Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

загрязнение выброс газ автотранспорт

Мощным источником загрязнения окружающей среды, является автомобильный транспорт. В выхлопных газах содержится в среднем 4 - 5% СО, а так же непредельные углеводороды, соединения свинца и другие вредные соединения.

Непосредственная близость автодороги отрицательно влияет на компоненты агрофитоценоза. Практика сельского хозяйства еще не в полной мере учитывает влияние на полевые культуры такого мощного антропогенного фактора. Загрязнение окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов проводит к большим экономическим потерям в хозяйстве, так как токсичные вещества вызывают нарушения роста растений, снижают качество.

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содержат около 200 компонентов. По данным Ю. Якубовского (1979) и Е.И. Павловой (2000) средний состав отработавших газов с искровым зажиганием и дизельных двигателей являются следующий: азот 74 - 74 и 76 - 48%, О₂ 0,3 - 0,8 и 2,0 - 18%, водяной пар 3,0 - 5,6 и 0,5 - 4,0%, СО₂ 5,0 - 12,0 и 1,0 - 1,0%, окись азота 0 - 0,8 и 0,002 - 0,55%, углеводороды 0,2 - 3,0 и 0,009 - 0,5%, альдегиды 0 - 0,2 и 0,0001 - 0,009%, сажа 0 - 0,4 и 0,001 - 1,0 г/м², бенз(а) пирен 10 - 20 и до 10 мкг/м³ соответственно.

На территории СХПК «Русь» проходит федеральная трасса «Казань - Екатеринбург». В течение суток по этой дороге проезжает большое количество автотранспортных средств, которые являются источником постоянного загрязнения окружающей среды отработавшими газами ДВС.

Цель данной работы - изучить влияние транспорта на загрязнение естественных и искусственных фитоценозов СХПК «Русь» Пермского края, расположенных вдоль федеральной трассы «Казань - Екатеринбург».

Исходя из поставленной цели, поставлены следующие задачи:

по литературным источникам изучить состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, распределение выпадений выбросов автотранспорта; изучить факторы, влияющие на распространение отработавших газов, влияние компонентов этих газов на придорожные участки;

исследовать интенсивность автомобильного движения на федеральной трассе «Казань - Екатеринбург»;

рассчитать объемы выбросов автотранспорта;

отобрать почвенные образцы и определить агрохимические показатели почв придорожных участков, а так же содержание тяжелых металлов;

определить наличие и видовое разнообразие лишайников;

выявить влияние загрязнения почвы на рост и развитие растений редиса сорта розово-красный с белым кончиком;

определить экономический ущерб от выбросов автотранспорта.

Материал для дипломной работы собран во время производственной практики в с. Большая Соснова Большесосновского района СХПК «Русь». Исследования проведены в 2007-2008 гг.

1. Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды (обзор литературы)

1.1 Факторы, влияющие на распространение отработавших газов

Вопрос о влиянии факторов, способствующих распространению отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС), был изучен В.Н. Луканиным и Ю.В. Трофименко (2001). Ими было установлено, что уровень приземной концентрации вредных веществ в атмосфере от автотранспорта при одном и том же массовом выбросе может существенно меняться в зависимости от техногенных и природно-климатических факторов.

Техногенные факторы: интенсивность и объем выброса отработавших газов (ОГ), размер территорий, на которой осуществляется загрязнения, уровень освоения территории.

Природно-климатические факторы: характеристика циркулярного режима, термическая устойчивость атмосферы, атмосферное давление, влажность воздуха, температурный режим, температурные инверсии и их повторяемость и продолжительность; скорость ветра, повторяемость застоев воздуха и слабых ветров, продолжительность туманов, рельеф местности, геологическое строение и гидрогеология района, почвенно-растительные условия (тип почв, водопроницаемость, пористость, гранулометрический состав, эродированность почвенного покрова, состояние растительности, состав пород, возраст, бонитет), фоновое значение показателей загрязнения природных компонентов атмосферы, состояние животного мира, в том числе ихтиофауны.

В природной среде непрерывно меняются температура воздуха, скорость, сила и направление ветра, поэтому распространение энергетических и ингредиентных загрязнений происходит в постоянно изменяющих условиях.

В.Н. Луканин и Ю.В. Трифоменко (2001) установили зависимость изменения концентрации оксидов азота и расстоянии от дороги и направления ветра: при ветре, имеющем направление параллельно дороге наибольшая концентрация оксида азота наблюдалась на самой дороге и в пределах 10 м от нее и распространение его на более дальние расстояние происходит в меньших концентрациях по сравнению с концентрацией на самой дороге; если же ветер перпендикулярен дороге, то расстояние оксида азота происходит на большие расстояния.

Более высокая температура у поверхности земли в дневное время заставляет воздух подниматься вверх, что приводит к дополнительной турбулентности. Турбулентность - это вихревое хаотичное движение небольших объемов воздуха в общем потоке ветра (Чирков, 1986). Ночью температура у поверхности земли более низкая, поэтому турбулентность уменьшается, поэтому рассеивание отработавших газов уменьшается.

Способность земной поверхности поглощать или излучать теплоту влияет на вертикальное распределение температуры в приземном слое атмосферы и приводит к температурной инверсии. Инверсия - это возрастание температуры воздуха с высотой (Чирков, 1986). Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подниматься выше определенного потолка. Для приземной инверсии особое значение имеет повторяемость высот верхней границы, для приподнятой инверсии - повторяемость нижней границы.

