Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретико-методологические основания и методика сследования . 8
1.1. Концептуальный подход . 8
1.2. Методика исследования 12
1.3.Обзор исследований по проблеме 18
Глава II. Природные условия и историко-культурные предпосылки азвития придорожных техногеосистем . 28
2.1.Природные условия региона . 28
2.2. Историко-культурные предпосылки развития 40
Глава III. Трансформация придорожных техногеосистем . 49
3.1.Деформации литогенной основы (рельефа и почвогрунтов) . 49
3.2.Гидрохимические и гидроэкологические процессы . 57
3.3. Геохимическая трансформация почвогрунтов 62
3.4.Трансформация растительного покрова 72
3.5.Изменения среды обитания животных 79
Глава IV. Основные геоэкологические проблемы и пути оптимизации ридорожных техногеосистем 86
4.1.Загрязнение атмосферного воздуха и заболеваемость 6 населения .
4.2. Дорожно-транспортные происшествия и аварийные итуации... 94
4.3. Придорожные свалки твердых бытовых и промышленных тходов 99
4.4.Оценка состояния придорожных техногеосистем по езультатам анкетирования водителей 103
4.5.Пути оптимизации придорожных ехногеосистем . 104
Заключение . 106
Список литературы . 109
- Методика исследования
- Историко-культурные предпосылки развития
- Геохимическая трансформация почвогрунтов
- Придорожные свалки твердых бытовых и промышленных тходов
Введение к работе
Актуальность исследования. Рост автопарка и интенсивности движения транспортных средств по дорогам России повсеместно сопровождается увеличением выбросов поллютантов в атмосферный воздух, гидросферу и почвы придорожных земель. В результате перенасыщения тяжелыми металлами, нефтяными углеводородами и др. токсичными веществами происходит трансформация экосистем – нарушаются естественный обмен веществ, энергетика и информационные связи их компонентов. Всё это проводит к возрастанию опасности (риску) деградации и даже к полному исчезновению придорожных сообществ. Возрастает заболеваемость населения, вызванная загрязнением атмосферного воздуха. Поэтому исследования динамики, факторов и выявление пространственно-временных закономерностей развития опасных природных и техноприродных процессов в придорожных техногеосистемах Смоленской области (с ее развитой автотранспортной сетью) безусловно актуальны как и для многих других регионов Европейской России.
Степень разработанности проблемы. Наиболее ранняя информация (с XVI в.) о дорогах Смоленщины содержится в архивных документах канцелярии губернатора этого региона. История формирования, современное состояние и проблемы дорожной сети подробно освещены в монографии Э.И. Яшкевича (2004). Геоэкологические аспекты проектирования, строительства и эксплуатации дорог Смоленской области многие годы исследовал В.А. Шкаликов (2000-2013). Т.А. Ватлина и А.В.Бышевская (2011) выявили пространственные связи между плотностью автодорог и детской заболеваемостью органов дыхания, на основании которых разработали типологическую классификацию территории Смоленской области по этим показателям.
На сопредельной территории Республики Беларусь детально исследовано воздействие автотранспорта на изменения в составе и структуре лесных сообществ придорожной полосы магистрали Минск-Москва. Установлено, что придорожные леса на отдельных участках трассы находятся в стадии дигрессии, в них появились адвентивные и агрессивные рудеральные виды, дестабилизирующие естественный растительный покров (Вознячук, Пугачевский, Судник, 2006). Сезонная гибель земноводных на путях миграции (через дороги) за пять лет наблюдений возросла на 20% (Новицкий, 2004, 2007). А.Ф. Мирончик (2007) определил диапазон радиоактивного загрязнения придорожных почв изотопами 90Sr и 137Cs,указав на реальную возможность их концентрирования в кормах животных, а в дальнейшем и в продуктах сельскохозяйственного производства.
Автором, начиная с 2006 г. по 2013 г. под руководством проф. В.А. Шкаликова выполнялись комплексные мониторинговые исследования с оценкой прямых и обратных связей в системе «автотранспорт – окружающая среда». На ландшафтной основе составлена серия карт, отражающих не только влияние природных условий на состояние автодорог Смоленской области, но и трансформацию природных геосистем.
Объект исследования – придорожные техногеосистемы на территории Смоленской области.
Предмет - трансформация придорожных техногеосистем, пути минимизации и предотвращения негативных геоэкологических последствий.
Цель – выявить пространственно-временные закономерности
трансформации придорожных техногеосистем на территории Смоленской области. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Обоснование методологии, принятой терминологии и методики исследования.
-
Обобщение результатов предшествующих разработок проблемы трансформации придорожных техногеосистем.
-
Обзор природных факторов и историко-культурных предпосылок формирования автотранспортной сети на территории Смоленской области.
4. Комплексная оценка и сравнительный анализ трансформационных
процессов, в придорожных техногеосистемах Смоленской области (на
ключевых участках).
