2. Влияние дорожного инженерного сооружения на окружающую природную среду

Строительство автомобильной дороги неизбежно приводит к изменению ландшафта. Ее воздействие может быть прямым и косвенным. Косвенные воздействия (также известные как вторичные, третичные и цепные воздействия), связанные со строительством автомобильной дороги, могут иметь более сильное влияние на окружающую среду, чем прямые воздействия. Косвенные воздействия сложнее подвергнуть количественной оценке, но они могут быть более опасными и распространяться на значительные площади территории. В результате могут проявляться следующие последствия:

- деградация качества поверхностных вод от эрозии почвы, расчищенной в результате строительства дороги, неправильно спроектированной системы дренажа, проходящей через водораздел дороги;

- синергический эффект, который может закончиться деградацией или разрушением экосистем (ухудшение водного регулирования и фильтрующей способности почвы из-за строительства дороги или структуры экосистемы, когда размещение новой дороги через лес ведет к внутренней миграции видов).

Кроме того, автомобильные дороги, пересекающие бассейны дренажа, изменяют естественное течение поверхностной воды, концентрируя ее в некоторых точках и увеличивая скорость потока. Строительство дороги может менять и уровень грунтовых вод (рис. 1) [1].

Рис. 1. Изменение уровня грунтовых вод в результате дорожного строительства:

а - насыпь; б - выемка;

▬ - уровень грунтовых вод

В черте города на состояние экосистем придорожной полосы заметное влияние оказывают совсем другие компоненты техногенного воздействия. К ним относятся:

- тепловые аномальные поля, связанные, в основном, с инженерными коммуникациями;

- подтопление территории города, в том числе связанное с утечками из подземных водонесущих коммуникаций;

- пылевые загрязнения снегового покрова - уникальная депонирующая среда, свидетельствующая о загрязнении воздуха, растительности, а после таяния снега - почв и поверхностных вод, формирующих условия произрастания растений;

- асфальтобетонное покрытие улиц и площадей, препятствующее нормальному воздухо- и влагообмену в местах посадки и роста деревьев;

- нарушение травянистого покрова и его обеднение, следствием чего является снижение уровня численности энтомофагов и других представителей полезной энтомофауны в городских фитоценозах;

- освещение города в ночное время, которое, изменяя поведение многих видов насекомых-фитофагов, способствует их перераспределению и скоплениям в пределах зеленых насаждений, что нередко приводит к сильному повреждению последних [2].

В результате перечисленных процессов происходит изменение в экосистеме, нарушается ее устойчивость. Однако этим антропогенное воздействие не ограничивается. В результате сжигания топлива растет концентрация свинца в почве и воздухе; истирание протектора шин и тормозных колодок приводит к загрязнению почвы кадмием, асбестом; оксиды серы и азота поступают в атмосферу, образуя кислотные дожди, подкисляющие почву и растворяющие восковой защитный слой хвои и листвы. Вообще, химическое загрязнение воздуха оказывает очень разностороннее действие на придорожную экосистему. Так, загрязнение одной лишь пылью может оказывать следующие эффекты на растительность:

- закупорку устьиц, нарушающую воздухо-, влаго- и теплообмен;

- высасывание из листьев воды, что приводит к их усыханию;

- нарушение нормального хода фотосинтеза в результате более сильного отражения солнечного света, необходимого для этого процесса;

- перегрев листьев, изменение водного и теплового баланса растений в результате поглощения инфракрасного излучения.

Согласно данным ряда исследователей [3, 4], на придорожной территории формируются особые зоны, вплотную примыкающие к бровке земляного полотна и имеющие обычно ширину до 10 м. В этих зонах проявляется так называемый «краевой» эффект воздействия транспортных средств на экосистемы и особенно на биоту. Он состоит в полной деградации растительного покрова в результате сильного техногенного давления. Ширина зоны «краевого» эффекта, как правило, увеличивается по мере удлинения срока эксплуатации автомобильной дороги. Данные предварительных измерений состояния фотосинтетического аппарата насаждений липы, находящихся на различном расстоянии от проезжей части Ломоносовского проспекта в Москве, показали, что эффективность фотосинтеза значительно снижена у деревьев, произрастающих вблизи проезжей части, и постепенно возрастает до нормальной величины (около 80%) на расстоянии 25 м от проезжей части [5].

