Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 . Влияние железнодорожного транспорта на прилегающие пространства 9
1.1 Железнодорожный транспорт как источник электромагнитного излучения 11
1.2. Шумовое воздействие железнодорожного транспорта 12
1.3. Химические факторы воздействия железнодорожного транспорта... 14
1.3.1. Железнодорожный транспорт — источник углеводородов 16
1.3.2. Загрязнение тяжелыми металлами прижелезнодорожных пространств 25
1.4. Роль железнодорожного транспорта в формировании флоры 42
ГЛАВА 2 . Объекты исследования (железнодорожные узлы гг.воронеж, лиски) 44
2.1. История возникновения воронежского участка юго-восточной железной дороги 45
2.2. Экологические показатели состояния окружающей среды на объектах железной дороги воронежской области 49
2.3. Природно-техногенная характеристика лискинского и воронежского железнодорожных узлов 52
2.3.1 Географическое положение объектов исследования 52
2.3.2. Климатические особенности изучаемых территорий 54
2.3.3. Почвы районов исследования 56
2.3.4. Характеристика растительного покрова исследуемых участков 58
2.4. Ландшафтная характеристика участков исследования 62
ГЛАВА 3 . Принципы и методы исследования влияния железнодорожного транспорта 65
3.1. Методы оценки состояния абиотической составляющей окружающей среды 67
3.2. Методы оценки состояния воздушной среды 70
3.3. Методы оценки состояния биотической составляющей окружающей среды 72
3.4. Анализ видовой активности флоры зон отчуждения железных дорог 73
3.5. Методы статистического анализа 74
ГЛАВА 4. Характер загрязнения тяжелыми металлами почв территорий отвода железной дороги 78
4.1. Влияние лискинского железнодорожного узла 80
4.2. Влияние воронежского железнодорожного узла 104
ГЛАВА 5 . Характер загрязнения почв территорий отвода железной дороги углеводородами (нефтепродукты и бензол) 122
5.1. Влияние Лискинского железнодорожного узла 124
5.2. Влияние воронежского железнодорожного узла 131
ГЛАВА 6 . Влияние железной дороги на флору 139
6.1. Характеристика древесных насаждений прижелезнодорожных пространств 139
6.2. Индикаторная роль лишайников 147
6.3. Влияние железнодорожного транспорта на травы 156
Заключение 171
Выводы 176
Литература 178
Приложение 199
- Железнодорожный транспорт — источник углеводородов
- История возникновения воронежского участка юго-восточной железной дороги
- Методы оценки состояния абиотической составляющей окружающей среды
- Влияние лискинского железнодорожного узла
Введение к работе
Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды предприятиями промышленности и транспортными средствами, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение.
Ужесточение государственного контроля за состоянием окружающей среды связано с ратификацией ряда международных соглашений и участием в долгосрочных программах, предусматривающих интенсивное использование одного из наиболее экологически чистых видов транспорта -железнодорожного (Алексеенко, 2000, 2003; Государственный доклад ..., 2003; Касимов, 2000). В связи с этим, большое значение приобретают исследования, направленные на оценку и минимизацию экологических рисков, обусловленных факторами воздействия различных видов транспорта, выявление роли каждого из них.
Познание закономерностей и особенностей воздействия химических факторов на прижелезнодорожные территории является, несомненно, актуальной проблемой для прогноза будущего состояния почвы и окружающей среды в целом.
Цель исследования. Основной целью работы являлась экогеохимическая оценка воздействия железнодорожного транспорта при длительном функционировании (около 140 лет) и наиболее крупных его узлов на экосистемы прилегающих территорий в условиях Воронежской области и изучение особенностей пространственного распространения поллютантов.
В рамках поставленной цели были выполнены следующие задачи.
1. Исследовано влияние железнодорожного транспорта на содержание двух групп загрязнителей: тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди, цинка, хрома, никеля, марганца) и углеводородов (бензола, нефтепродуктов) в почвах и растениях.
Изучены изменения в природных экосистемах, происходящих под воздействием железнодорожного транспорта, и выявлены взаимосвязи аккумуляции загрязняющих веществ в различных средах.