Определенный потенциал самовосстановления свойств окружающей среды в том числе и очищение атмосферы, связан с поглощением водными поверхностями до 50% природных и техногенных выбросов СО₂ в атмосферу.

Наиболее глубоко изучен вопрос о влияний на распространение ОГ ДВС В.И. Артамоновым (1968). Различные биоценозы играют неодинаковую роль в очистке атмосферы от вредных примесей. Один гектар леса производит газообмен в 3-10 раз интенсивнее, чем полевые культуры, занимающие аналогичные площадь.

А.А. Молчанов (1973), изучая вопрос о влияние леса на окружающую среду, отметил в своей роботе высокую эффективность леса в очистке окружающей среды от вредных примесей, которая связана отчасти с рассеиванием ядовитых газов в воздухе, поскольку в лесу течение воздуха поверх неровных древесных крон способствует изменению характера потоков в самой части атмосферы.

Древесные насаждения увеличивают турбулентность воздуха, создают усиленное смещение воздушных течений, в результате чего загрязнители более быстро рассеиваются.

Таким образом, на распространение отработавших газов двигателей внутреннего сгорания влияют природные и техногенные факторы. К наиболее приоритетным природным факторам относятся: климатические, почвенные орографические и растительный покров. Снижение концентрации вредных выбросов автотранспорта в атмосфере происходит в процессе их рассеивания, седиментации, нейтрализации и связывания под действием абиотических факторов биоты. ОГ ДВС участвуют в загрязнении окружающей среды на общепланетарном, региональном и локальном уровнях.

1.2 Загрязнение почв придорожных участков тяжелыми металлами

Антропогенная нагрузка при техногенной интенсификации производства вызывает загрязнение почв. Основными загрязнителями являются - тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, токсичные вещества.

Тяжелые металлы - это металлы, обуславливающие загрязнения почв по химическим показателям - свинец, цинк, кадмий, медь; они поступают в атмосферу, а затем в почву.

Одним из источников загрязнения тяжелыми металлами является автотранспорт. Тяжелые металлы попадают на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от химических и физических свойств. К почвенным факторам, значительно влияющим являются: гранулометрический состав почвы, реакция почвы, содержание органического вещества, катионообменная способность, и дренаж (Безуглова, 2000).

Увеличение концентрации ионов водорода в почвенном растворе приводило к переходу слабо растворимых солей свинца в более растворимые соли. При подкислении уменьшается устойчивость свинцово-гумусовых комплексов. Значение рН - буферного раствора - один из наиболее важных параметров, определяющий величину сорбции ионов тяжелых металлов в почве. При увеличении рН увеличивается растворимость большинства тяжелых металлов и, следовательно, их мобильность в системе твердая фаза почва - раствор, исследуя подвижность кадмия в аэробных почвенных условиях, установили, что в интервале рН 4-6 подвижность кадмия определяется ионной силой раствора, при рН более 6 ведущее значение приобретает сорбция окислами марганца.

Растворимые органические соединения, формируют только слабые комплексы с кадмием и влияют на его сорбцию только при рН равным 8.

Наиболее подвижная и доступная для растений часть соединений тяжелых металлов в почве - это их содержание в почвенном растворе. Количество поступивших в почвенный раствор ионов металлов определяет токсичность элемента в почве. Состояние равновесия в системе твердая фаза - раствор определяет сорбционные процессы, характер и направление зависит от состава и свойств почв.

При известковании уменьшается подвижность в почве тяжелых металлов и поступление их в растения (Минеев, 1990; Ильин, 1991).

Под предельно допустимой концентрацией (ПДК) тяжелых металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастании на ней растений не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а так же не приводит к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах (Алексеев, 1987).

Почва, как компонент природного комплекса, чрезвычайно чувствителен к загрязнению тяжелыми металлами. По опасности воздействия на живые организмы тяжелые металлы после пестицидов стоят на втором месте (Перельман, 1975).

В атмосферу тяжелые металлы поступают с выбросами автотранспорта в малорастворимых формах: - в виде оксидов, сульфидов и карбонатов (в ряду кадмий, цинк, медь, свинец - доля растворимых соединений возрастает от 50 - 90%).

Концентрации тяжелых металлов в почвах год от года увеличивается. По сравнению с кадмием, свинец в почвах связан в основном с ее минеральной частью (79%) и образует менее растворимые и менее подвижные формы (Обухов, 1980).

Уровень загрязнения почв придорожной полосы выбросами автотранспорта зависит от интенсивности движения машин и продолжительности эксплуатации автодороги (Никифорова, 1975).

Выявлены две зоны аккумуляции транспортного загрязнения в придорожных почвах. Первая зона обычно расположена в непосредственной близости от автодороги, на расстоянии до 15-20 м, а вторая на удалении 20-100 м, возможно появление третей зоны аномального накопления элементов в почвах, находящейся от автодороги на расстоянии 150 метров (Голубкина, 2004).

Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенности источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановки.

Воздушные массы разбавляют выбросы и переносят твердые частицы и аэрозоли на расстояния.

Взвешенные в воздухе частицы рассеиваются в окружающей среде, но большая часть неограниченного свинца оседает на землю в непосредственной близости от автодороги (5-10 м).

Загрязнение почвы вызывает кадмий, содержащийся в выхлопных газах автотранспорта. В почвах кадмий является малоподвижным элементом, поэтому загрязнение кадмием сохраняется длительное время, после прекращения свежего поступления. Кадмий не связывается с гуминовыми веществами почвы. Большая часть его в почвах представлена ионообменными формами (56-84%), поэтому этот элемент активно аккумулируется наземными частями растений (усвояемость кадмия возрастает при закислении почв).