5. Разработка практических рекомендаций по повышению экологической
безопасности автотранспорта и оптимизации функционирования придорожных
техногеосистем.
Материалы, методология и методы. В основу исследования положены многолетние фактические данные, собранные автором в 2006-2012 г.г. во время полевых и камеральных работ на пяти ключевых придорожных участках. Наряду с результатами собственных исследований в диссертации использованы данные ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Смоленской области», проанализированы сведения из многочисленных опубликованных и фондовых источников.
Методология исследования базируется на геосистемном подходе - по В.В. Докучаеву, В.И. Вернадскому, Л.С. Бергу, В.Б. Сочаве и др., согласно которому любой природный, либо антропогенный объект/процесс следует рассматривать не изолированно, а во взаимных связях и отношениях. Системность выдерживалась в той или иной степени в зависимости от полноты данных. Наиболее интегрирующий метод – картографирование геоситуаций на ландшафтной (геосистемной) основе. Определенные перспективы связываются также с моделированием и интегральной оценкой информационной энтропии, вызываемой в придорожных геосистемах поллютантами.
В ходе полевого комплексного мониторинга геоситуаций и камеральной
обработки данных применялись: сравнительно-географический, эмпирико-
статистический, экспертный химико-аналитический и ряд других оценочных
методов. Интегрирование полученных результатов осуществлялось
картографически на ландшафтной основе. Картографические продукты создавались в векторном графическом редакторе CorelDraw с учетом принципов содержательности, комплексности и избирательности. Для построения блок-диаграмм использовалась программа Microsoft Visio.
На ключевых участках придорожной полосы автотрассы Москва-Минск
и некоторых других изучалась степень загрязнения почвогрунтов тяжелыми
металлами. С использованием стандартных методик на атомном
спектрофотометре С115-М1 в лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Смоленской области» определяли содержание валовых и подвижных форм металлов (1100 элементоопределений). Воспроизводимость результатов в среднем составила 7,5%, коэффициенты вариации содержания поллютантов - 30%.
Результаты химико-аналитических исследований статистически
обрабатывались с использованием программного пакета Mathcad 2003 методом наименьших квадратов. Информационную энтропию рассчитывали как меру разнообразия (неопределенности) геоэкологической ситуации, используя коэффициенты концентрации и доли каждого поллютанта (по К. Шеннону).
Биоиндикацию состояния атмосферного воздуха проводили по изменениям морфологических признаков растений. Образцы растений отбирали на расстоянии 1-50 м от бровки дорожного полотна. В каждой точке на одинаковой высоте выбирали листья 15-20 растений массовых видов (свыше 1000 проб). На листовых пластинках отмечались следы некроза, нарушения симметрии, появление галлов и других новообразований, свидетельствующих об ухудшении условий среды обитания.
Научная новизна работы. Впервые на геосистемном уровне,
осуществлена комплексная оценка трансформации придорожных
техногеосистем Смоленской области, выявлены прямые и обратные связи компонентов, установлена направленность изменений в почвенно-растительном покрове, водных объектах, миграционных путях животных, состоянии здоровья населения. Составлена серия карт, отражающих усиление опасных техногенных процессов ослабляющих устойчивость придорожных техногеосистем.
Основные защищаемые положения.
-
Придорожные техногеосистемы Смоленской области – исторически сложившаяся совокупность пространственно сопряженных (взаимодействующих между собой) природных геосистем (ландшафтов) и автотранспортной сети с ее инженерными коммуникациями и сервисной (АЗС и др.) инфраструктурой, испытывающих возрастающую трансформацию.
-
Направленность трансформационных процессов в исследованных придорожных геосистемах определяется распространением протяженных и локальных экогеохимических аномалий в воздушной среде, поверхностных водных объектах и почвогрунтах, сокращении разнообразия местной фауны и флоры, увеличении количества миграционных барьеров для животных, адвентивных и рудеральных видов растений, усилении общей геоэкологической напряженности на федеральных и региональных автотрассах Смоленской области.
-
Автотранспортный комплекс по мере своего распространения и разветвления по территории Смоленской области предстает в виде системы (АТС) с возрастающим количеством неопределенностей (в виде пучения грунта, оползней, эрозии почв, подтопления, заболачивания и др.), обусловленных мелкоячеистой структурой ландшафтов и деформацией их литогенной основы.
-
Основные социально-экономические последствия трансформации придорожных техногеосистем связаны с ростом дорожно-транспортных происшествий, сопровождающихся гибелью людей и животных, увеличением заболеваемости верхних дыхательных путей у детей, расширением площадей и объемов несанкционированных свалок бытовых и промышленных отходов.
-
Оптимизация придорожных техногеосистем – комплексная проблема, решение которой возможно на путях государственно-частного партнерства и интеграции научных, образовательных и производственных организаций в проведении систематического мониторинга состояния автотрасс и придорожных ландшафтов.
