Влияние тепловых электростанций на экологическую обстановку прилегающих территорий

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «ВЛИЯНИЕ НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС НА СОДЕРЖАНИЕ

3,4-БЕНЗ(А)ПИРЕНА В ПОЧВАХ»

 

 

Студент 4 курса очной формы обучения М.Ю. Гусакова

Научный руководитель: д.б.н., проф. Т.М.Минкина

Рецензент: к. с.-х.н.,доц Л.Ю.Гончарова

Нормоконтролер: И.В.Замулина

 

 

 

Г. Ростов-на-Дону

2010

 

Реферат

 

Объем работы – 34 страницы, 3 рисунка, 6 таблиц, 43 использованных источников.

Задачей исследований явилось определить содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почвах и в вегетативной части растительности, прилегающих к Новочеркасской ГРЭС. Предметом исследования служили почвы, растения, расположенные на удалении от 1 до 20 км от Новочеркасской ГРЭС. Исследования содержания ПАУ в почвах было проведено методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Содержание ПАУ в почвах и растениях изучалось на примере 3,4 – бенз(а)пирена.

Установлено превышение предельно допустимых концентраций содержания 3,4–бенз(а)пирена в почвах и растениях всех исследуемых точек.

Проведенные исследования – часть совместной работы специалистов научно – образовательного эколого–аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России (Ростова–на–Дону), директором которого является к.х.н., Борисенко Н. И.; и сотрудников Донского государственного аграрного университета (п. Персиановский), под руководством д.б.н., проф. Назаренко О. Г.

Изучение содержания 3,4 – бенз(а)пирена в почвах и растениях данного района было проведено в 2009г.

Ключевые слова: ПОЧВА, РАСТЕНИЕ, ПОЛИЦЕКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ, 3,4 – БЕНЗ(А)ПИРЕН, НОВОЧЕРКАССКАЯ ГРЭС, ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ, МОНИТОРИНГ, СВОЙСТВА ПОЧВЫ.

 

Оглавление

 

Список сокращений

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Влияние тепловых электростанций на экологическую обстановку прилегающих территорий

1.2 Структура, химические и физические свойства ПАУ

1.3 Источники поступления ПАУ в окружающую среду

1.4 Естественные источники ПАУ

1.5 Антропогенные источники ПАУ

1.6 Система ПАУ–почва

1.7 Перемещение и разрушение ПАУ в почве

1.8 ПАУ в растениях

1.9 Влияние 3,4–бенз(а)пирена на организм человека

2. Объекты и методика исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методика исследования

3. Результаты исследования

Выводы

Список использованных источников

 

Список сокращений

 

БП - 3,4-бенз(а)пирен

НчГРЭС – Новочеркасская ГРЭС

ПАУ – полициклические ароматические углеводороды

ПДК – предельно допустимая концентрация

ТЭС - тепловая электростанция

 

Введение

 

Вследствие бурного развития промышленности в последнее время увеличилось количество вредных выбросов в атмосферу. При этом в районах промышленных предприятий образовались высокие уровни загрязняющих веществ в атмосфере, водах, почвах и растениях.

Избыточный приток продуктов техногенеза привел к нарушению устойчивых равновесий в природных экосистемах и в ряде случаев явился причиной их частичного или полного разрушения.

Ежегодные сведения по мониторингу окружающей среды, представленные в Государственном Докладе «О состоянии окружающей среды Ростовской области» 1997 году подтверждают статус города Новочеркасска как зоны чрезвычайной экологической ситуации.

В городе расположены более 190 крупных и мелких промышленных объектов, оказывающих негативное влияние на состояние различных объектов окружающей среды (Белоусова,2001).

ОАО «Новочеркасская ГРЭС» (НчГРЭС) одна из крупнейших тепловых электростанций России – является основным источником выбросов загрязняющих веществ не только в городе Новочеркасске, но и во всей Ростовской области. По данным Новочеркасского межрайонного комитета по охране окружающей природной среды, объемы выбросов НчГРЭС превышают 200 тыс. тонн в год, что составляет 50 % всех выбросов загрязняющих веществ в Ростовской области и 1 % в Российской Федерации (Экология Новочеркасска,2001).

