2. Экология. Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон

К.т.н. Лисьев В.Н.

Харьковский национальный автомобильно–дорожный университет, Украина

Роль зеленых придорожных насаждений

Расхожее мнение, что лесозащитные полосы способны обеспечить высокое экологическое, почти фоновое состояние атмосферы над дорогой и в придорожном пространстве – довольно спорное. Да, известно, что в солнечный день (конец весны - начало лета), 1 га леса аккумулирует (220-280) кг диоксида углерода и выделяет (180-220) кг кислорода. Однако, учитывая, что в течение года средний автомобиль выбрасывает CO₂ в четыре раза больше собственного веса (вес легкового автомобиля, в среднем, составляет 1800 кг), то при аккумулировании 280 кг СО₂ одним гектаром леса необходимо на один легковой автомобиль более 25 га леса. Поэтому, если возложить на леса функцию "поглощения–аккумулирования" всех выбросов диоксида углерода за год, то уже при самой низкой интенсивности движения, по одной единственной автомобильной дороге, почти всю территорию страны должны занимать одни леса.

Расчеты B.C. Николаевского показали, что в случае равномерного распространения суммарного глобального загрязнения (16 млрд. т.) во всей толще атмосферы (4 млрд. км³) и при средней жизни большинства полютантов 5 дней будет достигнута концентрация 0,054 мг/м³. А так как большинство газов распространяется на высоты не более (1-2) км, то объем атмосферы следует считать не 4, а 0,4 млрд. км³. Тогда среднегодовая концентрация суммы полютантов составит 0,54 мг/м³, а антропогенных газов (2,98 млрд.т.) - 0,1мг/м³.

А для потока, содержащего грузовые, легковые автомобили и автобусы, сколько необходимо гектаров леса? А как быть с городами?

К концу XX в. урбанизация охватила около 1 % площади земного шара. Примерно половина мирового населения уже живет в городских агломерациях, в промышленно развитых странах более 75 % составляет городское население. В крупных городах деятельность человека приводит к необратимому изменению окружающей природной среды: претерпевает изменение рельеф и гидрографическая сеть; естественная растительность сменяется урбанофитоценозами; становится азональным ряд климатических характеристик; формируется специфический тип городского микроклимата; за счет увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается или сильно трансформируется почвенный покров и т.д.

В Москве, одном из крупнейших мегаполисов мира, только 6% площади, занятой лесами и лесопарками, близки к природным экосистемам. На остальных землях формируются природно-городские экосистемы, или урбоэкосистемы, состоящие из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промышленными зонами, автодорогами. Урбоэкосистема характеризуется созданием новых типов искусственно созданных систем в результате деградации, уничтожения и (или) замещения природных систем. Урбоэкосистема обладает пониженной рекреационной ценностью, нарушением круговорота материи и энергии, сокращением биоразнообразия как по составу, так и по структуре.

Лесозащитные полосы, размещенные в придорожном пространстве способствуют также переувлажнению дорожного полотна. В зимне-весенний период в этих полосах и в пространстве между ними и полотном дороги накапливаются значительные запасы воды во всех трёх агрегатных состояниях: газообразная составляющая обеспечивает переувлажнение атмосферной среды над автомобильной дорогой; лесозащитные полосы препятствуют "продувке" придорожной зоны между полосами естественными ветровыми потоками, которая могла бы понизить влажность воздуха над полотном дороги; жидкая составляющая – обеспечивает высокое гидравлическое давление на дорожные одежды, переувлажняя их; твердая составляющая, испаряясь и тая, подпитывает и первую и вторую. Таким образом, можно сделать вывод, что в рассматриваемый климатический период лесозащитные полосы играют отрицательную роль, способствуя разрушению дорожного полотна.

Вторая проблема – проблема загазованности автомобильной дороги и придорожного полотна. Высокие концентрации ЗВ в этих зонах образуются благодаря факторам концентрированного накопления ЗВ: а) над низменными участками дороги в окружении возвышенностей; б) в пространствах между лесозащитными полосами или высокими домами.

Необходимо учитывать также и время жизни ЗВ. Так диоксид серы существует в атмосфере до 5-ти часов, оксид углерода – до 8-ми часов, время нахождения мелких аэрозольных структур свинца в атмосфере составляет от одной до четырех недель, а диоксид углерода – до 4-х лет. Поэтому при существующих ныне интенсивностях движения происходит существенное накопление ЗВ в пространстве над дорогой.

Леса адсорбируют пыль (1га леса за год - от 32 до 63 кг пыли в зависимости от своего состава). Суммарный ежегодный выброс в атмосферу газов и пыли достигает 18,3 млрд. т. Среди них преобладают: оксид углерода (до 60 %), сернистый газ (2,5-5) %, оксиды азота (3-6) % и пыль (до 30 % или 5,49 млрд. т.). Для адсорбирования такого количества пыли необходимо, по крайней мере, 109800000 га леса.

Однако, интенсивность адсорбирования газообразных ЗВ растениями зависит как от концентрации, так от продолжительности воздействия ЗВ и, что особенно важно, от физиолого-биохимических особенностей растения.

В сложной и взаимообусловленной системе "растения - промышленная среда" наблюдается не только воздействие растений на окружающую среду, но и неизбежное обратное влияние среды на растения. Загрязнение атмосферы отрицательно влияет на зеленые насаждения, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов, вызывая повреждение листьев, общее ухудшение существования и даже гибель растений.

Первые работы в области газоустойчивости растений были выполнены в Германии, России и США во второй половине XIX - начале XX в.в. С 1934г. Н.П.Красинским были начаты планомерные исследования газоустойчивости растений в промышленных центрах Московской и Горьковской областей. К этому же времени относится начало систематических исследований американских экологов и физиологов. Эти и последующие исследования показали, что зеленые растения более чувствительны к различным ЗВ, чем животные и человек. Так, допустимая максимально-разовая концентрация SO₂ для растений оказалось равной 0,02 мг/м³ (для животных и человека – 0,05 мг/м³). Большая чувствительность растений связана с большей скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма. Поэтому крайне важен видовой отбор пород растений.

В различных почвенно-климатических условиях растения, несмотря на идентичность состава и концентрации токсических элементов в окружающей среде, накапливают в своих органах разное количество веществ; одновременно изменяется предельный уровень безвредного или поражающего накопления фитотоксиканта в тканях и каждому виду растений свойственна своя предельная доза накопления ЗВ. Это не позволяет разработать единые для всех случаев рекомендации по выращиванию растений в зоне загрязнений.

Загрязняющие вещества вызывают, в первую очередь, торможение фотосинтеза, причиной которого может быть разрушение пигментов, изменения в буферной системе и нарушения в слаженной работе ферментов, участвующих в регуляции деятельности клетки. Действию сернистого газа на растения посвящено наибольшее количество работ, так как это соединение считается для них наиболее токсичным. Отрицательное влияние этого газа сказывается на растениях уже в концентрации 0,5*10^-6 мг/м³. Уже при концентрации сернистого газа в атмосфере (0,065-0,085) мг/м³ наступает практически полное поражение хвойных растений.

Т.О., зеленые насаждения способствуют переувлажнению дорожного полотна; накапливают ЗВ и препятствуют "продувке" придорожной зоны между полосами естественными ветровыми потоками – т.е. выполняют отрицательную роль и опасны для жизнедеятельности человека.