Scientific journal

Научное обозрение. Педагогические науки

ISSN 2500-3402

ПИ №ФС77-57475

В настоящее время во многих регионах России техногенное загрязнение почв достигло такой степени, что представляет серьезную опасность для человека [1]. Особенно сильное техногенное воздействие испытывают территории городов и прилегающие к ним районы. Почва в отличие от атмосферы и воды обладает свойством длительное время хранить вредные вещества (ВВ), что непосредственно влияет на деятельность человека также долго [2]. В условиях разветвлённой городской транспортной сети именно автотранспортные потоки становятся основным источником загрязнения придорожной территории [3]. Влияние автотранспортных потоков как источников антропогенного вмешательства в природно-территориальный комплекс проявляется в длительном воздействии ВВ, образующихся при неполном сгорании топлива или в результате изнашивания автомобильных шин, тормозных механизмов и дорожного покрытия [4, 5], которые оседают по краям дорожного полотна, аккумулируясь на поверхности и мигрируя по почвенному профилю. Под влиянием выбросов происходит ингибирование роста главных побегов растений. Такие растения отличаются пониженным содержанием большинства аминокислот, что влечет за собой снижение их биологической ценности и ухудшение пищевых качеств [6]. Кроме того прогрессивные темпы роста численности автомобильного транспорта, пространственная рассредоточенность автомобильного транспорта, непосредственная приближённость к жилым районам, достаточно высокая токсичность ВВ от автотранспортного потока, сравнительно низкое расположение автотранспортных средств (АТС) от земной поверхности в итоге приводят к скапливанию ВВ в зоне дыхания людей. Данные особенности создают в городах обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения не только атмосферного воздуха, но и почвенного покрова. Поэтому экологическая оценка степени загрязнения почвенного покрова придорожной территории городских автомобильных дорог и поиск способов её управления являются одним из приоритетных направлений.

Цель работы: провести анализ основных подходов к оценке ВВ в почвенном покрове, а также разработать предложения по оценке степени загрязнения почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог.

Нами был проведён анализ исследований [1–3, 6–9] по результатам которого систематизированы основные факторы, влияющие на степень загрязнения почвенного покрова в придорожной полосе автомобильных дорог (рис. 1). При исследовании загрязнения почв выбросами ВВ от АТС необходимо учитывать интенсивность движения, типы АТС, особенности городской инфраструктуры, характер почвенного покрова и вид землепользования, а также скорости и направление воздушных потоков. Причём в разных городах на исследуемых участках в придорожной полосе автомобильных дорог наблюдались превышения концентраций различных ВВ, а элементный состав варьировался в пространстве и времени. Это свидетельствует о большой зависимости содержания ВВ от различных региональных особенностей, обуславливающих попадание и выведение их из почв.

Рис. 1. Систематизация факторов, влияющих на степень загрязнения почвенного покрова в придорожной полосе автомобильных дорог

Обобщая данные литературных источников [1–3, 6–9], можно выделить следующую закономерность: максимальное загрязнение ВВ отмечается на расстоянии до 7 м от полотна дороги, опасная концентрация сохраняется до 20–30 м, а дальше степень загрязнения постепенно снижается. Например, наибольшее содержание свинца (до 3520 мкг/кг) отмечается в верхнем слое (0–5 см) почвы на расстоянии до 50 м от края дороги [6]. Кроме того, существуют зависимости между значениями удельной сдуваемости для различных АТС в зависимости от скорости их движения на дорогах с асфальтовым и грунтовым покрытиями. Так наибольшее значение удельной сдуваемости характерно для автобусов при скорости 80 км/ч, как для дороги с асфальтовым покрытием – 192 мг/с, так и грунтовым покрытием – 789 мг/с. Наименьшее значение удельной сдуваемости характерно для легковых автомобилей при скорости движения 20 км/ч. Для дорог с асфальтовым покрытием она составляет 3 мг/с, а для дорог с грунтовым покрытием 21 мг/с. Рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения почвы и зависит от таких факторов как климатические условия (скорость и направление ветра, температура, влажность, атмосферное давление), особенности ландшафта, время суток, расположение и характеристики подстилающих поверхностей и др. ВВ, выбрасываемые в атмосферу, также активно вступают в фотохимические, химические или каталитические реакции с другими веществами, которые существенно влияют наих токсичность и степень рассеивания в почвенном покрове. Эти данные подтверждаются исследованиями сотрудников кафедры экологии и природопользование ОГУ [8], из которых следует, что максимальную нагрузку в г. Оренбурге испытывают почвы придорожной зоны на улицах с максимальной интенсивностью автотранспортного потока (пр. Победы, ул. Чкалова и т.д.). Особенно велика нагрузка по свинцу: 10,29 т/км2·год. Причем с увеличением расстояния от дороги значительно уменьшается только количество взвешенных частиц. Следовательно, вещества, имеющие высокую степень опасности (свинец, цинк), не концентрируются вблизи дорожного полотна, а, абсорбируясь на частицах пыли, разносятся на значительные расстояния [9]. Исследования [8, 9] показали, что средние концентрации железа превышали ПДК в 3,6 раза, по цинку в 2,9 раза, по меди в 0,7 раза, по свинцу в 2,1 раза, по никелю в 1,5 раза, по хрому на уровне ПДК. Таким образом, придорожные зоны улиц города Оренбурга с высокой интенсивностью автотранспортного потока также испытывают сильную нагрузку по ВВ, превышающим предельно-допустимый уровень. Анализ информации из государственных докладов о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области 2010–2017 года позволил установить, что основными загрязняющими веществами почвенного покрова являются ВВ, выделяющиеся при эксплуатации АТС (табл. 1).

