CC BY
114
Загрязнение придорожной зоны выбросами автотранспорта на примере Оренбургской области
Ю.В. Абузярова, аспирантка, Институт степи УрО РАН; И.В. Чикенёва, к.б.н., П.В. Колесников, соискатель, Оренбургский ГПУ
Тяжёлая экологическая ситуация на большей части территорий России, где выбросы составляют 22 млн т в год, требует принятия серьёзных мер по защите окружающей среды. В Оренбургской области зарегистрировано около 600 тыс. единиц автотранспорта, из них индивидуального пользования — 83,6%. Общее количество автомобильного транспорта, зарегистрированного в Оренбурге, превышает 150 тыс. ед., т.е. более 350 ед. автотранспорта на одну тысячу городского населения. Доля вредных выбросов от автотранспорта в Оренбурге составляет 63% от суммарного выброса веществ, загрязняющих воздух. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содержат более 200 наименований вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных. «Вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота [1].
Население, проживающее вблизи автомагистралей, испытывает вредное воздействие высоких концентраций таких веществ, как диоксид азота, взвешенные вещества, сероводород, формальдегид, окись углерода и др. Нефтепродукты, продукты износа шин, тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты [2].
Угарный газ и окислы азота, интенсивно выделяемые глушителем автомобиля, — одна из основных причин головной боли, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ способен воздействовать на генетический аппарат, способствуя бесплодию и врождённым уродствам, а все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования [3].
Один автомобиль при пробеге 15 тыс. км сжигает в среднем 2 т топлива, около 26—30 т воздуха, в том числе 4—5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом выбросы в атмосферу составляют: угарного газа — 700 кг/год, диоксида азота — 40 кг/год, несгоревших углеводородов — 230, твёрдых веществ — 2—5 кг/год [4].
Основными источниками загрязнения воздушной среды являются отработавшие газы ДВС автомобилей, картерные газы, топливные испарения. ДВС — это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива двигатели подразделяют на, работающие на бензине, газе и дизельном топливе [5].
Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, зависит от целого ряда факторов: отношения в смеси воздуха и топлива;
режимов движения автотранспорта; рельефа и качества дорог; технического состояния автотранспорта и др. Состав и объёмы выбросов зависят также от типа двигателя. Выбросы основных загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях. Поэтому принято считать их более экологически чистыми, но такие двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, и их выбросы в атмосферу недопустимы [6].
На прилегающей территории к автомагистралям вода, почва и растительность являются носителями ряда канцерогенных веществ, а местность представляет собой опасную зону. По мере удаления от автомагистрали концентрация накопления канцерогенных веществ снижается [7, 8].
Объекты и методы. Нами был заложен поперечный профиль дороги Сыртинского участка шириной 50 м, длиной 500 м; местного значения; с твёрдым покрытием; охватывающий обрезы сельскохозяйственных угодий и лесополос, а также резервы и непосредственно само дорожное полотно, на расстоянии 50 км от Оренбурга (рис.). В течение вегетационного периода (с мая по сентябрь) 2008 и 2009 гг. провели отбор проб растительных образцов на определение содержания в них тяжёлых металлов. Сыртинский участок, расположенный по трассе Оренбург — Самара, нагружен автотранспортом, т.к. является связующим между областным центром с городами западной части области (Сорочинском, Бугурусланом, Бузулуком), соседним Самарским регионом. Также эта трасса соединяет Среднюю Азию с Москвой.
Основное дорожное полотно — 7,8 м — представляет собой асфальтированное покрытие с большим количеством микротрещин. Левая и правая обочины — по 2,25 м. Резервная зона располагается ниже уровня полотна дороги с нарушенным почвенным и растительным покровом. Последний представлен травянистой растительностью в стадии бурьянистой сукцессии с элементами коренных степных сообществ.
В 10 м от правой обочины по направлению от Оренбурга находится лесополоса в удовлетворительном состоянии, за которой проложено железнодорожное полотно. В составе насаждений развиваются такие древесно-кустарниковые породы, как Acer tatаrika, Acer negundo, Querqus юЬш, Ulmus pumila, Betula pendula, Lonicera tatarika, ШЬш aureum.
В 15 м от левой обочины лесополоса сильно разрежена и находится в угнетённом состоянии. Здесь развиваются Acer tatаrika, Lonicera tatarika, ШЬш aureum. За лесными насаждениями располагается агроценоз.
Технические данные дороги соответствуют требованиям, предъявляемым ГОСТом Р 52575—2006 к автомобильным трассам.