Сформированы базы данных по загрязнению различных участков Юго-Восточной железной дороги (в пределах г. Воронежа по пяти разбросанным по территории города участкам узла и г. Лиски с компактно расположенным узлом в условиях равнинного рельефа).
На примере северо-западной части города Лиски и железнодорожного узла созданы карты-схемы валового содержания загрязняющих веществ в почве прилегающих территорий.
Определена роль железной дороги в формировании флоры придорожных пространств.
Предложены практические меры для снижения экологического риска от железнодорожного транспорта.
. Объекты исследования. Объектами исследования служили территории железнодорожных узлов г.г. Воронеж и Лиски, с прилегающими линейными участками железных дорог, в пределах которых в качестве предмета исследования изучались депонирующие среды прилегающих к железной дороге территорий.
Научная новизна работы определяется тем, что впервые дана эколого-геохимическая оценка степени воздействия крупных участков Юго-Восточной железной дороги. Получены данные об особенностях накопления загрязняющих веществ на прилегающих территориях.
Созданы экогеохимические карты содержания загрязняющих веществ в почвенном покрове Лискинского железнодорожного узла и прилегающих территорий города Лиски.
Установлены корреляционные зависимости распределения тяжелых металлов и углеводородов в депонирующих средах.
Впервые проведено совместное флористическое и геохимическое исследование растительности прижелезнодорожных территорий.
Практическая значимость работы. Экогеохимические карты содержания загрязняющих веществ в почвенном покрове Лискинского железнодорожного узла и части города Лиски, а также картосхема суммарного показателя загрязнения, используются для оценки воздействия и при выполнении природоохранных мероприятий на обследованных территориях Юго-Восточной железной дороги.
Комплексная диагностика состояния окружающей среды на различных участках Юго-Восточной железной дороги выявила ряд информативных показателей, по которым целесообразно проводить мониторинговые наблюдения. Совместный анализ загрязнения атмосферы с почвенным и растительным покровом железнодорожных ландшафтов позволил определить корреляционные связи между содержаниями загрязняющих веществ в различных средах. Дана количественная характеристика определенных металлов в растениях, с выделением наиболее чувствительных групп.
Исследования состояния почвенного покрова были включены в план мониторинговых наблюдений на территории Воронежской области. Материалы исследований вошли в доклады: «О состоянии и использовании минерально-сырьевых, водных, лесных ресурсов, состоянии и охране окружающей среды Воронежской области» за 2001 и 2002 годы.
Положения, выносимые на защиту.
Экогеохимическое влияние крупных железнодорожных узлов на прилегающую территорию происходит под действием ряда разных химических факторов, что позволяет ранжировать территории с учетом особенностей их хозяйственного использования.
Продолжительность работы железнодорожных участков и узлов, наряду с интенсивностью транспортных потоков являются основными факторами, формирующими экогеохимические аномалии на железнодорожном транспорте.
3. Влияние крупных железнодорожных узлов и прилегающих к ним участков распространяется за пределы зоны отчуждения, установленной существующими нормативами, превышая их в 1,5-2 раза.
4. Особенности инженерного устройства дорожного полотна и накопление поллютантов в прижелезнодорожном пространстве приводят к формированию мезофитной флоры и изменениям в растительных сообществах, связанных с постепенной заменой видов естественных сообществ в сторону нитрофилов.
Организация и методика исследований. Основу диссертации составляют результаты собственных исследований, проведенных автором на Юго-Восточной железной дороге в период с 1999 по 2004 гг.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и представлены на И(Х) съезде Русского ботанического общества «Проблемы ботаники на рубеже XX-XXI веков», г. Санкт-Петербург; на международной научной конференции «География, общество, окружающая среда: развитие географии в странах Центральной и Восточной Европы», г. Калининград; на V региональной научно-технической конференции «Вопросы региональной экологии», г. Тамбов; на V Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2003», г. Санкт-Петербург; на научной конференции «Благополучная среда обитания - залог здоровья населения», г. Воронеж; на международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв», г. Москва; на международной научной конференции «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция», г. Воронеж; на ежегодных отчетных научных сессиях ВГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 6 глав, заключение, выводы и приложение. Текстовая часть работы содержит 177 страниц машинописного текста, включая 35 таблиц, 50 рисунков. Список литературы включает 212 источников, в том числе 14 иностранных.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н., проф., А.И. Федоровой, д.г.н., проф. В.И. Федотову, д.г.н., проф. С.А. Куролапу, д.г.н. Григорьевской А.Я., руководителю ВФ ФГУ «СИАК по ЦР» СМ. Сысоеву, коллективу ВФ ФГУ «СИАК по ЦР», студентам и преподавателям кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды за обстоятельный анализ работы.
