Загрязнение городской среды и оздоровительная функция озеленения

Насаждения и загрязнение атмосферы. Загрязнение атмосферы — одна из самых распространенных и наиболее сложных форм воздействия городов на окружающую среду.

Воздух в городе загрязняется твердыми частицами, пылью, сажей, золой, аэрозолями, газами, парами, дымом, цветочной пыльцой и т. д. Смешение загрязнителей серьезно затрудняет оценку воздействия каждого отдельно взятого компонента, которые, вступая во взаимодействие, увеличивают отрицательные последствия.

Диаграмма выбросов вредных веществ различными источниками загрязнения воздушного бассейна в городах а — по массе; б— по токсичности;

Диаграмма выбросов вредных веществ различными источниками загрязнения воздушного бассейна в городах а — по массе; б— по токсичности;

1 — промышленные предприятия;
2 — транспорт;
3 — теплоэнергетические объекты

К основным источникам, загрязняющим атмосферу, относятся промышленные предприятия, топливно-энергетические предприятия, транспорт.

От загрязненного воздуха страдает человек и все, что его окружает: растительность, животный мир, архитектурные памятники, металл, строительные материалы, ткани и т. д.

В настоящее время состав сухого воздуха в атмосфере определяется следующим соотношением газов:

Газы (Содержание в воздухе (% по объему))

Азот N2........................................................ 78,09

Кислород О2................................................ 20,95

Аргон Аг...................................................... 0,93

Углекислый газ СО2................................... 0,03

Неон Ne....................................................... 1,82 -10~3

Гелий Не...................................................... 5,24-10~4

Криптон Кг.................................................. 1,14-10~4

Водород Н2................................................... 5,00-10~5

Ксенон Хе..................................................... 8,70 • 10~6

Перечисленные газы принято считать составляющими воздуха по содержанию и распространению в атмосфере. Деятельность человека систематически нарушает это соотношение.

Увеличению содержания СО2 в атмосфере Земли в значительной мере способствует непродуманное сведение на огромных территориях лесов, которые служили важнейшими поглотителями СС>2 и источниками кислорода.

Многие ученые считают, что величина и сила антропогенного воздействия на климат прежде всего зависят от выделения углекислоты в процессе сжигания топлива, преобразования планетарного круговорота этого газа и повышения его концентрации в атмосфере, что вызывает «парниковый эффект» — ухудшение прозрачности воздуха для теплового излучения земли и как следствие — повышение температуры атмосферного воздуха. Повышая температуру земной поверхности и прилегающего воздушного слоя, рост содержания СС>2 нарушает энергетический баланс атмосферы. Моделирование этих процессов показывает, что к началу следующего века реально достигнутая концентрация ССЬ в состоянии повысить среднюю поверхностную температуру Земли на 1 °С. Сохранение современных темпов роста производства энергии за" счет сжигания ископаемого горючего ведет к росту концентрации СС>2 и как следствие — к изменению земного климата.

Кроме упомянутых выше газов в воздухе всегда находятся различные примеси, как газообразные, так и твердые, жидкие (метан СШ, окись углерода СО, сернистый газ SO2, закись азота N20, озон Оз, двуокись азота NO2, родон Rr, окись азота NO, водяной пар). Их содержание в разных точках земного шара неодинаково и непостоянно.

В результате деятельности человека в воздух выбрасывается окись серы. В недалеком прошлом она попадала в воздух вместе с дымом, сейчас ее поставляют и другие источники. Основными источниками являются выбросы электростанций и промышленных предприятий, работающие на угле и нефтетопливе с высоким содержанием серы, производства металлов из сернистых руд. Немалое значение имеют бытовые источники.

Каждая тонна угля с 3 %-ным содержанием серы при сжигании выделяет в атмосферу около 60 кг сернистого ангидрида. Крупная тепловая электростанция ежедневно выбрасывает в воздух сотни тонн сернистых соединений. Из окисей образуется двуокись серы SO2, другая часть подвергается дальнейшему окислению в процессе сгорания, превращается в сернистый ангидрид (трехокись серы 8Оз), небольшое количество серы остается в золе. Сернистый ангидрид, растворяясь в воде, образует серную кислоту H2SO4.

Двуокись серы, попав в воздух, может окислиться и превратиться в серную кислоту, а затем, вступая в реакции с другими загрязнителями,— в сульфаты. Соединения серы в виде газов, частиц или дымки воздействуют на дыхательные пути, кожу и глаза человека при содержании их в воздухе в количестве 100 мг/м . Самые мельчайшие частицы проникают в легкие.

Выбросы серы в атмосферу постоянно и быстро растут, и именно окислы серы на 70—80 % определяют кислотность дождей. Величина выпадения серы на территорию страны достигает 15 млн. т в год.

Поэтому наибольший эффект по предотвращению закисления среды достигается только сокращением выбросов за счет предварительного удаления серы из топлива или создания эффективных устройств по очистке дымовых газов.

Возникновение новых еще более пагубных последствий связано с появлением на ТЭЦ и промышленных предприятиях труб большой высоты (300—400 м), позволивших снизить загрязнение приземного слоя атмосферы вокруг предприятия, но не уменьшающих количество выбросов, а только рассеивающих их на огромных территориях. Так, в Швеции и Норвегии только 20—25 % закисления среды собственного происхождения, остальное переносится из других стран. Если закисление будет продолжаться в том же темпе, через 10 лет около 1000 озер останется без рыбы, резко упадет урожайность.

Увеличившееся рассеивание элементов повлекло за собой возрастание в окружающей среде концентрации тяжелых металлов. Наибольшую опасность как для природы, так и для человека представляют ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, олово, цинк, сурьма, медь, молибден, кобальт, никель. Свинец в атмосферу попадает в основном из выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Тяжелые металлы, попадая с воздухом, водой, растительной и животной пищей непосредственно в организм человека, накапливается в печени, почках, оказывают неблагоприятные воздействия на ткани костей.

В теплое время года в воздухе городов наиболее развитых стран средний уровень содержания свинца в зависимости от конкретных условий меняется от 2 до 8 мкг (иногда несколько больше) на 1 м воздуха. Зимой же концентрация свинца резко возрастает. Следует иметь в виду, что наличие даже 3 мкг свинца в 1 м воздуха приводит к содержанию 30 мкг его на 100 мл крови человека.

Загрязняют атмосферу и самолеты, особенно сверхзвуковые, разрушая слой озона.

Помимо углекислого газа и серы в атмосферу от автомобилей, ТЭЦ, промышленных предприятий, от удобрений сельскохозяйственных угодий поступает большое количество азота. В процессе горения из азотистых компонентов некоторых материалов или в результате связывания атмосферного азота образуются газообразные загрязнители воздуха — окись азота и двуокись азота. Окись азота превращается (медленно, при большом разбавлении) в двуокись азота. Окиси азота образуются при контакте азота и кислорода с горячей поверхностью в результате любого процесса горения (двигатели внутреннего сгорания, ТЭЦ, бытовой газ « т. д.); они образуются при извержении вулканов или молниях.

Схема воздействия загрязнителей на растения

Схема воздействия загрязнителей на растения

Исследования показали, что источники различной высоты, плотности размещения и объема выбросов не пропорционально влияют на загрязнение воздуха в приземном слое. Если на долю энергетики приходится около 60 % выбросов окислов азота, то вклад их в загрязнение воздуха не превышает 20 %. Хотя выбросы от автотранспорта значительно меньше, однако они являются поставщиком около 70 % загрязнителей. Поэтому в расчетах по оценке концентраций вредных веществ в воздухе учитываются все источники выбросов независимо от их параметров и объемов выбросов.

Существенное значение имеет запыленность атмосферы, особенно в энергетическом балансе биосферы, так как пыль рассеивает и поглощает солнечную радиацию. По подсчетам, поступление пылевидных частиц в атмосферу Земли составляет (млн. т в год): от индустриальных процессов— 45, энергетических и отопительных процессов — 36, других видов хозяйственной деятельности — 30, ветровой эрозии почв — 500, лесных пожаров — 135, извержения вулканов -250, от испарения морской воды -1000 и космическая пыль — 10.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха должны осуществляться на основе широко поставленных научно-исследовательских работ, посвященных изучению количественной концентрации загрязнений, попадающих в атмосферу, и дальности их распространения. Установлено, что из общего количества загрязнений 27 % поступает от электростанций, 24,3 % — от предприятий черной металлургии, 10,5 % — от цветной, 15,5 % — от нефтедобычи и нефтехимии, 13,1 % -от транспорта, 8,5 % — от промышленности стройматериалов и 1,5% — из прочих источников.

В советское государственное санитарное законодательство в настоящее время лишь в области охраны окружающей среды включены нормативы на предельно допустимые концентрации (ПДК) для 804 химических веществ в воде водоемов, 446 химических веществ и 33 их комбинации в атмосферном воздухе, 28 химических веществ — загрязнителей почвы.