С целью установления воздействия выбросов автотранспорта на растительный покров отбирали пробы наземных и подземных органов растений для химического анализа. Подготовку проб растительных образцов проводили в соответствии с требованиями к отбору проб при общих и локальных загрязнениях, изложенными в ГОСТ 17.4.3.01-83; ГОСТ 17.4.4.02-84 и в «Методических указаниях по проведению полевых и лабораторных исследований при контроле загрязнения окружающей среды металлами» (1981) [9—11]. Минерализацию образцов проводили в соответствии с «Методическими указаниями по определению токсичных элементов в сырье и продуктах пищевых» (ГОСТ 26929-94) [12]. В полученных вытяжках определяли содержание тяжёлых металлов (/и, Си, РЬ) на атомно-адсорбционном спектрофотометре типа С-115 ТМ в ФГУ САС «Бузулукская». Полученные данные выражали через мг/кг.
Результаты исследований. Наиболее опасными среди тяжёлых металлов, выбрасываемых транспортным потоком, являются свинец, цинк и медь [4].
По полученным данным следует отметить, что в мае РЬ на Сыртинском участке более активно накапливается в растениях с левой стороны от дороги, принимая наибольшее значение в лесо-
Рис. - Основные элементы поперечного профиля автомобильной дороги: а - проезжая часть; б - обочины для временной остановки автомобилей; в - резервы, из которых берут грунт для возведения земляного полотна; г - обрезы, части дорожной полосы для размещения лесополос, а также сельскохозяйственных или залежных земель
полосе, где зафиксировано превышение по ПДК более чем в четыре раза (табл. 1).
В июне содержание свинца было наибольшим в левой стороне от дороги. Причём количество металла по сравнению с маем увеличилось более чем в 3 раза. В лесополосе левого обреза, напротив, отмечено уменьшение содержания РЬ по сравнению с предыдущим месяцем в восемь раз. С правой стороны количество накопления в растениях увеличивается в резерве в 2,5 раза, хотя в лесополосе и залежи отмечено уменьшение содержания металла (в 13 и в 4 раза соответственно). В июле содержание РЬ в растениях левого обреза в сельскохозяйственных угодьях увеличилось в 46 раз, но снизилось в резерве больше чем в 7 раз, а в лесополосе — в 8 раз. С правой стороны накопление по содержанию металла в растениях выросло в лесополосе и залежи (в 21 раз и более чем в 11 раз соответственно). В августе в левой стороне произошло увеличение накоплений РЬ в растениях, что особенно заметно в резерве (больше чем в 3 раза) и лесополосе (в 10 раз). На правой стороне в то же время отмечено незначительное снижение содержания металла во всех исследуемых площадках, по сравнению с предыдущим месяцем. Наибольшее уменьшение составляет 2,5 раза. В сентябре содержание накопления свинца в растениях сократилось по всем площадкам с обеих сторон от дороги. С левой стороны уменьшение составляет от 1,8 до 1,2. С правой стороны значительное снижение отмечено в резерве (в 2,8 раза) и лесополосе (в 2 раза; табл. 1).
Полученные данные позволили отметить, что 7и в мае на Сыртинском участке накапливается в растениях в левой стороне со значительным
показателем обреза лесополосы, с правой — отмечено высокое содержание в обрезе на залежи. В июне содержание металла снизилось с левой стороны от дороги в растениях, особенно в обрезе лесополосы, в 2,8 раза. В правой стороне было также отмечено снижение накопления 7и в обрезе. Тем не менее следует заметить увеличение металла в растениях в резерве в 1,6 раза. В июле с левой стороны по сравнению с предыдущим месяцем было зафиксировано увеличение накопления металла на всех участках, особенно в сельхозугодьях обреза — в 1,5 раза. В правом обрезе содержание /и увеличилось в 1,7 раза в лесополосе и 2,3 раза на залежи, в резерве отмечено снижение накопления 7и в растениях в 2,3 раза. В августе в резерве левой стороны растения накапливают металл с незначительным превышением ПДК — в 1,1 раза. В лесополосе выявлено увеличение показателя по сравнению с июлем в 1,8 раза, а в сельхозугодьях — уменьшение в 1,9 раза. В правом резерве прослеживается увеличение накопления металла в растениях, а в лесополосе и залежи — снижение в 1,5 и 1,4 раза соответственно. В сентябре установлено значительное снижение /и в левом резерве (почти в 4 раза), в правой стороне — незначительное увеличение в лесополосе и залежи по сравнению с предыдущим месяцем (табл. 2).