Новочеркасская ГРЭС расположена всего в 7.5 км юга–восточнее города, поэтому 99 % выбросов приходится на селитебные зоны, т. к. построена электростанция по отношению к городу без учета розы ветров. Проектная десяти километровая санитарно–защитная зона не соблюдается. Станицы Заплавская, Кривянская и восточная часть Новочеркасского холма целиком попадают в подфакельное пространство.

Крайне отрицательное влияние на экологическую обстановку в городе и на прилегающих территориях усиливается еще и тем, что топливо, используемое на предприятии, не соответствует требованиям качества.

Станция ежегодно потребляет 4.5–4.7 млн. тонн угля, 0.7 млн. тонн мазута и 380 млн. м³ газа. Уголь поступает на станцию без переработки на обогатительных фабриках. Фактически на НчГРЭС используется уголь марки «АШ» с зольностью и сернистостью, значительно превышающими проектные. Уголь поставляемый на НчГРЭС обогащен широким спектром тяжелых металлов и токсичных элементов (Cu²⁺, Zn²⁺, Hg⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, и др.), а также радионуклидами (Экологический мониторинг почв Ростовской области, 2005).

Основными компонентами выбросов ОАО НчГРЭС являются зола, сернистый ангидрид, оксиды азота, сажа (свыше 30 тонн в год), пятиокись ванадия (около 8 тонн в год), оксид железа (свыше 5 тонн в год), хромовый ангидрид (около 0.1 тонны в год), фтористый водород (7 кг в год) и др. В золе сохраняется до 85 % содержащихся в исходном угле химических элементов. Несомненно, НчГРЭС является также и крупнейшим источником техногенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), являющимися продуктами сгорания органического топлива.

Известно огромное количество ПАУ. Соединения этой группы широко распространены и встречаются практически во всех сферах окружающей человека среды. Еще в 1996 году работы Л. М. Шабада (1979) и его школы показали, что наиболее токсичный представитель этого класса органических соединений 3,4-бенз(а)пирен служит индикатором для всех ПАУ.

В нашей стране не только 3,4-бенз(а)пирен подлежит обязательному контролю, но он, из известных ПАУ является наиболее изученным.

На данном этапе развития технологий, в ярко выраженном отрицательном их влиянии на процессы обмена веществ в живых организмах, нет никаких сомнений в актуальности проведения масштабных исследований в этой области.

Почвенный покров и растения выступают в качестве депонирующих эти соединения сред, поэтому, определение содержание количества 3,4-бенз(а)пирена в почве и растениях может служить важной характеристикой, определяющей состояние техногенного агроландшафта и приближает к ответу на вопрос, который волнует нас уже давно «Откуда ждать следующего подвоха от, изнывающей под техногенным натиском, природы?».

Актуальность темы исследований. Изучение особенностей аккумуляции представителя класса полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), поллютанта первого класса опасности, канцерогена и мутагена 3,4-бенз(а)пирена легло в основу экологической оценки состояния территорий зоны влияния Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС).

Экологическое состояние изучаемых территорий оценивалось в соответствии с методиками, утвержденными государственными природоохранными органами. Рекомендуемые в них методические подходы несовершенны, и результатом их использования является оценка отдельных природных сред, а не всей экосистемы в целом. Возникает необходимость разработки показателя, с помощью которого можно было бы дать максимально объективную оценку состояния экосистемы, испытывающей техногенное воздействие.

Целью исследования являлось:

Изучить содержание 3,4–бенз(а)пирена в почвах и растениях зоны влияния Новочеркасской ГРЭС

Задачи:

1. Провести оценку тенденций накопления 3,4 – бенз(а)пирена в почвах и растениях, зоны влияния Новочеркасской ГРЭС;

2. Определить дополнительные источники эмиссии поллютанта;

3. Выявить особенности аккумуляции 3,4 – бенз(а)пирена в зависимости от расположения по отношению к основному источнику выбросов и адсорбционных свойств почвы;

4. Выявить слои наиболее интенсивной аккумуляции поллютанта.

Проведенные исследования – часть совместной работы специалистов научно – образовательного эколого – аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России (Ростова–на–Дону), директором которого является к.х.н., Борисенко Н.И.; и сотрудников Донского государственного аграрного университета (п. Персиановский), под руководством д.б.н., проф. Назаренко О.Г.

