Разработка комплексных технологических решений повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Графова Елена Олеговна

• Графова Елена Олеговна
• доктор наук
• 2023

Оглавление диссертации доктор наук Графова Елена Олеговна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1. Основные технологические процессы лесозаготовительных производств

1.2. Законодательные акты, регламентирующие степень отрицательного воздействия машин и технологий на лесную среду

1.3. Негативные факторы воздействия технологических процессов и машин на лесные экосистемы

1.4. Анализ исследований и технических решений по минимизации экологического ущерба технологий лесопромышленных производств на природную среду

1.5. Выводы по 1 главе

ГЛАВА 2. НЕЗАВИСИМАЯ ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

2.1. Фитоиндикация как инструмент оценки состояния лесных экосистем

2.2. Определение признаков негативного воздействия на окружающую среду методами фитоиндикации

2.2.1. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка в Прионежском районе Карелии

2.2.2. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми отходами и стоками лесного поселка в Кондопожском районе Карелии

2.2.3. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка в Сегежском районе Карелии

2.3. Фитоиндикация территорий, загрязненных нефтепродуктами

2.4. Оценка воздействия жиросодержащих загрязнений на лесной участок

2.5. Вывод по 2 главе

ГЛАВА 3. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕСОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА И ЛЕСНЫХ ДОРОГ

3.1. Разработка технико-технологических средств снижения негативного воздействия лесовозного транспорта на экологию придорожной территории

3.2. Разработка математической модели «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры

3.3. Разработка методики расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для применения на объектах лесопромышленной инфраструктуры

3.4. Исследование сорбционных свойств природных материалов

3.5. Разработка технологии производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и верхового торфа

3.6. Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

4.1. Древесные отходы как основные факторы загрязнения окружающей среды

128

4.2. Возможности использования отходов деревопереработки для производства почвенных субстратов

4.3. Разработка технологии комплексного получения почвенного субстрата на участке лесосеки

4.4. Разработка технологии комплексного получения почвенного субстрата на предприятии деревообработки

4.5. Исследование по выращиванию хвойных культур на полученном

субстрате

4.5. Выводы по 4 главе

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ЛЕСНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ЛЕСНЫХ ПОСЕЛКАХ КАК «ГОРЯЧИХ» ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТОЧКАХ

5.1. Комплексные решения по снижению экологической нагрузки от загрязнения хозяйственно-бытовыми и промышленными отходамиОшибка! Закладка не определена.

5.1.1. Применение метода биодеструкции

5.1.2. Исследование процесса рекультивации органо-жировых загрязнений методом биодеструкции

5.2. Ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами

5.3. Выводы по 5 главе

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВНЕДРЯЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

6.1. Технико-экономическое обоснование внедрения технологии получения почвенного субстрата из некондиционных древесных отходов предприятий деревообработки

6.1.1. Производство почвенных субстратов в открытых буртах с арендой техники на территории предприятия

6.1.2. Производство почвенных субстратов в открытых буртах с приобретением техники

6.1.3. Производство почвенных субстратов с применением технологии пневматической аэрационной биодеструкции

6.2. Комплексные решения по снижению экологической безопасности при накоплении хозяйственно-бытовых и промышленных отходов на лесосеках

6.3. Комплексные решения по снижению экологической безопасности при накоплении хозяйственно-бытовых и промышленных отходов на предприятиях деревообработки

6.3. Вывод по 6 главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Приложение З

Приложение И

Приложение К

Приложение Л

Приложение М

Приложение Н

Приложение О

Приложение П

Приложение Р

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплексных технологических решений повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Снижение негативного влияния техники и технологий лесозаготовительного и лесоперерабатывающего производств на лесную среду является одной из важнейших задач рационального неистощимого природопользования. Процессы лесозаготовки, транспортировки древесины, первичной деревообработки изначально оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду.

Такое воздействие начинается с организации лесосечных работ, включая подготовительные, основные и вспомогательные операции. Каждый последующий технологический этап лесозаготовок привносит свои негативные факторы воздействия, которые порой мало изучены и остаются не нейтрализованными. На сегодняшний день в отечественной и зарубежной научной литературе наиболее подробно изучены такие негативные последствия лесозаготовительных процессов на лесную среду, как обезлесивание, снижение биоразнообразия, повреждения древостоев лесозаготовительной техникой при выборочных рубках и рубках ухода, нарушение лесных почв и повреждения корневых систем растущих деревьев под воздействием колесных и гусеничных машин, складирование неиспользованных древесных отходов. Этой проблематике посвящены многочисленные исследования ученых АГАУ, ВГЛТУ, БГУ, МГУЛ, ПетрГУ, СПбГЛТУ, САФУ, СФУ, УГТУ, НИИ леса Финляндии, Шведского университета сельскохозяйственных наук, Технического университета Словакии и др. По результатам исследований предложены соответствующие технико-технологические решения, позволяющие максимально снизить уровень ущерба процесса заготовки древесины на лесную среду.

Анализ многочисленных научных источников и накопленный опыт по экологическому обследованию лесозаготовительных предприятий и лесных поселков европейского севера, включая Арктические зоны РФ, показывает, что негативное воздействие лесных производств на окружающую среду следует

рассматривать в более широком аспекте, чем непосредственно лесозаготовительный. Результаты обследований и проводимый мониторинг экологической ситуации выявили дополнительные негативные факторы, которые ранее не учитывались или недостаточно исследовались при оценке экологической ситуации на предприятиях лесной инфраструктуры, а именно: загрязнение лесных площадок хранения и обслуживания техники и придорожных территорий лесных дорог остатками топлива, масел и прочих нефтесодержащих веществ; многолетние накопленные склады отходов переработки древесины вблизи лесных предприятий; несанкционированные свалки у территорий лесных поселков. Сегодня эти факторы оказывают крайне негативное воздействие на лесные экосистемы, соизмеримое или превышающее уровень отрицательного воздействия самих лесосечных работ. Остатки нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов смываются дождями в теплое время года (или аккумулируются в снегу и после таяния выносятся талыми водами), загрязняя болотные и водные объекты ранимых северных и арктических территорий. Длительное хранение древесных отходов, в первую очередь коры и опилок, в отвалах приводит к загрязнению территорий, нарушению санитарного состояния и биологического равновесия между отдельными звеньями биоценозов. Серьезную опасность для окружающей среды представляют накопленные бытовые отходы несанкционированных свалок и стоки водоотводных систем лесных поселков и предприятий. Загрязнённые образующимися при разложении отходов фильтрационные воды и биогаз проникают в растительный почвенный покров вызывая его деградацию. Образованные свалки стали «горячими» экологическими точками накопленного экологического ущерба и требуют создания новых методов и технологий для их ликвидации с рекультивацией поврежденных территорий.

Предприятия лесопромышленного комплекса, являющиеся юридическими лицами, осуществляющими свою производственную деятельность на определенной территории, оказывая негативное воздействие на компоненты лесной среды, несут за это ответственность перед государством. Основные положении о недопущении негативного воздействия в процессе лесозаготовок и

иных производственных работ представлены в ст. 40, п.3; ст. 49; п. 1, ст. 51, п.2 Федерального закона №°7-ФЗ «Об охране окружающей среды», в ст.60.12, п.2; 60.14 Лесного кодекса Российской Федерации, ст. 50.7 СП 155.13130.2014 Склады нефти и нефтепродуктов. Отсутствие контроля со стороны природоохранных служб за деятельностью предприятий часто приводит к накоплению негативных последствий. Одним из механизмов реализации правовой охраны природы является оценка воздействия намечаемой хозяйственной деятельности на окружающую среду, а также желание предприятий осуществлять сертификацию продукции в соответствии с Российским национальным стандартом добровольной лесной сертификации по схеме FSC может служить эффективным рычагом рационального природопользования и сохранения окружающей среды, приводит к необходимости поиска методов и технологий снижения негативного воздействия на окружающую среду объектами лесопромышленной инфраструктуры.