Практическое значение. Результаты и выводы диссертации
представляют интерес для эколого-геохимического прогнозирования и
нормирования нагрузок, связанных с движением автотранспорта и
концентрированием токсичных соединений (прежде всего свинца, цинка и кадмия) в придорожных почвогрунтах. Программный продукт «Мониторинг бытовых и промышленных отходов», внедрен в работу Управления Росприроднадзора и образовательных учреждений Смоленской области, используется в ходе мониторинга придорожных свалок и в процессе освоения студентами практических навыков работы с ГИС (акт внедрения).
Достоверность и апробация результатов. Достоверность выводов
обеспечена использованием современного геоэкологического подхода и
нескольких методов исследования, обобщением и систематизацией обширных
полевых материалов, эмпирико-статистической обработкой экспериментальных
данных с 5% уровнем значимости (критерий Стъюдента t=1,98),
соответствующим обеспеченности 95%, а главное, картографическим синтезом всей полученной информацией.
Публикации. Основные результаты и выводы диссертации
опубликованы в 18 статьях, включая 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Личный вклад автора определен его непосредственным участием в
полевых и камеральных работах (2006-2012 г.г.), сборе, систематизации и
обобщении результатов экогеохимических, биоморфологических,
биоценотических анализов, а также в разработке программного продукта «Мониторинг бытовых и промышленных отходов».
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения,4-х глав и заключения. Список литературы включает 179 наименований, включая 24 на иностранных языках. Общий объем работы - 132 стр, в ней 30 рисунков, 14 таблиц, 7 текстовых приложений.
Автор глубоко благодарен за постоянную помощь и поддержку своему научному руководителю В.А. Шкаликову, научному консультанту Е.В. Краснову, а также своим родителям О.М. и В.В. Бузыкиным
Методика исследования
Исследование выполнялось в летние месяцы (июнь-июль) с 2006 г. по 2012 г. Для этого в различных по интенсивности движения автотранспорта районах Смоленской области были выделены пять наиболее типичных (ключевых) участков (у д. Комиссарово (Краснинский район), в районе г. Демидов, г. Ярцево и г. Гнездово, в 2-х км от п. Холм-Жирковский) у г. Гагарин), на которых закладывались почвенные разрезы, осуществлялся отбор почвогрунтов на геохимический анализ, характерных видов травянистых растений, велись наблюдения за переходами животных, за изменениями состояния автодорожного полотна под воздействием подъема уровня грунтовых вод, пучения грунта и др. (рис. 3).
В ходе полевых и камеральных работ использовались: описательный историко-географический, сравнительно-аналитический методы, осуществлялись картографирование и районирование территории по ряду показателей, характеризующих степень техногенной трансформации природоохранных геосистем. Основные аналитические методы исследования – атомно-абсорбционный и биоиндикационный. Сопряженность разнообразных, зачастую независимых один от другого методов исследования позволила выявить и охарактеризовать пространственную специфику техногенной трансформации придорожных техногеосистем Смоленской области не только традиционно-картографическим методом, но также с учетом результатов эмпирико-статистических моделей, биоморфологических показателей и параметров биоразнообразия, придорожной растительности (рис.4). В ходе анализа сточных вод придорожных автозаправочных станций оценивались параметры: цветность, запах, прозрачность, водородный показатель рН, бихроматная окисляемость, нефтепродукты, сухой остаток (мг/дм3) (по данным, полученным с 15.03.2011 по 5.06.2012 «Центром лабораторного анализа и технических измерений по ЦФО»). Всего были проанализированы результаты 135 проб сточной воды.
Пробные площадки закладывали в придорожной полосе наиболее типичных транспортных перегонов с учетом рельефа, метеорологических, гидрологических условий местности. Площадки располагали в местах подсчета интенсивности движения автотранспорта, приблизительно в середине изучаемого перегона.
Отбор образцов почвогрунта производился на всех ключевых участках с обеих сторон от дороги на расстоянии 1м, 10м, 50м, 100м, 150м от ее полотна. Одна смешанная проба составлялась из 5 точечных, отобранных с глубины 0 – 50 см общим весом 400гр. Всего было собрано 90 образцов (рис. 5). В качестве фоновых анализировались образцы почвы, отобранные в роще д. Лонница Краснинского района.
Определение показателей содержания тяжелых металлов в почве производилось атомно-абсорбционным методом (РД 52.18.289-90) в соответствии с методикой измерений массовой доли подвижных форм металлов. Пробы почвы обрабатывались 5М – раствором азотной кислоты (р=1.42 г/см3) и в полученном растворе методом атомно-абсорбционной спектрометрии определилось содержание металлов. Обработка проб производилась в лаборатории «Центр гигиены и эпидемиологии в Смоленской области». Аттестат аккредитации №ГСЭН 025/1 2006 г.