 

Обзор литературы

Естественные источники ПАУ

 

Реальный источник природных ПАУ в современных и древних осадках, а также в почвах–это воздействие глубинного тепла Земли на захороненное в них органическое вещество. Состав ПАУ при этом будет зависеть от мощности и длительности теплового потока, каталитических свойств пород и типа органического вещества. 3,4-бенз(а)пирен и другие ПАУ возникают в результате вулканической деятельности. А. П. Ильницкий и его сотрудники (1975), исследуя образцы вулканического пепла и лавы, обнаружили различные (но отличающиеся, как правило, не более, чем на порядок), уровни содержания ПАУ; так, в пепле вулкана Тятя (остров Кунашир) концентрация БП составляла до 0,4 мкг/кг, а вулкан Плоский Толбачик (полуостров Камчатка) до 5,5-6,1 мкг/кг. Авторы подсчитали, что при современном уровне вулканической активности ежегодно в биосферу Земли поступает до 24 тонн БП с пеплом вулканов и, по-видимому, от нескольких десятков до сотен тонн с лавой (таблица 1).

К природным источникам ПАУ в осадочных образованиях и почвах можно условно отнести и лесные пожары как современные, так и в прошлые геологические эпохи. В этот список целесообразно включить и вулканические выбросы, выходы гидротермальных источников, аномалии тектонически-активных зон. Все вышеперечисленное–это источники, связанные с высокотемпературными проявлениями. ПАУ образующиеся таким путем, практически не отличаются от ПАУ антропогенного происхождения. Образование ПАУ может происходить в почвах из погребенной биоты древних и современных отложений.

Механизм образования углеводородов при вулканических и гидротермальных проявлениях заключается в последовательной абиогенной поликонденсации простых органических веществ, приводящей к постепенному усложнению и укрупнению молекул. Для тектонически-активных зон (особенно в местах выхода в богатые биотой отложения) механизмом образования ПАУ может быть разложение органического вещества под действием высокой температуры–пиролиз.

 

Таблица 1

Современный фоновый уровень 3,4–бенз(а)пирена в биосфере (Ильницкий и др., 1975)

Объект изучения	Содержание БП. нг/г сухого вещества
Атмосферный воздух, мкг/м3	0,0001–0,0005
над континентом	0,00001
над океаном	до 1-5*
Почва Растительность	до 1–5
Пресноводные водоемы вода (мкг/л)	0,0001
донный песок	до 1–3
водные растения	до 1–3

 

Для некоторых почв (чернозем, торфяники) характерен более высокий уровень БП (15 – 20 нг/г), что определяется спецификой этих почв (высокое содержание органических веществ, микробный состав и т. д.)

В древних (породы) и современных (почвы) отложениях образование ПАУ связано с относительно низкотемпературным (не более 200^оС) преобразованием органического вещества, источником которого является погребенная биота.

Экспериментально доказана и возможность синтеза ПАУ различными микроорганизмами и растениями, этим путем в биосферу поступает ежегодно до 1000 тонн 3,4 – бенз(а)пирена (Девдариани, 1992).

 

Антропогенные источники ПАУ

 

Антропогенные ПАУ, являются продуктами пиролиза органического сырья (нефти, угля, торфа, сланцев), наиболее интенсивно протекающего при температурах порядка 700 градусов. ПАУ поступают в атмосферу в виде частиц сажи (продукт неполного сгорания топлива), в адсорбированном состоянии на поверхности твердых частиц–оксидов или солей металлов, пыли.

К настоящему времени выявлены сотни ПАУ и их аналогов, обладающих в большей или меньшей степени канцерогенной и мутагенной активностью и отнесенных к группе антропогенных углеводородов.

Основные антропогенные источники ПАУ:

1) стационарные, т.е. промышленные выбросы от коксохимических, металлургических, нефтеперерабатывающих и иных производств, а также отопительных систем и предприятий теплоэнергетики;

2) передвижные, т.е. наземный в основном, автомобильный транспорт, авиация, водный транспорт. Установлено, что только за одну минуту работы газотурбинный двигатель современного самолета выбрасывает в атмосферу 2–4 мг 3,4–бенз(а)пирена. Даже приблизительные расчеты показывают, что в атмосферу от этого источника ежегодно поступает более 5000 т. 3,4-бенз(а)пирена.