С 1 января 1980 г. в СССР действует государственный стандарт, определяющий правила установления предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. Организация системы контроля загрязнения атмосферы способствует сохранению в чистоте важнейшего компонента окружающей среды — воздуха.

Контроль уровней загрязнения атмосферы проводится более чем в 500 городах и промышленных центрах, причем в 122 городах ведется оперативное прогнозирование возможных высоких уровней загрязнения воздуха в связи с ожидаемыми неблагоприятными метеорологическими условиями. При получении такого прогноза на предприятиях, имеющих источники выбросов в атмосферу, должны вводиться в действие заранее разработанные программы уменьшения выбросов (переход на более чистое топливо или сырье, ввод резервных очистных сооружений, усиление контроля за работой оборудования и т. д.).

За последние несколько лет в Москве введено в строй более 2 тыс. установок, фильтрующих выбросы в атмосферу, мощностью 20 млн. м /ч. Более 300 предприятий, загрязняющих воздух, были выведены из города или реконструированы и количество выбросов уменьшилось. Большую роль сыграла газификация промышленности и быта в столице. Однако этих мер явно недостаточно.

В 1988 г. наибольшее среднемесячное содержание кадмия наблюдалось в Одессе — 3 ПДК; никеля — в Нижнем Новгороде; Лениногорске -3 ПДК; свинца — в Балхаше и Чимкенте — 9—13 ПДК, а в Комсомольске-на-Амуре—15 ПДК. Наибольшая среднемесячная концентрация марганца в г. Рустави составляет 42 ПДК. Число городов, в атмосфере которых в отдельные дни отмечались высокие уровни загрязнений (более 10 ПДК), было достаточно стабильно и составило в 1988 г. 103 города.

В 1988 г. в 16 городах страны отмечались концентрации вредных веществ в воздухе, превышающие 50 ПДК, при этом в Архангельске, Байкальске, Волжском случаи экстремального высокого загрязнения отмечались неоднократно, что свидетельствует о хроническом характере причин значительных выбросов вредных веществ в этих местах. Наиболее высокий уровень загрязнения атмосферы и повышенной заболеваемости населения в 1988 г. наблюдался в 68 городах страны. В этот перечень входят Алма-Ата, Душанбе, Ереван, Киев, Фрунзе, юго-восточная окраина Москвы, а также города с населением свыше 1 млн. человек: Днепропетровск, Донецк, Самара, Новосибирск, Одесса, Омск, Пермь, Свердловск, Челябинск.

Энергетической программой СССР предусматривается в период до 2000 г. модернизировать, в основном на электростанциях европейской части страны, существующее оборудование общей мощностью до 100—140 млн. кВт. Эти меры, а также намеченное совершенствование структуры энергетического баланса, замещение органического топлива другими энергоносителями, мероприятия по повышению экономичности энергетического оборудования позволят в итоге предотвратить выбросы двуокиси серы в объеме около 10 млн. т в год.

Среди мер, направленных на сокращение выбросов от автотранспорта в атмосферу, следует отметить дизелизацию автомобильного транспорта, увеличение выпуска автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном природном газе, а также бензометанольных смесях, и значительное увеличение выпуска неэтилированных автомобильных бензинов и катализаторов. Эта проблема носит комплексный характер, так как включает меры по регулированию режимов транспортного движения, совершенствованию развития автотранспортных магистралей.

Факты свидетельствуют о явной недооценке роли и возможности растений в охране окружающей природной среды.

Листья способны выполнять важную санитарно-гигиеническую роль, поглощая токсические газы, накапливая вредные вещества в покровных, а затем и внутренних тканях. Часть токсических веществ оттекает из листа и локализуется в побегах, растущих листьях, плодах, клубнях, луковицах, корнях. Количество фторидов, хлоридов, окислов серы, аккумулирующихся во всех органах растений, в сумме составляет не более 20% их содержания в листьях.

Древесная растительность может выполнять эти функции только при условии, что концентрация аэрозолей, особенно в жидкой или газовой фазах, не достигают пределов, губительно действующих на их живые клетки.

В результате исследований, проведенных специалистами Днепропетровского университета, установлено, что белая акация, берест перистоветвистый, бузина красная, тополь канадский, шелковица и бирючина обыкновенная улавливают соединения серы, а активными поглотителями фенолов оказались белая акация, берест перистоветвистый, аморфа кустарниковая, бирючина обыкновенная. Ива, белая акация устойчивы по отношению к фтору, поэтому их используют при озеленении предприятий, связанных с алюминием.

Наиболее стойкие к газам деревья и кустарники: клен пенсильванский, древогубец плетевидный, лещина манчжурская, гледиция трехколючковая, крыжовник (все виды), плющ обыкновенный, можжевельник казацкий, луносемянник канадский и даурский, тополь крупнолистный серый, тополь канадский, гранат, айлант высочайший, акация белая, аморфа кустарниковая, берест перистоветвистый, бирючина обыкновенная, шелковица белая.

Зимой лиственные деревья лишены своих физиологически активных органов — листьев. Хвойные растения, сохраняющие зелень и зимой, в меньшей степени устойчивы против вредных промышленных выбросов.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к накоплению металлов в растениях (при этом их зольность увеличивается в 1,5—2 раза).

Некоторые растения могут ограничивать поступление, регулировать аккумуляцию металлов на уровне организма, отдельных его органов, тканей клеток и регулировать передвижение из корней в стебли и листья. Определенная избирательная способность корневого поглощения позволяет растению избегать избыточной аккумуляции металлов.

Устойчивые виды древесных растений, как правило, накапливают больше металлов в корнях, чем в надземной части.

У травянистых растений в некоторых случаях защитная реакция к избыточному содержанию металлов проявляется в увеличении соотношения между корневой системой и надземной частью, а при оптимизации питания она снова выравнивается.

Ученые Центрального республиканского ботанического сада АН СССР (Г. М. Илькун, М. А. Маховская, О. Ф. Шапочка, Н. М. Бойко) исследовали поглощение тяжелых металлов древесными растениями (табл. 2.6). Для определения содержания металлов во внутренних тканях листа с поверхности листьев тщательно смывали осевшую пыль. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что основными компонентами выбросов металлургических предприятий являются окислы железа. По мере удаления от доменного цеха аккумуляция железа понижается при 250—300 м в 1,5—2 раза, 1 км — в 3 раза, 3 км -4—5 раз, 7—10 км в 7—9 раз.

Среднее содержание металлов в листьях растений, произрастающих на разном удалении от металлических предприятий, мг

Вид растений

Железо

Марганец

Цинк

всего

внутренние ткани

всего

внутренние ткани

всего

внутренние ткани

0,1 км от источника

Акация белая

145,7

58,3

7,7

5,4

4,3

2,9

Вяз перистоветвистый

149,3

41,7

13,4

7,3

16,7

6,2

Тополь канадский

94,3

23,5

11,9

7,2

27,6

14,3

Ясень зеленый

54

25,7

12,3

4

2,6

2,1

Сирень обыкновенная

65,3

39

13,4

6,2

9

3,7

0,3 км от источника

Акация белая

73,.?

28

5,3

4,4

2,5

2,2

Вяз перистоветвистый

76,7

23,3

4,7

3,6

3,2

3

Конский каштан

68,3

30

6,5

6

2,2

1,8

1 км от источника

Акация белая

43,3

17,7

6,3

5,5

2,3

1,8

Вяз перистоветвистый

53,4

21

5,5

4

3

2,6

Тополь канадский

55

15,1

15,2

13,2

24,3

17,2

Клен ясенелистный

70

9,5

2,1

3 км от источника

Акация белая

31,7

16,1

2,8

2,2

4,1

3

Вяз перистоветвистый

30

4,7

5,7

Тополь канадский

43,3

10,5

15,5

Конский каштан

28,3

19,3

3,3

2,5

9

8*,5

7 км от источника

Акация белая

21

11,7

2,3

1,8

3,3

2,9

Вяз перистоветвистый

22,3

13,6

4

3,5

5,7

2,6

Тополь канадский

10,3

7

3,8

3,6

14,8

12,2

Ленинградские ученые Т. А. Пари-бок, Г. Д. Леина, Н. А. Садыкина и др. пришли к выводу, что в парках жилых районов концентрация свинца в среднем в 2 раза, а в парке промышленного района в 4—8 раз выше, чем в лесопарке в 43 км от города. Концентрация свинца в уличных посадках еще выше — в 8—12 раз (в зависимости от вида растений).

Среди кустарников больше свинца накапливает древовидная карагана (желтая акация), а из листопадных деревьев — обыкновенная липа и береза.

У акации белой содержание металлов от весны к осени повышается в 3,5 раза, у вяза перистоветвистого — в 4—5 раз. Канцероген 3, 4 — бензо-пирен является опасным загрязнителем воздуха — он может из воздуха перейти в почву, а оттуда в растения и пищу человека.

