Влияние автомобильного транспорта на загрязнение придорожных участков автодороги "Волга" М-7 на территории СХП "Семёновский" Очёрского района Пермского края

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Автотранспорт как источник загрязнения окружающей среды (обзор литературы)

1.1 Распределение выбросов автотранспорта в окружающей среде

1.2 Факторы, влияющие на распространение отработавших газов

1.3 Механизм трансформации загрязнений в окружающей среде

1.4 Влияние транспортных загрязнений на окружающую среду

1.5 Влияние компонентов отработавших газов на придорожные участки

1.6 Влияние компонентов отработавших газов на здоровье человека

1.7 Нормирование выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации транспорта

2. Место, условия и методики проведения исследований

2.1 Место проведения исследования

2.1.1 Природно - климатическая характеристика района

2.1.2 Агроэкологическая характеристика хозяйства

2.1.3 Характеристика хозяйственной деятельности предприятия

2.2 Методики проведения исследования

3. Результаты исследований и их обсуждение

3.1 Влияние ветра на распространение ОГ ДВС

3.2 Характеристика интенсивности движения автомобильного транспорта

3.3 Характеристика выбросов автомобильного транспорта

3.4 Агрохимический анализ исследуемых почв

3.5 Изучение фитотоксичности почвенных образцов придорожных участков

3.6 Результаты исследования талых вод придорожных участков

3.7 Изучение фитотоксичности талых вод придорожных участков

4. Расчет ущерба от изъятия полосы отвода автодороги из сельскохозяйственного производства

Выводы

Библиографический список

Введение

Вследствие загрязнения окружающей среды вредными веществами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания зоной экологического бедствия становятся промышленные и сельскохозяйственные регионы. Проблема дальнейшего снижения вредных выбросов двигателей все более обостряется ввиду непрерывного увеличения парка эксплуатируемых автотранспортных средств, уплотнения автотранспортных потоков, нестабильности показателей самих мероприятий по снижению вредных веществ в процессе эксплуатации. В денежном исчислении величина ежегодного экологического ущерба (загрязнение атмосферы, шум, воздействие на климат) от функционирования автотранспортного комплекса Российской Федерации достигает 2-3 % валового национального продукта (Салова Т.Ю., 2004). автотранспорт загрязнение газ придорожный

По вопросу о влиянии выбросов автотранспорта на растения различных групп существует единое мнение - непосредственная близость автодороги отрицательно влияет на компоненты агрофитоценоза. Загрязнение окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов приводит к большим экономическим потерям в хозяйстве, так как токсичные вещества вызывают нарушения роста растений, ухудшение качества кормов и потерям в животноводстве.

По территории СХП «Семёновский» Очёрского района проходит автодорога федерального значения « Волга» М-7. В течение суток по этой дороге проезжает большое количество грузового и легкового автотранспорта, который является источником постоянного загрязнения окружающей среды отработавшими газами двигателем внутреннего сгорания.

Цель данной работы - изучить влияние автомобильного транспорта на загрязнение придорожных участков автодороги «Волга» М-7 на территории СХП «Семёновский» Очёрского района Пермского края.

Задачи работы:

* исследовать интенсивность автомобильного транспорта автодороги

М - 7 « Волга»;

* рассчитать объемы выбросов автотранспорта;

* определить агрохимические показатели почв придорожных участков с учетом расстояния от автодороги;

* исследовать фитотоксичность почвы придорожных участков на всхожесть, длину и массу редиса сорта Ранний красный;

* исследовать талые воды придорожных участков автодороги «Волга» М-7 на содержание компонентов выбросов автотранспорта;

* исследовать фитотоксичность талых вод придорожных участков по всхожести, длину и массу проростков редиса сорта Ранний красный;

* определить ущерб от изъятия полосы отвода автодороги М - 7 «Волга» из сельскохозяйственного использования.

1. Выбросы автомобильного транспорта как источник загрязнения окружающей среды (обзор литературы)

Проблема чистоты атмосферного воздуха не нова. Она возникла с появлением промышленности и транспорта. В течение практически двух столетий задымление воздуха носило местный характер. Однако быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в ХХ столетии привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, которые уже не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций. Вследствие деятельности человека в атмосферу поступают углекислый газ и угарный газ, метан, аммиак, промышленная пыль, сернистый ангидрид, окислы азота (NO₂, NO и N₂O), сажа (Луканин В.Н.,2001).