Больше половины эмиссии приходится на производство энергии и на промышленные выбросы предприятий, работающих на угле. В крупных городах заметный вклад ПАУ дают выхлопные газы транспорта. Автотранспорт в настоящее время является наиболее интенсивным источником загрязнения окружающей среды. В отработанных автомобильных газах идентифицировано более 60 органических соединений. Кроме 3,4 бенз(а)пирена присутствуют и другие, не менее опасные ПАУ, проявляющие высокую мутагенную и канцерогенную активность, бенз(а)антрацен, бензфлуорантен, дибензантрацен и др (Шабад, 1982).

Значительная доля осажденных на почве загрязнителей уносится в дальнейшем ливневыми, паводковыми водами в реки, пруды, мигрирует в подземные водные пласты. В силу ограниченной растворимости некоторая часть ПАУ накапливается в донных отложениях и постепенно вновь поступает в воду. Канцерогенные соединения из почвы, воды и воздуха частью переходят в живой мир растений, ткани животных и рыб в организм человека,непосредственно или в составе пищевых продуктов (табл 2).

 

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации 3,4- бенз(а)пирена (по принятым в России нормам)

Природный объект	ПДК 3,4 бенз(а)пирена
Вода	5нг/г
Почва	20нг/г
Воздух	150 нг/м3

 

Система ПАУ–почва

 

Почвы играют роль своеобразного «депо», куда ПАУ попадают в результате антропогенных выбросов и природных поступлений (атмосферные осадки, останки растений, в последние годы и с используемыми в качестве удобрений различными бытовыми и промышленными отходами). Их наличие в почвах может играть индикаторную роль, отражая наличие источника загрязнения. Исследования генезиса, превращений и особенностей поведения ПАУ в почвах, особенно охватывающие широкую гамму этих соединений, пока еще не многочисленны.

Буквально единичные публикации посвящены анализу распределения гаммы ПАУ по генетическому профилю почв в связи с почвообразовательными процессами и характером техногенного воздействия на почвенный покров.

Между тем система ПАУ–почва очень информативна. С одной стороны почвы представляют собой достаточно устойчивую среду, в которой можно вполне корректно осуществлять наблюдение за эволюцией состава ПАУ и использовать их как маркеры почвообразовательного процесса. С другой стороны, изучение молекулярного состава данных соединений перспективно для получения информации о путях образования каждого молекулярного типа, особенностях их накопления и распределения в почвах фоновых и техногенных территорий и о функциональном состоянии почв (Геннадиев, 1990).

В силу своих химических и физических свойств почва являет собой нечто уникальное, способное принять, отдать, преобразовать, организовать, дезорганизовать и т. п. все, что бы с ней не соприкоснулось. ПАУ естественно не являются исключением.

Поступающие в почву ПАУ могут перемещаться по почвенному профилю с почвенным раствором, связываться с твердыми фазами почвы и взвесями почвенного раствора, трансформироваться в другие соединения. Возможен вариант накопления ПАУ сопровождающийся скоплением полезных ископаемых, то есть, загрязнение почвы при разработке месторождений. Из почвы ПАУ могут перемещаться в растения, воду и воздух. При проведении исследований было выяснено, что многие почвенные микроорганизмы (сапрофиты, кишечная палочка, грибы, актиномицеты) оказались высокочувствительными к действию ПАУ, что изменяет сложившиеся микробиоценозы и влияет на биологическую продуктивность почвы. Так, внесение в почву 3,4–бенз(а)пирена в концентрациях 40–100 мкг/кг резко угнетает рост сапрофитных микроорганизмов, но стимулирует размножение кишечной палочки и грибов, главным образом, актиномицетов. Именно из почвы ПАУ поступают в подземные части растений, что подтверждается установленной корреляцией между содержанием БП в почве и, например, в клубнях картофеля (Худолей, 1996).

Концентрация ПАУ в почве зависит от ландшафтной–геохимической структуры и характера функционирования природной системы, в которой находится почва, интенсивности поступления ПАУ в почву. Вниз по профилю происходит уменьшение их содержания, достигая минимальных значений в материнских породах (Безуглова, 2001).