Степень проработанности темы исследования. Значительный вклад в область исследований технико-технологических, организационных и экологических аспектов лесозаготовительных работ внесли ученые и специалисты АГАТУ, ВГЛТУ, ЦНИИМЭ, СПбГЛТА, МГУЛ, ГНЦлеспром, ВГЛТУ, ПГТУ, ПетрГУ, КарНИИЛП, САФУ, УГЛТУ и др. НИИ и вузов страны. Основные технологические этапы процессов лесопромышленных производств глубоко рассмотрены такими учеными, как Бартенев И.М., Виноградов Г.К., Кочегаров В.Г., Шегельман И.Р., Ширин Ю. А. Анализ литературных источников свидетельствует о несомненном негативном воздействии процессов заготовки, транспортировки и переработки древесины на лесные экосистемы. Значительная часть воздействий достаточно глубоко изучена с проработкой технико-технологических мероприятий по снижению их уровня до приемлемых величин: воздействие лесозаготовительных машин на почвенный покров, корневые системы, древостой, загрязнение воздуха, образование древесных отходов. Внедрение рекомендаций, полученных российскими и зарубежными учеными в этой области дало существенный результат для разработки экологически-ориентированных

технологических процессов и машин для лесозаготовок. Детальный анализ технологических процессов, реализуемых на каждом этапе производства с учетом разрозненности расположения объектов лесопромышленной инфраструктуры свидетельствует о том, что ряд отрицательных факторов негативного воздействия упускается, и не оценивается с точки зрения влияния на лесные экосистемы: загрязнение нефтепродуктами, образующимися в результате проливов и аварий на стоянках, пунктах заправок и хранения топлива, образование нефтезагрязненных стоков после дождей и мойки техники; воздействие свалок древесных и бытовых отходов и сточных вод лесных предприятий и поселков; загрязнение водных объектов нефтезагрязненными стоками. Все эти «новые» факторы наносят существенный вред лесным экосистемам в процессе строительства и эксплуатации лесных дорог, лесозаготовительных и сопутствующих им процессов. Несмотря на ужесточение природного законодательства, выявленные факторы, в настоящий момент, оказались малоизученными при рассмотрении вопросов оценки воздействия лесной инфраструктуры и технологий на лесную среду. Отсутствие комплексного экологического подхода при оценке многофакторного воздействия лесной промышленности на экосистемы, отсутствие и низкая степень изученности методов и средств нейтрализации негативных последствий выявленных факторов в лесопромышленной сфере, свидетельствует о необходимости проработки решений выявленных проблем

Фундаментальной проблемой, на решение которой направлена работа, является повышение экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры.

Цель и задачи исследования. Разработка инженерных методов и комплексных технических решений обеспечения экологической безопасности лесозаготовительных и лесоперерабатывающих производств и повышения эффективности использования древесных отходов.

Поставленная цель обеспечивается решением следующих задач:

1. Разработать классификацию факторов негативного воздействия на окружающую среду объектами лесопромышленной инфраструктуры.

2. Выявить и обосновать подходы определения степени негативного воздействия выявленных факторов на окружающую лесную среду.

3. Исследовать особенности формирования нефтяных загрязнений на участках лесных дорог, проездов, территорий автозаправок и хранения ГСМ, стоянок техники и обосновать параметры гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнению окружающей среды.

4. На основе выявленных параметров, разработать модель процесса снижения негативного воздействия на окружающую среду нефтепродуктов и нефтестоков, образованных на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Разработать методику расчёта параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Разработать технологию производства сорбционных элементов для гидротехнических сооружений из отходов деревообработки.

7. Разработать технологию переработки лесосечных отходов для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Разработать технологию получения почвенного субстрата из древесных отходов для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Разработать экологически безопасную технологию рекультивации лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, исключающую применение машин и механизмов.

10. Разработать ресурсосберегающую технологию очистки загрязненных нефтепродуктами территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры.

Объектами исследования являются элементы лесопромышленной инфраструктуры, технологические процессы и виды работ, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использован системный подход, проведение теоретических, лабораторных и полевых исследований, функционально-технологический анализ, методы вероятностно-статистического анализа, математической статистика, методы математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в разработке методов и технологических решений обеспечения экологической безопасности и повышения эффективности использования древесных отходов:

1. Впервые классифицированы разобщенные факторы негативного воздействия на окружающую среду объектов лесопромышленной инфраструктуры.

2. Сформулирован научный подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методом фитоиндикации.

3. Обоснованы параметры и конструкция гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнению окружающей среды нефтепродуктами и нефтестоками на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

4. Разработана математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Разработана методика расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Разработана технология производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и модифицированного верхового торфа для применения в гидротехнических очистных сооружениях.

7. Разработана технология комплексного биотермического разложения лесосечных и хозяйственно-бытовых отходов на участке лесосеки для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Разработана технология комплексной переработки древесных и хозяйственно-бытовых отходов предприятий деревообработки методом

пневматического аэрационного биотермического разложения для получения почвенного субстрата, используемого для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Разработана экологически безопасная технология комплексной рекультивации лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно -бытовыми отходами и стоками, методом аэрационной биодеструкции привнесенными биоэнзимами, исключающую применение машин и механизмов

10. Разработана ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами.

Значимость для теории и практики. Результаты исследований позволяют принимать научно обоснованные решения по формированию экономически эффективных и экологически безопасных комплексных технологий снижения негативных экологических факторов воздействий объектов лесопромышленной инфраструктуры на лесные экосистемы: определять формы негативного воздействия методом биоиндикации, определять и устранить источники загрязнения нефтепродуктами, применяя методики расчета и конструкцию гидротехнических очистных сооружений, технологию очистки загрязненных участков, осуществлять выбор технологий, позволяющих производить почвенный субстрат на лесосеках для повышения продуктивности лесов, почвенный субстрат на территории предприятий деревообработки, использовать эффективные технологии рекультивации лесных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами. Результаты исследований могут быть использованы научными, проектными, предприятиями лесопромышленной инфраструктуры для повышения экологической безопасности при проектировании и эксплуатации лесопромышленных объектов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован системный подход, проведение теоретических, лабораторных и полевых исследований, функционально-технологический анализ, методы вероятностно-

статистического анализа, математической статистики, методы математического моделирования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Классификация факторов негативного воздействия на окружающую среду объектов лесопромышленной инфраструктуры.

2. Научный подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методами фитоиндикации.

3. Конструкция и параметры гидротехнического очистного сооружения, препятствующего загрязнению окружающей среды нефтепродуктами и нефтестоками объектов лесопромышленной инфраструктуры.

4. Математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной инфраструктуры.

5. Методика расчета параметров и периодичности эксплуатации гидротехнического очистного сооружения для участков лесных дорог, проездов, территорий заправок и хранения ГСМ, стоянок техники.

6. Технология производства сорбционных элементов из отходов деревообработки и модифицированного верхового торфа для применения в гидротехнических очистных сооружениях.

7. Технология комплексного биотермического разложения лесосечных и хозяйственно-бытовых отходов на участке лесосеки для получения почвенного субстрата, повышающего продуктивность лесных культур.

8. Технология комплексной переработки некондиционных древесных и хозяйственно-бытовых отходов предприятий деревообработки методом пневматического аэрационного биотермического разложения для получения почвогрунта, используемого для выращивания саженцев, рекультивации нарушенных лесных территорий и лесовосстановления.

9. Экологически безопасная технология комплексной рекультивации

лесных труднодоступных территорий, загрязненных хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, методом аэрационной биодеструкции привнесенными биоэнзимами, исключающую применение машин и механизмов

10. Ресурсосберегающая технология комплексной циркуляционной очистки нефтезагрязненных территорий объектов лесопромышленной инфраструктуры биоразлагаемыми реагентами.

Достоверность исследований. Достоверность результатов проведенных исследований обусловлена корректной постановкой рассматриваемых задач, применением отработанных методов и методик исследований, результатами лабораторных и полевых экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью с полученными теоретическими данными.