Растения с высокой способностью расщеплять 3,4 бензопирен используют для очистки окружающей среды от канцерогенных полициклических углеводородов.

Целесообразно отбирать породы: одни — очищающие воздух от вредных газов, другие — от пыли.

Зеленые насаждения задерживают пыль и уменьшают запыленность воздуха. Эффективность пылезащитных свойств растений у разных пород не одинакова и зависит от строения дерева, его ветрозащитной способности. Лучше всего задерживают пыль деревья с шершавыми, морщинистыми, складчатыми, покрытиями волосками липкими листьями.

Снижение запыленности воздуха на территории зеленых насаждений

Снижение запыленности воздуха на территории зеленых насаждений

1 — диаметром 1 — 10 м;
2 — диаметром 0,5 — 1 м

Шершавые листья (вяз) и листья, покрытые тончайшими ворсинками (сирень, черемуха, бузина), лучше удерживают пыль, чем гладкие (клен, ясень, бирючина).

Листья с войлочным опушением по пылезадержанию мало отличаются от листьев с морщинистой поверхностью, но они плохо очищаются дождем. Клейкие листья в начале вегетации имеют высокие пылезадерживающие свойства, но их утрачивают. У хвойных пород на единицу веса хвои оседает в 1,5 раза больше пыли, чем на единицу веса листьев, и пылезащитные свойства сохраняются круглый год. Зная пылезащитные свойства растений, варьируя размеры озеленяемой территории, подбирая породы и необходимую густоту посадок, можно добиться наибольшего пылезащитного эффекта. Дожди, освобождая насаждения и воздушный бассейн от пыли, смывают ее на поверхность земли.

В городе запыленность воздуха значительно выше, чем в пригороде. Количество пыли в воздухе изменяется в зависимости от влажности воздуха и скорости ветров.

Наблюдения канд. мед. наук В. Ф. Докучаевой показывают, что запыленность воздуха под деревьями меньше, чем на открытой площадке: в мае на 20 %, июне на 21,8 %, июле на 34,1 %, августе на 27,7 % и в сентябре на 38,7 %. За весь вегетационный период средняя концентрация пыли на открытой площадке составила 0,9 мг/м воздуха, а под деревьями — 0,52 мг/м воздуха, т. е. на 42,2 % меньше.

Запыленность воздуха под деревьями оказалась меньше, чем на открытой площадке: в декабре на 13,6 %, январе на 37,4 %, в феврале на 18 %. За весь осенне-зимний период средняя концентрация пыли в воздухе на открытой площадке составила 0,8 мг/м воздуха, а под деревьями — 0,5 мг/м воздуха, т. е. меньше на 37,5 %.

Результаты исследований, проведенных в Ростовском научно-исследовательском институте Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, представлены в табл. 2.7 и 2.8.

По мере удаления от источника количество пыли, как находящейся в воздухе, так и осажденной зелеными массивами, на единицу площади снижалось.

Пихтовый лес на площади 1 га в состоянии задержать 32 т пылевых частиц, буковый лес — 68 т пыли. Это связано с тем, что 1 га буковых насаждений развивает общую листовую поверхность, равную 75 га. Одно тополиное дерево высотой 9 м имеет площади ствола, сучьев и ветвей около 8 ми листовую поверхность 50 м.

Количество пыли, осажденной листовой поверхностью деревьев различных пород

Растения

Суммарная площадь листовой пластинки, м2

Общее количество осажденной пыли, кг

Деревья:

Айлант

208

24

акация белая

86

4

вяз перистоветвистый

66

18

вяз шершавый

223

23

Гледичия

130

18

Ива

157

38

клен полевой

171

20

тополь канадский

267

34

Шелковица

112

31

ясень зеленый

195

30

ясень обыкновенный

124

27

Кустарники:

акация желтая

3

0,2

бересклет европейский

13

0,6

бирючина обыкновенная

3

0,3

бузина красная

8

0,4

лох узколистный

23

2

сирень обыкновенная

И

1,6

спирея

6

0,4

виноград пятнистый

3

0,1

Количество пыли, оседающей на 1 м2 почвы и задержанной 1 м2 поверхности листьев (по Ишииу Ю. Д.)

Расстояние от источника, м

На 1 м2 поверхности

Кг

На 1 м2 поверхности листьев

сосна

береза

осина

г

%

г

%

г

%

500 — 900

7,768

3,123

40,2

1,839

23,7

1,256

16,2

1900 — 2650

7,557

_

_

_

_

_

_

2650 — 3850

6,94

2,67

38,5

0,264

3,8

0,196

2,8

3850 — 4650

5,071

1,816

35,8

0,093

1,8

0,011

0,21

S = 40,2 + 23,7 + 16,2 = 80,1 %

Очень хорошим пылеуловителем является вяз. Он задерживает пыль в 6 раз интенсивнее, чем гладколистный тополь.

Растительность городских парков и скверов площадью 1 га за вегетационный период очищает от пыли 10— 20 млн. м воздуха.

Химический состав пылевых частиц отличается многообразием составляющих его компонентов, часто присутствием значительного количества металлов, особенно в выбросах предприятий металлургической промышленности. Результаты исследований учитывают большую положительную роль зеленых насаждений в борьбе с запыленностью воздуха.

Не следует, конечно, забывать, что степень запыленности воздуха может быть сильно уменьшена такими мероприятиями, как максимальное улавливание пыли в точках ее выброса на промышленных предприятиях, повышение уровня благоустройства (замощение) и улучшение эксплуатационного режима улиц и площадей (полив и уборка).

Значительная роль в улучшении состояния воздуха отводится ионам. Ионы бывают легкие и тяжелые. Легкие могут нести отрицательный или положительный заряды, тяжелые — только положительный.

При благоприятных условиях развития растения повышают в воздухе и на прилегающей территории число легких отрицательно заряженных ионов — материальных носителей электрических зарядов, характеризующих состояние чистоты воздуха.

Умеренно повышенная ионизация воздуха (до 2—3 тыс. ионов на 1 см ) сказывается положительно на здоровье и самочувствии человека. Растительность влияет на ионизацию воздуха в зависимости от породного состава, полноты, возраста насаждений и некоторых других характеристик.

Наибольший эффект ионизации наблюдается под кронами следующих пород и деревьев: сосна обыкновенная, ель обыкновенная, туя западная, дуб красный, дуб черешчатый, ива плакучая, клен серебристый, клен красный, тополь черный, лиственница сибирская, пихта сибирская, береза карельская, береза японская, рябина обыкновенная, сирень обыкновенная, акация белая. Лучше ионизируют воздух смешанные насаждения.

Загрязнение атмосферы и как следствие плохое состояние растительности ведут к увеличению количества вредных для здоровья человека тяжелых ионов.

Среди множества факторов, влияющих на микрофлору воздуха, особое место отводится фитонцидам. Фитонциды — летучие и нелетучие, выделяемые растениями и защищающие их вещества, способные подавлять рост, тормозить развитие вредных болезнетворных бактерий, микроорганизмов и таким образом оздоровлять воздух.

Фитонциды дубовой листвы уничтожают возбудителя дизентерии, а фитонциды можжевельника — возбудителей брюшных заболеваний. Сосна крымская, кипарис вечнозеленый, кипарис гималайский задерживают рост туберкулезной палочки. Фитонциды черемухи, рябины, можжевельника используют для борьбы с вредными насекомыми. В сосновом бору, находящемся в хорошем состоянии и благоприятных условиях, произрастания болезнетворных бактерий в 2 раза меньше, чем в лиственном. Туя обладает способностью уменьшить загрязненность воздуха болезнетворными микроорганизмами на 67 %. Хвойные породы за сутки способны выделить летучих веществ: 1 га можжевельника — 30 кг, сосны и ели — 20 кг, лиственных пород — 2—3 кг. Однако сосновым насаждениям свойственны повышенные радиация и температура воздуха, пониженная влажность, поэтому для отдыха наиболее благоприятными будут территории смешанных хвойно-лиственных насаждений.

Большинство растений проявляет максимальную антибактериальную активность летом, когда воздух парков содержит в 200 раз меньше бактерий, чем воздух улиц. При подборе растений /для озеленения городов необходимо учитывать их бактерицидные свойства. Насаждения следует размещать с наветренной стороны по отношению к месту пребывания человека.

Санитарно-гигиеническая эффективность зеленых насаждений в ряде случаев зависит от метеорологических условий.

Известно более 500 видов растений, обладающих в разной степени фитонцидными свойствами. Среди них: акация белая, багульник болотный, барбарис обыкновенный, береза карельская, граб обыкновенный, дуб черешчатый, ель обыкновенная, ива плакучая, каштан конский, кедр сибирский, клен красный, лиственница сибирская, липа мелколистная, можжевельник казацкий, осина, пихта сибирская, платан восточный, райграс пастбищный, сосна обыкновенная, софора японская, тополь серебристый, туя западная, чубушник, черемуха, эвкалипт.

