1.7. Состояние почв и растительности вблизи транспортных сооружений

1.7.1. Качество придорожных земель (почв) и методы их улучшения

Оценка загрязненности почв.

Проектные решения транспортных сооружений должны быть направлены на обеспечение естественных функций почвы вблизи транспортных сооружений. Почва является:

• жизненной основой и средой обитания человека, животных, растений и почвенных организмов;

• составной частью природного баланса, с его круговоротами воды и питательных веществ;

• средой разложения, компенсации и синтеза материальных субстанций благодаря таким свойствам, как фильтровальная способность, буферное действие и преобразование веществ, в том числе для защиты грунтовых вод;

• «архивом» истории природы и культуры.

В соответствии с нормативными документами в почве придорожной территории оценивают концентрацию свинца, кадмия, цинка, меди, нефтепродуктов, солей, ртути, мышьяка, никеля, магния, полихлорированных бифенилов, бенз(а)пирена. Кроме того, проводится микробиологический анализ почв, оценивается почвенное плодородие, изучается химический состав придорожного воздуха, элементный состав почвенных образцов. Работы по отбору проб почв обычно проводят на территории ближайшей периферии проектируемой дороги в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.01 - 83 «Охрана природы. Почва. Общие требования к отбору проб» и МУ 2.1.7.730 - 99 «Методические указания. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест». Наибольшая плотность точек отбора проб должна быть в зонах проектируемых дорожных развязок. Важной является оценка загрязнения почв тяжелыми металлами - свинцом, цинком, медью, кадмием. Величина ориентировочно допустимой концентрации (ОДК) этих металлов с учетом фоновых значений зависит от группы почв (ГН 2.1.7.020 - 94 «Ориентировочно допустимая концентрация тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, мг/кг)») и приведена в табл. 5.1.

В табл. 5.2 приведены результаты оценки агрохимических показателей плодородия почв вблизи крупной городской автомагистрали (Ленинградский проспект, Москва) и концентрация в них тяжелых металлов и солей, полученные А. В.Лобиковым.

Таблица 5.1. - Ориентировочно допустимая концентрация, мг/кг, тяжелых металлов и нефтепродуктов в разных почвах

Тип почв	Медь	Цинк	Свинец	Кадмий	Нефтепродукты
Песчаные и супесчаные	33	55	32	0,5	180
Кислые, рН < 5,5	66	110	65	1,0	-
Нейтральные и щелочные, рН > 5,5	132	220	130	2,0	-

Изменение концентрации хлорида натрия и сульфатов на поверхности почв связано с обработкой дорожного покрытия противогололедными реагентами.

Таблица 5.2. - Результаты мониторинга качества почв вблизи автомагистрали

Вещества	Единица измерения	Норма-тивные значения	Результаты измерений
			Парк	Газон раздели-тельной полосы	Придо-рожная
Агрохимические показатели плодородия почв
Водородный показатель рН	-	5,5...6,2	5,9	7,2	7,1
Сера	мг/кг	6... 12	15	17,2	26
Фосфорный ангидрид	мг/кг	150... 250	217	260	865
Оксид калия	мг/кг	150...200	213	191	307
Кальций	мг-экв./100 г	15...20	10	8,5	11
Магний	мг-экв./100 г	3...4	1,5	0,8	1,2
Органические вещества	масс, доля, %	4...8	9,3	11,8	15,3
Содержание тяжелых металлов и солей в почвах
Кадмий	мг/кг	3	0,53	0,79	0,47
Свинец	мг/кг	32	26,6	112	35,7
Цинк	мг/кг	100	71,5	316	100,2
Растворимые соли	мг/кг	-	437	973	1469

Микробиологическая активность придорожных почв оказалась достаточно высокой. О возможном преобладании анаэробных процессов можно судить по повышенному количеству сульфитредуцирующих клостридий. Концентрация этих микроорганизмов напрямую связана со способностью почвы к регенерации. Не менее важно для регенерации присутствие в почве целлюлозоразлагающих микроорганизмов, которые, однако, чувствительны к неблагоприятным изменениям среды.