Реализация работы. Основные результаты работы использованы в рамках сотрудничества с организациями, проектирующими лесные дороги и мосты ООО «Геолайн» и ООО «Геопроект» - внедрена методика параметров и периодичности эксплуатации гидротехнических очистных сооружений для очистки поверхностных нефтезагрязненных стоков с применением «сухого» многослойного фильтрования при подготовке проектной документации, прошедшей государственную экологическую экспертизу в количестве 305 комплектов для 12 участков дорог в период 2009 - 2011 года; разработан и внедрен технический регламент нормативного содержания гидротехнических очистных сооружений поверхностного стока с автодорог, включенных в содержание ФКУ Упрдор «Кола» - на двух участках автодорог, и установлены 72 сооружения на 7 участках автодорог в период 2009-2011, которые эксплуатируются по сей день, в рамках сотрудничества со строительной дорожной компанией ООО «Технострой», разработанные гидротехнические очистные сооружения внедрены на автостоянках, предприятиях энергетического комплекса, лесопромышленных предприятиях.

Технологии комплексного повышения экологической безопасности переработки хозяйственного бытовых и древесных отходов и стоков были

проработаны на ряде предприятий в рамках проекта КА526 «Снижение негативного антропогенного влияния на экосистему Ладожского озера» (20122013), КА 4020 «Улучшение экологической ситуации региона путем валоризации муниципальных и промышленных осадков (отходов) сточных вод», проекта КА 10020 «Устойчивое управление сточными водами в Карелии и Каяни» (Финляндия), проекта КА 10013 «Устойчивое управление отходами в Карелии и Каяни» (Финляндия), проекта КА 11000 «Обновление концепций управления осадком в региональных городах» выполняемого в соответствии с Программой приграничного сотрудничества Россия - ЕС в рамках Европейского инструмента соседства и партнёрства «Карелия» между российскими и финскими партнерами.

В рамках выполнения НИР разработана региональная программа обращения с отходами, в том числе с ТКО, на территории Республики Карелия, направленной на снижение объемов и темпов накопления экологического ущерба, ликвидацию накопленного ущерба окружающей среды, расширение возможностей вовлечения образующихся отходов в экономический оборот в 2017 году (госконтракт № 0106200001417000015).

Получены рекомендации по применению разработанных комплексных технологий повышения экологической безопасности объектов лесопромышленной инфраструктуры Министерством природных ресурсов и экологии Республики Карелия. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет». Разработанные технические решения признаны Роспатентом патентоспособными. В ходе апробации подтвержден комплексный экономический эффект от реализации разработанных технологий.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1. Основные технологические процессы лесозаготовительных производств

Содержание раздела основано на анализе уровня научной проработки вопросов влияния технологических и производственных процессов лесопромышленной инфраструктуры на окружающую среду. Полученные выводы и результаты положены в основу постановки цели и задач исследований, представленных во введении.

Огромный вклад в область исследований лесозаготовительных работ внесли ученые и специалисты АГАТУ, ВГЛТУ, ЦНИИМЭ, СПбГЛТА, МГУЛ, ГНЦлеспром, ВГЛТУ, ПГТУ, ПетрГУ, КарНИИЛП, САФУ, УГЛТУ и др. НИИ и вузов страны. Основные технологические этапы процессов лесопромышленных производств рассмотрены такими учеными, как Виноградов Г.К., Кочегаров В.Г., Ширин Ю. А., Шегельман И.Р., Бартенев И.М., Сюнёв В.С. [79, 162, 176-180, 4, 29, 49, 40, 83, 93, 92, 122, 124, 138, 172, 175, 183].

Анализ литературных источников по исследованию и разработке технологических процессов лесозаготовительных производств показал, что основные принципы эффективности базируются на следующих положениях:

1. Обеспечение неистощимого лесопользования внедрением ресурсосберегающих технологий лесозаготовок и комплексного использования древесной фитомассы.

2. Повышение эффективности лесозаготовительного производства.

3. Применение экологически безопасных технологий, повышающих безотходность производства древесной продукции.

4. Оптимизация эффективности обработки древесины.

5. Повышение объемов использования древесных отходов на всех этапах образования.

Для лесозаготовок и получения продукции переработки древесины при использовании лесов создается лесная инфраструктура, которая содержится в состоянии, обеспечивающем эффективную эксплуатацию и сохранение полезных функций лесов. В эксплуатационных лесах предусматривается размещение инфраструктурных объектов: лесных дорог, проездов; квартальных просек; мостов; лесных складов; пожарных объектов и техники; цистерн, резервуаров наземных и подземных; сооружений противоэрозионных, гидротехнических; в том числе для лесозаготовки предусматривается размещение площадок производственных, складов горюче-смазочных материалов, лесопогрузочных пунктов, некапитальных строений и сооружение для бытовых нужд; гаражей для лесохозяйственных и лесозаготовительных машин; ремонтно-механических мастерских [6, 180].

Технологические операции лесозаготовок состоят из следующих основных процессов:

1. Строительство лесных дорог, проездов, усов. Может реализовываться при любых видах использования лесов, включая охранные, защитные и лесовоспроизводственные цели. Эффективности строительства и надежности функционирования транспорта леса, оценке воздействия лесных дорог на грунты в разных условиях, посвящены многие работы [3 - 5, 7, 34, 75, 82, 15, 181]. Основные принципы безопасности лесных дорог закладываются на стадии проектирования, реализуются при эксплуатации лесных дорог в зависимости от качества управления транспортно-эксплуатационными характеристиками лесовозных дорог, контроля скоростных режимов движения техники, совершенствовании подвижного состава.

В настоящее время строительством лесных дорог занимаются непосредственно лесозаготовительные или субподрядные организации дорожного строительства. Рост интенсивности освоения лесов на прямую зависит от наличия и качества лесной инфраструктуры (дорог, мостов и др.)

На сегодняшний день в лесном законодательстве Российской Федерации не отрегулированы вопросы строительства и содержания лесных дорог: дороги не отражены в схемах территориального планирования, права предприятий,

занимающихся строительством и эксплуатацией лесных дорог не регламентированы, что отражается на эффективности транспортировки древесины. При этом, объемы создания лесной инфраструктуры в России находятся на низком уровне и в обозримом будущем увеличатся незначительно.

2. Лесосечные работы - оказывают наибольшее воздействие на лесные экосистемы. Заготовка древесины является наиболее распространенным видом использования лесов, вовлекающего в процесс огромные площади лесов. Лесозаготовки преимущественно проводятся на основании аренды участков лесозаготовительными предприятиями на срок до 49 лет. Таким образом заготавливается 80% всего объема древесины на территории Российской Федерации, что составляет 232,5 млн. гектаров. Около 85 % заготавливается наиболее применяемым методом сплошных рубок, что составляет 52 % от используемых для этих целей лесов благодаря применению средств механизации (харвестеры, процессоры, форвардеры), повышающих производительность лесозаготовок, подробно описанных в работах авторов [10, 52, 53, 80, 176]. Также, немаловажным вопросом является проведение рубок ухода за лесом, рубок спелых и перестойных насаждений [37, 43, 85]. В связи со сплошностью лесных насаждений довольно остро стоит вопрос реализации санитарно-оздоровительных мероприятий в существующих лесных массивах, необходимых для сохранения лесов [81, 140, 166].

При транспортировке трелюемой древесины лесная техника оказывает влияние на почвы. При планировании работ учитывают ограничения машин по грузоподъемности, касательной силе тяги, сцеплению движителя с грунтом. Кроме того, существуют рекомендации по ограничению веса трелевочной машины с грузами по допустимости глубин колеи после первого прохода машины не превышающий 0,2 м. [16]

В процессе различных технологических процессов лесозаготовительных работ образуются лесосечные отходы, в том числе при лесозаготовках на базе трелевочных тракторов, использовании валочно-пакетирующих машин и

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Графова Елена Олеговна, 2023 год

Источник

20 м от источника 40 м от источника

Удаленность от источника, м

Рисунок 2.3 - Процент проективного покрытия злаками

Таким образом, на видовой состав вблизи источника загрязнения стоками и развитие крупных экземпляров злаков, которые здесь проходили полный цикл развития также существенное оказывает влияние освещенность места

произрастания. Не ближе 20 м от зоны загрязнения начинался рост лесных растений, которые единично встречались даже на освещенной территории, однако хорошо развивались только под пологими древесных растений.

