Город Байкальск был образован в 1961 г. в связи со строительством и запуском Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК), который в течение 47 лет формировал 80 % доходов города. Работа БЦБК на оз. Байкал – одна из немногих тем, которая регулярно вызывала публичные дискуссии в Советском Союзе. В середине восьмидесятых годов прошлого столетия общественное внимание к экологическим проблемам начало возрастать, и в 1987 г. вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 434 «О мерах по обеспечению охраны и рационального использования природных ресурсов бассейна озера Байкал в 1987–1995 гг.». Но только в 2013 г. БЦБК полностью прекратил свою деятельность.
Байкальск расположен непосредственно на южном побережье Байкала (рис. 1) и находится в Центральной экологической зоне Байкальской природной территории (БПТ), часть которой является объектом Всемирного природного наследия ЮНЕСКО и охраняется законом № 94-ФЗ «Об охране озера Байкал».
После остановки БЦБК областная и местная администрации при обсуждении вопроса о диверсификации экономики предпочтение отдали туристско-рекреационному направлению развития [11]. Поэтому в документе «Комплексный инвестиционный план модернизации моногорода Байкальск Иркутской области на 2010–2014 годы» в качестве главной задачи было заявлено привлечение инвестиций в развитие туризма и сопутствующей инфраструктуры.
В мировой практике крайне важным в плане привлечения инвестиций для развития туристской территории является её положительный имидж, который включает наличие рекреационных ресурсов, развитую инфраструктуру и сферу услуг, а также экологическую составляющую [13].
Таблица 1
Динамика выбросов БЦБК в атмосферу с 2005 г. [4]
|
Тип выбросов |
Выбросы, тыс. т |
||||||||
|
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
|
|
Всего |
5,523 |
6,144 |
5,556 |
4,828 |
1,364 |
2,234 |
2,997 |
5,486 |
3,321 |
|
из них взвешенные вещества |
3,520 |
3,648 |
2,933 |
2,476 |
0,794 |
1,548 |
1,906 |
4,079 |
2,302 |
Выбросы загрязняющих веществ БЦБК снижали привлекательность Южного побережья оз. Байкал как зоны для рекреации и туризма. В табл. 1 приведены данные по выбросам БЦБК за последние 9 лет его работы. Около 50 % от валового выброса составляли оксиды серы и азота, метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид, сероводород, хлор и др.
Исследователями [10] установлено негативное влияние токсических выбросов на почвы пихтовых лесов байкальских склонов Хамар-Дабана на расстоянии до 100 км от БЦБК. Техногенная сера является одним из основных кислотообразующих агентов, которые поступают в атмосферу и далее в почвы при промышленном загрязнении. Действие поллютантов способно разрушить почвенный поглощающий комплекс, изменить актуальную реакцию среды почвенных растворов и физико-химические свойства почвы.
Цель данной работы заключалась в оценке уровня накопления серы в почвах Южного Прибайкалья.
Материалы и методы исследования
Территория, которая выбрана для исследования почвы, расположена на равнинном плато юго-восточного побережья оз. Байкал, у подножия горного массива Хамар-Дабан. Относится к Южно-Сибирской горно-таежной ландшафтной зоне [2, 5]. Растительность геосистем представлена в основном темнохвойными ассоциациями с преобладанием кедра. В почвенном покрове территории преобладают подбуры таежные, бурые лесные грубогумусные (буроземы таежные), дерновые лесные (часто оподзоленные) и подзолистые почвы [12].
Для оценки пространственного распределения серы в почвах были использованы данные по содержанию валовой серы в почвах на 5 ключевых участках, находящихся на различном расстоянии от источника загрязнения: от 0,6 до 20 км в следующих районах: промплощадка (N 51,520700; Е 104,175244), микрорайон Южный (N 51,50378; E 04,13737), г. Соболиная (N 51,49389; E 104,11227), Утуликская дача (N 51,54848; E 104,07590) и Слюдянский лесопитомник (ЛСП – N 51.59992; E 103.91892) (рис 1).
Рис. 1. Районы исследования: 1 участок – промзона БЦБК (0,6 км); 2 участок – микрорайон Южный (3 км); 3 участок – г. Соболиная (5,5 км); 4 участок – Утуликская дача (8,7 км); 5 участок–ЛСП (20,2 км)
На площадках были заложены почвенные разрезы и отобраны образцы из всех генетических горизонтов. Анализ выполнен для 31 образца усредненных проб почв. На исследуемых участках произведены почвенные разрезы до материнской породы, произведены замеры мощности горизонтов, плотность и рН почв (прибор рН-метр ZD05).
Подготовка образцов для анализа. Образец почвы массой 600–750 г размещали на листе чистой пергаментной бумаги и удаляли из него корни, включения и новообразования. Дернину тщательно отряхивали от комочков почвы. Крупные комки почвы разламывали руками, затем раздробляли в агатовой ступке агатовым пестиком до небольших комков, диаметром 5–7 мм (примерно до величины отдельностей мелкоореховатой структуры). Среднюю пробу отбирали методом квартования [9]. Затем пробу измельчали и для анализа отбирали фракцию размером менее 100 меш.
Метод анализа. Оценку содержания серы в почве проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА).
Излучатели для анализа прессовали в виде таблеток (диаметр 40 мм) на подложке из борной кислоты (усилие прессования 10 т). Исследования выполняли на рентгеновском спектрометре S4 Pioneer (Bruker, AXS) с рентгенооптической схемой по Соллеру, оснащенном рентгеновской трубкой с Rh-анодом мощностью 4 кВт. Аналитической линией служила S Ka-линия. Условия измерения следующие: напряжение 30 кВ, сила тока 40 мА. Время набора импульсов – 30 с.