Исследования содержания 3,4–бенз(а)пирена (Геннадиев, 1990) показали, что контрастность его накопления в почвах зависит от их генетического типа. Максимальное содержание 3,4–бенз(а)пирена на незагрязненной территории (север Западной Сибири) было обнаружено в верхнем горизонте исследуемой почвы и составило 14,6 нг/ г. Минимальные концентрации 3,4–бенз(а)пирена были зафиксированы в минеральных субстратах тундрово–глеевых почв и в подзолах иллювиально–железистых. Слабая подвижность 3,4-бенз(а)пирена была отмечена в почвенном профиле, несмотря ни на интенсивную вертикальную миграцию почвенных растворов, ни на легкий гранулометрический состав почв. По данным (Геннадиев, 1990.), концентрация 3,4-бенз(а)пирена от 7 до 22 раз больше на глубине 0-5 см, чем на глубине 5-20 см.

В связи с интенсивно развивающейся промышленностью, ростом количества единиц транспорта, содержание ПАУ в верхних горизонтах почв возрастает прямопропорцинально темпам развития. Например, в верхнем слое почвы Ротамстедской опытной станции (Великобритания), где единственным источником ПАУ могли быть только атмосферные выпадения, содержание ПАУ увеличилось от 250-300 нг/г до 1700-1800 нг/г с 1850 по 1985 год. С наибольшей скоростью нарастало содержание бензфлуорантена, флуорантена, пирена и 3,4-бенз(а)пирен.

На уровень содержания ПАУ в почвах наряду с источниками загрязнения влияет и латеральное перераспределение поллютантов в связи с особенностями мезо и микрорельефа. Ареалы наиболее загрязненных почв чаще приурочены к отрицательным формам поверхности. Почвы элювиальных позиций загрязнены в меньшей степени в связи с выносом поллютантов плоскостным смывом и внутрипочвенным стоком вниз по склону.

Согласно результатам, раннее проводимых исследований, диапазон содержания 3,4-бенз(а)пирена составляет в среднем: для США 90-1300 нг/г, для ФРГ 8-82 нг/г, для Франции 2-170 нг/г, России 0,1-350 нг/г, Исландии 0-785 нг/г. Наибольшие концентрации ПАУ были установлены в районах прилегающих к городам, наименьшие в удаленных от них лесных массивах.

ПАУ в растениях

Поллютант, 3,4 – бенз(а)пирен может синтезироваться растениями, поступать в подземные органы из почвы и надземные части растений из атмосферы. Отмечено, что в индустриальных районах содержание в растениях 3,4 – бенз(а)пирена существенно выше, чем у тех же видов, собранных в «чистых» районах и превышает фоновый уровень (табл.3). Более того, установлено, что лекарственные растения, произрастающие в непосредственной близости от оживленных автомагистралей, содержат повышенное количество 3,4 – бенз(а)пирена (Девдариани, 1992). Загрязнение пищевых растение 3,4 –бенз(а)пиреном в большей степени зависит от техногенных факторов (промышленных выбросов) и от степени удаления от источника выбросов.

 

Таблица 3

Влияние источников атмосферных выбросов на содержание 3,4 – бенз(а)пирена в различных пищевых растениях (Девдариани, 1992)

Пищевые растения	Место произрастания	3,4 – бенз(а)пирен, нг/г сухой массы
Рожь	Сельская местность	0,2-0,4
	Заводской район	4,0
Яблоки	Сельская местность	0,1-0,5
	Заводской район	До 60
Сливы	-	27
Салат	-	150
	250 м от завода по производству сажи	60
Картофель	Сельская местность	До 1
	Заводской район	23
Капуста	Сельская местность	До 2
	Нефтехимический завод	20
	Углехимический завод	50
Шпинат	-	28
Томаты	-	1,8
Морковь	Сельская местность	0,1
	Нефтехимический завод	12

 

Установлено, что ПАУ обладают способностью усиливать рост и размножение ряда растений. Впервые это было показано на водорослях Obelia genikulata еще 60 лет назад. С тех пор многочисленными исследованиями подтверждено, что в малых концентрациях бенз(а)пирен и другие ПАУ обладают ростостимулирующим действием.