Устойчивость почв к химическому загрязнению связана с ее свойствами. Плодородные почвы с высоким содержанием гумуса связывают свинец и кадмий в менее доступную для растений форму. Подкисление почвы вызывает уничтожение азотфиксирующих бактерий, отравление разрыхляющих почву организмов (дождевых червей), десорбцию питательных веществ растений, а также повреждение грибниц. Уплотнение почвы и нарушение окислительно-восстановительных условий вызывает увеличение подвижности металлов. Макро- и микроэлементный состав почвы также может менять токсичность свинца и кадмия, которые обнаруживают антагонизм при поступлении в растения с кальцием и фосфором.

Концентрации тяжелых металлов, г/м³, в почве на разном расстоянии от кромки дорожного полотна определяют по формуле

РТ,м = Р0Ь-%к„, (5.1)

где Р₀ - концентрация загрязнителя в почве вблизи кромки дорожного полотна, г/м³; L - расстояние от оси дороги, м; b - показатель рассеивания, для средней полосы России b = 0,42; k_h, k_v - коэффициенты, учитывающие возвышение проезжей части над окружающей местностью и скорость ветра.

Выпадающие на поверхность почвы тяжелые металлы, как правило, концентрируются в слое глубиной 20...50 мм, и их концентрация снижается вглубь по профилю почвы. Уровень загрязнения поверхностного слоя почвы свинцом, мг/кг, определяют по формуле

Ро = Рп№)<[РткЪ (5.2)

где Р_П - содержание свинца на поверхности земли, мг/м²; h - толщина почвенного слоя, в котором распределяются выбросы свинца, на пахотных землях h = 0,2...0,3 м, на остальных видах угодий h = 0,1 м; ρ - плотность почвы, ρ = 1 600 кг/м³; [Р _ПДК] - предельно допустимая концентрация свинца в почве, [Р _ПДК] = 32 мг/кг.

Содержание свинца на поверхности земли рассчитывают по формуле

Р _П = 0,4 k₁ U_v T _рP F , (5.3)

где k₁ - коэффициент снижения содержания в зависимости от удаленности от дороги (края проезжей части); U_v - коэффициент влияния скорости и направления ветра; принимается равным отношению площади розы ветров со стороны дороги, противоположной рассматриваемой зоне, к ее общей площади; Т_р - расчетный срок службы дороги, Т_р = 7 300 сут; Р_т - интенсивность выделения свинца транспортным потоком, мг/(м • сут); F - фоновое загрязнение поверхности, мг/м².

Значения коэффициента снижения содержания тяжелых металлов k₁ в зависимости от удаленности L от дороги принимают следующими:

L, м .	10	20	30	40	50	60	80	100	150	200
k1 ……	0,5	0,1	0,06	0,04	0,03	0,02	0,01	0,005	0,001	0,0002

Интенсивность выделения свинца транспортным потоком определяется по формуле

(5.4)

где К₀, К_В - коэффициенты учета соответственно оседания свинца в системе выпуска двигателей АТС и выброса свинца в виде твердых частиц, К₀ = К_В = 0,8; m_v - коэффициент влияния скорости движения на выбросы, определяется графически (рис. 5.1); G_i - расход топлива АТС i -й марки, л/км; N_i Р_i - концентрация соединений свинца в бензине, в неэтилированном Р_i < 0,018 г/кг [13], в этилированном Р_i < 0,23 г/кг (ГОСТ Р 51313 - 99 «Бензины автомобильные. Общие технические требования»); N_i - среднесуточная интенсивность транспортного потока, авт./сут.

Расчеты концентраций свинца в почве проводят для всех участков дорог, отличающихся условиями движения, и сравнивают с предельно допустимыми значениями. При превышении ПДК необходимо использовать методы и средства инженерной защиты почв.

Приведенная выше методика разработана в начале 1970-х гг., когда в автомобильных двигателях использовали в основном этилированные бензины. В последнее десятилетие объемы производства этилированных бензинов постоянно снижаются, и с 2003 г. на территории России запрещено их производство и использование. Снижается соответственно загрязнение почв свинцом. Поэтому значения концентрации, полученные по формулам (5.2) - (5.4), оказываются значительно завышенными по сравнению с результатами натурных наблюдений. Так, измерения, выполненные на Московской кольцевой автомобильной дороге (МКАД), показали, что сверхнормативное загрязнение почвы свинцом регистрируется только на расстоянии 10 м от дороги. Поэтому основным методом, позволяющим оценить содержание свинца в почве придорожной территории, до появления адекватной расчетной методики должны быть измерения.