1.1 Характеристики и особенности образования выбросов автотранспорта

Принцип работы автомобильных двигателей основан на превращении химической энергии жидких и газообразных топлив нефтяного происхождения в тепловую, а затем - в механическую энергию. Жидкие топлива в основном состоят из углеводородов, газообразные, наряду с углеводородами, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. К ним относятся окись углерода СО, углеводороды C_xH_y, окислы азота (NО и NО₂) обычно обозначаемые NО_X. Кроме перечисленных веществ, вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды (Гарин В.М.,2003).

Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния.

Основным токсичным компонентом отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (далее ОГ ДВС), выделяющихся при работе бензиновых двигателей, является окись углерода. Она образуется при неполном окислении углерода топлива из-за недостатка кислорода во всем объеме цилиндра двигателя или в отдельных его частях. Основным источником токсичных веществ, выделяющихся при работе дизелей, являются картерные газы. Картерные газы дизеля содержат значительно меньшее количество углеводородов по сравнению с бензиновым двигателем в связи с тем, что в дизеле сжимается чистый воздух, а прорвавшиеся в процессе расширения газы содержат небольшое количество углеводородных соединений, являющихся источником загрязнений атмосферы (Гарин В.М., 2003).

В связи с тем, что работа ДВС осуществляется по разомкнутому циклу, выброс в окружающую среду отработавших газов является неотъемлемым условием их работы. Токсичность отработавших газов во многом определяется полнотой сгорания топлива и интенсивностью тепловыделения, при этом, как показал анализ многочисленных исследований, решающее влияние на процесс сгорания оказывают изменения параметров топливной аппаратуры.

По мнению Ю.Ф. Гутаревича (1989), наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2-3 раза.

Ю. Г. Фельдман (1975) ОГ ДВС объединил 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, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО2), содержание которого в отработавших газах в настоящее время не нормируется, однако вопрос об этом ставится в связи с особой ролью СО2 в «парниковом эффекте».

Вторая группа. К этой группе относят 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 NО - оксид азота и NО2 - диоксид азота. Окислы азота образуются в результате термической обратимой 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_xН_y. В отработавших газах содержатся углеводороды различных гомологических рядов: алканы, алкены, алкадиены, цикланы, а также ароматические соединения. Ю.Г. Фельдман (1975) определил, что механизм образования этих продуктов можно свести в 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. Ю. Г. Фельдман (1975) и В. Н. Луканин (2001) 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.). В. Н. Луканин (2001) отмечает, что сажа является продуктом крегинга и не полного 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 ангидрид, сероводород, 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. 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 октановое число. В состав этиловой жидкости входит антидетонатор - тетраэтилсвинец. 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 дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы непригодными к сельскохозяйственному использованию. Добавление к бензину присадки Р-9 делает его высокотоксичным. Разные марки бензина имеют различное процентное содержание присадки. Чтобы различать марки этилированного бензина, их окрашивают, добавляя в присадку разноцветные красители. Неэтилированный бензин поставляется без окрашивания.

В развитых странах мира применение этилированного бензина ограничивается или уже полностью прекращено не только по причине высокой токсичности присадки Р-9, но и из-за его несовместимости с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов.

Таблица 1 Некоторые показатели физико-химических свойств автомобильных бензинов (ГОСТ 2084 - 77 и ОСТ 38.01.9 - 75)

Показатели качества	А-76	Аи-93	Аи-95	Аи-98
Октановое число, не менее: По моторному методу По исследовательскому методу	- 76	85 93	- 95	89 98
Содержание (масса) свинца, г/кг бензина, не более	0,24	0,50	-	0,50
Содержание (массовая доля) серы, %, не более	0,10	0,10	0,05	0,10
Цвет этилированного бензина	Желтый	Оранжевый	-	Синий

Исследованиямими Д. Ж. Берини, Л. К. Калвини и др.(1989) в образцах почвы и снега, отобранных вдоль автотрасс были обнаружены следующие металлы: стронций, железо, марганец, свинец, медь, цинк, кадмий, кобальт, никель и хром.

Таким образом, в состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания входят около 300 компонентов, к наиболее токсичным по отношению к живым организмам относят угарный газ, окислы азота, углеводороды, альдегиды, диоксид серы и тяжелые металлы.