В полевых и камеральных условиях изучались морфологические зменения в состоянии листьев растений под воздействием выбросов автотранспорта. С этой целью отбирали пробы растений, у дороги Москва – Минск вблизи г. Смоленска. Отбор проб растительного материала был произведен непосредственно у обочины дорожного полотна и на удалении от него на 50 м, 100 м, 150 м в количестве не менее 50 образцов растений каждого вида. В каждой точке выбирали листья 15–20 растений массовых видов на одинаковой высоте. Всего было исследовано 1000 образцов. На всех листовых пластинах травянистых и древесных растений отмечались наличие или отсутствие некроза, нарушения симметрии, появление галлов и других признаков, свидетельствующих об ухудшении условий среды обитания.
При проведении полевых обследований автомагистралей применялись не только методы опробования, но и визуальной оценки придорожных техногеосистем, их структурных составляющих (почвенные разрезы и профили), фотографирование, видеосъемка, а в камеральных условиях – лабораторные анализы отобранных вблизи трассы почвенных проб и образцов растений. Кроме того фиксировались свалки твердых отходов производственного и бытового происхождения, лесные пожары и палы травы, отмечались места гибели животных и др.
Для определения геохимического состава верхнего слоя почвогрунтов придорожной зоны образцы отбирали согласно ГОСТ 17.4.4.02-84. Места отбора устанавливали согласно Методическим указаниям 2.1.7.730-99.
Историко-культурные предпосылки развития
История развития сети автодорог на территории Смоленской области продолжалось в течение длительного времени и под воздействием множества факторов. В результате их анализа выделено четыре основных этапа развития АТС, отличающиеся его воздействием на природные комплексы области (табл. 4). Географическое положение Смоленщины во все времена редопределяло прохождение по её территории важных транзитных путей сообщения. Здесь находился наиболее сложный участок пути «из варяг в греки», который пересекал водоразделы между Днепром и Западной Двиной и Западной Двиной и Ловатью. Наиболее удобными были переходы из Днепра в Западную Двину на участке между Смоленском и Оршей и Витебском и Суражем, где расстояние между Днепром и Западной Двиной доходит до 80 км, а притоки этих рек подходят друг к другу местами до 7-15 км, что делало возможным переправлять суда и грузы волоком в разное время года на расстояние в 10-25 км.
Во все времена на формирование дорожной сети области заметное влияние оказывали не только природные факторы, но и особенности ее социально-экономического развития. При этом влияние природных условий на формирование дорожной сети в большей мере проявилось в доиндустриальные периоды развития региона, а позже – более заметное значение имели экономические факторы и его военно-стратегическое положение.
Сеть дорог на рассматриваемой территории исторически формировалась в зависимости от размещения населённых пунктов. В первоначальном размещении поселений заметно прослеживается приуроченность большей части их к водным объектам. Обусловлено это было тем, что на ранних этапах развития данной территории реки были основными путями сообщения. Можно полагать, что и сухопутное сообщение между населёнными пунктами осуществлялись в те далёкие времена по дорогам, проходившим вдоль рек, так как приречные территории были лучше дренированы, в большей степени освоены, менее залесены.
Многие участки приречных дорог того периода сохранились до настоящего времени. Сохранились они вдоль наиболее крупных рек области (отдельные участки старой Смоленской дороги вдоль Днепра). В XVI веке была проложена ямская гоньба (Москва – Тверь) через Смоленские земли.
В 1481 г. на Смоленщине впервые была введена должность ямского пристава , отвечающего за состояние почтовых станций и дорог. Зоны его ответственности – Ямы располагались на расстоянии 30-50 верст одна от другой. Старая Смоленская дорога была построена в XVIII веке по проекту инженера Ивана Соловьёва. Изначально дорога была грунтовой, затем получила щебёночное покрытие, чуть позже у деревни Соловьёво было построено два плавучих моста через Днепр, и по дороге стало возможным круглогодичное движение. На некоторых участках дорога привязана к руслу реки Днепр и имеет менее рассечённый рельеф (технологическое преимущество), нежели современная трасса Москва – Минск.
Практически не претерпели изменений в расположении дороги, роложенные в условиях значительной пестроты геолого геоморфологических условий, особенно в пределах краевых ледниковых образований и значительной заболоченности местности. Не могла, например, менять ориентацию дорога Пржевальское – Рибшево, проходящая по единственно пригодным для её устройства в условиях сложного рельефа природным комплексам – песчаным буграм, озовым грядам, незаболоченным участкам местных водоразделов.
Помимо постоянно используемых для сообщения дорог, приуроченных в основном к долинам рек, придолинным территориям и водоразделам, вплоть до середины XX века (до окончания использования конной тяги), часто использовали, особенно вблизи крупных населённых пунктов, временные транспортные пути – зимники. Санные трассы прокладывали обычно, выбирая наиболее короткие пути от отдельных деревень к городам. Такие дороги проходили не только по наиболее хорошо дренированным участкам, но и по низинам, и даже по торфяникам.