Результаты замеров хвои показали, что средняя длина хвои в контрольной зоне составила 1,71±0,020 см, в непосредственной близости от источника загрязнений - 1,41±0,24см. Точность исследования составила 1-1,5%, изменчивость признака 6-14% для загрязняемого насаждения, то есть малая и средняя. Достоверность среднего значения более 4. Средняя длина 100 пар хвоинок ели возле источника загрязнения на 32-30% меньше, чем длина хвои в лесу, что свидетельствует о поступлении органики в корневую систему, достаточно сильном воздействии загрязнения. Достоверность различия для двух участков составила по сравнению с контролем составила 2,57 и 2,7, что достоверно на 5 %-ном уровне значимости. Средняя масса 100 пар хвоинок у источника загрязнения составила 1,1 г, в то время, как масса хвоинок в 20 м зоне составила 1,2 г и в контрольном насаждении - 1,4 г, что на 14 и 21% меньше соответственно. Таким образом, влияние загрязнения сказывается в первую очередь на развитии ассимиляционного аппарата хвойных лесных пород: вблизи источника загрязнения наблюдается уменьшение размеров и массы хвои.

2.2.2. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми отходами и стоками лесного поселка в Кондопожском районе Карелии

Фитоиндикации подвергалась окраина функционирующего лесного поселка, оборудованная участком складирования бытовых отходов и системой накопления и организованного сброса бытовых стоков. Схема расположения источников загрязнения и пробных площадок представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Размещение пробных площадей при фитотестировании участка загрязнения лесного поселка

В ходе исследований обследовано на 7 пробных площадок: определялось проективное покрытие и видовой состав растений. В таблице 2.2 приведены результаты исследований. Анализ полученных данных свидетельствует о бедном видовом составе растительности близ выпуска хоз-бытовых стоков - около девяти видов растений (многие из них - единично). Так, возле источника загрязнений обнаружен майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.), а на удалении 20 м от источника загрязнения его полностью сменила черника и зеленый мох (Плеуроциум Шребера - Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.). На площадках, расположенных возле источника загрязнений произрастают шесть видов растений: на площадке 2 растительность представлена единичными экземплярами черники, дикранума метловидного (Dicranum scoparium Hedw.); на площадках 6 и 7 более обильная растительность представлена в основном папоротниками. На площадке, находящейся на удалении от источника загрязнения, обнаружены растения черники, брусники и зеленых мхов, которые полностью покрывают почву. Покрытие лесными видами растительности на расстоянии 40 м

от источника загрязнения составило 23% майником двулистным (Maidnthemum Ы/оНит (Ь.), 25 % черникой и 30% папоротником.

Таблица 2.2 - Процент проективного покрытия площади основными видами живого напочвенного покрова

Видовой состав растений № пробной площади

1 2 3 4 5 6 7

Черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus (L.) 0 0 7 25 0 10 10

Вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) 56 53 48 8 43 30 30

Полевица собачья (Agrostsi canina (L.) 10 12 9 2 9 6 4

Майник двулистный (Maiánthemum bifólium (L.) 5 0 10 23 0 5 13

Орляк обыкновенный (Pterídium aquilínum (L.) Kuhn) 3 0 0 30 10 7 9

Остальные виды: Седмичник европейский, Дикранум метловидный, Костяника каменистая, Брусника обыкновенная, Плеуроциум Шребера 4 4 25 31 5 30 33

На участке с частичным затенением (20 м от источника загрязнения) наблюдается в среднем 10% площади проективного покрытия лесными видами растений (рисунок 2.5). Вблизи источника лесные виды не произрастали в связи с высоким загрязнением почвы, а также по причине хорошей освещенности открытого участка.

□ Орляк обыкновенный

□ Майник двулистный

Источник 20 м от 40 м от

источника источника Удаленность от источника, м

Рисунок 2.5 - Процент проективного покрытия лесными видами

Анализ произрастания злаковой растительности свидетельствует о постепенном уменьшении участия основных видов злаковой растений, представленных вейником тростниковидным (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) и полевицей, с увеличением степени влияния сточных вод на зону их произрастания. Причем процент проективного покрытия в целом достаточно высокий и составил по этим участкам от 56 до 8%. (рисунок 2.6). По мере удаления под пологом древесных пород наблюдалось постепенное снижение их участия в составе травостоя.

12

« 10

■ Вейник тростниковидный

■ Полевица тонкая

Источник 20 м от 40 м от

источника источника

Удаленность от источника, м

Рисунок 2.6 - Процент проективного покрытия злаками

После изучения состава мохового покрова пробных площадей выявлено, что выживаемость зеленых мхов, в целом, не зависела от освещенности. Максимальное развитие мхов наблюдалось в месте максимального влияния стоков (рисунок 2.7). Так, в 20 м от источника загрязнения, процент проективного покрытия площади мхом плевроциумом Шребера - Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.) составил 20%, а рядом с источником загрязнения, он занимад уже 40%. Дикранум метельчатый (Dicranum scoparium Hedw.), присутствующий на участках, покрывал площадь на 20% вблизи источника загрязнения и 18% в 20 метровой зоне. Под пологом леса, в 40 м от источника загрязнения, его участие составляло не менее 10%.

о4

Н

И щ

О

а В

45 40 35 30 25 20 15 10

О

□ Дикранум метельчатый

□ Плевроциум Шребери

Источник

20 м от 40 м от

источника источника Удаленность от источника, м

Рисунок 2.7 - Процент проективного покрытия зелеными мхами

По ходу удаления от источника загрязнения значительно менялся видовой состав растений и процент проективного покрытия. По мере удаления от источника загрязнения наблюдается увеличение присутствия видов живого напочвенного покрова, характерных для лесной растительности, в разы увеличивается их численность. Как и ожидалось, значительное количество видов живого напочвенного покрова было отмечено на площадках, находящихся на удалении от источника загрязнения, более богатых увлажненных почвах (площадки 6 и 7).

Также проведено определение массы живого напочвенного покрова по видам, определен вес растительности исследуемых площадок (таблице 2.3).

Таблица 2.3 - Абсолютно сухой удельный вес растений основных видов живого напочвенного покрова, г

Видовой состав растений Вес растений на пробной площади

1 2 3 4 5 6 7

Черника обыкновенная - Vaccinium myrtillus L. 0 0 1,8 9,25 0 3 3

Вейник тростниковидный Calamagrostis arundinacea (L.) Roth 5,0 5,3 3,8 0,16 1,7 1,2 0,9

Полевица собачья - Agrostsi canina L. 0,9 1,1 0,8 0,3 0,7 0,4 0,3

Майник двулистный - Maiánthemum bifólium L. 0,3 0 1,6 5,3 0 1,2 2,1

Орляк обыкновенный - Pterídium aquilínum (L.) Kuhn 0,4 0 0 3,8 7,1 14,0 14,8

По мере удаления от источника загрязнения, возрастает масса лесных видов, что, безусловно, говорит о влиянии богатых органикой стоков на состав напочвенного покрова. Анализ изменения веса обнаруженных видов растительности представлен на рис. 2.8. Вблизи источников загрязнения не только уменьшение количества видов живого напочвенного покрова, но и вес растений. Единственное растение, которой увеличило свою массу на единицу площади - это вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth), относительная масса папоротника также осталась неизменной для всех трех участков.