Учитывая, что зеленые насаждения за счет задерживающей и поглощающей способности способствуют оздоровлению окружающей среды, при подборе ассортимента растений для озеленения в техногенных регионах необходимо отдавать предпочтение растениям, обладающим максимальной емкостью поглощения и устойчивым к выбросам данного предприятия в данных природоклиматических условиях. При этом следует иметь в виду, что широкие, плотные массивы гасят ветер, и на территории промышленных предприятий возникает ситуация, способствующая концентрации вредных газов. Чередуя вокруг точек выброса вредных газов насаждения с открытыми участками, можно значительно усилить проветривание территории в вертикальном направлении.

Насаждения и шумозащита. С развитием городов проблема борьбы с шумом приобретает все большую остроту. С физической точки зрения звук (шум) представляет собой волновое колебание упругой среды. Орган слуха человека в результате процесса эволюции приспособился воспринимать не все колебательные процессы, а лишь колебания, частота которых находится в пределах от 16 до 20000 Гц, т. е. от 16 до 20 000 колебаний в 1 с.

Звуковые колебания вызывают повышение и понижение давления в воздушной среде. Разность между этим давлением и атмосферным называется звуковым давлением. Уровень звукового давления определяется в логарифмических единицах — децибелах (дБ). Диапазон человеческого уха укладывается в 140 дБ. Нижней границей этого диапазона является порог слышимости, а верхней — максимальный предел громкости, не вызывающий болевого ощущения. Порог слышимости — 10 дБ, разговорная речь двух стоящих рядом людей — 50, шум на улице — 60—80, шум внутри вагона метрополитена — 90, шум реактивного самолета при взлете—130, порог болевого ощущения человека— 140 дБ.

Шум отрицательно влияет на организм человека: является причиной его частичной или полной глухоты, вызывает сердечнососудистые и психические заболевания, нарушает обмен веществ. Результаты проведенных исследований позволили определить критические величины звукового давления и максимально допустимое время его воздействия на человека: уровень шума 85 дБ человек может выдержать (без последствий) в течение 8 ч, 91 дБ — 4 ч, 97 дБ — 2 ч, 103 дБ—1 ч, 121 дБ—7 мин. При уровне шума 40—45 дБ нарушается сон у 10—20 % населения, при 50 дБ—у 50 %, а при 75 дБ — У 95 % населения.

Застройка и транспортный шум

Застройка и транспортный шум

Застройка и транспортный шум

1 — замкнутая рядовая застройка вдоль улицы;
2 — защитная полоса деревьев между транспортной магистралью и застройкой;
3 — защитные валы и озеленение;
4 — размещение перед застройкой зданий общественных учреждений;
5 — транспортные магистрали ниже уровня поверхности земли

Санитарно-гигиенические требования к жилой застройке определяют необходимость защиты населения от вредного воздействия городского шума. В зависимости от интенсивности, частотных характеристик, времени и продолжительности воздействия для различных мест пребывания человека устанавливаются определенные допустимые уровни звука в дБА (палаты больниц и санаториев — 25, жилые комнаты квартир — 30, территории больниц — 35, классы школ — 40, территории жилых микрорайонов — 45, вокзалы — 60). Данные допустимые значения уровней звука относятся к ночному времени (с 23 до 7 ч), в дневное время эти уровни увеличиваются на 10 дБА.

Принципиальные схемы распространения звука в зеленых насаждениях

Принципиальные схемы распространения звука в зеленых насаждениях

а — в результате многократного отражения шум затухает медленнее, чем на открытой ровной территории;
б — увеличение плоскости восприятия и отражения звуковых волн от ряда опушки из кустарников увеличивает шумозащитное действие;
в — двухъярусная живая изгородь увеличивает плоскость восприятия и отражения звуковых волн и обеспечивает больший шумозащитный эффект;
г — схема организации наиболее эффективной щумозащиты.

Шум города слагается из шумов различных источников и прежде всего от промышленных предприятий, транспорта, строек, работы оборудования, бытовых приборов и т. д. В городе самым распространенным и наиболее утомляющим является шум транспорта, который зависит от скорости движения и частоты остановок (с их увеличением уровень шума возрастает). При прохождении 100 автомобилей в час средний уровень шума на прилегающей к дороге территории составляет 70 дБ. Уровень шума от движения автотранспорта на улицах местного значения составляет 55— 65 дБА, на магистральных улицах -70—85 дБ А.

Шумозащитные посадки зеленых насаждений

Шумозащитные посадки зеленых насаждений

Шумозащитные посадки зеленых насаждений

а — пример плотных шумозащитных посадок смешанного типа
b — пример посадок на улице для защиты от транспортного шума;
1 — лиственные деревья высокорослые;
2 — хвойные деревья средней высоты и высокорослые;
3 — хвойные деревья низкорослые;
4 — кустарники высокие;
5 — кустарники низкие;
6 — лиственные деревья средней высоты

В целях снижения городского шума проводят специальные градостроительные мероприятия, которые дают максимальный эффект при комплексном их применении: удаляют жилые дома от проезжей части; в качестве шумозащитных экранов на магистрали размещают общественные здания, автостоянки, сооружения торгового и коммунального назначения (склады, магазины, мастерские, небольшие бесшумные предприятия); создают инженерные шумозащитные сооружения, конструкции и устройства (стены, экраны), выемки, насыпи и специальные полосы зеленых насаждений. Уменьшение шума от транспорта достигается за счет рациональной трассировки транспортных магистралей, выведения их с территории жилого района и определенного ограничения скорости движения транспорта.

Для защиты селитебных территорий от шума необходимо максимально использовать городское зеленое строительство.

Зеленые насаждения, расположенные между источником шума и жилыми домами, участками для отдыха, могут значительно снизить уровень шума. Эффект возрастает по мере приближения растений к источнику шума; вторую группу целесообразно размещать непосредственно около защищаемого объекта.

Звуковые волны, наталкиваясь на листья, хвою, ветки, стволы деревьев различной ориентации, рассеиваются, отражаются или поглощаются. Кроны лиственных деревьев поглощают около 25 % падающей на них звуковой энергии.

Снижение шума растениями зависит от конструкции, возраста, плотности посадок и кроны, ассортимента деревьев и кустарников, спектрального состава шума, погодных условий и т. д.

Номограмма определения величины снижения уровня шума полосами зеленых насаждений (автор М. М. Болховитин)

Номограмма определения величины снижения уровня шума полосами зеленых насаждений (автор М. М. Болховитин)

1 — полоса зеленых насаждений шириной 10м из лиственного ассортимента деревьев в трехрядной шахматной посадке с двухъярусной живой изгородью из кустарника;
2 — полоса зеленых насаждений шириной 15 м из лиственного ассортимента деревьев в четырехрядной шахматной посадке с опушечным рядом и подлеском из кустарника;
3 — полоса зеленых насаждений шириной 20 м из лиственного ассортимента деревьев в пятирядной шахматной посадке с пушечным рядом и подлеском из кустарника;
4 — полоса зеленых насаждений 25 м из лиственного ассортимента деревьев в шестирядной шахматной посадке деревьев с двухъярусной живой изгородью из кустарника;
5 — полоса зеленых насаждений шириной 15 м из хвойного ассортимента деревьев в четырехрядной шахматной посадке с двухъярусной живой изгородью из кустарника;
6 — полоса зеленых насаждений шириной 20 м из хвойного ассортимента деревьев в пятирядной шахматной посадке с двухъярусной живой изгородью из кустарника

При неправильном расположении зеленых насаждений по отношению к источникам звука за счет отражательной способности листвы можно получить противоположный эффект, т. е. усилить уровень шума. Это может произойти при посадке деревьев с плотной кроной по оси улицы в виде бульвара. В этом случае зеленые насаждения играют роль экрана, отражающего звуковые волны по направлению к жилой застройке.

Рядовые посадки деревьев с открытым подкроновым пространством шум не поглощают, так как между поверхностью земли и низом крон создается своеобразный звуковой коридор, в котором многократно отражаются и складываются звуковые волны. Отражение звука происходит прежде всего в зоне прямого контакта с поверхностью шумозащитной полосы и зависит от применяемой конструкции полосы и плотности фронтальной зоны, воспринимающей звуковой удар.

Лучший эффект снижения шума достигается при многоярусной посадке деревьев с густыми кронами, смыкающимися между собой, и опушечными рядами кустарника, полностью закрывающими подкроновое пространство.

Хорошо снижают шум полосы из растений с высоким удельным весом зелени (все хвойные породы в среднем на 6—7 дБ эффективнее снижают уровень шума при тех же параметрах полос, чем лиственные, но в городских условиях их применение осложняется высокой чувствительностью к загрязнению окружающей среды).