Таблица 1

Источники поступления ВВ от автотранспортных потоков в придорожной полосе

На основе систематизации факторов, влияющих на степень загрязнения почвенного покрова в придорожной полосе автомобильных дорог, а также основных источников поступления ВВ от автотранспортных потоков в придорожной полосе нами предложен алгоритм оценки почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог (рис. 2). Согласно предлагаемому алгоритму на начальном этапе проводится анализ региональных баз данных показателей состояния окружающей среды системы социально-гигиенического мониторинга, в которых содержится информация о результатах каждого лабораторного анализа степени загрязнения почвы, с целью обобщения информации эти данные рекомендуется подвергать статистической обработке.

Рис. 2. Предлагаемый алгоритм оценки степени загрязнения почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог

Дополнительно при оценке степени загрязнения почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог г. Оренбурга нами рекомендуется использовать экологические карты 34 перекрёстков автомобильных дорог, составленные сотрудниками кафедры метрологии, стандартизации и сертификации ОГУ при оценке степени загрязнения приземного слоя атмосферы городов от автотранспортных потоков [10]. В ходе проведённых исследований [10] в приземном слое атмосферы были обнаружены близкие к ПДК концентрации бенз(α)пирена – канцерогена первого класса опасности, а также существенные концентрации алюминия, меди, железа, марганца, свинца, никеля и д.р. металлов, что свидетельствует о возможности их присутствия в почвенном покрове. При определении точек отбора необходимо учитывать основные параметры автотранспортного потока; ширину автомобильной дороги; тип существующих защитных сооружений (насыпи, выемки, зелёные насаждения и т.п.); климатические параметры.

При общем загрязнении почв пробные площадки должны намечаться по координатной сетке, указывая их номера и координаты. Расстояния между линиями сетки намечаются с учетом расстояния от источника загрязнения уклона поверхности и преобладающего направления ветра. В зависимости от цели исследования размер пробной площадки, масса и вид пробы должны соответствовать требованиям, указанным в ГОСТ 17.4.3.01–2017. Так для определения содержания в почве ВВ требуется не менее одной объединенной пробы. При мощности горизонта или слоя более 40 см отбирают раздельно не менее двух проб с различной глубины. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг. Отбор проб почвы проводят на пробных площадках, закладываемых таким образом, чтобы исключить искажение результатов анализов под влиянием окружающей среды. При необходимости получения сравнительных результатов пробы почв отбирают в идентичных естественных условиях. Отбор проб проводят с учетом вертикальной структуры, неоднородности покрова почвы, рельефа и климата местности, а также с учетом особенностей загрязняющих веществ или организмов. Отобранные пробы необходимо пронумеровать и зарегистрировать в журнале, указав следующие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое назначение территории, вид загрязнения, дату отбора.

Упаковка, транспортирование и хранение проб должны осуществляться в зависимости от цели и метода анализа. Пробы, отобранные для химического анализа, следует упаковывать, транспортировать и хранить в емкостях из химически нейтрального материала. Пробы, отобранные для определения физических свойств почвы, должны сохранить структуру почвы. Для установления наличия метаболизируемых химических веществ, пробы анализируют в течение 5 ч после взятия. При этом не допускается проводить анализ проб в течение 2 суток при условии, что температура хранения не превышает 4°С.