Измерения длины хвои ели европейской (Picea abies (L.) на исследуемых участках показали следующее: средняя длина в фоновом участке составила 1,7± 0,011 см, а на участке возле источника загрязнения 1,37±0,012 см (таблица 2.4). Точность исследования составила менее 1%, изменчивость признака 6-9%, то есть малая. Достоверность среднего более 4, то есть средние величины размера хвои достоверны. Средняя длина 100 шт. хвои Ели европейской (Picea abies(L.) рядом с источником загрязнения на 19% меньше, чем длина хвои ели в лесу. Достоверность различия двух показателей определялась по коэффициенту Стьюдента.

0,4

0,35

£ 0,3

ч «

д

«5 0,25

ч

с

5? 0,2

I

0,15

« I

ё 0,1 И

0,05

Источник

R2 = 0,9361

R2 = 0,9811

R2 = 0,9108

R2 = 0,926

20 м от источника 40 м от источника

Удаленность от источника, м

■ Черника обыкновенная

■ Вейник тростниковидный

■ Полевица собачья

■ Майник двулистный

■ Орляк обыкновенный

Экспоненциальная (Черника обыкновенная )

• Степенная (Вейник тростниковидный )

• Степенная (Полевица собачья ) Степенная (Майник двулистный )

Рисунок 2.8 - Изменения веса растительности при воздействии загрязнений

Таблица 2.4 - Статистические показатели исследования длины хвои ели

0

Показатель Контроль (лес) Источник загрязнения

Среднее значение, см 1,70 1,37

Среднее отклонение, см 0,11 0,12

Ошибка, см 0,011 0,012

Изменчивость, % 6,35 8,77

Точность среднего, % 0,64 0,88

Достоверность среднего 157,41 113,99

Для длины хвои показатель оказался более 20,6. При его величине более 4 показатель достоверности равен 1, то есть в 100 случаях из 100 хвоя Ели

европейской (Picea abies (L.) у источника загрязнения будет меньше хвои ели произрастающей в фоновых условиях. Вес в абсолютно сухом состоянии в фоновой лесной зоне составил 0,9 г, для площади рядом с источником загрязнения - 0,6 г. Различие веса составило 33 %. Анализ полученный данных свидетельствует влиянии загрязнений на размер и массу хвои Ели европейской (Picea abies (L.), что подтверждается повышенное содержание азота в хвое по сравнению с фоновыми значениями. Анализ химического состава хвои на содержание азота показал, что содержание азота на 20% превысило показатели фоновых образцов.

2.2.3. Исследование территории загрязненной хозяйственно-бытовыми стоками лесного поселка в Сегежском районе Карелии

Анализ состояния лесной растительности участка, расположенного возле многолетней свалки хозяйственно-бытовых отходов проведен возле временного лесного поселка в Сегежском районе Карелии. Фитоиндикация оценивалась путем исследования живого напочвенного покрова с шагом удаления от источника загрязнения 20 м. В ходе исследований заложены контрольные участки (1,0*1,0 (м) в соответствии со схемой (рисунок 2.9), на которых производились следующие мероприятия:

- на пробных площадках, с применением определителя растений Раменской, определен видовой состав растений живого напочвенного покрова и процентов проективного покрытия каждым из видов (таблица 2.5);

- определена масса каждого из видов растений в сыром и абсолютно сухом состоянии (таблица 2. 6).

На основании проведенных исследований по усредненным данным получены следующие результаты: основную массу растений составили злаки (вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) и луговик извилистый (Deschampsia flexuosa (L.), остальные растения либо присутствуют в единичном

числе, либо занимают маленькую площадь, что может быть связано с их угнетением более высокой и густой злаковой растительностью.

Вблизи источника загрязнения наблюдается развитие луговика извилистого, (60%), а также присутствуют в составе вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth), тысячелистник, клевер полевой, незабудка. Общее покрытие площади 76%. На расстоянии 20 м от источника загрязнения максимально развиты: вейник, луговик и пижма, при общей площади проективного покрытия 89%. Видовой состав в зоне загрязнения существенно снижается на 15%.

/1еснои поселок

свалка

БЫТОВЫХ

Рисунок 2.9 - Схема расположения пробных площадей лесного поселка

Таблица 2.5 - Процент проективного покрытия площади основными видами живого напочвенного покрова

Видовой состав растений Среднее проективное покрытие, %

1 2 3

Злаки: вейник тростниковидный, луговик извилистый 65 70 80

Прочие виды 11 19 15

Итого 76 89 95

На расстоянии 40 м от источника загрязнения наблюдаются преобладание луговых видов растений, в том числе: линнея северная (Linnaеa boreаlis), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.), мать и мачеха (Tussilago fаrfara), мышиный горошек (Vicia crâcca (L.). Из злаков наблюдается преимущественное развитие вейника тростниковидного (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) (50%) и луговика извилистого (30%) (рисунок 2.9).

Таблица 2.6 - Сухой вес растений основных видов живого напочвенного покрова, г.

Видовой состав растений Удельный вес на пробной площади

1 2 3

Злаки: вейник тростниковидный, луговик извилистый 41,1 82,9 61,8

Рисунок 2.10 - Удельный вес злаков, г

Преобладание злаковой растительности на объекте свидетельствует о влиянии неблагоприятных факторов, связанных с загрязнением, однако появление растительности характерной для лугов и заболоченных площадей, свидетельствует об умеренном плодородии почвы, подпитываемом органическими загрязнениями

фильтрующимися в почву. В условиях хорошей освещенности их проективное покрытие и масса увеличивается.

Таким образом, анализ тенденций произрастания растений в зоне влияния загрязнений хозяйственно-бытовыми отходами и стоками формирует ореол загрязнения, который со временем расширяется. Скорость расширения ореола загрязнения зависит от интенсивности загрязнения.

Общая динамика произрастания видов при удалении от источника загрязнения представлена на рисунке 2.11.

45

«

Я Н 2 а ы о я

<и о я и

Н Ы <и о а В

40 35 30 25 20 15 10 5 0

I. .1

Источник

I Дикранум метельчатый I Орляк обыкновенный I Пырей ползучий

20 м от источника 40 м от источника

Удаленность от источника, м

Плевроциум Шребера ■ Черника обыкновенная I Майник двулистный ■ Полевица тонкая I Вейник тростниковидный ■ Овсяница овечья

Рисунок 2.11 - Сводная динамика произрастания видов растений при удалении от источника загрязнения

На основании проведенных исследований можно выявить общие фитоиндикационные признаки загрязнения хозяйственно-бытовыми отходами и стоками:

1. Наблюдается уменьшение количества видов растений, попадающих под прямое воздействие загрязнений на 30-50%. Наблюдается гибель чувствительных видов растений, подроста.

2. Уменьшается площадь проективного покрытия большинства видов растений.

3. Снижается масса растений.

4. Происходит защелачивание и засоление почв.

5. Эффективно произрастают на загрязненных территориях луговик извилистый (Deschampsia flexuosa (L.), овсянница овечья (Festuca ovina), вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth).

6. В ряде случаев, наилучшую толерантность к загрязнению проявляют мхи - такие как дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw.)

7. Параметрические характеристики хвои хвойных пород, таких как ель европейская (Picea abies (L.) свидетельствуют о уменьшении длины, ширины и массы хвои, что говорит о снижении продуктивности хвойных лесных пород.

8. Брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea (L.) отсутствует или крайне угнетена. Черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus (L.) и вереск обыкновенный (Calluna vulgaris) встречаются на затененных площадках за пределами зоны загрязнения.

2.3. Фитоиндикация территорий, загрязненных нефтепродуктами

Оценка воздействия нефтепродуктов на окружающую почвенно-растительную среду проводилась на типовых лесных заправочных пунктах. Тип окружающего леса - ельник черничный. Степень загруженности лесной дороги средняя. Заправочный участок освобожден от лесных насаждений в радиусе 20 м. Сбор материала осуществлен с двух объектов: (а) автозаправочный пункт в Прионежском районе Карелии и (б) автозаправочный пункт Кондопожском районе Карелии, в период максимального развития вегетативных частей растений.