С давних времен в России осознавали важность учета природных условий при строительстве и эксплуатации дорог. Так, в документах канцелярии Смоленской губернии сохранилось письмо Мстиславского уездного предводителя XII в. своему губернатору, в котором говорится о том, что дорога от деревни Фролово до деревни Починок в районе деревни Цыгановка каждый год во время половодья бывает затоплена и ее приходится объезжать за две версты (причина затопления – ручей Проток, находившийся в непосредственной близости от дороги). Автор письма предлагал проложить дорогу в более благоприятном месте.
В 30-е годы XX в. на Смоленщине обозначился новый этап в ормировании дорожной сети, что было вызвано появлением втомобильного транспорта и ростом его численности. В целях снижения расхода топлива, сокращения времени на перевозку грузов возникла необходимость реконструкции, в том числе и спрямления многих старых дорог с наибольшей интенсивностью движения. Спрямляются на отдельных участках старая Смоленская дорога, дороги Смоленск – Рославль, Смоленск – Рудня – Витебск, Вязьма – Сычёвка, Смоленск – Монастырщина и др.
Начавшееся в 60-е годы XX в. быстрое развитие экономики области, озросшая техническая оснащенность организаций, занимавшихся троительством дорог, появление новых более совершенных технологий их строительства позволили за период немногим более двух десятков лет создать на рассматриваемой территории относительно густую сеть дорог с твёрдым покрытием. Основу их составляли дороги: Смоленск – Демидов – Велиж, Демидов – Рудня, Демидов – Пржевальское. Но все построенные дороги этой территории имеют лишь областное значение. Транзитные перевозки в небольших объёмах осуществляются только по дороге Смоленск – Велиж, имеющей продолжение за пределами области.
Повышался и совершенствовался уровень научно-технического беспечения дорожного строительства, в том числе и касающийся устройства дорог в различных условиях природной среды.
История дороги «Смоленск – Вязьма – Зубцов» («Старая Смоленская орога») насчитывает многие десятилетия. В XVIII в. бывшая грунтовая езонная дорога получила щебёночное покрытые, чуть позже жителями крёстных деревень построено два плавучих моста через Днепр, и по дороге стало возможным круглогодичное сообщение между Смоленском и Москвой. В настоящее время она проходит через города и посёлки: Смоленск, Кардымово, Дорогобуж, Вязьма, Сычёвка, Зубцов. Крупные мостовые переходы: река Днепр около деревни Соловьёво, построен в 1970 г. и Вазузское водохранилище около города Сычёвка, а также через Вазузское водохранилище в деревне Хлепень. Долгое время по части маршрута дороги от Вязьмы до Смоленска проходило основное Европейское дорожное направление от Москвы.
Первая, наиболее крупная магистраль, проложенная с учётом современных требований к дорожному строительству, - дорога Москва -Минск, построенная в ХХ в. накануне начала Великой Отечественной войны на месте существовавшего ранее Смоленского тракта.
От него началась и федеральная трасса М-1 «Беларусь», более известная как «Москва - Минск», которая проходит через Можайск, Гжатск (Гагарин), Вязьму, Дорогобуж, Ярцево, Смоленск, до Брестской крепости.
Анализ современного состояния транспортной сети области свидетельствует о необходимости улучшения состояния автодорог, их реконструкции с более детальным учётом особенностей природных условий и современных достижений в дорожном строительстве. Если в 1994 г. общая протяженность дорожной сети составляла 7747 км (рис.12), то на начало 2012 г. протяженность автомобильных дорог общего пользования регионального и межмуниципального значения Смоленской области достигла 10117 км. Регион занимает 32-е место по обеспеченности автодорогами среди субъектов РФ. Коэффициент сцепления с дорогой колеблется на трассах области от 0 до 68. Общее количество дорог - 1028 (Прил.1). В составе сети более 350 мостов протяженностью 20 км; 200 км ограждений; 1500 автобусных остановок и 1000 автопавильонов; 19 тысяч дорожных знаков и указателей. Количество лесополос недостаточное, составляет 56% от потребности. Практически все местные дороги повторяют профиль рельефа, что приводит к сокращению затрат на их строительство, однако они плохо снивелированы, что увеличивает вероятность пучения грунта.
Геохимическая трансформация почвогрунтов
Негативное воздействие автотранспорта на почвогрунты придорожных геосистем трех ключевых участков определялось по концентрации в почвах разнообразных химических веществ (Бышевская, 2006; 2007; 2013). Особое значение имела оценка загрязнения особенно токсичными тяжелыми металлами. Как известно их избыточная концентрация в почвогрунтах напрямую обусловлена осаждением продуктов сгорания углеводородного топлива на земную поверхность (Pb, Cu, Ni), истиранием автомобильных покрышек (Zn), эрозией оцинкованных поверхностей и деталей автомобилей (Cu, Ni, Zn), износом лакокрасочных покрытий (Сd). Аэрозоли тяжелых металлов из воздушной среды постоянно поступают в гумусовые горизонты почв и, затем удаляются из них корневыми частями растений, а также в процессе водной эрозии почвенного покрова. Общий размах аккумуляции валовых форм тяжелых металлов в придорожных почвогрунтах Смоленской области составил: по свинцу – от 24 до 180 мг/кг, по цинку – от 27 до 120 мг/кг, по меди – от 10 до 177 мг/кг, а по кадмию –от 0,23 до 1,9 мг/кг (Бышевская, 2007).
