CC BY
341
УДК 504.53+625.7/.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ НА ЭКОСИСТЕМЫ ПРИДОРОЖНОГО ПРОСТРАНСТВА
В.А. Юрченко, профессор, д.т.н., Л.С. Михайлова, М.В. Беспалова,
студенты, ХНАДУ
Аннотация. Экспериментальное исследование придорожных экологических систем производили химическим, расчетным методами и методом биоиндикации. На исследованном участке автомобильной дороги в г. Харькове отмечается большая загрузка на экологическую безопасность близлежащих территорий, но не превышающая возможностей естественной среды к самовосстановлению.
Ключевые слова: автомобильный транспорт, биотестирование, хромато-графирование, лихеноиндикация.
Введение
Автотранспорт - один из наиболее энергоемких потребителей материальных, земельных и других ресурсов. Транспортные средства загрязняют окружающую среду термическими, химическими, акустическими, вибрационными и другими выбросами, причем особенно интенсивно в городах с высоким уровнем транспортного движения. Объектами ин-гредиентного загрязнения автомобилизации является атмосфера, гидросфера и литосфера.
Анализ публикаций
При сгорании топлива в цилиндрах ДВС только часть химической энергии переходит в полезную механическую работу; основная доля неиспользованной энергии переходит в тепло, остальная - в другие виды параметрического загрязнения. В настоящее время только автотранспорт Украины выбрасывает в окружающую среду до 10 миллионов тонн самых различных вредных веществ, из которых нормируются только оксид углерода, легкие углеводороды, оксиды азота, а для дизелей - еще и твердые частицы. Наиболее высокотоксичные составляющие отработанных газов автомобилей, в том числе канцерогенные вещества, оксиды серы и другие, пока «бесконтрольны ».
Цель и постановка задачи
Цель работы - количественная оценка экологических последствий техногенной нагрузки на окружающую среду, создаваемой автомобильной дорогой в г. Харькове, по показателям состояния объектов природной среды, химического состава атмосферы и почвы.
Объектом исследований были атмосфера и пробы почвы, отобранные на расстоянии 0,1 и 100 м от автомобильной дороги (ул. Пушкинская). Экологическое состояние атмосферы оценивали с помощью биотестирования (лихеноиндикации) и расчетным методом (определение концентрации СО). В пробах почвы по методикам, рекомендованным нормативными документами, контролировали следующие характеристики: концентрацию нефтепродуктов, хлоридов, соединений неорганического азота и кислотность среды (рН), концентрацию углерода, общего и водорастворимого железа, а также микробиологические показатели. Качественный состав нефтепродуктов в исследуемых почвенных образцах устанавливали методом тонкослойной хроматографии на силикагелевых пластинках Silufol при разгонке проб в хро-матографической камере. В качестве «свидетелей» использовали химически чистые образцы органических кислот, растворенные в четыреххлористом углероде: монокарбоно-
вых - капроновой, гептановой, ундекановой, стеариновой, пальметиновой; дикарбоновых - щавелевой, яблочной, янтарной; трикарбо-новой - лимонной; кетокислоты - пировино-градной, а также пропионового эфира. Вытяжку нефтепродуктов из почвенных образцов получали с помощью четыреххлористого углерода. Смеси для разгонки подбирали опытным путем.
Ход исследований
Для расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации СО) использовали формулу оценки концентрации окиси углерода
КГО=(0,5+0,0Ш-К т)КаКуКсКвКп, (1)
где 0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхождения, мг/м3; N - суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, автомобилей/ч (в нашем случае N=870); КТ - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода (в нашем случае Кт=1,1667); Ка - коэффициент, учитывающий аэрацию местности (в нашем случае Ка=0,4); Ку - коэффициент, учитывающий изменения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного поклона (в нашем случае Ку=1,06); Кс - коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра (в нашем случае Кс=1,20); Кв - коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха (в нашем случае КВ=1,00); КП - коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода вблизи перекрестка (в нашем случае Кп=2,0).
Ксо=(0,5+0,01.870- 1,1667).0,4-1,06-1,20-1,00-•2,0=10,84 мг/м3.
Таким образом, интенсивность движения на исследуемом участке дороги создает техногенную нагрузку, которая превышает ПДКсо для экологически безопасных выбросов автотранспорта, равную 5 мг/м3.
Интенсивное загрязнение атмосферы на исследуемом участке подтвердили данные ли-
хеноиндикации, которую проводили путем учета площади, занимаемой кустистыми (коэффициент чувствительности 1,0), листоватыми (коэффициент чувствительности 0,6) и накипными (коэффициент чувствительности 0,2) лишайниками на деревьях придорожного пространства (табл. 1). Степень снижения экологической безопасности атмосферы по результатам лихеноиндикации составляла от 30 % (100 м от дороги) до 95 % (1 м от дороги).
Следствием техногенной нагрузки, создаваемой на исследуемом участке дороги, является интенсивное загрязнение прилегающих к дороге почв. По концентрации хлоридов и рН грунты близ автомобильной дороги и на расстоянии 100 практически не отличаются, что свидетельствует об отсутствии противогололедных обработок дорожного полотна в зимний период (табл. 1).