Аккумуляция по обочине дорог солей также создает «краевой» эффект на ширине 1-3 м. Повреждение придорожных посадок не наблюдается в местах с обеспеченным водоотводом. Дело в том, что изменение состояния почв происходит в результате просачивания рассола в зоны расположения растительности до 6-8 м от проезжей части дороги. Следует отметить, что повышенное содержание солей не оказывает слишком вредного влияния на растительность, достаточно удаленную от проезжей части (не ближе 3-4 м), хотя она и становится менее пышной. Вероятность гибели деревьев тоже существенно снижается, если они посажены не ближе 9 м от кромки проезжей части [5]. Причем повреждение растительности солями снижается на плодородных почвах, особенно богатых фосфатами. Менее угнетающее действие хлориды оказывают на растения, высаженные на легких песчаных и супесчаных почвах. Этому способствуют особенности физико-химических свойств легких грунтов: большая пористость, хорошая водопроницаемость и воздухообеспеченность. Накопление ионов хлора в суглинистых грунтах происходит в 2-3 раза быстрее, чем в супесях.

Таким образом, уровень воздействия дороги на близлежащую территорию зависит не только от интенсивности транспортных потоков, но и от природно-климатических условий. Воздействие природно-климатических условий обсуждается в литературе значительно реже и требует более детального описания.

Природно-климатические условия - это комплекс факторов, изменяющихся в зависимости от природной зоны и оказывающих определенное влияние на биосферные процессы. Одним из наиболее важных среди этих факторов являются почвенные условия. Следует отметить, что учитываемые при строительстве дороги свойства грунта значительно отличаются от экологических характеристик почвы. Устойчивость почв к химическому загрязнению напрямую связана с ее свойствами. Плодородные почвы тяжелого механического состава с высоким содержанием гумуса связывают, к примеру, тяжелые металлы в менее доступную для растений форму. Уплотнение почвы и нарушение окислительно-восстановительных условий, увеличение кислотности или щелочности приводит к возрастанию подвижности тяжелых металлов. Макро- и микроэлементный состав почвы также может менять токсичность, например, свинца и кадмия, которые обнаруживают антагонизм при поступлении в растения с кальцием и фосфором [6].

Важно отметить, что повышение концентрации в почве тяжелых металлов не всегда приводит к отрицательному воздействию на придорожные экосистемы, так как некоторые из них участвуют в физиологических процессах и необходимы живым организмам. Токсичное действие этих элементов начинается только при возрастании их концентрации выше оптимальной. Данная зависимость проиллюстрирована на рис. 2 [6].

Рис. 2. Воздействие микроэлементов нарост и развитие растений:

а - жизненно необходимые микроэлементы; б - микроэлементы, не имеющие жизненно важного значения

Наиболее загрязненными, как правило, являются городские почвы. Например, в Москве, в районе Фрунзенской набережной, содержание Рb в почве составляет около 900 мг/кг, в то время как в начале текущего столетия его концентрация в столичных почвах равнялась всего лишь 6 мг/кг (территория Лесной опытной дачи Московской сельскохозяйственной академии) [7].

Учитывая агрессивные условия среды на придорожной территории, необходимо по возможности снижать интенсивность миграции загрязнителей в экосистеме, локализовав их в почвенной среде. Это может быть достигнуто увеличением буферной способности почвы. Для сохранения жизнеспособности экосистемы в целом необходимо также улучшать почвенное плодородие. Обе цели могут быть достигнуты внесением органических и минеральных удобрений, известкованием, регуляцией водного и воздушного режима почвы. Однако свойства почвы существенно меняются в зависимости от природно-климатической зоны, следовательно, меняются и экологические характеристики почвенной среды, а вместе с ними и методы их улучшения.

Таким образом, знание состава почвы, ее свойств и происходящих в ней физико-химических, химических и биологических процессов важно для понимания устойчивости придорожной экосистемы в целом. В связи с этим необходимо более подробно рассмотреть некоторые характеристики и отличительные особенности различных типов почв.

Важная экологическая характеристика почвы - механический состав. Он характеризует ее плодородие и устойчивость к антропогенному воздействию. От механического состава почв зависит ее плотность, порозность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, воздушный и тепловой режимы и другие, а также технологические особенности почвы (твердость, липкость, крошение пласта при вспашке). Знание механического состава почв необходимо для решения вопросов, связанных с созданием защитного озеленения (подбором почвообрабатывающих орудий, размещением культур, определением глубины внесения семян и удобрений, установлением сроков и способов полива).

В каждой почве содержится несколько механических фракций: «физический песок» - частицы крупнее 0,01 мм; «физическая глина» - частицы мельче 0,01 мм. Все частицы крупнее 1 мм называют скелетной частью почвы, а мельче 1 мм -мелкоземом. В зависимости от соотношения разных фракций выделяют почвы различного механического состава (табл. 1) [8].

Таблица 1