1.2 Факторы, влияющие на распространение выбросов автотранспорта

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

Техногенные факторы: интенсивность и объем выброса ОГ, размер территорий, на которой осуществляются загрязнения, уровень освоения территории.

Природно-климатические факторы: характеристика циркуляционного 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 древесных 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 изменяющихся условиях. Неблагоприятна следующая синоптическая ситуация - антициклон с безградиентным полем изобар в межгорных замкнутых котловинах. Процессы разложения токсических веществ в высоких широтах при малых значениях солнечной радиации замедляются. Осадки и высокие температуры, наоборот способствуют интенсивному разложению токсичных веществ.

В Москве, например, неблагоприятные по условиям загрязнения воздуха метеорологические условия, связанные с застоями воздухами и инверсиями, создаются летом, преимущественно в ночные часы при слабых северных и восточных ветрах.

Рассеивание отработавших газов зависит от направления и скорости ветра. В.Н. Луканиным (2001) установлена зависимость изменения концентрации оксидов азота от расстояния 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 рассеивание оксида азота происходит на большие расстояния.

Более высокая температура у поверхности земли в дневное время заставляет воздух подниматься вверх, что приводит к дополнительной турбулентности. 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. Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подниматься выше определенного потолка. В инверсионных условиях ослабляется турбулентный обмен, ухудшаются условия рассеивания вредных выбросов в приземном слое атмосферы. Для приземной инверсии особое значение имеет повторяемость высот верхней границы, для приподнятой инверсии - повторяемость нижней границы (Луканин В.Н.,2001).

Сочетание природных факторов, определяющих возможный уровень загрязнения атмосферы, характеризуется метеорологическим и климатическим потенциалом загрязнения атмосферы, а также высотой слоя перемешивания, повторяемостью приземных и приподнятых инверсий, их мощностью, интенсивностью, повторяемостью застоев воздуха, штилевых слоев до различных высот.

Падение концентраций вредных веществ в атмосфере происходит не только вследствие разбавления выбросов воздухом, но и из-за постепенного самоочищения атмосферы. В процессе самоочищения атмосферы происходит:

1) седиментация, т. е. выпадение выбросов с низкой реакционной способностью (твердых частиц, аэрозолей) под действием силы тяжести;

2) нейтрализация и связывание газообразных выбросов в открытой атмосфере под действием солнечной радиации или компонентами биоты.

Химические элементы и соединения, содержащиеся в атмосфере, поглощают часть соединений серы, азота, углерода. Гнилостные бактерии, содержащиеся в почве, разлагают органические остатки, возвращая СОз в атмосферу.

Изучением вопроса о распределении выпадений выбросов автотранспорта занимались такие исследователи как Д. Ж. Бериня и Л. К. Калвиня (1989). Своими исследованиями они установили, что распределение выпадений выбросов зависит от физических и химических свойств частиц, метеорологических условий, топографии местности в придорожной полосе, интенсивности движения транспорта и прочих факторов. При изучении распространения выпадений выбросов вдоль автодорог в Латвии ими были определено, что наиболее загрязненной частью оказалась самая близкая к автодороге зона; общая масса выпадений, так и массы выпадений всех исследованных металлов (кроме цинка) уменьшается с увеличением расстояния от полотна дороги. Максимум массы выпадений цинка наблюдается на расстоянии 50 м от полотна. Количество выпадений на расстоянии 100 м от полотна дороги близко к фоновому. Удельный вес в выбросах составили железо, кобальт, затем хром, свинец, марганец, стронций и еще меньше медь, цинк, кадмий. Около половины цинка и кадмия выпадает в полосе от 50 до 100 м от дороги.

Исследованиями Д. Ж. Берини, А.Я. Берзини (1981) установлено, что загрязнение почв тяжелыми металлами в придорожной полосе связано с продолжительностью эксплуатации дорог; загрязненность почв, расположенных около автодорог со сравнительно коротким сроком эксплуатации, можно определить только по содержанию цинка. Также ими определено, что в каждом кг 0-5 сантиметрового слоя почвы 7- 16 - метровой придорожной зоны содержится до 600 - 1000 мг железа, 20 мг цинка, 10 мг свинца и 0,20 мг кадмия.