Шумозащитные свойства зеленых насаждений подробно исследовались венгерскими специалистами (Научно - исследовательский институт по дорожному транспорту — КЕТУКИ). Измерения проводились в разновозрастных лиственных (акация 3 и 36 лет), (тополь 10 лет, дуб 19 и 75 лет), хвойных (сосна 5 и 17, ель 11 лет), смешанных (дуб, сосна, граб 17 лет) насаждениях и в зарослях кустарника.

По степени шумозащитной эффективности различные насаждения располагаются в следующем порядке: сосновые, еловые, кустарниковые (лиственные разных видов) и лиственные древесные.

Шумозащитная эффективность различных насаждений (по данным КЕТУКИ, ВР)

Насаждения

Снижение уровня звука за счет зеленых насаждений по мере удаления от магистрали, дБА

50м

100м

150м

200м

250м

Лиственные древесные (акация, тополь, дуб)

4,2

6,1

8

9

10

Лиственные кустарниковые

6

9,1

11,5

12,5

14

Хвойные:
ель

7

11

12,5

14

15,5

сосна

9

12,2

14,2

16

174

Оптимальная ширина шумозащитной полосы в городских условиях находится в пределах 10—30 м. Увеличение ширины полосы не дает существенного снижения шума. Полоса шириной 10 м должна состоять из не менее трех рядов деревьев.

Деревья, посаженные в шахматном порядке (высокие деревья ближе к источнику шума) с кустарником, подлеском, снижают уровень шума на 3—4 дБ больше, чем растения в рядовой конструкции, имеющие одинаковые размеры и характеристики полос. Изучение снижения различными типами зеленых насаждений общих уровней шума от движущегося транспорта дало результаты, представленные в таблице

Эффективность снижения уровня транспортного шума полосами зеленых насаждений различной ширины, дендрологического состава и конструкции

Ширина полосы,

Характеристика шумозащитной полосы

Эффективность снижения уровня шума за полосой зеленых насаждений, дБ-А, при 70                                75

10

3-рядная посадка лист венных деревьев: клена остролистного, вяза обыкновенного, липы мелколистной, тополя бальзамического в рядовой конструкции посадок, с кустарником в живой изгороди или подлеском из клена татарского, спиреи калинолистной, жимолости татарской

11

15

4-рядная посадка лиственных деревьев: липы мелколистной, клена остролистного, тополя бальзамического в рядовой конструкции посадок, с кустарником в двухъярусной живой изгороди и подлеском из акаций желтой, спиреи калинолистной, гордовины, жимолости татарской

12

15

4-рядная посадка хвойных деревьев: ели, лиственницы сибирской в шахматной конструкции посадок, с кустарником  из двухъярусной живой изгороди из дерна белого, клена татарского, акации желтой, жимолости татарской

14

20

5-рядная  посадка лиственных деревьев: липы мелколистной, тополя бальзамического, вяза обыкновенного, клена остролистного в шахматной конструкции посадок, с кустарником в двухъярусной живой изгороди и подлеском из спиреи калинолистной, жимолости татарской, боярышника сибирского

14

20

4-рядная посадка хвойных деревьев: лиственницы сибирской, ели обыкновенной в шахматной конструкции посадок, с кустарником в двухъярусной живой изгороди и подлеском из спиреи калинолистной, акации желтой, боярышника сибирского

 

25

5-рядная посадка лиственных деревьев: клена остролистного, вяза обыкновенного, липы мелколистной, тополя бальзамического в шахматной конструкции посадок, с кустарником в двухъярусной живой изгороди и подлеском из дерна белого, боярышника сибирского, клена татарского

10

30

7 — 8-рядная посадка лиственных деревьев: липы мелколистной, клена остролистного, тополя бальзамического, вяза обыкновенного в шахматной конструкции посадок с кустарником в двухъярусной живой изгороди и подлеском из клена татарского, жимолости татарской, боярышника сибирского, дерна белого

11

Примечание. Деревья в полосах зеленых насаждений высотой не менее 7 — 8м, кустарники — не менее 1,6 — 2м.

Результаты этого исследования показывают, что наибольший эффект в снижении шума дает посадка шириной 20 м, т. е. 5 рядов хвойных деревьев и 2 ряда кустарников.

Более интенсивное снижение шума по сравнению с равномерным сплошным озеленением достигается при посадке нескольких плотных полос деревьев на таком расстоянии друг от друга, чтобы их кроны не смыкались, тогда каждый ряд деревьев с плотной живой изгородью снижает шум на 1—2 дБ А, становясь новой преградой на пути шума, экранируя его.

Создание между полосами газонов и поддержание их в хорошем состоянии позволят улучшить шумозащиту, так как они отражают звук от поверхности по сравнению с грунтом и асфальтом соответственно на 10 и 20 % меньше.

Полоса шумозащитных зеленых насаждений должна иметь оптимальную плотность, глубину и высоту (на 2 м выше условной прямой, соединяющей

Конструкции шумозащитных полос магистралей выбираются в зависимости от величины шума автотранспорта. Полоса зеленых насаждений шириной 30 м, плотностью 0,8—0,9, состоящая из 7—8 рядов лиственных деревьев (липа, тополь, клен) высотой 7—8 м с густоветвящейся плотной кроной, низким штамбом с кустарником в подлеске (бирючина, спирея) и живой изгородью высотой 1,5—2 м, может снизить уровень транспортного шума до 12 дБ.

Расстояние от тротуара магистрали до домов должно быть не менее 15— 20 м озелененной территории. В табл. 2.11 представлены распространенные в Чехо-Словакии рекомендации по защите от шума городского транспорта.

Нормы удаленности застройки от проезжей части улицы

Интенсивность движения за 1 ч

Минимальное расстояние от проезжей части до красной линии, м

без полосы саждений

при наличии

ных насаждений

100

25

15

200

50

30

300

60

35

400

70

40

500

100

50

1000

200

100

2000

400

200

Наилучшим шумозащитным эффектом обладает сформированная из деревьев и кустарников зеленая полоса, расположенная на экранизирующем барьере — земляном кавальере. При расположении магистрали в выемке целесообразно озеленить верхнюю бровку откоса.

В случае направленного шума рассеивать его могут отдельно стоящие деревья и кустарники.

Среди жилой застройки, внутри микрорайона распространены высокочастотные источники шума: спортивные, игровые и детские площадки, плескательные бассейны, хозяйственные площадки и т. д. Плотные зеленые насаждения снижают уровень, звука и в высокочастотном диапазоне, поэтому их применяют в комплексе со специальными стенками-экранами.

Нормами предусмотрены различные расстояния (м) от спортивных площадок до жилых домов при наличии и отсутствии зеленых насаждений:

 

При наличии насаждений

Без насаждений

Между зданием и волейбольной  площадкой

70

100

Между зданием и теннисной площадкой

15

20

Между зданием и футбольным полем

100

170

Для снижения уровней шума внутри микрорайонов и кварталов во дворах и на узких улицах целесообразно вместе с посадкой деревьев с густой кроной, плотного высокого кустарника и созданием травянистого покрова на всех свободных участках использовать вертикальное озеленение зданий, которое уменьшает поверхность отражения звука, увеличивая звукопоглощение стены в 6—7 раз.

Растения не только улучшают акустическую ситуацию в городе, но и служат действенным средством оздоровления городской среды, регулируя и улучшая санитарно-гигиенические и микроклиматические показатели, оказывая положительное психологическое и эстетическое воздействие.

Внешний вид и долговечность растений в шумозащитной полосе во многом определяются степенью воздействия городской среды и экологическими особенностями растений (прежде всего их дымо- и газоустойчивостью и способностью сохранить свои свойства при длительном воздействии выхлопных газов автомобилей).

На примере, приведенном на рисунке, застройка расположена у шумной автомагистрали. На прилегающей к магистрали территории находятся небольшие ремесленные предприятия и учреждения, защищенные от шума магистрали земляной насыпью зелеными насаждениями. Вторая насыпь отделяет эту полосу шумозащитных объемных сооружений от основной территории. Исследования показали, что все фасады жилых зданий подвергаются шумовому воздействию менее 60 дБА, 90 % фасадов — менее 55 дБА и 34 % не подвержены воздействию от шума автомагистрали.

Буферная шумозащитная зона вдоль автомагистрали с большим потоком движения в Гренобле

Буферная шумозащитная зона вдоль автомагистрали с большим потоком движения в Гренобле

1— автомагистраль;
2 — первый озелененный вал;
3 — здания бесшумных промышленных и складских предприятий;
4 — второй озелененный вал;
5 — коммунальные и хозяйственные учреждения;
6 — жилая застройка

Поскольку уровень шума в городах постоянно возрастает, то его следует учитывать при проектировании новых городов и планировочных районов, так как ограничение, а тем более снижение шума в сложившихся городских условиях — задача необычайно сложная.