На ключевых участках максимальными значениями содержаний свинца (до 50,0 мг/кг), меди (до 12,0 мг/кг) и кадмия (1,9 мг/кг) выделяется 453-й км автотрассы М-1 у д. Комиссарово, а по цинку (52,6 мг/кг) -350-й км – у г. Ярцево. На автотрассе А-141 (Брянск-Смоленск) наивысшее содержание цинка в придорожных почвогрунтах определено вблизи пос. Гнездово (359-й км) - 50,0 мг/кг. По отношению к ПДК максимальные содержания свинца выше в 1,6 раза у Комиссарово, по цинку в 2,1 раза вблизи г. Ярцево по меди в 4,0 раза, а по кадмию – в 3,8 раза – вблизи д. Комиссарово на правой стороне от дороги (табл. 7).
Глинистые и суглинистые почвы по сравнению с песчаными разностями и супесями отличаются повышенной аккумулирующей способностью, и это еще раз подтвердило выполненное нами исследование. Минимальные (фоновые) содержания тяжелых металлов на всех исследованных участках отличаются незначительно:
Даже вблизи АЗС содержание подвижных форм свинца не превышает 42 мг/кг (г. Ярцево), а на 453-м км трассы М-1 (у д. Комиссарово) снижается до 41,0 мг/кг, тогда как содержание валового свинца достигает 50,0 мг/кг.
По содержанию цинка таких различий не выявлено, оно практически одинаково для валовых и подвижных форм. Также не обнаружено существенных различий между концентрированием валовых и подвижных форм кадмия и никеля. Однако максимальное содержание подвижных форм меди вблизи г. Смоленска (384-й км автотрассы М-1) вдвое ниже (6,0 мг/кг), чем содержание валовых форм.
На всем протяжении автотрассы М-1 между 155-м км (г. Гагарин) и 359-м километрами (пос. Гнездово) вблизи АЗС правая придорожная полоса загрязнена свинцом и цинком значительно сильнее, чем левая полоса. Вдвое ниже уровень загрязнения и между 384-м и 453-м километрами. Однако вблизи российско-белорусской границы у д. Комиссарово этот уровень вновь повышается до предельно высших значений у г. Ярцево и г. Гагарин (табл. 8). Сходная геоситуация обозначена уровнем загрязнения углеводородами нефтяного ряда. У г.Гагарина оно достигает 133,6 мг/кг, у г. Ярцево снижается до 101,7 мг/кг, а на 453-м километре автотрассы М-1 вновь повышается до 130,1 мг/кг.
Придорожные почвогрунты на 155-м, 335-м и 384-м километрах этой трассы более щелочные (рН достигает 8,05-8,2 мг/кг), чем вблизи российско-белорусской границы на 453-м километре (рН 7,2-7,6 мг/кг). На участках с максимальной инетнсивностью движения pH возрастала до 9,2, но большая часть исследованных образцов (92%) варьировала в диапозоне от 6,8 до 8,7. Фоновые значения pH не привысила 6,3 (д. Лонница)
Анализ данных, приведенных в таблице 8, указывает на значительные превышения предельно допустимых содержаний металлов по свинцу, цинку, кадмию в 2-4 раза.
Отчетливо выражены сезонные различия уровня загрязнения ридорожных почвогрунтов: весной (март-апрель), он возрастает после таяния снега, в летние месяцы снижается в результате биоконцентрирования поллютантов растительностью, а осенью вновь возрастает, вследствие листопада.
Анализ средних значений концентрирования тяжелых металлов в придорожных почвогрунтах выявил превышения ПДК в 1,5-2,3 раза по цинку и в 1,1 -1,2 раза по кадмию, а по свинцу в 1,1-1,3 раза на ключевых участках Ярцево и Гнездово. Средние содержания свинца, цинка и никеля на правой стороне автодорог М-1 и А-141 почти всегда выше, чем на противоположной левой стороне. Среднее содержание ртути (в отличие от остальных металлов) варьирует в почвогрунтах незначительно, в диапазоне 0,4-0,5 мг/кг (табл. 9).
По мере удаления от бровки дороги на 50 м и 100 м содержание тяжелых металлов на исследованных участках снижается до фоновых значений и далее, как правило, остается неизменным. Не выявлено значимых различий аккумуляции металлов в почв о-грунтах по глубине (0-50 м).
Из трех ключевых участков, судя по таблице 9, наиболее загрязнен участок автомагистрали М-1 (Ярцево).