По мере увеличения расстояния от полотна дороги изменяется химический состав почвы - уменьшается концентрация загрязняющих веществ в поверхностном слое. Этот процесс является суммарным и определяется, главным образом, поступлением веществ из атмосферы, выносом их с урожаем, лизиметрическими, дренажными и поверхностными водами.

При таянии снега весной происходит некоторое перераспределение компонентов выпадений ОГ в биогеоценозе как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Распределение металлов в биогеоценозе зависит от растворимости из соединений. Изучением данного вопроса занимались Д. Ж. Бериня и Л. В. Калвиня (1989). Полученные ими результаты дают некоторое представление 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 некоторых элементов (сера, цинк, железо) имеет тенденцию оседать не у самой дороги, а на некотором расстоянии от нее. Легкорастворимые соединения через листья адсорбируются в растения, вступают в обменные реакции с почвенно-поглощающим комплексом, а труднорастворимые - остаются на поверхности растений и почвы.

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

В. И. Артамонов (1968) установил, что интенсивность усвоения углекислого газа различными лесными породами неодинакова. Если принять скорость усвоения этого газа единицей площади елового насаждения за 100%, то такая же площадь лиственничного леса усваивает 120%, соснового - 160 %, липового -250%, дубового 450%, тополиного - 700%.

Таким образом, на распространение отработавших газов двигателей внутреннего сгорания влияют природные и техногенные факторы. К наиболее приоритетным природным факторам относят: 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 и биоты. Наиболее загрязненным компонентами ОГ являются участки близко прилегающие к автодороге. Осевшие на почву соединения тяжелых металлов локализуется в 5-10 см слое почвы. Весной при таянии снега, в котором аккумулировались компоненты ОГ, их миграция происходит в вертикальном и горизонтальном направлениях. При вертикальной миграции водорастворимые компоненты ОГ попадают в грунтовые воды.

1.3 Механизмы трансформации выбросов автотранспорта в окружающей среде

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. В.И. Артамонов (1968) 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 нетоксических продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаруживается также, что корневые системы растений 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, свойственный 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 способность 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° растения фасоли более интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13°.

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 не велико. Корневая система растений может выводить соединения серы в почву.

Двуокись азота может поглощаться корнями и зелеными побегами растений. Усвоение и превращение NO₂ листьями растением происходит с высокой скоростью. Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. Другие окислы азота легко 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 также 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.

Особое 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°. Температура выше 40° способствует выделению СО. Микроорганизмы почвы разрушают бенз(а)пирен и превращают его в различные химические соединения.

1.4 Влияние выбросов автотранспорта на окружающую среду

В.Н.Луканин (2001), Д.С.Орлов (2002) и другие исследователи отмечают влияние выбросов автотранспорта на общепланетарном, региональном и локальном уровне. Такие автотранспортные загрязнители как диоксид углерода, оксиды азота являются общепланетарными «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 азота и серы, 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 (кислород, озон), 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 реакциях. Конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

Кислотные осадки попадают на поверхность в виде кислотных дождей, снега, тумана, росы, образуются из оксидов серы 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. Механизм дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на оксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог - это смесь химических веществ, состоящая из оксидантов, в основном озона, смешанного с другими окислителями, включая пероксиацетилнитрат (ПАН), и образующийся при воздействии солнечного света из двух компонентов автомобильных выбросов - оксида азота и углеводородов. В летние дни (с температурой воздуха более 300К, при отсутствии ветра и интенсивной солнечной радиации) озон начинает генерироваться в атмосфере. Первоначальная реакция при образовании смога - взаимодействие света с диоксидом азота.

В результате взаимодействия атомарного кислорода с молекулярным и третьим неактивным веществом, например, молекулярный азот образуется озон, который связывается с оксидом азота, замыкая цикл без образования оксиданта.

При наличии в воздухе олефиновых углеводородов озон и атомарный кислород взаимодействуют с ними, образуя радикалы. Образовавшиеся радикалы (RCH2), другие вещества, способные к окислению, реагируют с компонентами атмосферы по цепному механизму, образуя в свою очередь, водород- и кислородсодержащие, а также нестабильные, с высокой реакционной способностью, пероксиацетиловые (RC(O)O2) радикалы, являющиеся предшественниками ПАН. Конечные реакции образования оксидантов развиваются одновременно несколькими путями. Формирование смога и образование оксиданта обычно останавливается при прекращении солнечной радиации.