Одной из наиболее действенных планировочных мер защиты от шума жилых зон является функциональное зонирование территории с выделением шумных промышленных и транспортных зон. Промежуточные территории могут использоваться для размещения сооружений, в меньшей степени подверженных шумовому воздействию, которые превращаются в буферные зоны, защищающие от воздействия шума.

На стадии генерального плана при расчетах можно принимать, что 1 пог. м зеленых массивов снижает уровень шума на 0,1 дБА. Эффективную шумозащиту от скоростных дорог и магистральных улиц непрерывного движения могут обеспечить только хорошо развитые зеленые насаждения в специально созданных в соответствии с градостроительными нормами и требованиями полосах.

Организация шумозащиты жилых районов, расположенных вблизи промышленных предприятий

Организация шумозащиты жилых районов, расположенных вблизи промышленных предприятий

Организация шумозащиты жилых районов, расположенных вблизи промышленных предприятий

а — вариант размещения крупного промышленного предприятия, создающего высокий уровень шума, вблизи жилого района;
б — вариант размещения новой жилой застройки вблизи крупного предприятия, создающего высокий уровень шума;
1 — промышленное предприятие;
2 — защитная зеленая зона;
3 — жилая застройка;
4 — защитная зона с нежилой застройкой;
5 — конторское учреждение;
6 — ремесленные мастерские, склады

Шумопоглощающая способность растений проявляется и зимой, даже в безлиственном состоянии они снижают уровень шума на 2 — 5 дБА. В это время года интенсивность шума несколько снижается, кроме того, площади, занимаемые озеленением, покрываются снегом, который служит пористым поглотителем шума.

Высокие экологические качества растений, приспособляемость к городским условиям, неприхотливость, цветение, аромат делают их незаменимыми при формировании полос с целью шумозащиты.

Древесно-кустарниковые породы для приобретения акустической эффективности требуют длительного времени. В связи с этим посадочный материал, предназначенный для шумозащитных полос, еще в питомниках следует формировать с широковетвистыми густыми кронами и приствольной порослью.

Насаждения и загрязнение почвы. Растение поглощает из почвы растворенные в воде питательные вещества. Чтобы определить элементы, из которых оно состоит, его сжигают. Органическое вещество сгорает, превращаясь в воду и углекислоту, азот переходит в газообразную форму, остальные минеральные элементы остаются в золе.

Растение в основном состоит из углерода — 45 %, кислорода — 42%, водорода—6,5 %, азота—1,5 %. Около 5 % составляет зола. Кислород и водород растения получают из воды, а азот — из почвы. Хотя минеральные элементы составляют относительно небольшой процент вещества, именно минеральному питанию растения из-за простоты и доступности его регулирования, а вследствие этого и возможности влиять на рост и урожай растений отводится особая роль.

Немецкий ученый Кноп установил необходимый для растений перечень минеральных питательных элементов. Он поливал растения водой из колодца, предварительно определив его химический состав и поочередно меняя относительное содержание того или иного элемента, разбавляя в воде необходимые соли. Увеличение содержания отдельных элементов в воде повлекло за собой улучшение роста растения, на некоторые оно не реагировало. Оказалось, что такие элементы, как кремний, натрий, хлор (в тех количествах, в которых они находятся в почве), не нужны растению. Необходимыми для всех растений оказались калий, кальций, магний, железо, сера, фосфор, азот. Кноп предложил раствор, названный питательной смесью, на котором растения росли, развивались и плодоносили не хуже, чем в естественных условиях.

Почвы являются составной частью биосферы, играющей важную роль в круговороте веществ в природе. В почве есть некоторые виды бактерий, которые абсолютно необходимы для поддержания циркуляции азота между воздухом и органическим веществом.

Правильность развития и воспроизводства растений в значительной степени определяется состоянием почвы. Среда современного города нарушает нормальное протекание почвообразовательных процессов. В отличие от воды и атмосферы скорость самоочищения почвы особенно в городских условиях чрезвычайно мала, поэтому в почве постоянно происходит накопление загрязнителей.

Практически во всех городах не сохранилось естественных почв, а сформировались своеобразные искусственные почвы, которые продолжают изменять свою структуру: нарушается пористость, обеспечивающая увлажнение и аэрацию, нарушается равновесие между ее составными элементами, мелкие растительные и животные организмы плохо развиваются, деградируют, гибнут, переставая выполнять важнейшие функции рыхления почвы, разложения органических веществ, их минерализации и приведения в усвояемую растениями форму, и т. д. Мощность и плодородие насыпных почв на городских территориях во многих случаях недостаточны, а относительная влажность значительно ниже, чем у естественных ненарушенных почв, что существенно влияет на развитие растений, ослабляет их и уменьшает устойчивость к загрязнителям. Эрозия почв, чрезмерное уплотнение ее поверхностного слоя способствуют быстрому высыханию и ослаблению вегетации растений. Частые механические нарушения почвенного слоя также ухудшают ее характеристики.

Большое отрицательное воздействие городской среды на почву выражается в ее загрязнении отходами деятельности человека. На поверхности почвы скапливаются загрязнители, образуется твердая корка, создаются условия, затрудняющие существование растений. Анализ состояния клетчатки в почве показал, что в самых оживленных местах города степень активности разложения клетчатки наименьшая. Прирост растительной биомассы трав на таких участках втрое меньше, чем на здоровых почвах загородных парков и лесов. Сильное загрязнение почвы происходит вследствие попадания вредных отходов промышленного производства — соединений меди, мышьяка, окисей азота и серы и других, вызывающих нарушение биологического равновесия в почве.

В последние годы во многих странах мира возникла проблема кислых дождей — поступление в почву с осадками сильных кислот (серной и азотной). В кислых почвах обнаруживается дефицит кальция, повышается мобильность токсичных ионов алюминия, ухудшается физическая структура, угнетается и совсем прекращается деятельность клубеньковых азотофиксирующих бактерий. Для повышения плодородия в почвы вносят известь, нейтрализующую почвенную кислотность и содержащую кальций, необходимый для жизнедеятельности растений.

Специалисты ФРГ считают, что ежегодное выпадение серы на территории страны в настоящее время доходит до 40—60 кг на 1 га, а в наиболее промышленном районе — Руре (Северный Рейн—Вестфалия) даже 100— 150 кг.

Поступающие в почву химические соединения делятся на вещества неорганического (железо, алюминий, медь, кальций и т. д.) и органического происхождения. Металлы в почве находятся длительное время и приводят к ' ухудшению физико-химических свойств, вплоть до ее отравления. До последнего времени ученые считали, что гибель лесов вокруг предприятий горнодобывающей и металлургической промышленности в основном произошла по вине сернистого газа* и серной кислоты. Последние полученные результаты исследований позволили выявить важную роль в этом процессе избыточного содержания в почвах тяжелых металлов (никеля, меди, цинка, кобальта и т. д.), которые, накапливаясь, оказывают как прямое (отравляющее) действие на все живое (растительность, животных, человека), так и косвенное.

В районе комбината «Североникель» наиболее фитотоксичными ингредиентами выбросов являются соединения серы и тяжелых металлов (никель, медь, кобальт). Накопление загрязнителей в растениях и почвах связано с расстоянием от источника загрязнения, положением в рельефе и направлением факелов дымогазовых эмиссий (табл. 2.12).

Содержание металлов в растениях и почвах (% на абс. сух. вещ. по И. И. Сизову, В. Ф. Цветкову)

Химический элемент

Направление и расстояние от источника загрязнения

В — 22 км

В — 2 км

ЮВ — 35 км

ЮВ — 6 км

С — 3,5 км

СВ — 4,5 км

Растения напочвенного покрова

Ni

0,0009

0,0039

0,0004

0,0096

0,0168

0,0103

Си

0,0011

0,0039

0,0011

0,0029

0,0093

0,0044

Со

0,0001

0,0003

0,0001

0,0003

0,0004

0,0004

Почвенная подстилка

Ni

0,0062

0,103

0,0179

0,1666

0,0928

0,1028

Си

0,0577

0,0419

0,0042

0,0729

0,0418

0,0434

Со

0,0004

0,0045

0,0056

0,0060

0,0025

0,0034

Полученные результаты исследований позволяют сделать вывод, что наличие в почве нескольких металлов значительно усиливает их действие. Загрязнение почвы металлами может произойти очень быстро, а вот его удаление занимает длительное время, например для уменьшения концентрации кадмия в почве всего вдвое понадобится 1000 лет. Большие проблемы ожидают ученые от постепенного «ожелезнения» поверхности земли, вызванного коррозией и износом металлических деталей и оборудования.

Характерным примером комбинированного загрязнения почвы и атмосферы является автомобиль.