Таблица 1 Данные химического и физико-химического исследования почв, прилегающих к автомобильной дороге
Химические характеристики почв Расстояние от дороги, м
0,1 100
Концентрация хлоридов, мг/кг 46,032 45,420
рН 7,65 7,10
Концентрация углерода, % 0 2,29
Концентрация N N^+N-N03, мг/кг 11,89 35,53
Концентрация железа, извлекаемого в водную вытяжку +++ +
Концентрация железа общего Fe20з, % 0,57 1,07
п.п.п., % 0 0,09
Нефтепродукты, мг/кг 2600 390
Определение концентрации биогенных элементов - углерода, азота и железа в почвах, прилегающих к дороге, было направлено на оценку влияния дороги на характеристики потенциального плодородия почв (табл. 1). В почвах, непосредственно прилегающих к дороге, органический углерод отсутствует, что подтверждает и другой показатель наличия
органических веществ в почве - п.п.п. Концентрация другого биогенного элемента -азота (как аммонийного, так и нитратного), в почвах, непосредственно прилегающих к дороге, также имела низкие значения. Концентрация общего железа, которая учитывает минеральные и органические соединения этого элемента, в почвах непосредственно возле дороги почти вдвое ниже, чем на расстоянии 100 м. А концентрация железа в минеральной форме вблизи дороги наоборот -выше, чем на расстоянии 100 м.
Все эти данные свидетельствуют об интенсивной деструкции грунта близ дороги и выщелачивании из него биогенных элементов. Химический анализ почвы на расстоянии 100 м от дороги свидетельствует о повышении в них концентрации биогенных элементов, а следовательно, о восстановлении плодородных свойств почвы по мере отдаления от автомобильной дороги.
Особую опасность для почвенных экосистем представляет загрязнение педосферы нефтепродуктами. Нефтепродукты нарушают кислородный режим и экологическое равновесие в почвенной экосистеме, вызывают гибель почвенной биоты, снижают плодородие почв и создают опасность загрязнения подземных и поверхностных вод. В природе детоксика-ция углеводородов нефти обусловлена, главным образом, жизнедеятельностью различных групп микроорганизмов. В микробной деградации углеводородов нефти выделяют такие пути окисления:
1) монотермальное окисление метильной группы с образованием спирта, альдегида и монокарбоновой кислоты;
2) монотермальное окисление с образованием через вторичный спирт соответствующего метилкетона;
3) дитермальное окисление, при котором терминальные группы н-алкана окисляются одновременно, или последовательное с образованием жирных дикарбоновых кислот.
Глубина деградации нефтепродуктов является объективным показателем степени «самоочищения» почв от нефтесодержащих загрязнений. Определение этого показателя позволяет обоснованно установить величину зоны загрязнения от источника выброса нефтепро-
дуктов (автомобильной дороги) и границу экологически безопасной территории.
Как показали наши исследования, концентрация нефтепродуктов в почвах, которые находятся в непосредственной близости от дороги, почти в 7 раз превышает этот показатель в почвах, которые находятся на расстоянии 100 м от дороги (2600 мг/кг и 390 мг/кг соответственно). В Украине ПДК нефтепродуктов для почв городских территорий не установлена, существует лишь ссылка на ориентировочно допустимую концентрацию - 0,2 г/кг, которая более чем в 10 раз ниже определяемой в почве непосредственно у дороги. На расстоянии 100 м концентрация нефтепродуктов в почве приближается к ориентировочно допустимой.
Для идентификации соединений, образующихся при деградации нефтепродуктов на исследуемом участке придорожного пространства, и определения путей их окисления вытяжки из почв разделяли с помощью гек-сана, петролейного эфира, смеси этиловый спирт: уксусная кислота: дистилированная вода. Как показали результаты проведенных исследований, нефтепродукты в почвах придорожного пространства были представлены, в основном, полярными соединениями - продуктами окисления (рис. 1). Нафтеновые и ароматические соединения среди них не были выявлены.
Рис. 1. Хроматограмма нефтепродуктов из исследуемых почв (растворитель): 1 -нефтепродукты из почвы на расстоянии 0,1 м от дороги; нефтепродукты; 2 -ундекановая кислота; 3 - гептановая кислота; 4 - щавелевая кислота; 5 -пальметиновая кислота; 6 - стеариновая кислота
Среди соединений, которые входят в состав исследуемых нефтепродуктов, идентифицированы монокарбоновые насыщенные кислоты - гептановая и ундекановая, что свидетельствует о монотермальном пути детокси-кации нефтепродуктов (рис. 1).
Выводы
В целом, по результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
- движение автомобильного транспорта преимущественно загрязняет почвы, расположенные непосредственно у дороги, а на отдаленном участке это влияние уменьшается, достигая фоновых;
- концентрация нефтепродуктов в почвах на расстоянии 0,1 м от дороги почти в 7 раз превышает этот показатель в почвах на расстоянии 100 м от дороги;
- в нефтепродуктах, содержащихся в пробах почв, идентифицированы гептановая и ундекановая кислоты, что свидетельствует о монотермальном окислении нефтепродуктов при детоксикации;
- почвы обладают большим потенциалом самоочищения от нефтепродуктов;
- на исследованном участке автомобильной дороги в г. Харькове отмечается большая нагрузка на экологическую безопасность близлежащих территорий, но не превышающая возможностей естественной среды к самовосстановлению.
Литература
1. Квасников Е.И., Клюшникова Т.М. Ми-
кроорганизмы - деструкторы нефти в водных бассейнах. - К.: Наукова думка, 1981.
2. Канило П.М., Бей И.С., Ровенский А.И.
Автомобиль и окружающая среда. -Харьков: Прапор, 2000.
3. Бшявський Г.О. Основи екологи. - К.:
Жра, 2002.
Рецензент: А.В. Гриценко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 10 сентября 2008 г.