По мнению С.Д.Орлова (2002) , попавшие в почву ТМ, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах. В целом на характер перераспределения тяжелых металлов в профиле почв оказывает влияние комплекс почвенных факторов: гранулометрический состав почв, реакция среды, содержание органического вещества, катионообменная способность.

Гранулометрический состав оказывает непосредственное влияние на закрепление тяжелых металлов и их высвобождение, почвы тяжелого гранулометрического состава прочнее связывают металлы и поэтому последние меньше попадают в растения или грунтовые воды.

Поглощение тяжелых металлов почвами существенно зависит от реакции среды, а также от состава анионов почвенного раствора. Было обнаружено, что в кислой среде преимущественно сорбируются свинец, цинк, медь, в щелочной - кадмий и кобальт.

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения.

Катионообменная способность зависит от минералогического состава илистой фракции, а также от количества органического вещества. Чем выше емкость катионного обмена, тем больше тяжелых металлов удерживает почва и тем меньше тяжелых металлов поступает в растения и живые организмы.

Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в более растворимые формы. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционной способности.

Таким образом, компоненты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, 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 в трансформации ОГ участвуют растения и почвенные бактерии, которые включают токсичные компоненты ОГ ДВС в свой метаболизм.

1.5 Влияние компонентов ОГ ДВС на придорожные участки

Оценка последствий воздействия автотранспорта на придорожные участки включает в себя исследование механизмов распространения загрязнителей в окружающей среде, описанных выше, а также миграции в экосистемах (по пищевым цепям), реакции живых организмов и сообществ на эти воздействия.

Компоненты отработавших газов влияют на растения, почву, микроорганизмы, животных и человека. Как отмечает В.Г.Каплин (2006), у семенных растений под влиянием газообразных токсических веществ происходят биохимические, физиологические и морфологические микроскопические изменения на молекулярном, субклеточном, клеточном уровнях и макроскопические изменения на организменном уровне. При сильных воздействиях токсикантов у растений возникают нарушения физиологических процессов и состояния напряжений -- стрессы. Стрессовые реакции организмов выражаются прежде всего в происходящих в клетках биохимических изменениях, направленных на преодоление действия ксенобиотиков. При этом происходят изменения в обмене органических веществ клетки (аминокислот, белков, ферментов, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, гормонов, витаминов). С ростом загрязнения газодымовыми выбросами происходят значительные изменения состава углеводов, жирных кислот, в частности увеличивается концентрация моносахаридов, линолевой и линоленовой кислот. Чтобы повлиять на физиолого-биохимические реакции в клетке, стрессор в активной форме должен проникнуть через ее пламалемму. Первым пунктом воздействия содержащихся в воздухе загрязняющих неорганических и органических соединений на растения являются устьица и кутикула листьев.

В своих исследованиях С.Ф. Негруцкий (1981) выявил, что проникновение атмосферных загрязнителей в листья растения определяется градиентом их концентрации между атмосферой и листом и ограничивается устьичным сопротивлением, толщиной и целостностью кутикулы, проницаемостью протоплазмы для ионов загрязнителя и скоростью их связывания в клетке, а также коэффициентом молярной диффузии и удельной растворимостью загрязнителя.

В.Г. Каплин (2006) отмечает, что под влиянием стрессоров у высших растений происходит уменьшение содержания хлорофилла, грануляция цитоплазмы, разрушение хлоропластов, образование в них кристаллических включений, набухание тилакоидов, подавление фотосинтеза, угнетение фотолиза воды и транспорта электронов от фотосистемы II к фотосистеме I, флуоресценция хлоропластов (спонтанное излучение света).

При газообразном загрязнении происходит уменьшение размеров клеток эпидермиса листьев, толщины годичных колец и их выпадение; увеличение клеток смоляных ходов у сосны, числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения; отслаивание протоплазмы от клеточной стенки (плазмолиз). В областях, не загрязненных выхлопными газами, клетки хвои дают выпуклый, а в условиях загрязненного воздуха -- вогнутый плазмолиз.

Макроскопические реакции семенных растений на различные стрессоры, включая газообразные неорганические соединения, проявляются прежде всего изменении окраски листьев, к которым относятся хлорозы, пожелтение, побурение, побронзовение, посеребрение листьев, впечатление пропитанности листьев водой.