Максимальные концентрации тяжелых металлов обнаруживали в весенний период, после таяния снега. Летом они снижаются, что обусловлено активным поглощением растениями. К осени концентрации снова возрастают вследствие загрязнения гумусового слоя почв металлами, содержащимися в лиственном опаде.
Содержания свинца, кадмия и цинка в почвогрунтах снижается по мере удаления от бровки дороги, на расстоянии 50 и 100 м, а в дальнейшем остается неизменным (Бышевская, 2007). Отсутствуют значимые различия концентрирования металлов по глубине почвенных разрезов (0-20 см).
В непосредственной близости от придорожных полос участков с сильнозагрязненными почвами-8%, средней степени загрязнения - 72%, со слабым и минимальным уровнем загрязнения - 20%.
Данные по концентрированию почвогрунтами ТМ металлов на различных участках автомагистралей «Москва - Минск» и «Москва -Брянск» были обработаны методом наименьших квадратов с использованием программного пакета MatchCad. Эмпирико-статистическая связь между исследуемыми величинами не всегда оказывалась линейной (в нашем случае наиболее приемлен вариант обратной пропорциональной зависимости), но на отдельных участках возможна и линейная аппроксимация.
Придорожные свалки твердых бытовых и промышленных тходов
Мониторинг мест складирования и захоронения ТБО показал, что 92% их свалок расположены в непосредственной близости от автодорог(рис. 28). В процессе инвентаризации и паспортизации мест складирования и хранения ТБО на территории Смоленской области выявлено свыше 100 несанкционированных придорожных свалок (рис. 28), содержащих отходы II и IV классов опасности общим объемом около 260,0 тыс.т. (Бышевская, 2013). Количество несанкционированных мест складирования отходов ежегодно увеличивается на 0,5 – 1 % ежегодно (по данным Управления Росприроднадзора по Смоленской области). Более 43% от общего числа свалок – несанкционированные. На свалках с объемом отходов (25 и более тыс.м.куб.) преобладают отходы 2,3,4,5 классов опасности. Наибольшая концентрация экотоксикантов из придорожных свалок происходит в летний период, когда средняя дневная температура воздуха увеличивается до 20 и более градусов по Цельсию. С учетом пространственного распределения аномальных концентраций различных видов поллютантов (токсичные металлы, нефтяные углеводороды, ТБО и др.) к наиболее уязвимым (1-й класс геоэкологической опасности) отнесены Смоленский, Вяземский, Сафоновский и Рославльский районы, в которых за период с 1995 г. по 2011 г. зафиксирован наибольший прирост подвижного автотранспорта (рис.29). Ко второму классу геоэкологической опасности по совокупности полученных данных о пространственной дифференциации поллютантов различного происхождения отнесены локальные аномалии у городов Демидов, Рудня и Ельня. К третьему – наименее опасному классу также отнесены локальные аномалии поллютантов (Починок, Сычевка и некоторые другие).
Совместно с инженерами Смоленского промышленно-экономического колледжа автором был создан программный продукт «Смоленская область. Мониторинг бытовых и промышленных отходов», который позволяет в режиме реального времени получать и оценивать информацию о количестве и составе придорожных свалок ТБО, определять статус места складирования, удалять и добавлять объекты наблюдений, ранжировать участки территории по различным параметрам (рис.30).
Этот продукт внедрен в работу Управления Росприроднадзора по Смоленской области и образовательных учреждений – Смоленской государственной академии спорта, туризма и физической культуры, Смоленского промышленно-экономического колледжа. Он успешно используется для мониторинга придорожных свалок и выработки у молодых специалистов в области безопасности и охраны окружающей среды практических навыков работы с ГИС. Обновление информационной базы производится ежегодно, в весеннее – летний период, на основе данных отдела контроля за твердыми бытовыми отходами департамента по природным ресурсам Смоленской области и собственных полевых наблюдений и опроса водителей большегрузного транспорта, совершающих рейсы по основным магистралям области.