Так как нами предлагается оценивать качество почвенного покрова в придорожной территории автомобильных дорог по содержанию основных ВВ выделяемых при эксплуатации автомобильного транспорта пробы должны быть отобраны на участках улично-дорожной сети (УДС), где наблюдается интенсивное движение автотранспортных потоков на расстоянии от 5 до 50 м. Для достоверной оценки степени загрязнения почвенного покрова в придорожной полосе автомобильных дорог необходим обоснованный выбор методик анализа проб почвы. Определяющими критериями при выборе методик мы предлагаем считать метрологические требования: диапазоны измерений ВВ, характеристики погрешности и неопределённости метода, нормированные метрологические характеристики применяемых стандартизованных средств измерений. Кроме этого необходимо учитывать доступность метода для лаборатории, возможность проведения отбора и хранения проб при различных климатических условиях. Предлагаемые методики и средства измерений концентраций ВВ для оценки степени загрязнения почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог с учётом выбросов ОГ, продуктов изнашивания автомобильных шин, тормозных механизмов, дорожного покрытия, а также асфальтовых испарений приведены в табл. 2.

Полученные концентрации ВВ в почвенном покрове подвергаются обработке и анализу с целью принятия управленческих решений по охране здоровья населения. Чтобы определить, является ли степень загрязнения почвенного покрова данным веществом высокой или низкой, необходимо каждый из результатов наблюдений или рассчитываемый по совокупности данных показатель сравнить с некоторым критерием.

Критериями могут быть уровни загрязнения в других мониторинговых точках или населенных пунктах, средние арифметические значения показателей за предыдущие периоды мониторинга или непосредственно санитарно-гигиенические нормативы качества почвы ПДК, ОДК и др. (табл. 3). Существуют и другие различные подходы оценки загрязнения почв. Например, это сравнение загрязненных почв с их природными аналогами или значениями регионального фона с применением коэффициента концентрации относительно фоновых содержаний Кк. Разработка таких ограничений вызвана высокой изменчивостью фоновых уровней для почв различных геохимических провинций и природных зон. В этом случае допустимые пределы должны быть различны в зависимости от свойств почвы, что на данный момент разработано не для всех определяемых элементов. Этот коэффициент является полезным для определения степени загрязнения, но при этом не отражает санитарно-гигиеническую сторону нормирования.

Поэтому основной способ оценки состоит в экспериментальном сравнении уровней содержания ВВ с предельно допустимыми концентрациями ПДК в почвенном покрове.

венного покрова селитебных территорий необходимо проводить с обязательным применением двух подходов: санитарно-гигиенического относительно нормативов ПДК и ОДК содержания валовых или подвижных форм микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов, и ландшафтно-геохимического с оценкой превышения концентраций относительно фоновых параметров.

Таблица 2

Результаты анализа предлагаемых методик и средств измерений концентраций ВВ, рекомендуемых для оценки степени загрязнения почвенного покрова в придорожной полосе автомобильных дорог

Таблица 3

Существующие подходы к оценке концентраций ВВ в почвенном покрове

Таким образом, экологическую оценку почДля характеристики степени загрязненности почвы используют суммарный показатель загрязнения (Zc). Суммарный показатель загрязнения при использовании его для оценки воздействия источников загрязнений на окружающую среду является более информативным, так как отражает относительную динамику показателей и учитывает их совместное воздействие. Анализ распределения суммарного показателя загрязнения дает пространственную структуру загрязнения селитебной территории с выявлением районов наибольшего риска для здоровья населения. Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом ВВ по показателю Zc проводится в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287–03 по оценочной шкале. В случаи превышения ВВ в почвенном покрове придорожной полосы должны предприниматься корректирующие мероприятия по снижению концентрации ВВ в почве (табл. 4).

Таблица 4

Основные корректирующие мероприятия по снижению степени загрязнения почвенного покрова ВВ в придорожной территории автомобильных дорог

Анализируя воздействие АТС на почвенный покров придорожных полос, необходимо признать, что придорожные зоны улиц с высокой интенсивностью автотранспортного потока испытывают сильную нагрузку по ВВ высших классов опасности, концентрации которых превышают предельно-допустимый уровень. Проведенные исследования свидетельствуют о сложности оценки степени загрязнения почвенного покрова придорожных полос автомобильных дорог и необходимости разработки программы мероприятий по снижению концентраций ВВ. Нами рекомендуется усилить экологический мониторинг ВВ присутствующих не только в приземном слое атмосферы, но и в почвенном покрове на наиболее загруженных участков УДС города, особенно в «часы – пик» (в утренние часы, обеденный перерыв, вечернее время) с использованием предлагаемых методов и средств измерений для дальнейшего составления экологических карт почвенного покрова придорожной полосы автомобильных дорог, а также прогнозирования развития ситуации.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета Третьяк Людмилы Николаевны – д.т.н., доцента, члена-корреспондента РАЕ.