ANALYSIS OF THE ENVIRONMENTAL SITUATION ON STORAGE SITE OF ROCKET FUEL

Full Text

Введение. Вооруженные Силы Российской Федерации ведут многоплановую деятельность, влияющую на экологическую обстановку на территории нашей страны. В войсковых частях имеется большое число потенциально опасных в экологическом отношении военных объектов, таких как пусковые установки баллистических ракет, хранилища и склады ракетных топлив, боеприпасов, вооружения и военной техники, горюче-смазочных материалов и т. д. [1]. При выводе из эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ) происходит загрязнение окружающей природной среды: атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира. Кроме того, на этих объектах могли происходить аварии, приводящие к более серьезным и, возможно, непоправимым экологическим последствиям [2; 3]. Наиболее опасным фактором негативного воздействия ракетно-космической техники на окружающую природную среду является загрязнение территорий компонентами ракетных топлив (КРТ). Особую опасность представляет один из высокотоксичных химических компонентов ракетных топлив - несимметричный диметилгидразин (НДМГ). Серьезной экологической проблемой является слив из ракет и специальных емкостей КРТ при выводе их из эксплуатации. Извлечение всего объема топлива - технологически сложный и опасный процесс. В связи с этим возникает необходимость проведения экологических исследований в области воздействия объектов РКТ на природную среду, которые могли бы дать объективную информацию о масштабах и интенсивности этого воздействия. Одним из факторов такого воздействия является попадание в почву компонентов ракетного топлива при его хранении и заправке ракет. Целью исследования является изучение экологической обстановки на объектах хранения ракетного топлива и выявление характерного состава загрязнений, оценка влияния КРТ на биологические объекты. Объекты и методы. Объектом исследования являлись почва и грунт в зоне хранения КРТ воинской части 12313 (Техническая ракетная база), которая располагалась в 11 км юго-западнее поселка Памяти 13 Борцов Емельяновского района Красноярского края. Техническая ракетная база была построена в 1964 г. и предназначалась для эксплуатации ракетных комплексов Р-16У (8К64У), УР-100 (8К84), УР-100К (15А20). В июне 2004 года войсковая часть была сокращена, объект подлежит рекультивации с дальнейшим использованием земель под лесные посадки. На объекте остались разрушенные сооружения различного назначения и имеются видимые загрязнения. На окрестных территориях расположены сельскохозяйственные угодья, вблизи протекает река Кача. Зона хранения представляет собой участок местности 500 м2, на котором расположены типовые для данных объектов сооружения: сооружение № 1 - хранилище НДМГ (рис. 1); сооружение № 2 - станция очистки; сооружение № 3 - станция нейтрализации; сооружение № 4 хранилище «амила» (окислителя); сооружение № 5 - лаборатория. Для подвоза компонентов ракетного топлива имеется ж.-д. ветка, также оборудованы технологические площадки для стоянки топливозаправщиков. Основные запасы ракетного топлива хранились в специальных резервуарах (цистернах) (рис. 2). Перекачка осуществлялась по трубопроводам с запорной арматурой [4; 5]. В 2005 году представителями Минобороны проведен демонтаж оборудования, объект подготовлен к рекультивации. Специалистами ЗАО «Промтекон» разработан проект технической рекультивации нарушенных земель, поведено его согласование, государственная экологическая экспертиза. По состоянию на 2015 год концентрация НДМГ внутри сооружений превышает ПДК в 50 раз, а на прилегающей территории - в 10 раз [6; 7]. Из-за недостаточного финансирования со стороны Министерства обороны рекультивация зоны хранения КРТ не проведена. В результате этого на территории бывшей ракетной части находятся бесхозные сооружения, имеющие аварийное состояние. Оценку экологического состояния зоны хранения КРТ проводили методами биоиндикации и биотестирования в период вегетации 2016 года. При оценке уровня загрязнения окружающей среды метод биоиндикации рассматривается многими авторами в качестве приоритетного [8]. Наиболее удобными объектами для оценки состояния окружающей среды являются растения, так как они осуществляют более интенсивный газообмен по сравнению с человеком и животными, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие различных внешних факторов [9]. Для оценки химической нагрузки на фитоиндикатор используют разные его признаки. Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход [10]. В качестве фитоиндикатора нами была выбрана сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., широко используемая в качестве фитоиндикатора при оценке уровня техногенного загрязнения [11]. В качестве основных параметров оценки использовали морфологические показатели годичного линейного прироста [12]: длину годичного прироста, количество хвои осевого побега, длину хвои, диаметр осевого побега. Обследование проводили по общепринятой методике на двух пробных площадях (10×50 м). Первая пробная площадь заложена на объекте исследований; вторая (контрольная) - вблизи поселка Памяти 13 Борцов в тех же почвенно-климатических условиях. На каждой пробной площади обследовали по 10 деревьев. Для более детального изучения уровня загрязнения на территории объекта использовали метод биотестирования [13; 14], дополненный определением митотического индекса у тест-объекта [15; 16]. Тест-объектом служил кресс-салат (Lepidium sativum L.), широко использующийся для биотестирования уровней техногенного загрязнения [17]. Для этого на исследуемом объекте было выбрано 13 пробных площадок размером 2×2 м (рис. 3). Площадки № 1-9 располагались в сооружении № 1. Площадки № 10, 11 - вблизи сооружений № 2 и 3. Площадка № 12 - в сооружении № 4. Площадка № 13 - в сооружении № 5. Контрольная проба была отобрана в 10 км от объекта исследования в лесном массиве. На каждой площадке методом конверта отбирали по 5 проб, из которых затем формировали объединённые пробы (по одной объединённой пробе для каждой площадки). Определение радиационных полей проводилось измерителями мощности дозы ИМД-1Д и ИМД-2Н [18]. Экспресс-анализ на наличие компонентов ракетного топлива проводили с помощью войскового прибора химической разведки (ВПХР) и индикаторных трубок ИТ-Г1 (гепил), ИТ-2Т (азотная кислота). Результаты исследования. Оценка возможного радиационного загрязнения окружающей среды на этапе вывода из эксплуатации и ликвидации исследуемого объекта показала, что полученные значения не превышают фоновых значений (мощность экспозиционной и эквивалентной доз внешнего гамма-излучения составляет 0,1-0,13 мкЗв/ч (10-13 мкР/ч), уровни альфа- и бета-полей - менее 1 част/см2мин, удельная активность радионуклидов, и прежде всего техногенного цезия-137, составляет 14,3 ± 2,7 Бк/кг). Содержание КРТ составляет 0,001 мг/л, что соответствует уровню «Опасно». Исследование морфометрических показателей Pinus silvestris L. показало, что средняя длина годичного прироста (первого и второго порядка) подверженных воздействию химического загрязнения деревьев была на 37 % меньше, чем на контрольной точке, что связано с ухудшением жизненного состояния сосны вследствие влияния КРТ (рис. 4). Рис. 1. Специальное хранилище НДМГ (фото авторов) Рис. 2. Емкости с гептилом (фото МО РФ) Рис. 3. Схема зоны хранения КРТ, расположение на ней точек отбора проб почвы Рис. 4. Средние морфометрические показатели P. silvestris L. на территории объекта исследований в начале вегетативного периода Анализ фитотоксичности грунта с помощью кресс-салата показал, что максимальная фитотоксичность наблюдается в точке № 11. В образце, взятом в этой точке, отмечена нулевая всхожесть тест-культуры, при поливе грунта появился белый кристаллический осадок, а семена почернели. Можно предположить, что это обусловлено попаданием в почву растворов гипохлорита кальция - две трети основной соли гипохлорита кальция (ДТС-ГК, 3Ca(OCl)2×2Ca(OH)2) и хлорной извести. Данные химические вещества использовали для нейтрализации емкостей с КРТ и аварийных проливов. В образцах из остальных точек всхожесть тест-культуры варьировала от 58 до 96 %, энергия прорастания - от 32 до 88 % (рис. 5). Различия между образцами по критерию хи-квадрат статистически значимы на уровне p < 0,001 как для энергии прорастания, так и для всхожести, что свидетельствует о неравномерности распределения химического загрязнения на исследуемой территории. О неравномерности загрязнения говорит также разброс скоростей роста и митотического индекса тест-культуры. При этом если митотический индекс тест-культуры на всех образцах грунта с исследуемой территории статистически значимо (p < 0,001...p < 0,01) уступал аналогичному