Использование методов и принципов ландшафтной индикации загрязнения природной среды на примере комбината «Североникель»

В 1970—1990 гг. при изучении воздействия комбината «Северони­кель» на северотаежные и тундровые ландшафты Приимандровой равнины и Мончетундры были разработаны принципы ландшафтном индикации загрязнения природной среды и определены экологические нормативы для ландшафтов в виде критического поступлении выбросов в ландшафт.

Экологический мониторинг в 1973—1976 гг. состоял из полустационарных наблюдений за режимом выбросов тяжелых металлов и сернистых соединений, за условиями распространения и перераспределения загрязняющих веществ и поступлением их в природный комплекс.

Ландшафтный мониторинг включал в себя изучение изменений геометрии зон воздействия по индикаторам, прежде всего по снежном покрову, а также динамики техногенных модификаций ландшафтов и их геохимических характеристик. Биологический мониторинг состоялиз наблюдений за состоянием фитоценозов, динамикой численности и биомассы насекомых, почвенных беспозвоночных и микроорганизмом.

Для многолетних наблюдений за динамикой природных комплексом использовался участок ландшафтной съемки площадью 80 км² и состав­лена ландшафтно-экологическая карта. Спустя 10—15 лет (в 1983—1990 п.) наблюдения были повторены; определено содержание выбросов комбината в снежном покрове, ограничен геохимический ареал воздейст­вия, измерено содержание тяжелых металлов и рН в почвах и растениях, В 1986—1987 гг. проведена еще раз ландшафтная съемка территории; вы явлена динамика техногенных модификаций ландшафтов за 13-летним период и тенденции их дальнейшей техногенной трансформации.

Рассчитаны ряды интенсивности накопления ингредиентов выбросов по отношению к природному фону, установленному в 1973 г. (ККф> Проведен дисперсионный анализ влияния загрязнения снега и загрязнения почв на состояние модифицированных ПТК в сфере воздействия. Дисперсионным анализом установлено влияние типа элементарной ландшафта (положение его в геохимическом сопряжении) на его устойчивость. Рассчитана энтропия растительного покрова и природного комплекса в целом, построены информационные модели техногенных модификаций ландшафтов, на основании которых сделаны выводы о сте­пени устойчивости северотаежных ландшафтов к воздействию комбината.

При оценке устойчивости растительности к выбросам комбината использован такой показатель разнообразия, как энтропийная мера. Наиболее информативным оказался коэффициент отношения энтропии современного нарушенного фитоценоза к энтропии условно не нарушенного фитоценоза, который существовал до воздействия комбината. Анализ энтропийной меры в техногенных модификациях позволил сделать интересные выводы (рис. 18).

Чем больше поступает техногенной информации в ландшафт, /иск меньше значение энтропийной меры, т.е. природное разнообразие состав ляющих ландшафт компонентов и элементов. Чем интенсивнее развита процессы вещественно-энергетического обмена в ландшафтах, тем вышеих энтропия.

Минимальная энтропия прослеживается в автономных (элювиальных) природно-территориальных комплексах. Поступление вещества в них происходит только аэротехногенным способом, поэтому любое нарушение сложившейся цепочки вещественно-энергетического обмена приводит к структурным, чаще всего необратимым изменениям

Первым признаком перестройки системы является перестройка ее биологической составляющей. Именно в автономных ландшафтах наи­более выражена зависимость природного разнообразия составляющих компонентов и элементов от количества поступающей техногенной информации.

Подчиненные ландшафты (понижения, днища, долины, запади­ны) характеризуются менее выраженной связью между показателем разнообразия (энтропией) и поступлением техногенного вещества. При максимальных концентрациях загрязнителей в почве растительность сохраняет способность к биопродуцированию.

По мере удаления от источника загрязнения нет ярко выражен­ной тенденции в распределении показателя энтропии. Резкое увеличение разнообразия растительного покрова выявлено на удалении 18-20 км от комбината в пойме заболоченного ручья.