Покраснение листьев у смородины отмечено под влиянием SО₂. У табака посеребрение поверхности листьев происходит под действием озона. Побурение, побронзовение, посеребрение листьев, создание впечатления пропитанности листьев водой представляют собой первые стадии тяжелых некротических повреждений у лиственных и хвойных деревьев.

На популяционном уровне влияние ОГ ДВС проявляется в изменении численности и возрастного состава популяций растений, ухудшении возобновления, а на биоценотическом - в снижении продуктивности, видового разнообразия, устойчивости фитоценозов.

По вопросу о влиянии выбросов автотранспорта на растения различных групп существует единое мнение - непосредственная близость автодороги отрицательно влияет на компоненты агрофитоценоза. В.А.Большаков (1994) рассмотрел влияние отдельных газовых компонентов на растения. Он считает, что диоксид серы является фотосинтезным ядом для растений. Молекулярные механизмы нарушения фотосинтеза под его влиянием характеризуются уменьшением парциального давления углекислого газа в клетках из-за снижения его растворимости в подкисленной воде, конкуренцией диоксида серы и диоксида углерода при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления устьиц диффузии диоксида углерода при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления нециклического фотосинтезного фосфолрилирования. Диоксид серы нарушает также процессы дыхания и транспорта органических веществ.

При быстром проникновении в лист больших количеств токсиканта возникает некроз листьев. Такого рода повреждения появляются в том случае, если поступление в растения диоксида серы превышает их обеззараживающую способность. При небольших концентрациях диоксида серы в воздухе растения растут и развиваются нормально, но после повышения порогового значения, разного для различных растений, замедляется рост, повреждаются листья, что приводит к снижению урожая. В условиях загрязнения воздуха диоксидом серы у растений тормозятся процессы созревания пыльцы, повреждаются рыльца пестиков в цветках плодовых культур. Главную опасность представляет хроническое воздействие низких концентраций диоксида серы, распространяющихся на больших территориях. Токсичной для растений является концентрация 20 мкг/ м³.

М. Трешоу (1988) установил, что культуры произрастающие в условиях повышенной влажности более чувствительны к загрязнению диоксидом серы, чем культуры, произрастающие в засушливых областях.

В.А.Большаков (1994) считает, что диоксид азота в 1,5 -5 раз менее токсичен, чем диоксид серы. Главной ареной его действия является азотный метаболизм. Даже в концентрации 0,01 мг/ м диоксид азота вызывает уменьшение содержания белкового азота, тогда как количество небелкового увеличивается. Характерный признак действия на растения этого фитотоксиканта - периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок. Диоксид азота в концентрациях 0,08 мг/куб. м и больше задерживает рост и развитие овощных культур, снижает их урожайность и товарный вид.

Оксид углерода сравнительно малотоксичен для растений, поскольку они обладают способностью окислять его до углекислого газа и связывать его в фотосинтетическом цикле. Отрицательное влияние окиси углерода на растения проявляется при сравнительно высоких концентрациях - более 1 % .

Доказано, что окись углерода вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Возможно, поэтому процесс поглощения растениями минеральных солей под влиянием угарного газа подавляется. Среди ферментов клетки воздействию окиси углерода наиболее подвержена цитохромоксидаза. В высоких концентрациях СО вызывает быстрое исчезновение в растениях фосфорных эфиров сахаров, нарушает сопряженность окисления и фосфориллирования, индуцирует замедление роста, эпинастию листьев, усиливает корнеобразование.

Среди растений самыми чувствительными к общему загрязнению воздуха являются лишайники. К следующей группе чувствительных растений относятся мхи и голосеменные, в частности хвойные (ель, сосна), затем идут цветковые растения. Древесные цветковые менее устойчивы к загрязнению по сравнению с многолетними и особенно однолетними травами. Это в значительной степени связано с размерами и продолжительностью жизни зеленых частей растений. При небольших размерах лишайники живут десятки лет, хвоя сосны -- до 5 - 6, ели -- 15 - 16 лет. Листопадные древесные растения ежегодно с наступлением неблагоприятного периода года сбрасывают листья, а вместе с ними и значительное количество накопленных за сезон вегетации загрязняющих веществ. У многолетних трав ежегодно происходит возобновление и отмирание большей части надземных органов. Это повышает их устойчивость к токсикантам.