Железнодорожный транспорт — источник углеводородов
Наиболее опасным и дискомфортным воздействиям транспорта на человека принято считать загрязнение углеводородами. Несмотря на развитие техники и технологий, отличительной чертой современной цивилизации остается использование углеводородного топлива как энергоносителя.
С момента зарождения железных дорог основным видом топлива был уголь (Сотников, 1993). При его сгорании в окружающую среду выбрасывалось большое количество загрязняющих веществ, в том числе угольная зола, содержащая большое количество тяжелые металлов и углеводороды. Составить точное представление о составе и количестве загрязнителей сложно. Это связано с большим разнообразием месторождений ископаемого топлива. Однако известно, что при любых режимах горения в атмосферу выбрасывается наиболее распространенное канцерогенное вещество 3,4 - бенз(а)пирен. Он относится к «долгоживущим» полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ), т.е. углеводородам, состоящим из двух и более ароматических колец, которые медленно проникают через мембраны, накапливаются в организме и стимулируют образование злокачественных опухолей
В результате научно-технической революции произошли существенные изменения в техническом оснащении железной дороги. Изменения коснулись, главным образом, подвижного и тягового состава, что отразилось на качественных и количественных характеристиках выбросов загрязняющих веществ. После 1965 года в результате перевода транспорта на жидкое топливо и электрическую тягу, перечень загрязняющих веществ дополнился целым рядом компонентов. Появление электровозов позволило обеспечить более надежную и экологически чистую работу транспорта на прогонных участках. Но это не сократило загрязнение на маневровых территориях, где в качестве тяговых локомотивов часто используются тепловозы с дизельными силовыми установками. Режим работы маневровых локомотивов менее стабилен по сравнению с «поездными», поэтому и выделение токсичных веществ у них в несколько раз больше. Одна секция тепловоза выбрасывает в атмосферу за час работы 28 кг оксида углерода, 17,5 кг оксидов, азота, до 2 кг сажи (Государственный!..., 1997). Не случайно самый высокий уровень загрязнения воздушной среды характерен для железнодорожных станций и прилегающих к ним пространств, и напрямую зависит от количества работающих локомотивов. При работе тепловозов в атмосферу выделяются отработавшие газы, по составу аналогичные выхлопам автомобильных дизелей (Павлова, 2000; Еланский, 2002).
Главную роль в формировании техногенных потоков углеводородов на железнодорожном транспорте играют транспортировка, хранение и использование нефтепродуктов. Сжигание 1 тонны нефтепродуктов приводит к выделению 0,25 кг углеводородов, а при сжигании 1 тонны угля - 0,16 кг. Наименьшее количество углеводородов (0,48 кг/млн м3) выделяется при использовании природного газа (Скурлатов, 1994).
Различные по составу и свойствам углеводороды проникают во все компоненты природного комплекса: испаряются в атмосферу, мигрируют с поверхностными и подземными водотоками, депонируются в почвах и донных отложениях. Происходит это в ходе многочисленных утечек, аварий, сбросов загрязненных вод на всех стадиях использования углеводородного сырья.
Углеводороды и нефтепродукты исследуются в дождевых, талых и сточных водах, поступающих на очистку от различных производств и служб железных дорог. Внимание к этим объектам еще раз подтверждает, что основными путями миграции загрязняющих веществ на железнодорожном транспорте считаются воздушная и водная среды (Вертинская, 1980; Савельева, 1980; Попович, 1993; Лммосова, 2000).