 

1.9 Влияние 3,4–бенз(а)пирена на организм человека

 

В качестве показателя присутствия канцерогенных ПАУ в природных объектах чаще всего определяют именно 3,4-бенз(а)пирен, который является индикатором загрязненности объекта ПАУ и сильнейшим мутагеном. Присутствие 3,4-бенз(а)пирена в любом количестве опасно для живого организма, так как, в организме он под действием ферментов вызывает реакции чуждые и несвойственные природе человека, образуются эпоксисоединения, реагирующие с гуанином, что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушение или приводит к возникновению мутаций, способствующих развитию раковых заболеваний.

В организм человека 3,4–бенз(а)пирен может поступать по средствам таких «проводников», как:

воздух;

вода;

пища.

3,4–бенз(а)пирен идентифицирован в табачном дыму (20-40 м кг/сигарету), дыму марихуаны (29 нг/сигарету), городском воздухе (0,05-74 нг/м³), выхлопных газах бензиновых двигателей (50-81 нг/л топлива), выхлопах дизельных двигателей (2-170 нг/кг экстракта), отработанных машинных маслах (5,2-35,1 нг/кг), загрязнениях водоемов (0,2-13000 нг/л), чае (3,9-21,3 нг/кг), кулинарных продуктах и др (Медико-биологические требования,1990).

Ежемесячные наблюдения Новочеркасского городского Центра экологической информации и мониторинга, свидетельствуют об устойчивом превышении ПДК бенз(а)пирена (7,98 ПДК), максимальная концентрация которого была зарегистрирована в районе ЖБИ (10,57 ПДК), медсанчасти, НЕВЗа (8,94 ПДК) и м. Новоселовка (8,6 ПДК) (Белоусова, 2001).

Так как 3,4-бенз(а)пирен является продуктом неполного сгорания ароматических углеводородов, то естественно его присутствие в выбросах автотранспорта. Поэтому на таких загрязненных автомагистралях города как пр. Баклановский, м. Хотунок, Калинина, пр. Ермака превышение ПДК составляет от 7,99 до 8,87 и от 8,87 до 8,84 соответственно.

Отмечается высокое содержание 3,4–бенз(а)пирена в пищевых продуктах (Шулепова, 2004). Эти исследования заставили задуматься о связи 3,4–бенз(а)пирена и онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта.

Высокое содержание опасного канцерогена может вызывать нарушение технологий производства тех или иных продуктов питания.

Так на мелькомбинате зерно вместо горячего воздуха продувалось дымом, и в результате в хлебопродуктах БП оказалось до 5 мкг/кг.

В копченых мясопродуктах зафиксировали концентрации в 5 раз выше, как раз столько, сколько БП по экологическим нормативам допускается в почвах.

В настоящее время действует временный экологический норматив по ПДК 3,4-бенз(а)пирена. Исходили из того, что безопасная доза для легких человека–4,3 мг, для желудка–2 мг.

 

Объекты исследования

Работа выполнена в 2008-2010 г.г. на кафедре почвоведения и агрохимии Южного Федерального Университета.

Мониторинговые площадки были заложены в 2009 году. Они расположены на разном удалении от НчГРЭС (1-20 км) и приурочены к точкам единовременного отбора проб воздуха, который производился при разработке проекта по организации и обустройстве санитарно-защитной зоны: точки № 1,2, 3, 5, б, 7 (рис.2).

В соответствии с розой ветров было определено, так называемое, «генеральное направление» - прямая, проходящая от источника загрязнения через селитебные зоны

г. Новочеркасска и станицы Кривянской. По линии «генерального направления» образцы отбирались в почвах мониторинговых площадок № 4, № 8, № 9, № 10.

Непременным условием отбора почвенных и растительных образцов было то, что площадки для мониторинговых наблюдений располагались на участках целины или залежи, т.е. почва не обрабатывалась, чтобы слои не были перемешаны, а растения имели естественное произрастание. Отбирались образцы вегетативной части растительности. Видовой состав представлен травянистыми дикорастущими растениями, типичными для степной зоны: овсюг обыкновенный (Avena fatua), бодяк полевой (Cirstum аrvense), полыни горькая (Artemisia fbsinthium), мышей зелёный (Sitaria viridis), пырей ползучий (Agropyrum repens), просо куриное (Echinochloa crus galli), пастушья сумка (Capsella bursa pastoris), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), марь белая (Cnenopodium album), амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisifolia), подорожник большой (Plantago major). Образцы отбирались ежегодно во второй декаде июня в период максимального развития вегетативной части растительности.