Анализ распределения энтропии подтвердил большую способность подчиненных комплексов (и прежде всего пойменного и болотно-западинного типа) к перестройке и большую их устойчивость. Такая структурная перестройка выражается в смене каналов вещественно-энергетического обмена. К каналам вещественно-энергетического обмена можно отнести, например, цепочки поступления вещества и ландшафт и выноса вещества из него. Пути поступления (выноса) вещества в подчиненных ландшафтах разные — воздушный, поверхностный, миграции через почву и т.д., а привнес техногенного вещества идет только воздушным путем.

Чем более удалены природно-территориальные комплексы от комбината, тем менее контрастно распределение энтропии в ландшафтах подчиненного и автономного типов. Происходит своеобразное «выравнивание» природного разнообразия и в сопряженных природно-территориальных системах.

Рассмотрим техногенную трансформацию ландшафтов в северной и южной тайге, пустынной зоне и горных субтропиках под воздей­ствием медно-никелевого, медно-молибденового и медно-химического производств.

Низкогорный северотаежный ландшафт цокольных равнин Кольс­кого полуострова под влиянием комбината «Североникель» (интен­сивного поступления тяжелых металлов и подкисления в течение 35 лет) претерпевает сложные техногенные модификации и транс­формации (модификации перечислены от ненарушенного к сильно нарушенному состоянию). Ограничивается видовое разнообразие в мохово-лишайниковом и кустарничковом ярусах в сосновых, еловых и березовых мохово-лишайниковых и травяно-кустарничковых лесах, затем выпадает мохово-лишайниковый ярус и повреждаются древостой.

В следующей модификации нарушаются подзолистые иллювиально- железистые почвы, уничтожается растительность, происходит смыв почвенных горизонтов. И наконец, ландшафт трансформируется в техногенный комплекс, причем претерпевает перестройку даже его литогенная основа за счет смыва рыхлого материала и формирования токсичной коры выветривания. Происходит ломка структуры ландшафта, так как техногенные модификации существуют длительное время. Ряд модификаций малочислен, что свидетельствует об относительной неустойчивости ландшафта к данному типу техногенеза.

В пределах зоны структурной перестройки ландшафтов, ограничивающейся меридиональным радиусом 15—20 км и широтным радиусом 4-5 км, на площади 240 км² доминируют средненарушенные природные комплексы. В техногенных модификациях с менее измененной геохимической средой ежегодное поступление Ni — 0,5-1,2 т/км², Сu —1 т/км² , Со — 0,006—0,24 т/км²; повышается содержание металлов в почвах, водах на порядок по сравнению с их содержанием в коренных урочищах. В сильно нарушенных растительных сообществах сохраняется угнетенный и сухостойный древесный и травяно-кустарничковый ярус. Заметно обеднена почвенная мезофауна.

Более длительное воздействие (от 40 до 50 лет) способствовало увеличению вдвое площади зоны структурной перестройки комплексов (от 17,4 до 34 км²) и меридиональных радиусов воздействия. Зарегистрировано значительное увеличение размера зоны выпадения эле­ментов и компонентов ландшафтов; меридиональный радиус увеличился от 15—20 до 25—30 км; широтный радиус от 4-5 км на севере постепенно расширяется до 8—10 км на юге.

Анализ динамики ареала воздействия, установленного по содер­жанию тяжелых металлов в снежном покрове, показал, что резко повысился уровень содержания таких ингредиентов выбросов, как никель, медь, кобальт; высокие значения присущи кадмию, свинцу, цинку.

Сфера воздействия комбината «Североникель», зарегистрирован­ная по загрязнению снежного покрова из космоса, составляет приблизительно 900 км². Выявленные закономерности нарушения северо-таежных ландшафтов можно использовать при оценке воздействия аналогичных технологий в таежной зоне.

Другой пример. В среднегорных, низкогорных и горно-долинных ланд­шафтах сухих субтропиков Армении под воздействием Алавердского меднохимического комбината (200 лет воздействия, интенсивная выплавка в течение 40 лет) первичные широколиственные формации в нижних ярусах рельефа заменяются вторичными редколесьями из кизила, плодовых деревьев, кустарников, в которых увеличивается доля ксерофитных видов.