По количеству выбросов среди подвижных источников загрязнения атмосферы железнодорожный транспорт занимает второе место после автотранспорта. На пространствах, прилегающих к железным дорогам, происходит накопление загрязняющих веществ (Никифорова, 1991; Павлова Е.И., 2000; Техногенез..., 2003). Почва, растения являются депонирующими (аккумулирующими) средами, химические составляющие которых, точно индицируют длительность загрязнения. При этом сезонные и годичные циклы воздействия характеризуются по снегу и растениям, а многолетние по почве (Эколого-геохимические оценки ..., 1990; Козаренко, 1997; Припутина, 1997).
Загрязнения нефтепродуктами территорий является одной из наиболее насущных проблем железнодорожной отрасли. Накопление углеводородов в почве прижелезнодорожных территорий происходит за счет прямого смыва нефтесодержащих веществ с подвижного состава, а также при аккумуляции аэрозолей из воздуха. При мойке составов в локомотивных и вагонных депо образуются значительные объемы стоков, содержащих нефтепродукты. Из вагонов-цистерн на пути во время перевозок вследствие негерметичности клапанов и сливных приборов, неплотностей люков теряются нефтепродукты. При остановке и трогании поездов из букс колесных пар выливаются жидкие смазочные материалы (рис. 1.2.). Поверхность земли, примыкающей к полотну железной дороги, и балластный слой самого полотна загрязняются топливом и смазочными маслами, зачастую на значительную глубину (Ратанова, 1999).
Накопленные нефтепродукты снижают прочность и устойчивость земляного полотна. Углеводородное сырье проникает между шпалами в слой из песка и щебня, что приводит к уплотнению насыпи, ухудшению отвода атмосферных осадков и приводит к деформации или просадкам пути (Калинин, 1986). Рис. 1.2. Накопление нефтепродуктов при длительной эксплуатации железнодорожного пути (ст. Лиски) Единственно возможным средством борьбы с этими негативными явлениями является полная замена земляного полотна. На линиях с большой грузонапряженностью и высокими скоростями движения замена балластного слоя производится через каждые 7-8 лет. Общие объемы, образующихся нефтесодержащих грунтов, представляют серьезную опасность для окружающей среды при отсутствии мероприятий по их рекультивации. Кроме того, утечки и разливы нефтепродуктов также приводят к загрязнению прилегающих территорий, инфильтрации их на глубину до 200 см. Такое просачивание приводит к необратимым изменениям свойств почв, потери плодородия, изъятию значительных территорий из хозяйственного использования (Солнцева, 1980, 1998).
На загрязнения нефтепродуктами быстрее всего реагируют растения, так как происходят изменения геохимических характеристик корнеобитаемого слоя почвы. При интенсивном кратковременном воздействии наблюдается гибель растений. В экспериментальных исследованиях СВ. Левин (1995) отмечает значительные экологические нарушения при концентрациях 1-5 мл/кг в зависимости от типа почвы. При мало интенсивных продолжительных воздействиях в почвах замедляется рост и развитие растений (в зависимости от степени загрязнения), отмечаются некоторые морфологические изменения отдельных органов растений, запаздывают фазы вегетации (Прокошева, 2000).
Опасность загрязнений нефтепродуктами тесно связана с характеристиками исходного сырья - нефти. По существующим эколого-геохимическим характеристикам основного состава нефти выделяют: легкую фракцию нефти, метановые углеводороды (включая твердые парафины), циклические углеводороды, смолы и асфальтены (Восстановление..., 1988). Нефтепродукты являются товарным сырьем нефти. Согласно ГОСТ 17.1.4.01-80 к ним относятся неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане. Таким образом, под нефтепродуктами понимают широкий спектр углеводородного сырья не зависимо от источника их поступления в окружающую среду. Характер распределения нефтяных компонентов в почвах зависит от ряда факторов, основные из которых водно-термический режим почв, их механический состав, а также наличие и структура внутрипочвенных геохимических барьеров.