Для определения содержания в почве 3,4-бенз(а)пирена почвенные образцы отбирались послойно: на глубине 0-5 и 5-20 см.

В основу работы положен материал результатов исследования содержания 3,4-бенз(а)пирена в почвах, надземной частях растительности мониторинговых площадок.

Образцы почв мониторинговых площадок отбирались и подготавливались для химического анализа в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.4.02-84. Отбор растительных образцов на территории мониторинговых площадок включал образцы надземной части естественной травяной растительности.

Методика исследования

 

На базе эколого–аналитического экологического центра (ЮФУ) освоена и разработана методика пробоподготовки почвенных и растительных образцов. Методика осуществлялась в учебно-научной лаборатории агроэкологии и сертификации почв в п. Рассвет, Ростовская область.

Метод основан на экстракции 3,4-бенз(а)пирена из почвенных и растительных образцов гексаном (С₆Н₁₄) трех кратно.

Методика пробоподготовки почвенных и растительных образцов заключается в следующем:

Для начала 1г воздушно-сухой почвы (растительности) максимально диспергируется и дважды просеивается через сито диаметр которого 0,25 мм. Анализируемый образец помещается в ротационную колбу и заливается 20 мл 2-х % раствора КОН в этаноле, закрывается обратным холодильником и кипятится на водяной бане 2,5–3 часа. В процессе кипячения происходит омыление смолосодержащих и липидных компонентов почвы. Образуемый перколат сливают в коническую колбу и производят декантацию (встряхивание).

Заливают 15 мл гексана и 5 мл дистиллированная вода, для более четкого разделения слоев. Образец встряхивают на роторе в течение 10 минут. Образец переносят в делительную воронку и сливают гексановый экстракт в отдельную посуду. Перколат еще дважды экстрагируют гексаном по той же схеме. Три порции экстракта объединяют и приливают дистиллированную воду, до нейтральной рН, определяют с помощью индикаторной бумаги. Переливавают экстракт в чистую темную, плотно закрывающуюся посуду (10 штук) и засыпают 5 г Nа₂SO₄ (сульфат натрия) и оставляют на ночь в холодильнике. Обезвоженный экстракт декантируют в ротационную колбу (сухую) и выпаривают на ротационном испарителе. Выпарив экстракт растворяют ацетанитрилом (СН₃СN) и закаливают в жидкостный хроматограф «Agilent». По истечению заданного времени компьютер строит хроматограммы, которые затем анализирует исследователь.

 

Краткая характеристика почв

 

Материалом исследования являются пробы почв и растений отобранные на мониторинговых площадках, прилегающих к НчГРЭС (рис.2).

 

Рис.2 Карта-схема расположения мониторинговых площадок в зоне влияния Новочеркасской ГРЭС

 

Площадка № 1- удаленность от НчГРЭС 1 км, направление северо-восточное;

Площадка № 2 - удаленность от НчГРЭС 3 км, направление юго-западное;

Площадка № 3 - удаленность от НчГРЭС 2,7 км, направление юго-западное;

Площадка № 4- удаленность от НчГРЭС 1,6 км, направление северо-западное;

Площадка № 5- удаленность от НчГРЭС 1,2 км, направление северо-запалное;

Площадка № 6- удаленность от НчГРЭС 2 км, направление северное;

Площадка № 7- удаленность от НчГРЭС 1,5 км, направление северное;

Площадка № 8- удаленность от НчГРЭС 5 км, направление северо-западное;

Площадка № 9- удаленность от НчГРЭС 15 км, направление северо-западное;

Площадка № 10- удаленность от НчГРЭС 20 км, направление северо-западное;

Пробы отбирались с различных типов почв (табл. 4).

 

Таблица 4

Физико-химические и агрохимические свойства почв территорий, прилегающих к НчГРЭС (температура 20 ^оС)

№ площадки	почва
1	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках
2	Аллювиально-луговая карбонатная слабогумусированная песчаная на аллювиальных отложениях
3	Лугово-черноземная пойменная малогумусная легкоглинистая на аллювиальных отложениях
4	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках
5	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках
6	Лугово-черноземная среднемощная малогумусная тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках
7	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках
8	Лугово-черноземная среднемощная малогумусная тяжелосуглинистая на лессовидных суглинках
9	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках
10	Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках

 

Результаты исследования

 

Анализ данных мониторинговых наблюдений представлен в таблицах 5 и 6, что даёт возможность выявить основные тенденции загрязнения 3,4-бенз(а)пиреном таких важнейших компонентов экосистемы как почвы и растительность.