В ходе комплексного изучения состояния придорожных техногеосистем области было проведено анкетирование 150 респондентов, мужского пола, в возрасте от 22 до 52 лет, с водительским стажем от 1 до 25 лет (Прил.6). Результаты опроса оказались следующими. Среди мест с наименее удовлетворительным состоянием придорожных геосистем (замусоренность, неудовлетворительное состояние лесополос) на территории Смоленской области респонденты указали: подъезд к п. Кардымово, Росславльское шоссе, подъезд к Колодне, Краснинское шоссе, дороги Смоленского района, подъезд к границе с Брянской областью, дороги Починковского района (Шаталово – Зимницы, Белый Холм – Егорье), дорога Пречистое – Шиловичи (Духовщинский район), Велижский район (от Ситьково до границы с Псковской областью), дорога Демидов – Понизовье, дорога Монастырщина – Талашкино, Шумячский район (Полицкое – Зимонино), Ершичский район (Верховая – до гораници с р. Беларусь), Темкинский район (Абрамово – Темкино), обход п. Темкино, Вяземский р-он (Егорье – Туманово – Савенки), Ельнинский р-он (Павлово – Шмаково), Угранский р-он (обход п. Угра, Угра – Всходы, Угра – Мытищино), Сычевский район (Вараксино-Лесные дали). Наиболее непривлекательными и загрязненными названы стоянки фур на выезде из городов: Смоленска, Сафоново, Ярцево, Вязьма, съезды с трассы Москва – Минск, поворот на Темкино. Среди самых аварийно опасных отмечены: трасса Москва-Минск у д. Лонница, Трасса Москва-Минск от г. Вязьма в сторону г. Москва, долина р. Жижава, участок 5,5, 52 км., пос. Кубинка, пост ДПС, за ним авт. остановка и неудобный спуск, долгий и пологий, 363 км; поворот на Кардымово, 223 км. поворот на Сычевку; от Вязьмы до Сычевки; обход п. Угра; везде на спусках, подъемах и других условиях плохой видимости; перед Нетризово; на подъезде к Суетово; на пересечение дорог (поворот на г. Дорогобуж перед автобусной остановкой), на въезде в Сафоново, 2 км после Истомино, на подъезде к Яковлево. Частыми местами пробок или аварийных стоянок (минимальное и максимальное время стоянок) все опрашиваемые назвали таможенный пункт (д.Красная горка) перед границей с Р. Беларусь. Время нахождения на 103 вынужденной стоянке, в связи с прохождением таможни было указано от 1 часа до 12 часов. Согласно анкетному опросу состояние дорог наименее удовлетворительно «весной» – 30%, «зимой» – 50%, 20% – «осенью». Участками повышенного внимания названы: поворот с трассы Москва – Минск на Сергиево-Ивановское – из-за плохой видимости, туманов; за г.Рославль в сторону границы с Брянской областью – очень много выбоин, нет кюветов, знаков (резкий подъем и спуск); на границе Смоленской и Калужской областей большие выбоины, зимой сильный гололед, заносы; от Вязьмы до Сычевки полотно в очень плохом состоянии, ремонта не было больше 5 лет; 2-3 км от Рославля к границы с Калужской областью – неровное полотно, максимальная скорость движения 20 км в час; по старой Смоленской дороге на резких поворотах нет указательных знаков, машину может выбросить с дороги, на мостах, по дороге от Вязьмы до Москвы, на подъезде к г. Духовщина, дорога плохо сневилирована, часто подтоплена. Было указано 34 места, на которых отсутствуют необходимые дорожные знаки. Неудовлетворительной сочли работу эксплуатационных автодорожных служб 100% респондентов. Результаты анкетирования подтвердили выводы автора о значительном влиянии на безопасность функционирования придорожной геосистемы не только природных, но и техногенных факторов. 4.5. Пути оптимизации придорожных техногеосистем С целью снижения геоэкологического риска необходимо решение ряда общих для России в целом и Смоленской области задач, связанных с совершенствованием эколого-правового законодательства и управления АТС, уменьшением вредных для биосферы выбросов токсичных газов, техническим обслуживанием и ремонтом автомобильных дорог, утилизацией выведенных из эксплуатации транспортных средств. Важно подходить к решению всех этих задач комплексно, учитывая интересы заинтересованных сторон. Принципы экологизации в той или иной степени отражены в действующих федеральных законах: «Об охране окружающей среды» (2002) , «Об охране атмосферного воздуха» (1998) , «Об охране недр» (1995) и др. Тем не менее, учитывая рост ДТП со смертельным исходом и количества жертв на дорогах России, необходим отдельный федеральный закон «Об экологической безопасности АТК».
Линейная протяженность дорог, своеобразие ландшафта, животного и растительного мира, ближайшее окружение дороги и она сама представляют собой весьма своеобразную техногеосистему. Дорожно-строительные регламенты и нормы, действующие ГОСТЫ и другие стандарты, принятые в 80-е годы XX в. в значительной мере устарели, кроме того, они зачастую содержат лишь общие положения, не учитывая особенности местных природных условий. С точки зрения эффективного регулирования природопользования на придорожных землях наиболее перспективной представляется разработка системы мер по предотвращению загрязнения и утраты их природно ресурсного потенциала. На решение экологических проблем АТК в России в настоящее время тратится всего около 15% инвестиций, однако среди осуществляюмых проектов отсутствуют разработка и внедрение автоматизированных систем сбора и обработки экологической информации с учетом региональных особенностей с последующим внедрением конкретных мер и анализом их эффективности. Один из ключевых элементов экологизации региональных – выстраивание системы частно-государственного партнерства, создание кластерных структур, включающих хозяйствующих субъектов, представителей региональных и муниципальных властей, неправительственных экологических организаций и др. Создание для обсуждения насущных проблем АТС, предложений и разработок, направленных на стабилизацию геоэкологической ситуации в техногеосистемах.