Кадмий, как и свинец, имеет низкую растворимость в почве. Концентрация кадмия в почве не вызывает изменений в содержании этого металла в растениях, так как кадмий ядовит и живое вещество его не накапливает.

На почвах загрязненных тяжелыми металлами, наблюдалось значительное снижение урожайности: зерновых культур на 20-30%, сахарной свеклы на 35%, картофеля на 47% (Кузнецова, Зубарева, 1997). Они установили, что депрессия урожая происходит, когда содержание кадмия в почве становится более 5 мг/кг. При более низкой концентрации (в приделах 2 мг/кг) отмечается только тенденция снижения урожая.

В.Г. Минеев (1990) отмечает, что почва не единственное звено биосферы, откуда растения черпают токсичные элементы. Так, атмосферный кадмий имеет большой удельный вес в различных культурах, следовательно, и в поглощении его организмом человека с продуктами питания.

Ю.С. Юсфин и др. (2002) доказали, что вблизи автотрассы в зерне ячменя аккумулируются соединения цинка. Исследуя способность бобовых культур аккумулировать цинк в зоне автомобильных дорог, ими было установлено, что средняя концентрация металла в непосредственной близости от автотрассы составляет 32,09 мг/кг воздушно-сухой массы. При удалении от трассы концентрация уменьшалась. Наибольшее накопление цинка на расстоянии 10 м от дороги наблюдалось в люцерне. А листья табака и сахарной свеклы этот металл почти не накапливали.

Ю.С. Юсфин и др. (2002) также считают, что почва наиболее подвержена загрязнению тяжелыми металлами, нежели атмосфера и водная среда, так как она не обладает таким свойством как подвижность. Уровни содержания тяжелых металлов в почвах зависят от окислительно-восстановительных и кислотноосновных свойств последних.

При таянии снега весной происходит некоторое перераспределение компонентов выпадения ОГ в биоценозе, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Распределение металлов в биоценозе зависит от растворимости из соединений. Изучением данного вопроса занимались И.Л. Варшавский и др. (1968), Д.Ж. Бериня (1989). Полученные ими результаты дают некоторые представления о суммарной растворимости соединений металлов. Так, 20-40% стронция, 45-60% соединений кобальта, магния, никеля, цинка и более 70% свинца, марганца, меди хрома и железа в выпадениях находятся в труднорастворимой форме. Легкорастворимые фракции оказались в наибольших количествах в зоне до 15 м от полотна дороги. Легкорастворимая фракция элементов (сера, цинк, железо) имеет тенденцию оседать не у самой дороги, а на некотором расстоянии от нее. Легкорастворимые соединения через листья адсорбируют в растения, вступают в обменные реакции с почвенно-поглощающим комплексом, а трудорастворимые - остаются на поверхности растений и почвы.

Почвы, загрязненные тяжелыми металлами, являются источником их поступления в грунтовые воды. Исследованиями И.А. Шильникова и М.М. Овчаренко (1998), показали, что загрязненные кадмием, цинком, свинцом почвы очищаются за счет естественных процессов (вынос урожаем и вымывание с инфильтрационными водами) очень медленно. Внесение водорастворимых солей тяжелых металлов усиливало их миграцию только в первый год, но и в этом она была в количественном выражении незначительной. В последующие годы водорастворимые соли тяжелых металлов трансформируются в менее подвижные соединения, и их вымывание из корнеобитаемого слоя почв резко снижается.

Загрязнение растений тяжелыми металлами происходит в довольно широкой полосе - до 100 метров и более от полотна дороги. Металлы содержатся и в древесной, и в травянистой растительности во мхах и лишайниках.

Согласно бельгийским данным, степень загрязнения металлами окружающей среды находится в прямой зависимости от интенсивности движения на дорогах. Так, при интенсивности движения транспортного потока менее 1 тыс. и более 25 тыс. автомобилей в сутки концентрация свинца в листьях растений придорожных участков составляет соответственно 25 и 110, железа - 200 и 180, цинка - 41 и 100, меди - 5 и 15 мг/кг сухой массы листьев. Наибольшее загрязнение почвы наблюдается у полотна, особенно на разделительной полосе, а по мере удаления от проезжей части оно постепенно снижается (Евгеньев, 1986).

Вблизи дороги могут располагаться населенные пункты, а это значит, что действие ОГ ДВС будет влиять на здоровье человека. Действие компонентов ОГ рассматривал Г. Фелленберг (1997). Монооксид углерода представляет опасность для человека, прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Содержание СО-гемоглобина превышающее 2,0% считается вредным для здоровья человека.

По действию на организм человека окислы азота в десять раз опаснее окиси углерода. Окислы азота раздражают слизистые оболочки глаз, носа, рта. Вдыхание с воздухом 0,01% окислов в течение 1 ч может вызывать серьезные заболевания. Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и всасывании их в кровь. Это вызывает превращение гемоглобина в метагемоглобин, что приводит к нарушению сердечной деятельности.

Альдегиды раздражающе действуют на все слизистые оболочки, и поражают центральную нервную систему.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Углеводородные соединения ОГ, в частности бенз(а) пирен, обладают канцерогенным действием, то есть способствуют возникновению и развитию злокачественных образований.

Накопление кадмия в организме человека в избыточных количествах ведет к возникновению новообразований. Кадмий может вызывать потерю организмом кальция, накапливаясь в почках, деформацию костей и переломы (Ягодин, 1995; Орешкина, 2004).