 

Таблица 5

Содержание 3,4-бенз(а)пирена (нг/г)в почвах мониторинговых площадок (среднее за 2009г.)

№ площадки	Удаление и направление	Глубина отбора, см	Среднее	Превышение ПДК	Отношение содержания 3,4- БП в слоях
1	1,0 С-В	0-5	275	14	2.2
		5-20	126	6.3
2	3,0 Ю-З	0-5	97	4.9	1
		5-20	97	4.9
3	2,7 Ю-З	0-5	201	10.1	1.2
		5-20	162	8.1
4	1,6 С-З	0-5	193	9.7	3
		5-20	64	3.2
5	1,2 С-З	0-5	104	5.2	1,1
		5-20	100	5
6	2,0СС-З	0-5	50	2.5	3
		5-20	17	-
7	1,5 С	0-5	90	4.5	1,4
		5-20	65	3
8	5,0 С-З	0-5	190	9.5	3.2
		5-20	59	3
9	15,0 С-З	0-5	47	2.4	1,9
		5-20	25	1.3
10	20,0 С-З	0-5	52	2.6	1.2
		5-20	45	2.3

 

Таблица6

Содержание 3,4-бенз(а)пирена (нг/г) в вегетативной части естественной растительности мониторинговых площадок (среднее за 2009г.)

№ площадок	Удаленность и направление от источника загрязнения	Вегетативная часть растений
		Содержание 3,4 БП, нг/г	Превышение фоновых концентраций
1	1,0 северо-восточное	196	39,2
2	3,0 юго-западное	79	15,8
3	2,7 юго-западное	189	37,8
4	1,6 северо-западное	167	33,4
5	1,2 северо-западное	71	14,2
6	2,0 северное	34	6,8
7	1,5 северное	76	15,5
8	1,0 северо-западное	133	26,6
9	15 северо-западное	36	7,2
10	20 северо-западное	41	8,2

 

Установлено превышение фоновых концентраций поллютанта как минимум в 4 раза на всех участках исследуемых территорий. Обобщение полученных результатов проводится с использованием группировки мониторинговых площадок по интенсивности техногенной нагрузки и пространственному распределению.

 «Генеральное направление (№ 4, 8, 9, 10)»

Территории, располагающиеся в направлении розы ветров (преимущественными являются ветры восточных направлений), испытывают максимальную техногенную нагрузку со стороны выбросов НчГРЭС. Превышение фоновых концентраций в надземной части растительности мониторинговых площадок, расположенных в северо-западном направлении, составляет от 7,2 до 33,4 раз; а в почвах превышение ПДК составляет от 2,4 до 9,7 раз. Максимальное содержание 3,4-бенз(а)пиреиа как в почве, так и в растительности (рис. 3), наблюдается на территории площадки № 4, удалённой от источника эмиссии на расстояние 1,6 км.

Рис. 3. Содержание 3,4-бенз(а)пирена в почвах и растительности по линии «генерального направления»

 

На гистограмме показано, что содержание поллютанта в изученных объектах снижается по мере удаления от источника эмиссии. Особое положение занимает мониторинговая площадка № 10, удаленная на расстояние 20 км от НчГРЭС, но испытывающая влияние дополнительных источников загрязнения. Территория площадки ограждёна двумя автомагистралями - Ростов-Москва с северо-западной стороны и Ростов-Новочеркасск с юго-восточной. В этой точке наблюдается возрастание содержания канцерогена во всех изучаемых объектах. Проведённые мониторинговые наблюдения показали, что даже значительно удалённые НчГРЭС территории могут содержать 3,4-бенз(а)пирен в концентрациях превышающих допустимые, причём преобладающим агентом загрязнения может являться не основной, а дополнительные источники эмиссии. Как наглядно демонстрирует гистограмма (рис.3), содержание изучаемого канцерогена в надземной части растительности не превышает его концентрацию в почве. Травяниста