Загрязнение почвы горюче-смазочными материалами приобретает в некоторых странах катастрофические размеры. Применение этилированного бензина, содержащего свинец, является причиной накопления в почве соединений свинца. Большой проблемой в городе стала судьба листопада. Закопка опавших листьев с деревьев и кустарников, растущих у автомагистралей, приводит к ежегодному поступлению свинца в почву. В то же время вывоз листвы за город приводит к возникновению зоны вторичной концентрации свинца, который может попасть в продукты питания.

Органические загрязнители почвы обладают высокой токсичностью (фенолы, анилины); и канцерогенностью (бензопирен).

В почвах крупных городов с угрожающей быстротой накапливаются химикалии, среди них ядохимикаты, применяемые для защиты растений от вредителей.

Пестициды — химические вещества, применяемые для борьбы с вредителями, защиты от болезней и сорняков, представляют серьезную угрозу для природы, вызывая целый ряд неблагоприятных последствий. В почве многие из них не разлагаются, и потому возможен их переход в ткани растений и затем в организм животных и человека. Использовать пестициды следует только в случае необходимости и в оптимальной дозе. Учитывая уже существующую повышенную химизацию городской среды, следует стремиться к полному отказу от применения химических средств защиты растений, отдав предпочтение физическим и биологическим методам.

Нарушает естественную структуру почвы чрезмерное внесение удобрений, вызывая снижение доступа кислорода к корням и влияя на эффективность поглощения растениями питательных веществ. Удобрения, не использованные растениями, вымываются из почвы в водоемы. Внесению удобрений должны предшествовать учет накопления и определение потенциальной опасности загрязнения почв.

На ход почвообразовательного процесса существенно влияет перераспределение естественного стока воды вследствие проведения на городской территории вертикальной планировки, создания водонепроницаемых покрытий, сооружения водостоков и снегоуборки.

В городских условиях только небольшая часть вредных веществ, попадающих в почву, синтезируется, окисляется и нейтрализуется, а многие химические соединения, частицы шин автомобилей, асфальтовая пыль, накапливаясь, могут ветром вновь подниматься в атмосферный воздух.

В современном благоустроенном городе все свободные от застройки и проездов территории должны быть озеленены, что сокращает возможности появления пыли.

В лесопарках с деревьев и кустарников постоянно опадают листья, хвоя, ветки, кора и т. д., создавая своеобразный верхний слой почвы -лесную подстилку, содержащую до 75 % всех питательных веществ, взятых ранее деревом из почвы. Для того чтобы питательные вещества стали доступными для корней растений, подстилке надо перегнить, а для этого процесса требуется постоянный приток кислорода, который зависит от степени уплотнения почвы. Совершенно необходимым условием сохранения лесопарков являются прокладка и благоустройство пешеходных дорожек, которые снижают уплотнение почвы вокруг деревьев.

Результаты исследований показали, что отдельные виды растений оказывают свойственное только им влияние на химический состав почвы и обладают определенной избирательной способностью поглощения загрязнителей. Умелое использование древесных растений позволяет проводить на умеренно загрязненных почвах их биологическую рекультивацию. Наиболее высокое содержание минеральных элементов в условиях загрязнения наблюдается у дуба черешчатого и липы мелколистной, в условиях слабого загрязнения — у акации белой. Наибольшее количество железа аккумулируют каштан конский, липа мелколистная, тополь Болле; меди — клен остролистный, акация белая; свинца— тополь Болле, клен остролистный.

Глубина промерзания почв в лесу в 2—5 раз меньше, чем в парке, сквере и тем более на улице, где нет лесной подстилки, где убираются листья и скашиваются травы, где почвы обеднены и переуплотнены, где нет подлеска. В городе опасность вымерзания, угнетения корневой системы растений значительно возрастает, если они расположены около тротуаров и проездов, с которых убирают снег.

Большой урон землям наносит эрозия почв. Достаточно сказать, что в СССР оврагами занято 4,5 млн. га. Кроме того, существенное значение имеют паводки, которые смывают плодородный слой почвы. Таких земель в нашей стране имеется порядка 52 млн. га. Поэтому борьбе с эрозией почв придается очень большое значение.

Производимые человеком на громадных территориях нарушения земной поверхности оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую природу. С целью ликвидации последствий. восстановления продуктивности земель. возвращения их сельскому хозяйству или лесному производству проводят биологическую рекультивацию. которая одновременно способствует поддержанию установившегося в природе соотношения составных компонентов атмосферы.

Наиболее трудоемкой задачей рекультивации является формирование рельефа с рациональным размещением пород. способным обеспечить хорошее развитие растений. создать оптимальные гидрологические и микроклиматические условия. наилучший водный режим. обеспечивающий формирование почвенного и растительного покрова. В каждом конкретном случае необходимо определение рациональной мощности насыпных слоев почвы. метода складирования. хранения и нанесения на рекультивируемые земли при минимальной потере качества.

Насаждения и загрязнения водоемов. Обострение водных проблем вызвано изменениями речного стока из-за хозяйственной деятельности человека. Агротехнические и лесомелиоративные мероприятия, урбанизация и развитие промышленности. оросительные и осушительные мелиорации привели к изменениям на десятках миллионов гектаров. причем темпы глобального водопотребления продолжают стремительно расти. Если в 1900 г. оно составляло 400 км (в том числе «безвозвратное» 270 км ). то в 1950 г.— 1100 (650). в 1975 г.—3000 (1800). а по прогнозам к 2000 г. составит соответственно 6000 (3000) км.

Водные ресурсы относятся к непрерывно возобновляемым в процессе круговорота природным ресурсам. Каждый год с поверхности земли испаряется около 525 тыс. км воды. Атмосферный пар. конденсируясь. выпадает в виде дождя или снега и питает реки. озера. ледники. подземные воды и т. д.

Активность водообмена

Части гидросферы

Объем. тыс. км

Активность водообмена. лет

Океан

1 370 000

3000

Подземные воды: в том числе

60000

4200

зоны активного водообмена

4000

330

Покровные ледники

24000

8000

Поверхностные воды суши

280

7

Реки

1.2

0.031

Почвенная влага

80

1

Пары атмосферы

14

0.027

Вся гидросфера

1 454 000

2900

В таблице приведены данные, цо которым можно судить об водообмене различных частей гидросферы. Наименьшая активность водообмена у соленых вод океана — 3000 лет. Смена речных вод проходит за 11 сут. т. е. 32 раза за год.

Десять лет назад на одного жителя земного шара приходилось 11 тыс. м . теперь из-за увеличения численности населения приходится 8.7 тыс. м . Годовая потребность в воде одного жителя современного большого города составляет 150—180 м . включая коммунальное хозяйство. полив насаждений. улиц и т. д.

В городах важная санитарно-гигиеническая роль отводится рекам. озерам и прудам. Они уменьшают загрязненность воздуха. очищают его от газов промышленного производства и пыли. Одновременно водоемы подвергаются большой опасности из-за загрязнения промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками. а также от поверхностного стока дождевых и талых вод. стекающих с проезжих частей улиц. площадей и т. д.

Промышленные сточные воды насыщены минеральными и органическими веществами. в том числе наиболее опасными — тяжелыми металлами и нефтепродуктами. которые. попадая в водоемы. отрицательно влияют на протекание в них физико-химических и биологических процессов. Некоторые токсичные вещества остаются в воде и после ее прохождения через очистные сооружения.

Хозяйственно-бытовые сточные воды даже после механической и биологической очисток не полностью освобождаются от биогенных элементов (азот, фосфор) и бактериологического загрязнения. Поэтому после станций аэрации необходимо осуществить доочистку стоков, а доочищенные стоки целесообразно повторно использовать для нужд промышленности, полива улиц, зеленых насаждений и т. д.

Для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем требуется уже после очистки 6—15-кратное, а иногда и большее разбавление чистой водой. И тем не менее доведение спускаемых сточных вод до такой концентрации, при которой обеспечена предельно допустимая концентрация (ПДК) того или иного элемента в водостоке, еще не исключает возможность попадания в водоемы биогенных веществ, которые могут вызвать нежелательные экологические последствия.

В начале 70-х годов в тысячах озер Швеции и Норвегии стала исчезать рыба. Страны Скандинавского полуострова первыми столкнулись с проблемой кислых дождей, которая в наше время уже распространилась на территории ФРГ, Англии, Бельгии, Польши, западных районов СССР, восточных районов США и Канады. В озерах Норвегии общей площадью 13 тыс. км совсем нет рыбы, а на площади 20 тыс. км ее запасы значительно сократились. В Шотландии, Дании, Германии, Чехословакии также прогрессирует закисление озер, хотя скорость процесса значительно меньше из-за распространения в этих странах карбонатных почв, нейтрализующих действие кислых дождей. На ранней стадии появления кислых дождей внешне никаких признаков неблагополучия не наблюдалось, но уже тогда начались необратимые процессы в природе. Нарушилось сложившееся тысячелетиями равновесие.