Свинец действует на кроветворную и нервную системы, желудочно-кишечный тракт и почки. Вызывает анемию, энцефалопатию, снижение умственных способностей, нефропатию, колики и др. Медь в избыточных количествах в организме человека приводит к токсикозам (желудочно-кишечные расстройства, повреждение почек) (Юфит, 2002).

Таким образом, отработавшие газы внутреннего сгорания влияют на культуры, являющиеся основным компонентом агросистемы. Воздействие отработавших газов, в конечном счете, приводит к снижению продуктивности экосистем, ухудшению товарного вида и качества сельскохозяйственной продукции. Некоторые компоненты ОГ способны накапливаться в растениях, что создает дополнительную опасность для здоровья человека и животных.

1.3 Состав отработавших газов

Количество различных химических соединений, присутствующих в выбросах автомобилей, составляет около 200 наименований, в них входят очень опасные для здоровья человека и окружающей среды соединения. В настоящее время при сгорании в двигателе автомобиля 1 кг бензина почти безвозвратно расходуется более 3 кг атмосферного кислорода. Один легковой автомобиль ежечасно выбрасывает в атмосферу около 60 см³ отработавших газов, а грузовой - 120 см³ (Дробот и др., 1979).

Точно определить количество вредных выбросов в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина выбросов вредных веществ зависит от многих факторов, таких, например как: конструктивные параметры, процессы подготовки и сгорания смеси, режим работы двигателя, его техническое состояние и другие. Однако на основании данных о среднем статистическом составе смеси для отдельных видов двигателей и соответствующих им величин выбросов токсичных веществ на 1 кг израсходованного топлива, зная расход отдельных видов топлива, можно определить суммарную эмиссию.

Ю.Г. Фельдман (1975) и Е.И. Павлова (2000) отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания объединили в группы по химическому составу и свойствам, а также по характеру воздействия на организм человека.

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водяной пар, и другие естественные компоненты атмосферного воздуха.

Вторая группа. К этой группе относятся только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Окись углерода образуется в цилиндре двигателя в качестве промежуточного продукта превращения и разложения альдегидов. Недостаток кислорода является основной причиной повышенных выбросов окиси углерода.

Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом NO - оксид азота и NO₃ - диоксид азота. Окислы азота образуются в результате обратимой термической реакции окисления азота воздуха под действием высокой температуры и давления в цилиндрах двигателя. Из общего количества окислов азота в выхлопных газах бензиновых двигателей содержится 98 - 99% окиси азота и только 1 - 2% диоксида азота, в выхлопных газах дизелей - примерно 90% и 10% соответственно.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа С_х Н_у. В отработавших газах содержится углеводороды различных гомологических рядов: алканы, алкены, алкадиены, цикланы, а также ароматические соединения. Механизм образования этих продуктов можно свести к следующим стадиям. В первой стадии сложные углеводороды, из которых состоит топливо, под действием термических процессов разлагаются на ряд простых углеводородов и свободных радикалов. Во второй стадии в условиях недостатка кислорода атомы отщепляются от образовавшихся продуктов. Полученные соединения объединяются между собой во все более сложные циклические, а затем в полициклические структуры. Таким образом, на данном этапе возникает ряд полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а) пирен.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды - органические соединения, содержащую альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом. И.Л. Варшавский (1968), Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Ю.Ф. Гутаревич (1989), Е.И. Павлова (2000), установили, что из суммы альдегидов в выхлопных газах содержится 60% формальдегида, 32% алифатических альдегидов и 3% ароматических альдегидов (акролеин, уксусный альдегид, ацетальдегид и др.). Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузках, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Шестая группа. В нее входят сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Е.И. Павлова (2000), отмечают, что сажа является продуктом крегинга и неполного сгорания топлива, содержит большое количество адсорбированных углеводородов (в частности бенз(а) пирен, поэтому сажа опасна как активный переносчик канцерогенных веществ.

Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения - такие неорганические газы как, сернистый андегрид, которые появляются в составе ОГ двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте (Варшавский 1968; Павлова, 2000). Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений.

Восьмая группа. Компоненты этой группы - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающее опасное октановое число. В состав этиловой жидкости входит антидетонатор - тетраэтилсвинец Pb(С₂Н₅)₄. при сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дороги (Павлова, 2000).

Под воздействием диффузии вредные вещества распространяются в атмосферу, вступают в процессы физико-химического воздействия между собой и с компонентами атмосферы (Луканин, 2001).

Все загрязняющие вещества делятся по степени опасности:

1 - чрезвычайноопасные (тетраэтилсвинец, ртуть)

2 - высокоопасные (марганец, медь, серная кислота, хлор)

3 - умеренноопасные (ксилол, метиловый спирт)

4 - малоопасные (аммиак, бензин топливный, керосин, оксид углерода и др) (Валова, 2001).

К наиболее токсичным по отношению к живым организмам относятся угарный газ, окислы азота, углеводороды, альдегиды, диоксиды серы и тяжелые металлы.

1.4 Механизмы трансформации загрязнений

В.И. Артамоновым (1968) была выявлена роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды. Способность растений очищать атмосферу от вредных примесей определяется, прежде всего, тем, насколько интенсивно они их поглощают. Исследователь предполагает, что опушенность листьев растений, с одной стороны, способствует удалению пыли из атмосферы, а с другой стороны - тормозит поглощение газов.