Концентрацию в почве других металлов (никель, кобальт, хром, цинк, медь, кадмий), которые также фиксируют по результатам измерений на придорожных территориях, можно оценить по полученным значениям концентрации свинца в почве. По данным В. П. Подольского и В. Г. Артюхова, наблюдаются устойчивые соотношения между содержанием свинца и других металлов в почвах придорожной полосы (табл. 5.3) .

Таблица 5.3. - Содержание тяжелых металлов в почве придорожной полосы

Типы почв	Никель	Кобальт	Хром	Цинк	Медь	Кадмий
Фоновая концентрация тяжелых металлов, мг/кг
Серые лесные	35	12	55	60	18	0,20
Черноземы	45	25	65	68	25	0,24
Отношения концентрации тяжелых металлов к концентрации свинца
Серые лесные	0,82	0,52	3,1	1,8	0,40	0,0028
Черноземы типичные	0,80	0,38	3,3	2,0	0,45	0,0035
Черноземы обыкновенные	0,86	0,38	3,5	1,9	0,40	0,0032
Среднее значение	0,83	0,43	3,3	1,9	0,42	0,0032

Степень техногенного загрязнения почв химическими веществами можно оценить по коэффициентам концентрации загрязняющих веществ К_с и суммарному показателю загрязнения Z_с. Коэффициент К_с определяют по формуле

Кс=^, (5.5)

где Р_факт, Р_фон - фактическая и фоновая концентрация химического вещества в почве (см. табл. 5.1).

Суммарный показатель загрязнения Z_с определяют как сумму коэффициентов загрязнения отдельными веществами:

Z_с = L,Ка. (5.6)

Степень опасности загрязнения почв веществами оценивается по данным табл. 5.4.

Таблица 5.4. - Значения суммарного показателя загрязнения Z_с для разных уровней загрязнения почв

Уровень загрязнения	Степень загрязнения	Zс
1	Допустимая	Менее 2
2	Слабая	2...8
3	Средняя	8...32
4	Сильная	32... 64
5	Очень сильная	Более 64

Мероприятия по сохранению качества почв.

Для сохранения качества почв на придорожной территории производят их обработку, которая предусматривает создание благоприятного водно-воздушного и теплового режимов почвы путем измельчения верхнего слоя и изменения его структурного состояния; улучшение питательного режима почвы; борьбу с засоренностью почвы.

Важнейшие мероприятия по сохранению качества почв включают в себя:

• снятие и использование плодородного почвенного слоя для последующей рекультивации земель, нарушенных при строительстве транспортных сооружений;

• укрепление откосов засевом трав (крутых откосов - георешетками, матрасами Рено), что позволяет исключить процессы водной и ветровой эрозии почв;

• использование зеленых насаждений, которые способствуют уменьшению распространения веществ, загрязняющих почву;

• организация вдоль дороги ливнеотвода, исключающего прямой сброс ливневых вод на рельеф местности и тем самым попадание в почву загрязняющих веществ;

• использование более совершенных технологий борьбы с зимней скользкостью (применение увлажненной соли, солевых растворов, упреждающая обработка дорожного покрытия по уточненным метеопрогнозам), позволяющих снизить загрязнение почв хлоридами;

• реконструкция мелиоративной сети, предусматривающая, в частности, перенос граничных с дорогой мелиоративных каналов и канав за пределы зоны сверхнормативного загрязнения почв;

• минимизация протяженности временных дорог и площадей, временно отводимых на период строительства земель;

• удаление несанкционированных свалок, существовавших ранее на полосе отвода дороги;

• очистка почв, загрязненных нефтепродуктами, биопрепаратами.

Уменьшение загрязнения почв вредными веществами можно добиться концентрированным отводом и очисткой поверхностного стока, разбивкой зеленых насаждений, устройством валов рядом с проезжей частью для защиты почвы смежных участков. При высокой загрязненности придорожной полосы тяжелыми металлами, осложняющей произрастание требуемых видов растительности, необходима мелиорация. Для очистки загрязненных микроэлементами почв используют способы защиты растений, основанные на выщелачивании легкоподвижных элементов и переводе микроэлементов в почве в трудноподвижные формы. Рекультивацию загрязненных тяжелыми металлами почв обычно производят гашеной известью и фосфатами с добавкой органических веществ. Кроме того, существуют механические способы мелиорации почв: перемешивание загрязненного верхнего слоя с незагрязненным грунтом, засыпка свежего грунта поверх загрязненной почвы или удаление верхнего загрязненного слоя.