичних компонентів агроекосистем та здоров'я населення. Підвищений вміст важких металів у ґрунтах та низька їх буферність спричиняє міграцію металів по ланцюгах живлення, зумовлюючи нагромадження в рослинних і тваринних організмах. Виявлено значне перевищення ветеринарно-санітарних нормативів вмісту Mn у кормах (у вико-вівсяній суміші у 2-З, у кормових буряках - в 5-8 разів). Перевищення цих норм у кормах зафіксоване і для Cr (у вико-вівсяній суміші - у 1,1-5,5, у кормових буряках - у 1,7-2,4 рази) (табл.4).

Для оцінки ймовірної інтенсивності міграції полютантів з кормів у тканини тварин було розраховано коефіцієнт переходу металів з кормів у кісткову тканину корів. Виявлено, що найвищим коефіцієнтом переходу характеризується Ni, високим - Cd (табл.5).

Параметрами екологічного ризику території також є вміст важких металів у продуктах харчування та питній воді. В молоці корів у всіх випадках виявлено перевищення ГДК в харчових продуктах для Pb у 1,8-2,0 рази.

Аналогічна картина спостерігається для вмісту важких металів у криничній воді в зоні впливу ВАТ „Миколаївцемент”. У західному напрямку від джерела техногенної емісії рівень свинцю у воді був на рівні ГДК, а в південно-східному напрямку перевищував ГДК для питної води в 1,5-2,0 рази.

Таблиця 4

Вміст важких металів у кормах, вирощених в зоні впливу ВАТ “Миколаївцемент”, мг кг^-1

Примітка: М-середнє значення, m - стандартне відхилення, Cv, % - коефіцієнт варіації

Таблиця 5

Вміст важких металів в кістках великої рогатої худоби та їх коефіцієнти переходу з кормів в кісткову тканину (n=5)

Примітка: М-середнє значення, m - стандартне відхилення, Cv, % - коефіцієнт варіації

Опосередкованим показником чистоти довкілля вважають загальний стан захворюваності населення. В результаті порівняння статистичних даних санітарно-епідеміологічної служби виявлено погіршення здоров'я населення району в порівнянні з суміжними районами, що проявляється найвищим показником загальної кількості захворювань та захворювань органів дихання.

Обґрунтування критеріїв оцінки якості довкілля в зоні впливу промислових підприємств з виробництва цементу

Для зони впливу ВАТ "Миколаївцемент” було використано комплекс критеріїв порушення екологічної рівноваги, що базується на визначенні аномалій вмісту хімічних елементів у рослинах, ґрунтах і природних водах (табл.6).

Таблиця 6

Ранжування екологічного стану агроекосистем за біогеохімічними критеріями

За більшістю критеріїв сучасна ситуація у зоні впливу підприємства відповідає зоні екологічного ризику, особливо це стосується сектора розташованого в південно-східній частині Миколаївського району, де окремі показники, зокрема рухомих форм важких металів та якості питної води належать до класу екологічної кризи. Західний сектор Миколаївського району за вмістом елементів у фітомасі та валових форм у ґрунтах належить до зони екологічної норми, що дозволяє характеризувати умови життя населення як задовільні. Ситуація в зоні впливу підприємства ускладнюється низькою буферність ґрунтів, що не може запобігати міграції полютантів по трофічних ланцюгах.

ВИСНОВКИ

Отримані дані щодо впливу ВАТ „Миколаївцемент" на стан компонентів агроекосистем та екологічну ситуацію в зоні впливу дозволили дійти наступних висновків:

1. Діяльність підприємства з виробництва цементу зумовлює надходження в атмосферу нелокалізованого неорганічного пилу, до складу якого поряд з інертними частинками входять токсичні сполуки та важкі метали. Пил містить від 15 до 99% тонкодисперсних фракцій, що зумовлює його перенесення на відстані до 25 км від джерела забруднення. В нелокалізованому цементному пилові присутні значні концентрації Мn, Zn, Рb, Ni, Сu, Сr. При виробничій потужності підприємства в 900 тис. тон цементу на рік щорічне надходження важких металів на територію в зоні впливу підприємства становить 25,5 тонн, зокрема Мn - 9223, Zn - 1025, Pb - 112, Cd - 11, Ni - 1116, Со - 85, Сu - 2152, Сr - 11784 кг відповідно.