Рисунок 2.12 - Схема закладки площадок на пунктах заправки техники

а) фитоиндикация проведена методом исследования живого напочвенного покрова с удалением от источника загрязнения - заправочного пункта. В ходе исследований заложены контрольные участки 1,0 *1,0 (м) с шагом 5 м от источника загрязнения по трем направления в соответствии с рисунком 2.12. Данные проективного покрытия района обрабатывались в программе Microsoft Exсel.

Результаты исследования живого напочвенного покрова по проценту проективного покрытия вблизи заправочного участка в Прионежском районе приведены на рисунке 2.13-2.15.

18 SP 16

О4 ^ 14

н

А 12 а и 2 10

<и о

8 -

са

S 6

и

« 4

о 4 а

В 2

13,7

2,7 2

071 rn

15,7

11

1 5 10 15 20

Расстояние от пункта заправки, м

□ Кислица обыкновенная

□ Черника обыновенная ■ Земляника каменная

5

0

Рисунок 2.13 - Процент проективного покрытия площади лесными видами

70

^ 60 «

а 50

■а

а

I 40

<и

§ 30

£ 20 и

I 10

58,3

60,6

44,7

33 33

35 37

33,3

36,7

□ Дикранум метельчатый

□ Плевроциум Шребера

5 10 15

Расстояние от пункта заправки, м

20

0

1

Рисунок 2.14 - Процент проективного покрытия площади зелеными мхами

Рисунок 2.15 - Процент проективного покрытия площади разнотравьем

Анализ полученных данных проективного покрытия демонстрирует следующее: лесные растения, такие как черника обыкновенная, кислица, земляника лесная вблизи пункта заправки не произрастают в связи высокой освещенностью. Рост отмечается на расстоянии 10 м от пункта заправки при частичном затенении площади и под пологом леса. Эти лесные виды растений могут служить индикатором загрязнения. Их появление свидетельствует о появлении лесного типа растительности и чистых почв на расстоянии 20 м от пункта заправки (рисунок 2.16). Разнотравье имеет нестабильное размещение по исследуемой площади -процент покрытия чередуется повышением и снижением (рисунок 2.17). Процент покрытия площади хвощом луговым, по мере удаления от территории пункта

заправки, увеличивается с 5 до почти 14%, при этом под пологом деревьев, он практически отсутствует. Хвощ является индикатором кислых почв, и его присутствие свидетельствует о изменении почвы нефтепродуктами.

Иван-чай встречается только близ пункта заправки, покрывая площадь в среднем на 23% и занимает почти половину площади площадки. Он, как правило, произрастает по относительно богатым почвам при хорошем освещении, на расстоянии 5-15 м от пункта заправки процент покрытия им площади составляет 9-11%. При приближении к опушке леса иван-чай выпадает из состава.

Вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) растет, как правило, на хорошо освещенных площадях. Он способен расти при существенном загрязнении почвы, что и обуславливает его распространение на 30% площади проективного покрытия вблизи пункта заправки. Рядом с пологом леса этот светолюбивый вид злака уменьшает процент проекции покрытия до 7% в связи с мозаичностью освещенности почвы.

Зеленые мхи, представленные дикранумом метельчатым (Dicranum scoparium Hedw.) и плевроциумом Шребера (Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.), вблизи пункта заправки произрастают, покрывая учетную площадь в сумме на 66% (рисунок 2.18). По мере удаления от пункта заправки, ниже по склону площадь проективного покрытия увеличивается до 100%. Это обусловлено почвенными условиями. Удаляясь, они покрывают всю исследуемую площадь, особенно хорошо развиваются начиная с 15 м от пункта заправки, при условии достаточной увлажненности. При значительном увлажнении почвы зеленые мхи покрывают в сумме 100% почвы.

б) фитоиндикация при воздействия нефтяных загрязнений на автозаправочном пункте в Кондопожском районе также проведена исследованием процента проективного покрытия, результаты представлены на рисунках 2.16-2.19.

Рядом с пунктом заправки, встречаются лесные виды: черника обыкновенная (5,7% покрытия площади) и кислица обыкновенная (4%). Кроме них, на хорошо

освещенной площадок от 1 до 15 м от пункта заправки встречается кислица (рисунок 2.16).

25

о4

О) 20

н

■а

а

и о 15

В

щ

о я 10

са

в

н

И щ 5

о

а

В

0

5,7

4 4

20

15

8,3

3,3

17

10 6 □ Черника обыкновенная

□ Брусника обыкновенная

1 5 10 15 20

Расстояние от пункта заправки, м

4

3

Рисунок 2.16 - Процент проективного покрытия площади лесными видами

—х

10 9

и,е 8

ит 7

т к е

о р

В

8,7

8,3

6,7

7,3

5 10 15 20

Расстояние от пункта заправки, м

I Ландыш майский

I Майник двулистный

0

1

Рисунок 2.17 - Процент проективного покрытия площади разнотравьем

Рисунок 2.18 - Процент проективного покрытия площади зелеными мхами

о4

Н

S а

А о

<и о

н

и

щ

о а В

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

5,3

0,67

5,5

1,3

5,7

I2

□ Вейник тростниковидный ■ Хвощ лесной

5 10 15

Расстояние от пункта заправки, м

20

9

8

5

1

Рисунок 2.19 - Процент проективного покрытия площади злаками и хвощам

Наличие лесных видов растений свидетельствует о незначительном загрязнении почвы продуктами нефтепереработки. Исчезновение брусники обыкновенной (Vaccinium vitis-idaea (L.) на расстоянии 20 м и увеличение процента покрытия площади кислицей до 10,6% свидетельствует о достаточно влажных с хорошим дренированием плодородных почвах, под затененной кронами растущих деревьев. Кроме лесных видов, здесь встречается достаточно большое количество разнотравья, характерного для лесной растительности. Это в первую очередь майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.), ландыш майский (Convallaria majalis (L.) (рисунок 2.17). Звездчатка средняя, являясь сорным растением, прекрасно чувствует себя на хорошо увлажненных почвах. Ее процент проективного покрытия уменьшается с уменьшением освещенности с 8,7 до 3,7%. При этом увеличивается с увеличением затенения процент покрытия площади ландышем с 0,7 до 3% и майника двулистного (Maianthemum bifolium (L.) с 1 до 3%. Зеленые мхи произрастают на всей исследуемой площади, отличается только процент покрытия ими площади. Так, дикранум метловидный (Dicranum scoparium Hedw.) несколько уменьшает участие в составе живого напочвенного покрова с 3424 до 18%, а плеуроциум Шребера (Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.), наоборот, существенно увеличивает, с 52-32% до 82%. Исследование развития

живого напочвенного покрова злаками и хвощем показало, что вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth) присутствует на всех учетных площадках (рисунок 2.18). Тем не мене, этот злак достаточно эффективно произрастает вблизи источника загрязнения и процент проективного покрытия в среднем составляет 5 и 11%. Вейник тростниковидный не испытывает какого-либо угнетения как со стороны освещенности, так и от наличия загрязнений нефтепродуктами. Наличие хвощей в составе связано, скорее всего, с увлажнением и подкислением почвы. Также проведено исследование размеров хвои ели европейской (Picea abies (L.) Исследование размеров хвои ели европейской выполнены на обоих участках воздействия нефтепродуктов. Также отбор производился на фоновой территории, исключающем воздействие нефтепродуктов. Исследованы длины 100 шт. хвоинок, собранных с деревьев ели европейской.

После статистической обработки получены сведения по средней длине, ширине хвоинок и их площади, представленные в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Средние биометрические показатели хвои ели европейской

Показатели Длина, мм Ширина, мм Площадь одной хвоинки, мм2

Пункт заправки, Прионежский р-н 11,9*0,11 0,99±0,01 23,56

Пункт заправки Кондоподский р-н 7,8±0,12 0,96±0,01 14,98

Контроль 17,9±0,31 1,90±0,01 68,02

Сравнение средней длины хвои ели европейской (Picea abies (L.), произрастающей возле пункта заправки существенно отличалась от хвои ели из фоновых участков (контроль): в Прионежском районе оказалась на 33% меньше, и в Кондопожском районе на 56% меньше (таблица 2.7). При этом средние значения были достоверны (величина достоверности среднего более 4). Следует отметить, что размеры собранных хвоинок имели малую и среднюю изменчивость (8,8<10%

в Прионежском районе и 14-16< 30% в Кондопожском районе. Точность опыта во всех измерениях составила 1-2%. После расчета коэффициентов Стьюдента установлено, что различие между контрольными растениями и растущими близ пункта заправки, статистически достоверно О^З).