Эта техногенная модификация трансформируется в злаковые кур тины, и наконец, в ландшафте начинают преобладать урочища сильно эродированных горных склонов и долин, лишенных почвенно-растительного покрова с горизонтами отмершего органического вещества. В экстремальных горных условиях при сильном расчленении поверхности и значительных перепадах высот воздушный разнос ограничен, что создает предпосылки для сильных нарушений долинных и склоновы ландшафтов. Структурная перестройка ландшафтов настолько глубоки что восстановление ландшафта до зонального нереально. Техногенны-модификации быстро сменяют друг друга по времени, наиболее длительно существование последних стадий трансформированной природы. Ландшафт крайне неустойчив к воздействию производств цветных металлом

Интересны исследования воздействия на пустынные ландшафты Северного Прибалхашья медно-молибденового Балхашского комбината (время интенсивного воздействия 40 лет). Здесь происходи! накопление тяжелых металлов в пустынных почвах в условиях слабо щелочной реакции среды и сульфатно-кальциевого и хлоридно-сульфатно-натриевого засоления. Наиболее сильной трансформации пол вержены ландшафты замкнутых котловин. Модифицирование ландшафта идет по пути его опустынивания и соленакопления, образования техногенных барьеров.

В разных зонах влияния Балхашского горно-металлургическом, комбината в радиусе до 4,5—5 км суммарный показатель загрязните­лей > 500; интенсивного влияния от 5 до 10 км, а в СВ направлении до 20 км суммарный показатель > 100, а также в зоне слабого влияния от 20 до 45 км суммарный показатель > 2. В верхних горизонтах серо бурых пустынных почв и почв солончаков интенсивно накапливаются медь, свинец, серебро, хром и т.д. Формирование техногенных аномалий в верхних горизонтах почв и резкое снижение их содержании на порядок с глубиной объясняются значительным воздушным поступлением выбросов и их концентрацией на испарительном и биогеохимическом барьерах и подтверждают слабую подвижность катионо генных элементов в щелочной среде серо-бурых пустынных почв. Ме­нее интенсивно в верхних горизонтах почв накапливаются молибден и мышьяк, обладающие сильной подвижностью в щелочной среде.

Воздействие Балхашского медно-молибденового комбината на пустынные ландшафты индицируется прежде всего повышением содержания меди во всех трех формах миграции. Чтобы очертить сферу воздействия, достаточно определить содержание меди в двух верхних горизонтах серо-бурых почв мощностью Ад (0-2), А (2—10) и в верхних горизонта солончаков мощностью до 10-20 см. Для оценки экологической опастности загрязнения почв для растений и животных необходимо изучат: формы миграции тяжелых металлов в различных формах. Выявлены следующие закономерности: в серо-бурых пустынных почвах полуторные окислы составляют от 5 до 30% суммарного вало Вого содержания тяжелых металлов (меди — от 10 до 30%, свинца —до 20%, цинка — от 10 до 20%); на два порядка ниже содержание растворимых форм металлов в почвах; так, водорастворимая медь составляет от 0,15 до 0,3% от валового содержания. Отмечается общая тенденция увеличения содержания водорастворимых форм металлов от автономных к подчиненным ландшафтам. С нарастанием засоления - бурых пустынных почв увеличивается содержание подвижных формтяжелых металлов, максимальное количество их наблюдается в серо - бурых солончаковых почвах и солончаках.

В целом для пустынных ландшафтов характерны интенсивная механичекая денудация и золовый перенос микроэлементов, слабая водная миграция и слабое перераспределение в системе автономный подчиненный ландшафты. Тем не менее ландшафты низких террас и и. пониженных равнин в гораздо большей степени подвержены потенциальной опасности загрязнения вследствие доминирования солончаков и солонцов, обладающих большими поверхностями испарительных и биогеохимических барьеров, а также из-за вновь сформированных здесь техногенных барьеров, за счет резкого подкисления среды (изменение pH  от 8-9 до 3-4).

Гаким образом, при воздействии производств цветных металлов происходят сильные трансформации ландшафтов во всех природных зонах. Зональная устойчивость ландшафтов к воздействию производств цветных металлов определяется сравнением площадей разно нарушенных территорий при условии одинаковой интенсивности и продолжительности воздействия.

Рассмотренные примеры иллюстрируют зональную устойчивость лан­дшафтов к техногенному воздействию, которую учитывают в числе других факторов при оценке воздействия технологических аналогов на природ­ную среду в различных природных зонах.