Среди зерновых злаковых культур к загрязнению атмосферы наиболее устойчивы рожь, затем ячмень, озимая пшеница и яровая пшеница. Крестоцветные культуры более устойчивы, чем бобовые. Дикорастущие растения обладают более высокой выживаемостью в условиях загрязненного воздуха, чем культурные (Каплин В.Г., 2006).

Загрязнение ОГ ДВС вегетативной массы сельскохозяйственных культур на полях отмечается в 100 м от полотна дороги. И только на расстоянии 150 м от автострады концентрация соединений тяжелых металлов в вегетативной массе приближается к контролю. Попадая в почву, металлы способны аккумулироваться растениями и с растительной пищей попадать в организм животных и человека. При этом те количества металлов, которые не приносят вреда растениям, могут пагубно отразиться на здоровье человека.

Н.А.Черных (1995) отмечает, что степень накопления ТМ сельскохозяйственными культурами зависит от свойств самих элементов, так и от свойств почвы и физиологических особенностей растений. На неокультуренных и слабоокультуренных почвах растения накапливают гораздо большее количество ТМ, чем на хорошо окультуренных. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, наблюдалось значительное снижение урожайности: зерновых культур на 20-30%, сахарной свеклы на 35%, бобовых на 45%, картофеля на 47%.

В своих исследованиях Н.А.Черных (1995) установил, что высокие концентрации кадмия, свинца и меди приводят к дисбалансу компонентов питания в растениях и отрицательно влияют на синтез и функции многих биологически активных соединений - ферментов, витаминов, гормонов. Высокие концентрации ТМ вызывали снижение содержания в растениях провитамина А - каротина и витамина С. Содержание каротина в большей степени подвержено негативному действию ТМ: значимое падение его содержания отмечали при дозе кадмия 10 мг/кг, свинца - 125 мг/кг, меди - 60 мг/кг.

Л. М. Кузнецова, Е. Б. Зубарева (1997) своими исследованиями установили, что депрессия урожая происходит, когда содержания кадмия в почве становится более 5 мг/кг. При более низкой концентрации (в пределах 2 мг/кг) отмечается только тенденция снижения урожая. Накопление же этого элемента в зерне и соломе выше санитарных норм происходит, если уровень его в почве равен 0,2 мг/кг. Загрязнение почвы свинцом до 250-700 мг/кг отрицательно влияет на урожай пшеницы, что приводит к увеличению его содержания в зерне и соломе, которое, однако, не превышает допустимой нормы. Самое высокое содержание свинца в зерне и соломе, превышающие ПДК и МДУ, когда его концентрация в почве выше 1000 мг/кг.

В растениях может аккумулироваться значительное количество свинца, зависящее от продолжительности воздействия воздуха, содержащего соединения свинца, что создает дополнительную опасность для животных и людей. Исследованиями О. Т. Ведины (1989), доказано, что в близи 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.

И. В. Тимофеева (1989) считает, что компоненты ОГ влияют на рост растений: на фазе кущения растения ячменя и овса, посевы которых располагались в непосредственной близости (7 и 15 м) от автодороги, были на 14,9 - 53,0 % короче контрольных растений (100 м); на скорость прохождения этапов онтогенеза у зерновых культур: фаза полных всходов у растений, произраставших в непосредственной близости от автодороги, наступала на 2-3 дня позже, чем у контрольных, но III - V этапы у опытных вариантов были на 2-5 дней короче, что сказалось на таком показателе, как озерненность колоса, который у опытных вариантов был ниже на 9,5 - 26,5 %. Рост растений в непосредственной близости от автодорог приводил к стойкому снижению продуктивности ячменя и овса и ухудшению качества зерна.

Р. И. Первунина (1983), изучая оценку доступности окиси кадмия для ячменя на дерново-подзолистой почве, установила, что окись кадмия, сравнительно малорастворимое химическое соединение, внесенная в кислую дерново-подзолистую почву оказалась легкодоступной для ячменя; внесение больших доз NPK на кислых дерново-подзолистых почвах без изменения рН не уменьшает поглощения кадмия растением, а, наоборот, способствует этому процессу.

Р. И. Первуниной (1983) установлено, что наибольшее количество кадмия обнаруживается в листьях, меньше - в стебле и незначительное - в зерновках.