Таблица 2.8 - Значения коэффициента Стьюдента для морфометрических показателей хвои

Расположение Прионежск. р-н Кондопожск. р-н Контроль

Длина хвои

Прионежский р-н 25,1 18,1

Кондопожский р-н 25,1 30,6

Ширина хвои

Прионежский р-н 2,1 65

Кондопожский р-н 2,1 67,1

Исследования по ширине хвои показали, что средние значения на загрязненных участках отличаются от контроля практически в 2 раза. Изменчивость малая (менее 10%). Точность расчета результатов по всем объектам составила 1%. Во всех случаях ширина хвои достоверно различалась с контрольными образцами (табл. 2.8). Основные положения исследований описаны в работе [26]. Таким образом, на основании проведенных исследований можно выявить общие признаки фитоиндикаторов загрязнения нефтепродуктами:

1. Наблюдается уменьшение количества видов и площади проективного покрытия растений, попадающих под прямое воздействие нефтепродуктов и гибель чувствительных видов растений, подроста.

2. Снижается масса растений.

3. Происходит изменение свойств почв.

4. Наилучшую толерантность к загрязнению проявляют мхи - такие как дикранум метловидный (01стапит 8сорапит (Hedw.)

5. Параметрические характеристики хвои хвойных пород, на примере ели европейской, свидетельствуют об уменьшении длины и ширины хвои и, как следствие, снижении продуктивности.

6. Лесные светолюбивые растения, такие, как брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea (L.), вереск обыкновенный (Calluna vulgaris (L.), хвощ и теневыносливые виды: черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus (L.), кислица (Oxalis acetosella (L.), майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.) отсутствуют или угнетаются при прямом воздействии нефтепродуктов.

2.4. Оценка воздействия жиросодержащих загрязнений на лесной участок

В случае отсутствия должного контроля за арендуемым участком, возникают ситуации нарушений условий его содержания. Одним из распространенных видов природоохранных нарушений является появление несанкционированных единичных или периодических сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. К таким загрязнениям относятся сбросы стоков и отходов, содержащих разлагающиеся органические компоненты, пищевые жиры. Как правило источником таких загрязнений являются столовые лесных и вахтовых поселков, сторонние нарушители.

Автором исследовано загрязнение лесного участка, обнаруженного в процессе инспекционной работы ГКУ РК «Сегежское центральное лесничество».

Исследуемая территория загрязнения имеет площадь 6603 м2, представляет собой мелиорированное болото переходного типа. Продолжительное воздействие загрязнений привело к полному уничтожению и трансформации верховой растительности. Часть древостоя погибло, травяно-кустарничковый и моховой ярусы накрыты слоем органо-жировых отходов. Сохранились частично кочки осок. Средняя глубина слоя верхового торфа 0,4-0,5 м, максимальная - до 1 м (таблица 2.9). В месте предполагаемого сброса загрязненных стоков наблюдается слой органического загрязнения жироподобного типа с резким гниющим запахом.

Слой отходов покрывает часть территории с максимальной высотой слоя (0,2 м) у места сброса и, расширяясь, постепенно уменьшающегося до ноля (таблица 2.9). Таблица 2.9 - Результаты промеров глубины загрязнения территории

Точка замера Степень загрязнения Глубина обнаружения органических остатков, см Слой органических отложений, м УГВ, м

1 Слабое 0,5 — 0

2 Сильное 0,95 — - 0,15

3 Сильное, погибла растительность 0,8 — - 0,1

4 Сильное 0,7 0,15 - 0,1

5 Очень сильное 0,5 0,2 - 0,1

6 Очень сильное 0,7 0,2 - 0,7

Согласно данным таблицы 2.9, наибольший слой загрязненных отходов наблюдается на части участка, расположенного в непосредственной близости к источнику загрязнения. Глубина обнаружения следов органических остатков достигает 0,95 м. Для оценки степени и количества загрязнения, территория участка разбита на подзоны (рисунок 2.20).

Рисунок 2.20 - Картирование учета загрязнений нарушенного участка

На части участка полностью погиб древостой, а травяно-кустарничковый и моховой ярусы накрыты слоем органо-жировых отходов. Сохранились частично кочки осок водной и сизой (Carex aquatilis, C. cinerea). Сплошной слой отходов занимает около 1/3 участка у эпицентра загрязнения. При удалении от эпицентра фрагментарно сохранилась травянистая растительность, проективное покрытие осок возрастает: осоки вздутой (Carex rostrata), осоки струннокоренной (C. chordorrhiza) и магелланской (C. paupercula), а также сабельника (Comarum palustre), пушицы (Eriophorum vaginatum). Поврежден живой подрост березы (Betula pendula) начиная со средней, не затронутой отходами части участка, а в его нижней части жизненность березы сохранена. При этом мох уничтожен на всей площади участка, в нижней части отмечаются лишь небольшие единичные пятна сфагновых и гипновых мхов (Sphagnum spp., Warnstorfia sp.). Слой органо-жировых отходов представляет собой непригодный для роста растений субстрат, а погребенный под ним торф не может служить субстратом ввиду того, что он изолирован от доступа воздуха и питательных веществ. В нижней части участка, не покрытой слоем отходов, но испытывающей их воздействие через болотные воды, осоки продолжают успешно расти. В удовлетворительном состоянии находится и поросль березы, что свидетельствует о недостаточно сильном для гибели токсическом воздействии загрязнений. Основную проблему для восстановления растительного покрова представляет изолирующий слой отходов.

Фотографии участка исследования представлены ниже на рисунках 2.202.21.

Рис. 2.21 - Нарушенный участок у источника загрязнения с уничтоженной

растительностью

Рис. 2.22 - Пограничная зона воздействия отходов.

После картирования, проведен отбор проб воды, находящейся ниже загрязненного слоя, на глубине 0,2-0,3 м. Результаты приведены в таблице 2.10, точки отбора проб обозначены на рисунке 2.20.

Таблица 2.10 — Показатели качества проб воды в 6 точках с удалением от источника загрязнения

№ Точка замера 6 5 4 3 2 1 ПДК

1 рН 6,52 6,26 6,37 6,21 5,49 6,29 -

2 БПК5, мг О2/л >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 159 2,1

3 ХПК, мг О2/л >800 >800 >800 >800 >800 470 -

4 Аммиак, мг /л >100 77 >100 71 >100 77 0,5

5 Нитрит-ион, мг /л 0,025 0,031 <0,02 0,054 <0,02 <0,02 0,08

6 Нитрат — ион, мг /л 0,45 0,46 0,45 0,81 0,33 0,35 40

7 Фосфат-ион, мг /л 78 10,7 22,5 18,6 50 19,8 0,2

8 АПАВ, мг /л 0,18 0,054 0,08 0,053 0,19 0,18 0,1

9 Жиры, мг /л >50 >50 >50 >50 >50 29

Анализ лабораторных данных свидетельствует о том, что часть загрязнений проникла в толщу болотного участка на глубину не более 1,0 м. Наибольшие показатели загрязнения обнаружены в точках 6, 5, 4, 3, 2. В точке 1 — концентрация загрязнений наименьшая. Наблюдается постепенное снижение концентраций загрязнений, что свидетельствует о постепенной деструкции загрязняющих веществ. Тем не менее количество органических и неорганических загрязнений значительно превышают показатели нормативного содержания в природной среде. Очевидно, что препятствием для естественного разложения и окисления органических веществ является наличие на поверхности болота слоя органо-жирового слоя отходов, который препятствует окислению органических веществ.