Механизм загрязнения почвы нефтепродуктами исследован Пиковским Ю.И.(1985), Солнцевой Н.П. (1988) и представляет собой постепенное увеличение концентраций углеводородов на поверхности почвы, в совокупности с процессахми испарения и разложения легких бензиновых фракций (кипящих при температуре до 200С). Это приводит к накоплению трудно разлагаемых углеводородов (твердые парафины, циклические углеводороды, ароматические углеводороды, с.молы и асфальтены), которые запечатывают поры почвенного покрова. Растворенные легкие фракции, а также подвижные ароматические углеводороды (ПАУ) проникают в нижние горизонты почв на различные глубины.
Легкие фракции (моноядерные углеводороды, например бензол и его гомологи) обладают повышенной токсичностью для живых организмов. В то же время действие этих фракций достаточно кратковременно, а их высокая испаряемость способствует быстрому самоочищению природной среды (Лозановская, 1998). В свою очередь, ПАУ медленнее проникают через мембраны и действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами (Пиковский, 1998).
История возникновения воронежского участка юго-восточной железной дороги
Развитие рельсового транспорта в нашей стране началось в 1764 году с постройки рельсово-лежневых путей на заводах Алтая. С появлением паровой тяги началось интенсивное строительство железных дорог. Первая железная дорога на паровой тяге была построена на Урале в 1834 году. Она соединяла рудник и завод, а её протяженность составила 854 метра. Через три года (1837) между Петербургом и Царским селом была построена первая железная дорога общего пользования.
Поражение в Крымской войне (1853-1856 гг), интересы развития внутренней и внешней торговли, военно-стратегические соображения, экономика страны в целом предопределили интенсивное развитие железных дорог в России. На первом этапе их развития выполнялась задача по вовлечению в торговый оборот хлебных земледельческих районов юга России с центральной частью страны и морскими портами для сбыта продукции за границу. Основной точкой отсчета развития и существования железной дороги на территории Воронежской области можно считать 1865 год, когда было получено разрешение правительства на строительство железной колеи от Рязани до Козлова (Мичуринск) протяженностью 198 верст (Сотников, 1993).
В состав Юго-Восточной железной дороги входят линии, построенные в 60-70-е гг. 19 в.: Рязань - Козлов (ныне Мичуринск), где движение открыто в 1866, линия продолжена до Воронежа, а затем Ростов (1871). В 1868 - 1871 введена в строй широтная линия Елец - Грязи - Борисоглебск - Царицын (Волгоград) и линия Козлов - Тамбов - Саратов. В 80 - 90-е гг. построены и сданы в эксплуатацию участки: Харьков-Балашов, Астапово - Данков, Лебедянь - Елец, Елец-Валуйки,Таловая - Калач, Богоявленск - Сосновка (ныне Челновая), Раненбург - Павелец с ветвью на Троекурово - Астапово (ныне Лев Толстой), Данков-Волово, Иноковка-Инжавино. Для обслуживания подвижного состава были построены вагонные и паровозные депо, мастерские. Со временем на месте мастерских был построен один из крупнейших заводов г. Воронежа -завод им. Ф.Э. Дзержинского.
В 1893 году создано акционерное общество Юго-Восточных железных дорог, объединившее Козлово-Воронежско-Ростовскую и Орлово-Грязи-Царицынскую дороги. Техническая вооружённость дороги оставалась низкой, подвижной состав отличался малой мощностью, низкой грузоподъёмностью. Дополнительные разрушения принесла Гражданская война. В годы Гражданской войны и военной интервенции уничтожено до 70 % паровозов; из 97 крупных мостов взорвано 78; разрушено 67 дело и мастерских, 29 водокачек, 1225 жилых и служебных помещений, сотни километров железнодорожных путей. Общая стоимость ущерба исчислялась в 170 млн. золотых рублей. К 1921 на дороге было капитально отремонтировано более 150 паровозов, 2000 вагонов, восстановлено 35 мостов, уложено более 500 тыс. новых шпал. На реконструкцию дороги в 1929-32 израсходовано 216 млн. рублей. В 30-е гг. дорога превратилась в одну из мощных магистралей страны. В годы Великой Отечественной войны дорога работала с огромным напряжением, обслуживая Южный, Воронежский, Донской, Брянский, Сталинградский фронты. С 24 июня 1941 движение поездов было переведено на воинский график, который обеспечивал первоочередное продвижение эшелонов на фронт и эвакуационные перевозки. Транзитный поток без переработки на сортировочных станциях в 1941 по сравнению с 1940 возрос на 70 %.