Растения осуществляют детоксикацию вредных веществ различными способами. Некоторые из них связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся благодаря этому неактивными. Другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксичных продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаруживается также, что корневые системы выделяют некоторые вредные вещества, поглощенные надземной частью растений, например серосодержащие соединения.

В.И. Артамонов (1968) отмечает важнейшее значение зеленых растений, которое заключается в том, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. Это происходит благодаря физиологическому процессу, который свойственен только автотрофным организмам - фотосинтезу. О масштабах этого процесса свидетельствует тот факт, что за год растения связывают в форме органических веществ около 6-7% углекислого газа содержащегося в атмосфере Земли.

Некоторые растения отличаются высокой газопоглотительной способностью и одновременно являются устойчивыми к сернистому газу. Движущей силой поглощения двуокиси серы является диффузия молекул через устьица. Чем сильнее опушены листья, тем меньше они поглощают сернистого газа. Поступление этого фитотоксиканта зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Если листья увлажнены, то они поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее по сравнению с сухими листьями. Влажность воздуха также оказывает влияние на этот процесс. При относительной влажности воздуха 75% растения фасоли поглощали сернистый газ в 2-3 раза интенсивнее, чем растения, произрастающие при влажности 35%. Кроме того, скорость поглощения зависит от освещения. На свету листья вяза поглощали серу на 1/3 быстрее, чем в темноте. Поглощение сернистого газа имеет связь с температурой: при температуре 32^о С растения фасоли интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13^о С и 21^о С.

Поглощенная листьями двуокись серы окисляется до сульфатов, благодаря чему токсичность ее резко снижается. Сульфатная сера включается в обменные реакции, протекающие в листьях, частично может накапливаться в растениях без возникновения функциональных нарушений. Если скорость поступления двуокиси серы соответствует скорости превращения ее растениями, влияние этого соединения на них невелико. Корневая система растений может выводить соединения серы в почву.

Двуокись азота может поглощаться корнями и зелеными побегами растений. Усвоение и превращение NO₂ листьями происходит с высокой скоростью. Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. Другие окислы азота растворяются в воде, содержащийся в воздухе, а затем усваиваются растениями.

Листья некоторых растений способны усваивать угарный газ. Усвоение и превращение его происходит как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее, в результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза.

Высшие растения участвуют в детоксикации бенз(а) пирена и альдегидов. Они усваивают бенз(а) пирен корнями и листьями, превращая его в различные соединения с открытой цепью. А альдегиды претерпевают в них химические превращения, в результате которых углерод этих соединений включаются в состав органических кислот и аминокислот.

Моря и океаны играют огромную роль в связывании углекислого газа из атмосферы. В.И. Артамонов (1968) в своей работе описывает каким образом происходит этот процесс: газы лучше растворяются в холодной воде, чем в теплой. По этой причине углекислый газ интенсивно поглощается в холодных областях, и осаждается в виде карбонатов.

Особо внимание В.И. Артамонов (1968) уделял роли почвенных бактерий в детоксикации угарного газа и бенз(а) пирена. Наибольшую СО-связывающую активность проявляют богатые органикой почвы. Активность почвы возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 30^о С, температура выше 40^о С способствует выделению СО. Масштабы поглощения угарного газа почвенными микроорганизмами оцениваются по-разному: от 5-6*10⁸ т/год до 14,2*10⁹ т/год. Микроорганизмы почвы разрушают бенз(а) пирен и превращают его в различные химические соединения.

В.Н. Луканиным и Ю.В. Трофименко (2001) были изучены механизмы трансформации компонентов ОГ ДВС в окружающей среде. Под влиянием транспортных загрязнений изменения в окружающей среде могут происходить в общепланетарном, региональном и локальном уровнях. Такие автотранспортные загрязнители как диоксид углерода, оксиды азота являются «парниковыми» газами. Механизм возникновения «парникового эффекта» заключается в следующем: солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, частично абсорбируется ею, а частично отражается. Некоторая часть этой энергии поглощается «парниковыми» газами, парами воды и не проходит в космическое пространство. Тем, самым нарушается глобальный энергетический баланс планеты.

Физико-химические трансформации на локальных территориях. Такие вредные вещества, как оксид углерода, углеводороды, оксиды серы и азота, распространяются в атмосфере под воздействием диффузии, других процессов и вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы.

Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие - при появлении для этого благоприятных условий - необходимых реагентов, солнечного излучения, других факторов.

Монооксид углерода в атмосфере может окисляться до диоксида углерода при наличии примесей - окислителей (О, О₃), оксидных соединений и свободных радикалов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими загрязнениями прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются пироксиды. Свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере диоксид серы через некоторое время окисляется до SO₃ или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами, в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакций. Конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

Кислотные осадки попадают на поверхность в виде кислотных дождей, снега, тумана, росы, образуется не только из оксидов серы, но и оксидов азота.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов транспорта, представлены в основном оксидом и диоксидом азота. При воздействии солнечного света оксид азота интенсивно окисляется до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссациировать на оксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог представляет собой многократную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождается инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником называемых свободных радикалов, отличающихся реакционной способностью.

Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно и сохраняется долгое время и после ликвидации дороги.

А.В. Староверова и Л.В. Ващенко (2000) исследовали трансформации тяжелых металлов в почве. Ими, установлено, что попавшие в почву тяжелые металлы, прежде всего их мобильная форма, претерпевают различные трансформации. Один из основных процессов, влияющих на их судьбу в почве - закрепление гумусовым веществом. Закрепление осуществляется в результате образования солей тяжелых металлов с органическими кислотами. Адсорбции ионов на поверхности органических коллоидных систем или закомплексование их гумусовыми кислотами. Миграционные возможности тяжелых металлов при этом понижаются. Именно этим в значительной мере объясняется повышенное содержание тяжелых металлов в верхнем, то есть наиболее гумусированном слое.