Таким образом, в случае интенсивного загрязнения участка, на котором погибла практически вся растительность, слой осадка препятствует естественному лесовосстановлению, поэтому необходимо предусмотреть следующие этапы лесовосстановления:

— определить границы загрязнения визуальным способом;

— в зависимости от масштабов загрязнений, предусмотреть картирование участка с разбивкой на зоны для оценки степени воздействия и объемов загрязнений;

— определить глубину проникновения загрязнений;

— определить интенсивность запаха загрязнений и его оттенки: хоз-бытовой, пищевая органика, нефтепродукты, и т.д.

— отбор проб почвы и воды повысит эффективность определения технологических параметров рекультивации территории и прогнозирования лесовосстановления.

2.5. Вывод по 2 главе

Таким образом, сформулирован новый подход к определению признаков негативного воздействия на окружающую среду методом фитоиндикации:

1. Метод определения процента проективного покрытия живого напочвенного покрова является приемлемым способом фитоиндикации территорий, загрязняемых хозяйственно-бытовыми отходами и стоками, нефтяными загрязнениями, свалками бытовых и производственных отходов.

2. Фитоиндикацию следует выполнять с учётом удаления от источника загрязнения. Учетные площадки должны размещаться с равным шагом удаления от источника загрязнений, включая заведомо удаленную контрольную площадку для определения фоновых показателей.

3. Приемлемыми размерами пробных площадок для определения видового состава и процента проективного покрытия живого напочвенного покрова являются 1,0*1,0 м.

4. Количество площадок следует назначать не менее 2-х на одном уровне удаления от источника загрязнения.

5. Количество уровней удаления от источника загрязнения следует определять в зависимости от размера и характеристик источника негативного воздействия на окружающую среду.

6. Наблюдается уменьшение количества видов и массы растений, попадающих под прямое воздействие загрязнений. Происходит гибель чувствительных видов растений, подроста хвойных пород.

7. Происходит изменение свойств почвенной среды, изменение состава живого напочвенного покрова.

8. В качестве индикаторов загрязнения установлены зеленые мхи и злаки: вейник тростниковидный (Calamagrostis arundinacea (L.), луговик извилистый (Deschampsia flexuosa L.)

9. Лесные светолюбивые растения, такие, как брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea (L.), вереск обыкновенный (Calluna vulgaris (L.), хвощ и теневыносливые виды: черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus (L.), кислица (Oxalis acetosella (L.), майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.) отсутствуют или угнетаются при прямом воздействии органических загрязнений.

10. При воздействии нефтепродуктов угнетаются все исследованные виды растительности, начинается деградация почв.

11. Уменьшение длины и ширины хвои ели европейской (Picea abies (L.), свидетельствуют о достоверной реакции на загрязнение почв отходами и стоками и, как следствие, снижении продуктивности.

12. В случаях крупномасштабных загрязнений лесных территорий необходимо: четко определить границы загрязнения визуальным способом, провести картирование с разбивкой на зоны для оценки степени воздействия и объемов загрязнений, определить глубину проникновения загрязнений, провести лабораторный анализ проб почвы и воды для повышения эффективности разработки технологии рекультивации территории и определения возможности лесовосстановления.

ГЛАВА 3. СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕСОВОЗНОГО

ТРАНСПОРТА И ЛЕСНЫХ ДОРОГ

3.1. Разработка технико-технологических средств снижения негативного воздействия лесовозного транспорта на экологию придорожной

территории

В соответствии с действующим природоохранным законодательством дождевые и талые воды с территории лесных дорог и мостовых переходов должны быть очищены перед сбросом в водоохранах зонах рек, озер, болотных участков. Популярные на рынке конструкции гидротехнических очистных сооружений требуют подземного размещения с глубиной котлована от 1,5 до 3,5 м. Конструкция фильтров включает: распределительный колодец, песколовку, масло-бензоуловитель, проточный подземный резервуар, сорбционный фильтр, колодец для отбора проб, устройство выпуска очищенного стока на рельеф [26, 44, 111]. При подземном размещении заглубление очистных сооружений требует перепада уровней между водосборной поверхностью и точкой сброса очищенного стока до 2,5 м, поэтому, как правило, требуется насосная перекачка очищенного стока. Эксплуатация сооружений затруднена выемкой уплотненных загрязнений высокой влажности [8]. Основные положения исследований описаны в работе [9, 66].

Для многих равнинных регионов России лесные дороги разных назначений имеют следующие характерные особенности:

- отсутствие электроснабжения;

- заболоченность территории до 40%;

- малое превышением полотна дороги над рельефом — от 0,3 м;

- высокий уровень грунтовых вод — от 0,1 м от поверхности.

Такие особенности потребовали применения ряда технических решений в конструктивном оформлении, в соответствии с которыми гидротехническое сооружений должно:

— использоваться для сбора и очистки поверхностных дождевых и талых стоков с участков лесных дорог, проездов, площадок, заправочных пунктов, складов ГСМ, мостов, промывных вод моек лесной техники, моек колесных пар;

— предназначаться для очистки взвешенных веществ (песка, крупных загрязнений, на которых оседают нефтепродукты) и нефтепродуктов;

— иметь наземное расположение, движение стоков самотечное, однонаправленное, автономное — не требуется применение электроэнергии;

— осуществлять безнапорное движение стоков безнапорное сверху-вниз;

— включать в схему устройство регулирования стоков — для сбора стоков с водосборных лотков;

— иметь в качестве основного очищающего элемента сорбционную загрузку, которая должна изыматься и меняться на новую после заполнения загрязняющими веществами;

— включать в схему элемента предочистки стоков - песколовку, совмещенную с крышкой корпуса сооружения, чтобы поверхность сорбентов не забивалась песком - наибольшее количество загрязнений из объема улавливаемых — 80 %;

— иметь фильтрующую загрузку в «сухом» состоянии в режиме ожидания дождевых или талых стоков для повышения эффективности сорбции нефтепродуктов;

— находясь в рабочем режиме (очистка стоков) находиться в «водозаполненном» состоянии;

— при глубокой очистке дождевых и талых стоков осуществляться с использованием многослойного сорбционного фильтра.

Выявленные параметры позволили разработать конструкцию гидротехнического очистного сооружения (рисунок 3.1). Вариант установки гидротехнического сооружения у дорожного полотна представлен на рисунке 3.2.

Ключевым устройством самотечной конструкции является сорбционный фильтр, основной особенностью которого является небольшая толщина активного фильтрующего слоя.

Рисунок 3.1 - Конструкция «сухого» многослойного однопоточного гидротехнического сооружения для очистки нефтезагрязненных стоков

?/7 >7/ 7/7 >7/ 7/7

Рисунок 3.2 - Схема размещения гидротехнического сооружения у дороги

Технология очистки загрязненного стока происходит следующим образом: сооружение устанавливается в пониженной точке водосборной площадки или дорожного откоса, организуется поступление загрязненного нефтепродуктами стока, который отводится на крышку сооружения, оснащенного бортами образуя резервуар-пескоулавливатель; далее сток, загрязненный нефтепродуктами попадает внутрь сооружения через приемное отверстие, далее проходит проникновение стока через слои сорбционного материала, при этом загрязненные частицы задерживаются в нем; затем очищенный сток проникает в дренажное водосборное устройство и выводится из сооружения.

3.2. Разработка математической модели «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков в условиях размещения на объектах лесопромышленной

инфраструктуры

Для сформулированных условий разработана математическая модель «сухого» многослойного сорбционного пассивного фильтрования нефтезагрязненных стоков с выявленными параметрами.

При разработке модели фильтрования приняты во внимание три особенности процесса:

1. Фильтрование воды происходит в водо-воздушной, т.е. в трехфазной среде (твердое тело - жидкость - газ) и в поровом пространстве не образуется сплошного тока воды. Вода образует пленочное (а не струйное) течение.