Из полученных данных на исследуемом участке в мае самый высокий показатель накопления Си отмечен в обрезе лесополосы левой стороны и обрезе залежи правой. В июне содержание Си в растительных образцах оставалось наибольшим и в левом обрезе лесополосы, хотя уменьшилось с мая в 1,7 раза. В правой стороне дороги более высокое накопление Си выявлено в лесополо-
1. Содержание РЬ в растительной массе на Сыртинском участке в зависимости от времени вегетации и расположения относительно дорожного полотна
Участок дороги Месяц отбора растений
май июнь июль август сентябрь
резерв 0,8 2,9 0,4 1,5 0,8
левая обрез лесополосы 21,6 2,6 0,3 3,0 2,3
обрез с.-х. угодий 0,9 1,0 4,6 1,8 1,4
резерв 1,0 2,5 2,2 2,0 0,7
правая обрез лесополосы 1,3 0,1 2,1 2,0 1,0
обрез залежи 0,8 0,2 2,3 0,9 0,5
Примечание: ПДК—5,0 мг/кг
2. Содержание /и в растительной массе на Сыртинском участке в зависимости от времени вегетации и расположения относительно дорожного полотна
Участок дороги Месяц отбора растений
май июнь июль август сентябрь
резерв 13,8 11,8 13,6 53,2 13,4
левая обрез лесополосы 50,5 18,0 18,4 33,6 16,9
обрез с.-х. угодий 15,0 16,9 26,8 14,2 31,6
резерв 14,5 24,3 10,5 15,0 20,0
правая обрез лесополосы 15,2 8,8 15,6 10,4 15,0
обрез залежи 25,8 10,9 25,6 18,4 18,4
Примечание: ПДК — 50,0 мг/кг
3. Содержание Си в растительной массе на Сыртинском участке в зависимости от времени вегетации и расположения относительно дорожного полотна
Участок дороги Месяц отбора растений
май июнь июль август сентябрь
резерв 6,0 4,2 2,2 5,6 1,9
левая обрез лесополосы 13,2 8,0 2,8 11,2 4,2
обрез с.-х. угодий 5,8 5,0 9,1 5,3 4,3
резерв 2,3 6,4 1,5 6,0 2,3
правая обрез лесополосы 5,8 10,9 6,0 3,2 22,3
обрез залежи 7,4 3,8 5,9 3,9 3,0
Примечание: ПДК — 30,0 мг/кг
се; содержание этого металла по сравнению с предыдущим месяцем выросло почти в 2 раза, но уменьшилось в обрезе залежи практически в 2 раза. В июле содержание металла в левой стороне дороги снизилось в резерве почти в 2 раза, в обрезе лесополосы — в 2,9 раза, а в сельхозугодьях, наоборот, увеличилось. С правой стороны накопление металла сократилось в резерве и обрезе лесополосы в 4,3 и 1,8 раза соответственно, хотя было зарегистрировано небольшое повышение накопления металла в растениях в обрезе залежи. В августе наибольшее накопление с левой стороны по сравнению с предыдущим месяцем приходится на обрез лесополосы, а с правой стороны — на резерв. Значительное снижение установлено в резерве — в 4 раза. В сентябре с левой и правой сторон было отмечено уменьшение накопления металла в растениях на всех участках, кроме правого обреза лесополосы, где накопление превысило показатель предыдущего месяца почти в 7 раз (табл. 3).
Выводы. Автомобильный транспорт удовлетворяет потребности в грузовых и пассажирских перевозках и является неотъемлемым звеном многих технологических процессов. При этом он представляет собой один из основных источников загрязнения, которое происходит по всему пространству составляющих нашей био-
сферы, а именно воздушного, водного бассейна, растительного покрова и плодородного слоя почвы. Количество автотранспортных средств неуклонно растёт, увеличивается интенсивность движения, это приводит к увеличению валового выброса токсичных веществ на придорожные территории.
Литература
1. www.vedomosti.ru
2. Величковский Б. Т. и др. Здоровье человека и окружающая среда. М.: Новая школа, 1997. С. 233—250.
3. Малов Р.В. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1988. С. 180—185.
4. Лобанов А.И. Оценка воздействия выбросов автотранспортных средств на воздушную среду города и их минимизация: дисс. ... канд. технич. наук. Красноярск, 2004. 150 с.
5. Бабков В.Ф. Ландшафтное проектирование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1980. 189 с.
6. Экология, охрана природы и экологическая безопасность: учеб. пос. в 2 кн. / под ред. проф. В.И. Данилова-Данильяна. М.: МНЭПУ, 1997. С. 503-510.
7. Кавтарадзе Д.Н., Николаева Л.Ф., Поршнёва Е.Б. и др. Автомобильные дороги в экологических системах (проблемы взаимодействия). М.: ЧеРо, 1999. 240 с.
8. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Р. Автомобильные дороги и окружающая среда. М., 1997. С. 18-46.
9. ГОСТ 17.4.3.01-83. Методы отбора проб почвенных и растительных образцов при общих и локальных загрязнениях.
10. ГОСТ 17.4.4.02-84. Методы отбора проб почвенных и растительных образцов при общих и локальных загрязнениях.
11. Методические указания по проведению полевых и лабораторных исследований при контроле загрязнения окружающей среды металлами. М.: Гидрометеоиздат, 1981. 108 с.
12. ГОСТ 26929-94. Сырьё и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов.