Ученые выделили три стадии закисления поверхностных вод. В первой стадии природа способна сама справиться с закислением. Вторую стадию характеризуют нестабильное равновесие и увеличивающиеся «кислые» периоды. Третья стадия представляет собой сильно подкисленную воду. Закисление воды сопровождается вымиранием микроорганизмов, рыб, развитием анаэробных процессов с выделением метана и сероводорода, причем все это происходит во внешне чистой, прозрачной воде, лишенной жизни.

Дождевая вода всего несколько десятков лет назад считалась эталоном чистоты, имела всего слабокислую реакцию из-за растворения углекислого газа с образованием слабой угольной кислоты. Теперь дожди содержат кислоты в десятки, сотни, а то и тысячи раз больше. Ученые пришли к выводу, что появление кислоты в дождях связано с растворением в дождевых каплях окислов серы и азота. Кислотные загрязнители обладают способностью скапливаться в снегу, поэтому они имеют значительно большие возможности оказать вредное воздействие на водяную экосистему в районах, где выпадает много снега, чем в малоснежных районах. Это вызвано быстрым притоком накопляемой кислоты в период таяния снега.

Осаждение кислых веществ может происходить в результате процесса влажного и сухого осаждения.

Серьезную опасность для человека представляет распространение в водах тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий), которые переносятся атмосферными потоками. Воды рек, водохранилищ и озер загрязнены неравномерно. Например, содержание ртути в реках США колеблется от 0,1 до 6 мг/л, из-за чего уже в 18 штатах введены ограничения на рыболовство. Ртуть признана наиболее токсичной из тяжелых металлов. Она имеет свойство даже спустя много десятков лет после загрязнения попадать в воду и организм ее обитателей из донных отложений, где она полностью сохранялась.

Огромный объем воды Мирового океана в целом рассеивает выносимые реками тяжелые металлы, но для некоторых регионов возрастающее загрязнение настораживает, так как уже отражается на здоровье населения, традиционно потребляющего в пищу продукцию моря.

Все большее значение имеют рассеянное загрязнение, смыв с полей органических и минеральных веществ (биогенные вещества, ядохимикаты), а также перенос загрязняющих веществ через атмосферу.

Огромные масштабы применения пестицидов приводят к загрязнению водоемов в результате прямого внесения пестицидов при обработке водоемов от вредителей, поступления воды с обработанных территорий, при сбросе отходов предприятий, изготовляющих пестициды, при транспортировке и хранении и даже через атмосферные осадки.

Накопление в почве загрязнителей влияет на химический состав грунтовых вод, их санитарно-гигиеническое состояние, ведет к тяжелым последствиям. Появились в грунтовых водах легкорастворимые токсичные соли, не встречавшиеся ранее в данной местности.

Водоемы имеют разную способность воспринимать и «переваривать» загрязняющие вещества. Хорошей самоочищающей способностью (в смысле превращения органических соединений в более простые минеральные) отличаются неглубокие реки с бурным течением. В них очень быстро происходит самоочищение сточных вод с остаточными загрязнениями в процессе движения.

Реки с медленным течением выдерживают значительно меньшие нагрузки загрязняющих веществ. Медленно происходят процессы самоочищения при низких температурах воды под ледяным покровом.

«Цветение» воды — массовое размножение водоросли — наблюдается в летнее время в малопроточных водоемах в условиях, когда в воде отмечается изобилие питательных (биогенных) веществ. Водоем можно считать биологически загрязненным, когда концентрация биомассы в воде превышает 10 мг/л. В водоеме происходит повышение биологической продуктивности экосистем.

Установлено, что ПДК для водоемов питьевого назначения недостаточны для поддержания условий жизни— обитателей акваторий, водоемов, рек. Поэтому были разработаны рыбохозяйственные нормы, а сейчас стоит вопрос о разработке экологических ПДК, которые обеспечили бы не только безвредность воды для человека, но и нормальную жизнь в водных экосистемах, а тем самым и сохранение самоочищающейся способности водных объектов.

Среди многих факторов, влияющих на состояние водоемов, особое значение имеет сообщество растений. Успешно применяется в борьбе с загрязнением водоемов тростник, который имеет развитую корневую систему, способную задерживать не только механические примеси, но и поглощать разнообразные химические соединения, используя их в процессе роста растений. Деревья, кустарники и трава способны выполнять разнообразные водоохранные функции. В местах забора питьевой воды на нужды города вокруг водозаборных станций создают зеленые охранные зоны строгого режима, способные защитить водоем от проникновения инфекции. Растения обеспечивают интенсивное поглощение почвой талых и дождевых вед, способствуя равномерному в течение длительного времени их поступлению в водоемы, предохраняя от обмеления. У всех водоемов, в том числе и малых, необходимы специальные насаждения для регулирования их водного режима. Насаждения по берегам водоемов одновременно выполняют почвозащитные, берегоукрепительные и водоохранные функции, что особенно важно на территориях, где развиты процессы эрозии почв, обвалы и разрушения склонов.

Речной сток на территории СССР в среднем в год составляет 4700 км , примерно 12 % мирового стока.

В СССР в целом существенно изменился режим рек, что связано со строительством каскадов водохранилищ суммарной площадью почти 8,5 млн. га, из которых 7,5 млн. га приходится на затопленную сушу, как правило, наиболее плодородные земли.

В 1988 г. из водных объектов, включая моря, было забрано 364,9 км воды: промышленностью — 111,8, сельским хозяйством — 222,9, коммунальным хозяйством — 24,5, прочими отраслями — 5,7. Безвозвратное изъятие стока для нужд промышленности и особенно сельского хозяйства, составившее в 1988 г. в целом по стране 182 км , приводит к .истощению рек.

Самые загрязненные водоемы на территории СССР — реки Западный Буг, Днестр, Дунай, Дон, реки и озера Кольского полуострова, нижнее течение р. Амур. Наиболее восприимчивы к антропогенному воздействию малые реки (длиной до 100 км), общая протяженность которых составляет 3,9 млн. км, или 92 % протяженности всех рек страны. На долю малых рек приходится значительная часть поверхностного стока рек СССР. Так, в РСФСР сток малых рек составляет более 1/3 суммарного многолетнего стока, а в Центральном Черноземье достигает 60—80 %.

В результате забора воды для нужд народного хозяйства годовой сток крупных рек СССР уменьшился на 17—25 %. Наиболее прогрессивный путь сохранения чистоты водоемов — переход к замкнутым циклам промышленного водоснабжения. Многократное использование воды на промышленных предприятиях позволяет отказаться от забора из водоемов более 200 км воды ежегодно. Для сравнения — среднегодовой сток Волги равен 254 км3.

Биологическое самоочищение водоема включает:

  • использование вредных веществ микроорганизмами;
  • рост и размножение зоопланктона за счет бактерий, взвешенного растворенного органического вещества;
  • развитие водорослей и стимулирование процесса фотосинтетической аэрации;
  • развитие высшей водной растительности.

Биологическая очистка сточных вод нередко осуществляется на полях орошения, где одновременно выращивают кормовые культуры или травы (костер безостый, овсяница луговая, тимофеевка луговая, клевер белый).

Теплолюбивое растение эйхорния (вид водного гиацинта), в обычных условиях быстро размножающийся сорняк в водоемах, поглощает из воды фенолы, соединения тяжелых металлов — ртути, свинца, кадмия, никеля.

Проходя через тростник, камыш, рогоз, вода в значительной степени освобождается от балластных и токсических веществ. Рогоз благодаря корневищам обладает способностью очищать от загрязнения и воду, и дно.

Камыш, тростник активно поглощают из воды органические вещества — фенол, индол, ксилол, пиридин. За 8 дней тростник удаляет из 1 л воды до 10 мг фенола. Тростник, рогоз узколистный хорошо очищают водоемы от нефти. Тростник обыкновенный поглощает из воды ДДТ. Очищают водоемы от гербицидов водяной гиацинт, рдест, зеленые водоросли. Тростник, рогоз, камыш, аир, ежеголовник извлекают из воды азот, фосфор, калий, кальций, серу. Камыш, водяной орех, рдест извлекают из воды марганец, а ряска — медь, бор.

Предохраняет воду наземных источников от загрязнения вредными веществами лес. Мутность воды после прохождения лесной полосы шириной 30 м уменьшается в 100 раз. Насаждения по берегам водоемов поглощают из поверхностных стоков пестициды, смываемые с полей.

После пропуска воды, обогащенной азотсодержащими соединениями, через 5-метровую полосу берез количество нитратного азота уменьшилось на 0,4 мг/л. Пятиметровая сосновая полоса сократила количество нитратного азота на 3 мг/л. Лесная растительность уменьшает в воде содержание фосфатов.

Сохранение в чистоте вод на территории города — сложная задача, решить которую можно только проведя сложный комплекс мероприятий градостроительного, технологического и инженерного характера.

 
 

   

Copyright © 2011