Расчет содержания серы выполнен с помощью программного обеспечения SpectraPlus спектрометра. Для построения градуировочной характеристики и оценки правильности определения использовали государственные стандартные образцы почв, речных и донных осадков, илов и рыхлых отложений [1]. Относительная погрешность определения серы составила менее 6 % в диапазоне содержаний от 0,02–0,4 % мас.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлено, что исследуемые почвы Южного Прибайкалья по физическим показателям и по гранулометрическому составу относятся к среднесуглинистым с преобладанием гравия, рН различных горизонтов почв колеблется в пределах от 5,6 до 6,5, т.е. исследуемые почвы можно отнести к слабокислым (табл. 2).
Так как плотность естественной почвы обычно не превышает 2 г/см3, а минимальные значения минеральных почв редко бывают ниже 0,8 г/см3 [6], следует, что плотность почвы исследуемых нами участков находится в пределах нормы.
В работе В.А. Кузьмина [7] отмечается, что в окрестностях г. Байкальска в 5 км от БЦБК содержание многих элементов в снеге в 2–5 раз выше, чем в пробах, отобранных вдали от промышленных зон. Результаты анализа концентрации серы в почве методом рентгенофлуоресцентного анализа, которые представлены в табл. 3, показывают, что и в почвах отмечается подобная тенденция. Так, например, содержание серы в почве г. Соболиной в горизонте А превышает ПДК в 7,1 раз, а значение кларка серы (по Виноградову) – в 2,3 раза. В горизонте В превышение ПДК незначительное. В почвах промзоны БЦБК и микрорайона Южного содержание серы превышает ПДК в 5,0 и 4,3 раза соответственно. При удалении от источника выбросов более чем на 8 км содержание серы в почвах уменьшается до величин близких к ПДК или ниже этого значения.
Таблица 2
Мощность горизонтов, плотность и рН почвы
|
Место отбора проб |
Характеристика почв |
Описание |
Мощность, см |
Плотность, ρ, г/см3 |
pH |
|
г. Соболиная |
Дерново-суглинистая |
Горизонт А |
4–10 |
0,59 |
6,5 |
|
Горизонт В |
10–53 |
0,69 |
|||
|
Горизонт С |
> 53 |
1,48 |
|||
|
Микрорайон Южный |
Дерново-суглинистая бесарбонатная с признаками антропогенного воздействия |
Горизонт А |
5–20 |
1,12 |
6,5 |
|
Горизонт В |
20–80 |
1,28 |
|||
|
Промзона |
Дерново-глинистая |
Горизонт В |
10–65 |
1,52 |
5,6 |
|
Горизонт В1 |
65–120 |
1,35 |
|||
|
Горизонт В2 |
> 120 |
1,60 |
|||
|
ЛСП |
Дерново-подзолистая |
Горизонт А |
9–35 |
0,98 |
6,2 |
|
Горизонт В1 |
35–90 |
1,37 |
|||
|
Горизонт В2 |
90–150 |
1,50 |
|||
|
Утуликская дача |
Дерново-суглинистая |
Горизонт А |
5–7 |
0,48 |
6,3 |
|
Горизонт В |
7–35 |
0,72 |
|||
|
Горизонт В1 |
35–85 |
1,43 |
Таблица 3
Содержание серы в почве в различных точках отбора проб
|
Генетические горизонты почв |
Содержание серы в почве, мг/кг |
ПДК/ кларк, мг/кг |
||||
|
Промзона, кв. 12, 13 |
г. Байкальск, г. Соболиная |
г. Байкальск, м/р Южный |
Утуликская дача |
ЛСП |
||
|
Ad |
– |
– |
700 |
– |
250 |
160/500 |
|
A |
800 |
1150 |
500 |
250 |
200 |
|
|
B |
500 |
200 |
200 |
< 200 |
< 200 |
|
|
B1 |
300 |
– |
– |
< 200 |
< 200 |
|
|
B2 |
< 200 |
– |
– |
– |
– |
|
Рис. 2. Распределение концентраций серы в почве на исследуемой территории
Такое распределение серы по территории (рис. 2) можно объяснить тем, что преимущественный поток воздушных масс представлен северо-западным переносом [8]. В силу орографической изолированности из-за хребта Хамар-Дабан, обмен воздушными потоками между байкальской впадиной и окружающими территориями ослаблен [3]. Это ведет к образованию сложных циркуляционных процессов.
Поскольку высота г. Соболиной составляет 1004 м, то она могла задерживать аэропромышленные выбросы от БЦБК. Возможно, именно это привело к самой высокой концентрации серы в почве г. Соболиной. Причем сера накапливалась преимущественно в верхних горизонтах Аd и А, что может свидетельствовать об аэрогенном характере загрязнения. Но нельзя исключать и тот факт, что органическое вещество почвы связывает соединения серы.
Таким образом, проведено исследование пространственного и внутрипочвенного распределения серы в почвах лесных биогеоценозов Южного Прибайкалья и на урбанизированных территориях. Наблюдается тенденция увеличения концентрации серы в органогенных горизонтах по мере приближения к источнику эмиссии и с увеличением высоты над уровнем моря. Внутрипочвенное распределение серы, по-видимому, связано с содержанием органического вещества в горизонтах, поскольку концентрация серы убывает с глубиной.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке инженерных проектов по экологической реабилитации территории Южного Прибайкалья, а также при разработке проектов по использованию территории в целях туризма и рекреации для расчета допустимых антропогенных нагрузок.