В 50-60-е гг. на дороге появился ряд инициатив: перевод мощных паровозов на жидкое топливо, вождение тяжеловесных поездов, совместное обслуживание поездов локомотивами трёх депо (Ртищево, Лиски, Аткарск) зоны Юго-Восточной и Приволжской железных дорог протяжённостью до 1500 км. В 1956 на участке, обслуживаемом депо Ртищево, начался переход на тепловозную тягу. К 1960 году Юго-Восточная железная дорога перешла на использование экономичных тепловозов и электровозов. В конце 1962 участок Лиски-Зверево был электрифицирован, и на нём началась эксплуатация. Параллельно создавались тепловозные и электровозные депо, реконструировался путь. В 70-80-е гг. продолжалось совершенствование технической базы дороги. В 1975-85 уложено вторых путей 22,4 км, а дополнительных станционных путей около 40 км (на ст. Кочетовка, Лиски, Придача, Грязи - Орловские, Елец, Морозовская, Таловая и т. д.), к началу 90-х гг. оборудовано автоблокировкой 69 % общей протяжённости путей, в систему электрической централизации включено 85 % станций. Из 960 переездов 617 автоматизированы, все участки дороги оборудованы поездной радиосвязью. Значительно увеличился объём грузовых перевозок (по сравнению с 1970 на 43 %). Перевозки грузов и пассажиров осуществляются на дороге электрической и тепловозной (60 и 31 % соответственно) тягой.
Методы оценки состояния абиотической составляющей окружающей среды
Наиболее сложными в организации обследования были территории железнодорожных узлов, входящих в состав городских территории. Обследование подобных участков было разделено на три этапа. На первом этапе осуществлялся сбор материалов о проведенных ранее исследованиях, поиск картографического материала. После этого выполнялось рекогносцировочное обследование территорий. По результатам первого этапа были намечены сетки пробоотбора для сплошного опробования территории для дальнейшей работы. При этом учитывался основной принцип моделирования экологических объектов: принцип неопределенности - чем дальше от объекта исследования, тем неопределеннее становятся экологические процессы. Протекая во времени, они постоянно изменяются: чем сложнее модель исследования и глубже анализ, тем дальше от практического смысла становятся результаты (Гринин и др., 2003). Поэтому плотность точек обследования с удалением от основного объекта исследования уменьшалась.
В течение второго этапа, используя методы сплошного сетевого опробования поверхностных горизонтов, был произведен отбор почвенных образцов. Территории железнодорожных узлов, из-за наличия большого количества как организованных, так и неорганизованных источников загрязнения, подвергались обследованию как площадные источники с использованием отбора проб по равномерной разряженной сетке (размер ячейки 500 х 500 м). Сплошное крупномасштабное (тем более детальное) исследование урбанизированных территорий на содержание загрязнителей нецелесообразно из-за трудоемкости и пестроты распределения их по элементам рельефа. С территории намеченных квадратов производился отбор смешанных образцов из индивидуальных, путем смешения не менее 10 индивидуальных проб.
Многочисленные исследования показали, что газопылевые выбросы, оседающие на поверхности земли, прочно фиксируются в верхних органогенных горизонтах в слоях 0-20 см. С целью выявления механизмов миграции загрязняющих веществ, были заложены и описаны почвенные профили глубиной до одного метра. Отбор образцов проводился на глубине 0-20,50-60, 90-100 см.
Обследование перегонных участков железных дорог пригородных территорий, проводилось с учетом воздушного пути поступления загрязняющих веществ и линейной протяженностью железных дорог. Дальность распространения загрязнений исследовалась методом биоиндикационных и геоморфологических профилей (Белицына, 1980; Вертинская, 1989; Побединцева, 1993; Масловский, 1996). Профильному исследованию подвергались прижелезнодорожные территории: земли отвода под железную дорогу и прилегающие территории (земли населенных пунктов, лесного фонда, особо охраняемые территории). Его протяженность варьировалась в зависимости от однородности исследуемой территории и целей исследования. Частота и количество точек на профиле определялась близостью и интенсивностью воздействия исследуемого объекта (железной дороги): с увеличением расстояния количество точек обследования сокращалось. Для протяженных профилей (до 1 км) за начало профиля было принято расстояние от железной дороги в 1 м, а последующие точки исследования определялись степенной функции (у = 10 х2-5 при величине достоверности аппроксимации R = 0,99), которая наиболее полно дает представление о процессах рассеивания зафязняющих веществ (Гринин, 2003). Профиль прерывался при достижении средних фоновых значений исследуемых величин для данного ландшафта.