показателю для контрольного образца (рис. 6), то скорость роста надземной части проростков в ряде случаев была выше, чем в контроле. Факторный анализ показал, что варьирование изучаемых показателей на 93,2 % объясняется действием трёх факторов (см. таблицу). Первый фактор оказывает влияние на всхожесть и энергию прорастания, второй - на скорость роста проростков, третий - на митотический индекс. Проекция образцов на эти факторы, подкреплённая результатами кластерного анализа, показала, что по влиянию на биометрические показатели тест-культуры образцы разделяются на три хорошо обособленных кластера. Первый кластер составляют образцы из точек 1, 2, 3, 4, 5. Второй кластер представлен образцами из точек 6, 9, 10, 12, третий - образцами из точек 7, 13 (рис. 7, 8). При этом, если первый кластер образуют территориально близкие точки из сооружения № 1, то во втором и третьем кластере объединены точки, расположенные в разных сооружениях. Рис. 5. Энергия прорастания (%) и всхожесть (%) кресс-салата в образцах грунта, взятых на исследуемой территории Рис. 6. Митотический индекс (%) и длина проростков кресс-салата (см) при выращивании на образцах грунта, взятых на исследуемой территории; К - контрольный образец Результаты факторного анализа биометрических показателей тест-культуры Показатели Факторные нагрузки Фактор 1 Фактор 2 Фактор 3 Энергия прорастания 0,913 0,258 0,083 Всхожесть 0,897 -0,026 0,217 Митотический индекс, % -0,160 -0,183 -0,967 Длина проростков на 3-й день 0,616 0,739 0,170 Длина проростков на 5-й день 0,021 0,960 0,167 Информационные вклады Собственное значение 2,044 1,570 1,046 % дисперсии 40,9 31,4 20,9 Рис. 7. Проекция образцов грунта на три главных фактора (обозначения см. рис. 6) Рис. 8. Кластеризация образцов грунта по влиянию на биометрические показатели тест-культуры (обозначения см. рис. 6). Использовано евклидово расстояние и метод Варда, другие способы кластеризации дают сходные результаты Дискриминантный анализ показал, что различия между этими кластерами по влиянию на комплекс биометрических показателей являются статистически значимыми на уровне p < 0,001. Переменными, внёсшими статистически значимый вклад в разделение кластеров, являются энергия прорастания, митотический индекс и длина проростков на 5-й день. Таким образом, можно констатировать, что остаточное химическое загрязнение на исследуемом объекте носит ярко выраженный неравномерный характер. При этом неравномерность загрязнения лишь частично связана с привязкой к конкретному сооружению. Это говорит о том, что в ходе работ по демонтажу оборудования имели место аварийные проливы КРТ. В этой связи следует рекомендовать проведение комплекса мероприятий по рекультивации данной территории без привязки к конкретным сооружениям. Заключение 1. После ликвидации воинской части в районе поселка Памяти 13 Борцов Емельяновского района Красноярского края из-за попадания в почву значительного количества КРТ сложилась неблагоприятная экологическая обстановка, что нашло своё отражение в сохранении высокого уровня фитотоксичности грунта [19]. 2. Остались бесхозным специальные сооружения, строительный мусор, остатки емкостей, топливной арматуры с химическими загрязнениями. В этой связи требуется проведение рекультивации данной территории. 3. При проведении работ по детоксикации и реабилитации почв необходимо учитывать ярко выраженную пространственную неравномерность уровня остаточной загрязнённости. 4. Для расчета объёма и технологии работ рекомендуется провести микробиологический анализ грунта и составить детальную карту фитотоксичности. При составлении карты фитотоксичности рекомендуется учитывать следующий комплекс показателей: энергию прорастания тест-культуры, митотический индекс, длину проростков на 5-й день культивирования. 5. С учётом возможной миграции НДМГ следует провести химический мониторинг прилегающих территорий и реки Кача.

About the authors

M. E. Baranov

Reshetnev Siberian State Aerospace University

Email: me_baranov@mail.ru
31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

L. A. Gerasimova

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

V. E. Gerasimova

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

S. V. Khizhnyak

Krasnoyarsk State Agrarian University

90, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

References

Supplementary files