А. В. Староверовой (1998) установлено, что свинец может снижать подвижность в почвах других ионов. Так высокие концентрации свинца в почвах могут существенно подавлять рост растений и вызывать хлороз, обусловленный нарушением поступления железа. Поступая в растения, тяжелые металлы распределяются в органах и тканях весьма неравномерно. Так в корнеплодах моркови и свеклы содержание свинца и других тяжелых металлов убывает от кончика до головки. Наибольше содержание свинца в корнеплодах наблюдается в центральном цилиндре. Наибольшее количество свинца в репродуктивных органах зерновых культур. Гречихи и подсолнечника сосредоточено в зародыше зерновки, плода и семени. Для зеленых культур характерное более высокое содержание свинца в черешках, чем в листовых пластинках. Растения салата отличаются наиболее высоким содержанием свинца в корнях, тогда как растения петрушки и хрена - наименьшим. В картофеле наибольшее содержание свинца наблюдается в периферийной части мякоти, а в капусте - в кочерыге. Распространение этого металла в капусте белокочанной имеет сортовую специфику. Так, ранний сорт капусты Июньская накапливает в кочерыге и средних листьях свинца больше, чем сорт № 1.

Таким образом, отработавшие газы внутреннего сгорания влияют на культуры, являющиеся основным компонентом агроэкосистем. 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.

1.6 Влияние компонентов ОГ ДВС на здоровье человека

Активный процесс развития промышленности и транспорта привел к значительному загрязнению атмосферного воздуха населенных мест, что в свою очередь обусловило рост заболеваемости, снижение возможности адаптационных систем и физического развития населения, особенно детей. Многие населенные пункты находятся в непосредственной близости от автодорог, а это значит, что действие ОГ ДВС влияет на здоровье человека.

Исследованиями установлено достоверное влияние сернистого ангидрида и двуокиси азота на болезни глаз, взвешенных веществ - на возникновение острого тонзиллита, окиси углерода - на острый бронхит и пневмонию, зависимость аллергических заболеваний кожи от концентрации взвешенных веществ (Трушкина Л.Ю.,2003).

В.Ф.Протасов (2000) считает, что опасность воздействия загрязненного атмосферного воздуха на здоровье населения обусловлена объективным действием следующих факторов:

- разнообразием загрязнений;

- возможностью массированного воздействия, так как акт дыхания является непрерывным и человек за сутки вдыхает до 20 тысяч литров воздуха;

- непосредственным доступом загрязнителей во внутреннюю среду организма;

- трудностью защиты от ксенобиотиков.

По данным выборочного обследования 33 городов России (Протасов В.Ф., 2000), в городах с повышенным уровнем загрязнения среднее число заболеваний органов дыхания увеличивается на 41%, сердечно - сосудистой системы - на 132%, болезней кожи на 176% и число злокачественных новообразований - на 35%.

К основным токсикантам, поступающими в организм человека, и имеющим высокую токсичность относится: газообразные неорганические соединения ( оксиды углерода, оксиды азота, озон и другие); тяжелые металлы (свинец, кадмий, цинк, медь); полициклические ароматические углеводороды; диоксины.

Углекислый газ (СО2) возбуждает дыхательный центр, при повышении концентрации до 3-4 % в воздухе у человека наблюдается головная боль, шум в ушах, замедление пульса, 10 % содержание СО2 в воздухе может привести к потере сознания и смерти.

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. 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.

Полициклические ароматические углеводороды при попадании в организм человека под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующие с гуанином, что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушение или приводит к возникновению мутаций, способствующих развитию раковых заболеваний, в том числе таких видов рака , как карциномы и саркомы.

У человека больше всего кадмий накапливается в печени и почках, что приводит к развитию почечной недостаточности. К характерным болезням вызываемым кадмием, относятся также гипертония и ишемическая болезнь сердца. Избыток кадмия в среде вызывает у человека болезнь Итаи-Итаи. При хронической интоксикации кадмием наблюдаются головные боли, сухость во рту, нарушение обоняния, тошнота, головокружение, раздражительность, боли в костях и суставах, поражение печени, появление каймы на зубах. Накопление кадмия в организме человека в избыточных количествах способствует кожным заболеваниям, появлению злокачественных новообразований. Кадмий может вызывать потерю организмом кальция, накапливаясь в почках и деформацию костей и переломы.