2. Аеротехногенне перенесення важких металів з нелокалізованими пиловими викидами супроводжується нагромадженням їх в компонентах автотрофного блоку агроекосистем. Достовірно більше нагромаджують елементів надземні частини рослини (вико-вівсяної суміші), ніж підземні органи (коренеплоди цукрового і кормового буряків), що вирощуються в південно-східному і північно-західному напрямках

3. При використанні неорганічного пилу в якості мінерального добрива відбувається збільшення в бульбах картоплі та коренеплодах кормового буряку вмісту Cd (в 1,8-2,2), Cr (в 1,9-2,3), Cu (в 1,1-1,3), Ni (в 1,3), Zn (в 1,2) та Pb (в 1,5-1,6 рази) порівняно з контролем. Вищі значення зафіксовані при внесенні повної дози цементного пилу.

4. Внаслідок тривалого функціонування підприємства на території Миколаївського району формується біогеохімічна аномалія зумовлена техногенною концентрацією в ґрунтах Zn і Cd з величинами, що перевищують фонові (кларкові) значення в 2-3 рази в південно-східному та західному напрямках на відстані до 25 км. На відстані 0,3-0,6 км, за рахунок вмісту в ґрунтах валових форм Сd на рівні ГДК, землі сільськогосподарського призначення стають непридатними для постійного вирощування просапних культур.

5. Основні фізико-хімічні властивості ґрунтів території, прилеглої до ВАТ „Миколаївцемент", зумовлюють високу рухливість важких металів, що надходять в ґрунти з нелокалізованим цементним пилом. Незважаючи на те, що вміст валових форм більшості важких металів не сягає рівня ГДК, частка їх рухомих форм становить 26-56% від валового вмісту в верхніх горизонтах ґрунтів, що в 2-10 разів перевищує рівні ГДК.

6. Ґрунтовий покрив в зоні впливу підприємства характеризується низькою буферною здатністю, оскільки на території переважають піщані і легкосуглинкові ґрунти, а тому можливість зв'язування важких металів з мулистою фракцією ґрунтів є обмеженою. Низька буферність ґрунтів пов'язана з незначним вмістом органічної речовини (1,97-3,96% гумусу) в ґрунтах сільськогосподарського використання, на відміну від фонових ґрунтів території (3,71-5,53%). Привнесення кальцієвмісного пилу спричиняє підлужнення ґрунтів, що запобігає повному переходу валових форм важких металів у їх рухомі сполуки.

7. Загальною закономірністю формування ґрунтової мікрофлори в зоні впливу аеротехногенного забруднення є збільшення чисельності сапрофітних бактерій в напрямку віддалення від джерела техногенної емісії та зниження чисельності патогенної мікрофлори. Виявлено, що кількість бактерій у ґрунтах в південно-східному напрямку збільшується з віддаленням від джерела емісії в 18-35 разів на відстані 7-12 км, а кишкової палички зменшується в 2,5-3,6 рази.

8. За відносними показниками забруднення території, прилеглої до ВАТ „Миколаївцемент" виявлено, що за рахунок аеротехногенного надходження в ґрунтах регіону відбувається нагромадження таких важких металів як Cu, Cr, Zn, Cd, Co та Pb, a високі показники активного забруднення ґрунтів Cr, Pb, Co та Cu свідчать, що може відбуватися міграція важких металів по трофічних ланцюгах.

Встановлено загальне забруднення надземної частини вико-вівсяної суміші Pd, Cr, Cd і Co. Це зумовлює зниження якості сільськогосподарської продукції, зокрема молока, для якого у всіх випадках встановлено перевищення ГДК для Pb в 1,8-2,0 рази. Окрім того, виявлено значне перевищення ветеринарно-санітарних вимог вмісту Mn у кормах, які вирощуються у зоні впливу підприємства, для вико-вівсяної суміші в 2-3 рази, а для кормових буряків - в 5-8 разів.

У зоні впливу підприємства відбувається техногенне забруднення криничної води сполуками Pb. Лише в західному напрямку рівень Pb в криничній воді був на рівні ГДК, а в південно-східному напрямку перевищував ГДК для питної води в 1,5-2,0 рази.

9. Наявність потужного джерела забруднення атмосферного повітря зумовлює погіршення здоров'я населення Миколаївського району, що проявляється як збільшенням загальної кількості захворювань так і захворювань органів дихання в порівняні з аналогічними показниками суміжних адміністративних районів.