Компоненты отработавших газов ДВС, попадая в окружающую среду, подвергаются трансформации под действием абиотических факторов. Они могут распадаться на более простые соединения, или, взаимодействуя между собой образовывать новые токсичные вещества. Также трансформации ОГ участвуют растения и почвенные бактерии, которые включают токсичные компоненты ОГ в свой метаболизм.

Таким образом стоит отметить, что загрязнение фитоценозов различными поллютантами носит неоднозначных характер и нуждается в дальнейшем изучении.

2. Место и методики проведения исследований

2.1 Географическое положение СХПК «Русь»

Сельскохозяйственный производственный кооператив «Русь», расположен в северо-восточной части Большесосновского района. Центральная усадьба хозяйства находится в селе Большая Соснова, являющимся районным центром. Расстояние от центра кооператива до областного центра - 135 км, железнодорожной станции - 34 км. Сообщение внутри хозяйства осуществляется по дорогам с асфальтовым, гравийным покрытием и по грунтовым дорогам.

2.2 Природно-климатические условия

Землепользование кооператива располагается в юго-западной агроклиматической зоне. Эта зона благоприятна для сельскохозяйственных культур по тепловому балансу, продолжительности вегетационного периода, но здесь имеет место опасность пересыхания весной верхнего горизонта почвы из-за почвенного испарения.

Территория кооператива относится к западным предгорьям Урала. Геоморфологическим районом является восточное ответвление Верхнекамской возвышенности. Рельеф СХПК «Русь» представлен водоразделами Очер и Сосновка. Водораздел делится домнами рек Буть и Мельничная, Черная на водоразделы второго порядка, обеспеченность хозяйства водой - достаточная.

На результаты хозяйственной деятельности большое влияние оказывает экономические условия: местоположение хозяйства, обеспеченность земель, трудовыми ресурсами, средствами производства.

Сумма положительных температур воздуха, с температурой выше 10 ^о С равна 1700-1800 ^о, ГТК = 1,2. Количество осадков за вегетационный период составляет 310 мм. Продолжительность безморозного периода 111-115 дней, начинается он с мая заканчивается 10-18 сентября. Лето умеренно-теплое, среднемесячная температура воздуха июля составляет + 17,9 ^о С. зима холодная, среднемесячная температура января - 15,4 ^о С. Средняя высота снежного покрова на полях 50-60 см.

Данный район находится в зоне достаточного увлажнения. За год осадков выпадает 475 - 500 мм. Запасы продуктивной влаги в почве во время посева ранних яровых достаточны, оптимальны и составляют около 150 мм в метровом слое, что позволяет возделывать на данной территории яровые и озимые зерновые и многолетние травы с правильным применением агротехнике.

Тип водного режима - промывной. Значение климата как фактора почвообразования определяется тем, что с климатом связано поступление в почву воды.

Почвенный покров территории хозяйства весьма разнообразен мелкоконтурен, что объясняет неоднородностью рельефа, почвообразующих пород, растительностью. Самыми распространенными почвами в совхозе являются дерново-подзолистые, занимающие площадь 4982 га или 70% всей территории хозяйства. Преобладающими среди них являются дерново-неглубоко - и мелкоподзолистые. Несколько меньше распространены дерново-слабо - подзолистые и дерново-глубоко-подзолистые.

Территория хозяйства расположена в лесной зоне, в подзоне смешанных лесов, в районе южно-таежных, пихтово-еловых лесов с мелколиственными породами и липой в древесном ярусе.

Самыми распространенными породами являются: пихта, ель, береза, осина. В подлеске встречаются по опушкам: рябина, черемуха. В кустарниковом ярусе - шиповник, жимолость. Травянистый покров в лесах представлен разнотравьем: герань лесная, вороний глаз, копытень, борец высокий, сныть обыкновенная, калужница болотная и многочисленные злаковые - тимофеевка, полевица.

Естественные кормовые угодья представлены материковыми суходольными и низменными, а также пойменными лугами высокого и низкого уровня. Материковые суходольные луга с нормальным увлажнением, атмосферными осадками имеют злаково - разнотравную, разнотравно-злаковую растительность. Она состоит из следующих видов: злаки - мятлик луговой, горошек мышиный, клевер красный; разнотравье - тысячелистник, нивяник, лютик едкий, погремок большой, земляника, хвощ, колокольчик раскидистый.

Продуктивность лугов невысокая. Кормовое достоинство среднее, вследствие большого количества недоедаемого разнотравья.

Низинные луга расположены в долинах небольших речек, ручьев с увлажнением за счет атмосферных и грунтовых вод. На них преобладает злаково-разнотравный тип растительности с доминированием овсяницей луговой, ежи сборной, подмаренника мягкого, манжетки обыкновенной, тысячелистника.

Использование угодий этих типов - как пастбища, сенокосы. Пойменные луга высокого уровня представлены разнотравно-злаково-бобовой растительностью.

Обильно встречается: мятлик луговой, овсяница, ежа сборная, пырей ползучий. Продуктивность этих лугов средняя, кормовое достоинство хорошее, удобны для использования под сенокосы.

Основная часть территории занята сельскохозяйственными культурами, из них большую часть составляют многолетние травы и зерновые.