Меньшие по протяженности профили (до 25 м) заложенные на урбанизированных территориях, характеризовали распространение загрязнителей на ограниченных пространствах города. За начало профиля принималась ось крайнего пути. Выбор последующих точек определялся линейным уравнением (у = 6,2х - 8, при величине достоверности аппроксимации R = 0,97). Таким образом, последующие точки отборов проводились на 3, 10, 15 и 25 метрах. При этом предполагалось, что последняя точка профиля в большей степени должна характеризовать антропогенное влияние города на состояние среды.
Методами количественного химического анализа (табл. 3.1) в лабораторных условиях определялось содержание в почве нефтепродуктов, бензола, валовые и подвижные формы тяжелых металлов, водородный показатель (рН). Таблица 3.1 Методы определения количественных содержаний загрязняющих веществ. Показатель Методика Экстракты Тяжелые металлы Валовое содержание Методические указанияпо определению тяжелыхметаллов (1992) HN03 50 % Подвижные формы 1 н. CH3COONH4 рН4,8 Водородный показатель (рН) ГОСТ 26423-85 Водная вытяжка Нефтепродукты РД 39-0147098-015-90 Хлороформная экстракция Бензол Санитарно-химическийанализ загрязняющихвеществ в окружающейсреде(1989) Анализ паровоздушной смеси Для каждого участка был проведен расчет суммарного показателя загрязнения (Zc), определяемого как сумма коэффициентов концентрации (Кк) валовых форм отдельных компонентов загрязнение по формуле: 2с = Кк\ + Кк2 +.... + Ккп, где п - число определяемых загрязняющих компонентов почвы. Полученные в ходе исследования данные, на завершающем этапе, подвергались математическому анализу, с идентификацией техногенных источников и картографированием выявленных аномалий. Содержания в аккумулирующих средах сравнивались как между собой, так и с данными исследований других сред (воздушной и водной).
Влияние лискинского железнодорожного узла
Почвенное обследование территории Лискинского железнодорожного узла и прилегающих к нему городских территорий (северо-западная часть города Лиски) было проведено с учетом данных динамического нормирования загрязняющих веществ, северо-западной части городской и пригородной территории расположена в пределах Левобережного придолинно-террасового ландшафтного района на выровненных участках. Обследуемая территория была разбита равномерно разряженной сеткой на участки размером 500 х 500 м (рис. 4.1), с которых путем усреднения образца производился отбор проб. Для нанесения на карту выбиралась точка, содержания элементов в которой было максимально близко к средним значениям проб исследуемого квадрата (табл. 4.1). Общее состояние почвенного покрова узла характеризовалось, с использованием данных фоновых и предельно-допустимых содержаний (табл. 4.2, 4.3). Оценивая средние значения коэффициентов концентрации элементов, для исследуемой территории получен следующий ряд абсолютного накопления металлов: РЬ — Zn - Си - Cd - Mn - Cr - Ni. Из них первые четыре подлежат контролю при экологических и медико-экологических обследованиях: они участвуют в различных биологических процессах и оказывающих длительное воздействие на живые организмы. Составленные карты содержаний валовых форм металлов дают представление об уровнях загрязнения почвы. Превышения ПДК выявлены по трем металлам: свинцу, кадмию и меди. Площадь загрязнения составляет около 0,36 км2 по свинцу, 0,06 км2 по кадмию и 0,04 км2 по меди. Выявленные аномалии частично перекрываются и охватывают территории путевого хозяйства станции Лиски и предприятий железной дороги. _5(словные обозначения: ( 6 J место отбора проб почвы - река Тормосовка - железная дорога - территория Лискинского железнодорожного узла - улицы с движением