Мониторинг экологического состояния агроландшафтов в зоне влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники (на примере Рязанской обл.)

Актуальность исследований Одной из актуальных экологических проблем планеты в последние десятилетия является увеличение выбросов автотранспорта и другой мобильной техники в атмосферу, с которыми в окружающую среду поступают тяжелые металлы, полиароматические углеводороды, оксиды углерода, азота, серы, сажа и другие токсичные соединения. При этом нарушается биотический круговорот, наносится ущерб здоровью населения, флоре, фауне, снижается устойчивость и продуктивность природных и природно-антропогенных экосистем.

В России значительные площади агроландшафтов подвергаются влиянию выбросов транспорта. Среди них большую долю занимают экосистемы, расположенные вдоль дорог, а также пахотные земли, из-за проведения на них сельскохозяйственных операций.

В Рязанской области площадь земель сельскохозяйственного назначения составляет более 60% территории области, из которых 2% заняты дорогами. В то же время, по данным природоохранных организаций г. Рязани, доля выбросов транспорта составляет 50% в суммарном объеме выбросов в атмосферу и увеличивается с каждым годом, что способствует прогрессирующей деградации почвенного покрова, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции.

В создавшейся ситуации необходимы комплексные мониторинговые исследования экологического состояния агроландшафтов, подверженных влиянию выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники, выявление приоритетных загрязнителей, масштабов их распространения в окружающей среде и оценка степени влияния токсикантов на компоненты биоценоза.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований — проведение мониторинга экологического состояния агроландшафтов в зоне влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники (на примере Рязанской области).

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: -оценить степень влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники на загрязнение атмосферного воздуха в агроландшафтах, выявить приоритетные загрязнители, масштабы их распространения и воздействия на компоненты биоценоза;

— оценить экологическое состояние почв агроландшафтов, попадающих под влияние выбросов транспорта на автотрассах с различной интенсивностью движения;

— экспериментально изучить влияние выбросов дизельного двигателя на экологическое состояние темно-серой лесной почвы;

— провести эколого-экономическую оценку применения альтернативных видов топлива в качестве одного из факторов, снижающего негативное воздействие выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники на агроландшафты.

Научная новизна работы заключается в определении влияния выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники на экологическое состояние агроландшафтов. Впервые установлены:

— зависимость биологической активности серой лесной почвы придорожных экосистем от расстояния до автомагистралей с различной интенсивностью движения и концентрации токсикантов в почве и атмосферном воздухе;

— экологическое состояние темно-серой лесной почвы под влиянием выбросов дизельного двигателя. Практическая значимость.

Установленные в ходе исследований размеры санитарно-защитных зон для агроландшафтов, подверженных влиянию выбросов транспорта, могут быть использованы при проектировании полей севооборота в придорожной зоне. Выявленные зависимости биологической активности серой лесной почвы от расстояния до автомагистралей, концентрации токсикантов в почве и атмосферном воздухе могут быть использованы при проведении мониторинга экологического состояния агроландшафтов в зоне влияния выбросов транспорта.

Положения, выносимые на защиту.

Разработанный комплексный методический подход к изучению и оценке взаимосвязей в системе атмосферный воздух-почва-биоценоз под влиянием выбросов транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники в агроландшафтах позволил установить:

— перечень приоритетных токсикантов и масштабы их распространения в атмосферном воздухе, почве;

— зависимость между расстоянием до дороги и биологической активностью почвы;

— показатели экологического состояния темно-серой лесной почвы под влиянием выбросов дизельного двигателя.

Апробация работы.

Материалы диссертации использовались при выполнении работ по хоздоговорной тематике на тему: «Экологическая оценка почвенно-биотического комплекса земель сельскохозяйственного назначения и водных экосистем рязанской области», договор 11−2004 от 1.04.2004 в соответствии с планом НИР РГСХА.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедр «Технической эксплуатации транспорта» и «Агроэкологии, с.х. мелиорации и защиты растений» РГСХА им. П. А. Костычева, на научно-практических конференциях РГСХА (Рязань, 2003, 2004, 2005 гг.), молодежном форуме «Агробиотехнологии и экологическое земледелие (Владимир, 2005), международной научно-практической конференции «Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья» (Курск, 2005), международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии земледелия» (Курск, 2005), на V международной конференции молодых ученых и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (Курск, 2005). По материалам диссертации опубликовано 4 научные статьи.

Структура и объем диссертации

.

Содержание работы изложено на 147 страницах машинописного текста. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Материалы диссертации проиллюстрированы 25 таблицами и 16 рисунками. Библиографический указатель содержит 138 источников, в том числе 20 иностранных.

ВЫВОДЫ.

1. Выбросы транспорта и мобильной сельскохозяйственной техники оказывают значительное влияние на экологическое состояние агроландшафтов Рязанской области, являясь источниками загрязнения атмосферного воздуха, почвы, растительного покрова. Токсичному влиянию подвергаются сельскохозяйственные территории, расположенные вдоль автодорог, а также пахотные земли в связи с проведением на них сельскохозяйственных работ.

2. Приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха, являются вещества, обладающие эффектом суммации: диоксид азота (NO2) и диоксид серы (SO2), содержание которых в приземном слое атмосферного воздуха превышает санитарно-гигиенические нормативы до 3,07 ПДК, биосферные — до 10 ПДК.

3. Загрязнение почв придорожных территорий вдоль автотрасс в агроландшафтах Рязанской области находится на среднем и низком уровнях. Приоритетными загрязнителями являются тяжелые металлы, преимущественно цинк, медь, концентрация которых в почве составляет от 1 до 3 ПДК. Коэффициент превышения фона (Кс) составляет от 1,08−11,9 по Zn- 0,5−3,07 — по Си- 1,08−1.41 -поРЬ- 1,88−3,7- по Cd.

4. Установлено, что под влиянием выбросов транспорта происходит изменение агрохимических показателей почвы:

— значения pHKCi и К20 снижаются с увеличением расстояния до автомагистрали и на расстоянии 100 метров достигают фоновых значений;

5. Под влиянием выбросов транспорта в агроландшафтах снижается микробиологическая активность почвенно-биотического комплекса, уменьшается количество дождевых червей в верхнем слое почвы, что связано с повышенными концентрациями тяжелых металлов в почве и веществ группы суммации (диоксида азота и диоксида серы) в приземном слое атмосферного воздуха (значения, коэффициента корреляции достигали 0,99). Численность червей на 1 кв.м. серой лесной почвы более 100 штук характеризует средний уровень биологической активности.

6. Величина безопасного расстояния до автомагистрали, на котором концентрация токсикантов (ТМ в почве, диоксида азота и серы в приземном слое атмосферного воздуха) достигает значений нормативов, зависит от интенсивности движения и варьирует от 10−50 метров на дорогах с интенсивностью движения до 10 тыс. авт./сутки движения, до 100 метров и более на дорогах с интенсивностью движения более 16 тыс. авт./сутки.

7. Одним из мероприятий, снижающих токсичное влияние выбросов двигателей внутреннего сгорания на экологическое состояние агроландшафтов, является перевод мобильной техники, в том числе тракторов, на экологически более чистое топливо — компримированный (сжатый) природный газ. В диссертационной работе проведена сравнительная эколого-экономическая оценка выбросов трактора К-701 с ГБО при его работе в дизельном и газодизельном режимах. Анализ результатов показал, что использование газового топлива для тракторов в сельскохозяйственном производстве позволяет снизить количество выбросов диоксидов азота и серы в от 2−12 раз, при этом экономическая эффективность составляет 76,4%.