Поля совхоза засорены, в основном многолетними сорняками. Из корневищных преобладают: хвощ полевой, мать-и-мачеха, пырей ползучий, из корнеотпрысковых: осот полевой, вьюнок полевой, из однолетних: яровые - пастушья сумка, пикульник красивый, зимующие: василек синий, ромашка непахучая.

2.3 Характеристика хозяйственной деятельности СХПК «Русь»

СХПК «Русь» одно из самых больших хозяйств в Большесосновском районе. Более десятилетий хозяйство устойчиво занимается сельскохозяйственной деятельностью, основными направлениями которой являются - элитное семеноводство и племенное животноводство молочного направления.

Общая земельная площадь кооператива 7114 га, в том числе сельскохозяйственных угодий 4982 га, из них пашни 4548 га, сенокосов 110 га, пастбищ 324 га. В течение трех лет кооператив использовал земли в различных направлениях. Незначительное уменьшение используемых земель происходит их кооператива членов - пайщиков.

Основное направление отрасли животноводства выращивание крупного рогатого скота на мясо и получение молока.

Животноводство является основным направлением на получение кормов для животных.

Основная часть выращенной продукции хозяйства используется в качестве корма, часть остается на семена, и очень маленькая часть остается на реализацию. Зерно на реализацию можно продать только на фуражные цели, т.к. в нем низкое содержание белка и клетчатки, оно имеет высокую влажность, в связи с этим не выгодно выращивать зерно на продажу.

Кормов в хозяйстве заготавливают достаточно. В качестве кормов используется сено, силос, зеленую массу. На зеленую массу используют овес и клевер. Силос готовят из клевера и овса, сено из клевера и разнотравно-злаковых трав на естественных сенокосах. Солому на корм скоту не используют так как кормов заготавливают достаточно.

На территории СХПК «Русь» за последние три года вносятся комплексные удобрения, также фосфорные, калийные, органические удобрения.

Навоз складируется в навозохранилищах под открытым небом. Пестицидов используется мало, вносятся дельтапланами, не складируются.

Сельскохозяйственная техника импортного производства. Для хранения топлива, смазочных масел имеется заправка - АЗС, которая расположена за границей населенного пункта. Огорожена забором, выполнена зеленная обваловка, для предотвращения вытекания талых и дождевых вод, а также разлитого топлива с территории АЗС.

2.4 Объекты и методики исследований

Исследования проведены в 2007-2008 гг. Объекты исследования - фитоценозы, расположенные вдоль автодороги федеральной трассы «Екатеринбург - Казань», принадлежащие СХПК «Русь» Большесосновского района. Варианты опыта - расстояние от дороги: 5 м, 30 м, 50 м, 100 м, 300 м.

В Большесосновском районе преобладающие ветра дуют в юго-западнм направлении, поэтому перенос ОГ ДВС происходит на исследуемую территорию. Из-за небольшой скорости и силы ветра оседание происходит вблизи автодороги федеральной трассы.

Для изучения влияния автотранспорта на придорожные участки федеральной трассы были использованы следующие методики:

1. Определение интенсивности движения автомобильного автотранспорта на федеральной трассе.

Интенсивность автотранспортного потока определена по методу Бегмы в изложении А.И. Федоровой (2003). Предварительно весь автомобильный поток был распределен на следующие группы: легкий грузовой (сюда относился грузовой автотранспорт с грузоподъемностью до 3,5 т), средний грузовой (с грузоподъемностью 3,5 - 12 т), тяжелый грузовой (с грузоподъемностью более 12 т).

Подсчет проведен осенью (сентябрь) и весной (май) в течение 1 часа утром (с 8 до 9 ч), и вечером (с 19 до 20 ч). Повторность была 4-х кратная (будничные дни) и 2-х кратная (выходные дни).

2. Определение агрохимических показателей и содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве.

Отбор проб проведен на расстоянии 5 м, 30 м, 50 м, 100 м и 300 м от автодороги. На этих расстояниях отобраны пробы в четырех повторностях. Почвенные образцы для определения агрохимических показателей взяты на глубину пахотного слоя, для определения тяжелых металлов на глубину 10 см. Масса каждого почвенного образца составила около 500 г.

Химический анализ проведен в лаборатории на кафедры экологии ПГСХА. Из агрохимических показателей определено: содержание гумуса, рН, содержание подвижных форм фосфора; из тяжелых металлов определены в почве подвижные формы кадмия, цинка и свинца.

· рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85);

· подвижные соединения фосфора фотометрическим методом по Кирсанову (ГОСТ 26207-83);

· содержание гумуса по методу Тюрина (ГОСТ 26213 - 84);

· содержание подвижных форм кадмия, цинка и свинца дитиозоновым методом в ацетатно-аммонийной вытяжке с рН 4,8 (Минеев, 1990).

3. Определение фитотоксичности

Метод основан на реакции тест-культур. Этот метод позволяет выявить токсичное действие тяжелых металлов, на развитие и рост растений. Опыт был поставлен в четырех повторностях. В качестве контроля использовался почвенный грунт на основе биогумуса, купленный в магазине, с агрохимическими показателями: азот не менее 1%, фосфор не менее 0,5%, калий не менее 0,5% на сухое вещество, рН 6,5-7,5. В сосуды помещают 250 г. почвы, и увлажняют ее до 70% от ПВ и такую влажность поддерживают в течение всего опыта. В каждый сосуд высеивают по 25 семян редиса (Розово-красный с белым кончиком) На четвертые сутки сосуды помещают на световой стеллаж с освещением в течение 14 ч в сутки. В этих условиях редис выращивался в течение двух недель.