10. Досліджувана територія належить до зони екологічного ризику, що зумовлюється як основними характеристиками природних екосистем цієї території так і техногенним впливом потужного промислового підприємства з виробництва цементу. Сучасний рівень техногенного навантаження наближається до повної екологічної техноємкості цього регіону, тому збільшення потужностей діючого підприємства чи будівництво інших може призвести до погіршення екологічної ситуації та переходу цієї території від зони екологічного ризику до зони екологічної кризи.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Обмежити використання локалізованого цементного пилу у якості добрива або для вапнування кислих ґрунтів.

2. Для зменшення надходження металів з ґрунтів до продукції сільського господарства збільшити використання органічних добрив, що дозволить знизити потік металів з низькогумусних ґрунтів у рослини. Запобігати підвищенню кислотності ґрунтів території для зменшення рухомості важких металів, що викидаються з нелокалізованим цементним пилом та їх ймовірної міграції з ґрунтів сільськогосподарського призначення по трофічних ланцюгах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Снітинський В.В., Пузенко Д.М., Якобенчук В.Ф. Техногенне забруднення довкілля при виробництві цементу // Вісник Харківського державного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва: Ґрунтознавство, агрохімія, землеробство, лісове господарство. - 2001. - №4. - С.71-74. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз)

2. Якобенчук В.Ф., Пузенко Д.М. Забруднення території, прилеглої до Миколаївського цементного комбінату // Вісник Львівського державного аграрного університету: Агрономія. -2001. - №5. - С.36-38. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз)

3. Снітинський В.В., Пузенко Д.М., Якобенчук В.Ф. Техногенне забруднення продукції харчування важкими металами при виробництві цементу // Вісник Львівського державного аграрного університету: Агрономія. - 2002. - №6. - С.3-5. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз)

4. Snitynskyi W.V., Puzenko D.M., Jakobenchuk W.F., Jakobenchuk T.G. Technogenik pollution of environment in case of cement production // Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H.Kollataya w Krakowie: Przyrodniczo-ekonomiczne aspekty zrownowazonego rozwoju rolnictwa w rajonie Karpat.- Krakow, 2001. - S.3-7. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз)

5. Снитынский В.В., Пузенко Д.Н., Якобенчук В.Ф. Загрязнение внешней среды при техногенных выбросах Николаевского цементного предприятия // Probleme actuale in domeniul imbunatatiril or funciare, cadastrului si a organizarii teritoriului. Lucrari stiintifice ale conferintei internationale consacrate jubileului de 50 ani de la fondarea facultatii. - Chisinau. - S.23-26. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз)

6. Снітинський В.В., Пузенко Д.М., Якобенчук В.Ф. Вплив токсичних важких металів на едафон грунту // Еколого-економічні проблеми розвитку АГОС. Матеріали міжнародної науково-практичної конференції, присвяченій 10-й річниці конференції ООН з питань охорони навколишнього середовища та розвитку.- Львів. - 2002. - Т.1. - С.87-90. (Особистий внесок: виконання експериментальної частини, статистична обробка результатів та їх аналіз).

АНОТАЦІЇ

Пузенко Д.М. Вплив викидів цементного виробництва на стан агроекосистем Передкарпаття. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16. - екологія - Дніпропетровський державний аграрний універcuтет, 2005.

На прикладі агроекосистем Передкарпаття, що знаходяться в зоні впливу підприємства з виробництва цементу проведено комплексну екологічну оцінку забруднення території викидами кальцієвмісного пилу. Здійснена оцінка кількісних і якісних особливостей викидів підприємства, їх впливу на нагромадження важких металів (Mn, Zn, Pb, Cd, Ni, Co, Cu, Cr) автотрофним компонентом агроекосистем. З віддаленням від джерела забруднення в рослинах відбувається підвищене нагромадження Mn, Cr, Pb, Zn. агроекосистема забруднення рослинницький тваринницький

Проведено моделювання впливу цементного пилу на якість і кількість продукції рослинництва. При використанні цементного пилу в якості мінерального добрива відбувається підвищення в бульбах картоплі і коренеплодах кормових буряків вмісту Cd, Cr, Cu, Ni, Zn, Pb у порівнянні з контролем.

Вивчено територіальний та профільний розподіл важких металів у ґрунтовому покриві території індустріального впливу, проаналізовано еколого-геохімічну стійкість ґрунтів території до техногенного забруднення. Низький вміст фізичної глини і органічної речовини у ґрунті обумовлюють високу рухомість важких металів (рухомі форми складають 25-56% від валового вмісту).