автотранспорта до 2000 а/м/ч Рис. 4.1. Участки обследования северо-западной части г. Лиски (М 1: 11000) Таблица 4.1 Средние содержания (мг/кг) тяжелых металлов в почве г. Лиски (гл. 0-20 см) (в числителе валовые количества, в знаменателе концентрация подвижных форм тяжелых металлов) Примечание: - зона воздействия Л пекинского железнодорожного узла 1 2 - аномально высокие содержания элементов - суммарный показатель загрязнения, определяемый как сумма коэффициентов концентрации (Кк) отдельных элементов и углеводородов Таблица 4.2 Фоновые и предельно-допустимые содержания валовых форм элементов в почвах районов исследования Элемент Светло-серые лесные почвы на аллювиальных песчаных отложениях, подстилаемых суглинками поддубравами Черноземы типичные со среднесуглинистым гранулометрическим составом под разнотравно-злаковой растительностью Диапазон фоновойобласти содержания(мг/кг),Min-max Среднее фоновоесодержание (мг/кг)с 95 %доверительныминтервалом(Х±х005) ПДК (ОДК),мг/кг Диапазон фоновой области содержания(мг/кг),Min-max Среднее фоновоесодержание (мг/кг)с 95 %доверительныминтервалом(Х±д:005) пдк(ОДК),мг/кг Фоновые и предельно-допустимые содержания подвижных форм элементов в почвах районов исследования Элемент Светло-серые лесные почвы нааллювиальных песчаных отложениях,подстилаемых суглинками под дубравами Черноземы типичные сосреднесуглинистым гранулометрическимсоставом под разнотравно-злаковойрастительностью ПДК в почвах Диапазон фоновой области содержания(мг/кг),Min-max Среднее фоновоесодержание (мг/кг)с 95 %доверительныминтервалом(Х±х005) Диапазон фоновойобласти содержания(мг/кг),Min-max Среднее фоновоесодержание (мг/кг)с 95 %доверительныминтервалом Свинец 0,3-4,2 1,9 ±1,53 2,4-11,8 8,25 ±3,01 6,0 Примечание: - ПДК не определены для подвижных форм элементов Рассмотрим подробнее динамику накопления различных форм исследуемых металлов в почве северо-западной части города Лиски и Лискинского железнодорожного узла (табл. 4.4). Максимальные концентрации свинца в атмосферном воздухе (Приложение) в целом совпадают с высокими почвенными содержаниями (рис. 4.2). Превышение уровня ПДК выявлено на участке железнодорожного узла и прилегающих к нему предприятий железной дороги. Аномально высокое содержания свинца, определенное по коэффициенту Сап (табл. 4.5) формирует положительную геохимическую аномалию на территории Локомотивного депо. Основным источником его поступления являются выбросы с территории узла: содержание свинца в воздухе превышает максимально разовые содержания в 20 раз. Не все крупные источники загрязнения атмосферы формируют геохимические аномалии в почве. Выявленные высокие содержания свинца (более 100 ПДКмр) в выбросах строительного предприятия железной дороги (СМП-865) приводят к накоплению в почве свинца выше ПДКП0ЧВЬ1 (32,0 мг/кг), но не достигают прогнозируемых аномально высоких значений (табл. 4.5). Подобное несоответствие можно отнести к погрешностям метода динамического нормирования, в основу которого взяты максимально разовые концентрации загрязнителей. Эти неточности могут быть устранены при использовании данных о среднесуточных концентрациях в различное время. На прилегающих к загрязненной территории участках содержание свинца оказалось меньше ПДК, но выше среднего уровня загрязнения городских почв (15,0 мг/кг). Данный уровень загрязнения характерен для улиц с интенсивным движением автомобилей (до 2000 авт/час), а также территорий крупных предприятий железной дороги (ГУ «Дистанция пути», ГУ «Дистанция сигнализации и связи», Опытно-экспериментальный завод и др). Таким образом, общая площадь загрязнения исследуемой части города составляет около 0,36 км2, и относится к железной дороге.