В процессе опыта ведут наблюдения по следующим показателям: записывается время появления всходов и их число на каждые сутки; оценивают общую всхожесть (к концу опыта); измеряют регулярно длину наземной массы (высоту растений). По окончанию опыта растения осторожно отделяют от земли, прослушивают, стряхивают остатки почвы и измеряют окончательную длину надземной части растений, длину корней. Затем высушивают растения на воздухе и отдельно взвешивают биомассу надземных частей и корней. Сопоставление этих данных позволяет выявить факт фитотоксичности или стимулирующего действия (Орлов, 2002).

Фитотоксический эффект может быть рассчитан по разным показателям.

ФЭ = М_к - М_х / М_к *100,

где М_к - масса контрольного растения (или всех растений на сосуд);

М_х - масса растений, выращенного на предположительно фитотоксичной среде.

4. Лихеноиндикация проведена по методу Шкрабы (2001).

Определение лишайников ведется на пробных площадках. На каждой площадке учитывается не менее 25 взрослых деревьев всех пород, представленных в древостое.

Палетка изготавливается из прозрачной двух литровой бутылки 10 30 см, на которой через каждый сантиметр, острым предметом расчерчивается сетка. Сначала вычисляется общее покрытие, т.е. площадь, занятую всеми видами лишайников, а затем, определяют покрытие каждым в отдельности видом лишайника. Величина покрытия с помощью сетки определяется по числу квадратов сетки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%. Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (б), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Общее проективное покрытие (К) вычисляют по формуле:

К = (100 а + 50 б)/С,

где С - общее число квадратов сетки (Пчелкин, Боголюбов, 1997).

После определения общего покрытия, таким же способом устанавливают покрытие каждого вида лишайника, представленного на учетной площадке.

3. Результаты исследований

3.1 Характеристика интенсивности движения автомобильного транспорта на федеральной трассе

Из полученных результатов можно сделать вывод, что интенсивность автотранспорта за осенние и весенние периоды различна, также интенсивность изменяется в течение рабочего и выходного дня, в зависимости от времени суток. Осенью за 12-и часовой рабочий день проезжает 4080 единиц автомобилей, а весной 2448 единиц автомобилей, т.е. 1,6 раз меньше. Осенью за 12-ти часовой выходной день проезжает 2880 единиц автотранспорта, весной 1680 единиц, т.е. в 1,7 раза меньше. Осенью в среднем за 1 час рабочего дня легкового грузового транспорта составляет 124 единицы, в весенний период 38, что в 3,2 раза меньше. Количество тяжелого грузового транспорта в весенний период уменьшился, а в осенний увеличилось.

Осенью в выходной день легкового автотранспорта за 1 час увеличилось в 1,7 раза. Весной в рабочий день в 1,8 раз увеличилось среднего грузового автотранспорта. Среднее количество за день осенью легкового автотранспорта наблюдалось 120 единиц, весной - 70, что меньше в 1,7 раза.

Интенсивность автотранспорта на федеральной трассе больше за сутки в осенний период, чем в весенний. Наибольшая интенсивность среднего грузового автотранспорта наблюдалась в весенний период в рабочие дни, а осенью в выходной день. Интенсивность движения легкового автотранспорта осенью в рабочий день больше в 1,6 раза, чем весной, а в выходной в 1,7 раза меньше, чем осенью. Тяжелого грузового автотранспорта наблюдается больше в рабочие дни осенью, а весной - в выходной. Автобусов наибольшее количество проезжает осенью.

Соотношение количества автомобильного транспорта в разные дни и сезоны представлено на рисунках 1,2.

Рис. 1 Соотношение количества автотранспорта, % (осень)

Рис. 2 Соотношение количества автотранспорта, % (весна)

Осенью в рабочие дни в автотранспортном потоке первое место занимают легковые автомобили (47,6%), второе место легкий грузовой автотранспорт (34,9%), далее тяжелый грузовой (12%), средний грузовой (3,36%) и автобусы (1,9%). Осенью же, в выходные дни количество легкового автотранспорта составило (48,9%), легкового грузового - 31,5%, среднего грузового 9,9%, тяжелого грузового - 7,3% и автобусов - 2,1%. В весенний период (рабочие дни) легковой автотранспорт - 48,7%, тяжелый грузовой - 20,2%, легковой грузовой - 18,4%, средний грузовой - 10,6%, автобусов - 1,9%. А в выходные дни легковой автотранспорт составляет - 48,1%, средний и тяжелый грузовой - 7%, и 18%, соответственно легкого грузового - 25% и автобусов - 1,5%.

3.2 Характеристика выбросов автомобильного транспорта федеральной трассы

Анализируя данные выбросов автотранспорта (приложение 1,2,3,4) и таблицы 2,3,4,5,6, можно сделать следующие выводы: в осенний период за 12 - ти часовой рабочий день на федеральной трассе «Казань-Екатеринбург» на 1 км выбрасывается: угарного газа - 30,3 кг, окислов азота - 5,06 кг, углеводородов - 3,14 кг, сажи - 0,13 кг, углекислого газа - 296,8 кг, диоксида серы - 0,64 кг; за 12 - и часовой выходной день: угарного газа - 251,9 кг, окислов азота - 3,12 кг, углеводородов - 2,8 кг, сажи - 0,04 кг, углекислого газа - 249,4 кг, диоксида серы - 0,3 кг.