Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Средозащитная роль лесных полос вдоль железных дорог степной зоны Северного Кавказа

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Средозащитная роль лесных полос вдоль железных дорог степной зоны Северного Кавказа"

На правах рукописи

\

СЕРДЮКОВ Александр Валентинович

' \

СРЕДОЗАЩИТНАЯ РОЛЬ ЛЕСНЫХ ПОЛОС ВДОЛЬ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ СТЕННОЙ ЗОНЫ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА

Специальность: 11. 00, 11.- «Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

АВТОРЕФЕРАТ

Новочеркасск - 1997

Работа выполнена на кафедре экологии и лесных мелиораций Новочеркасской государственной мелиоративной академии

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ, В.М. Ивонин.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.Г. Зыков,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.В. Полуэктов.

Ведущая организация - Ростовская дистанция защитных лесонасаждений СКЖД.

Защита диссертации состоится 1997 года в ^^ ча-

сов на заседании диссертационного совета К 120.76.01 Новочеркасской государственной мелиоративной академии по адресу: 346409, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Пушкинская, 111, аудитория 236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью пред приятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 1997 г

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат сельскохозяйственных наук,

профессор, заслуженный мелиоратор РФ Г.Н. Мартыненко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется техногенным загрязнением среды в районах железных дорог, которое обусловлено: потерями перевози- . мых грузов (минерального сырья, кислот, нефтепродуктов, токсичных отходов промышленности и др.); активизацией загрязняющих веществ, накопленных в балластных призмах при их очистке; образованием несанкционированных свалок твердых бытовых отходов (ТБО) и твердых промышленных отходов (НТО) вблизи станций; просыпанием остатков минерального сырья, не вы--бранного грузополучателями, при движении порожняков на перегонах и в местах очистки вагонов. Рассеиваясь вдоль путей и вокруг станций поллютан-ты способствуют возникновению повышенных (над фоном) и аномальных концентраций тяжелых металлов в депонирующих средах (снежный покров, почвы, растения). Аналогичная картина наблюдается и при формировании зон повышенной активности радионуклидов в почвах, шумовом загрязнении среды и Др.

В России объем выбросов вредных веществ в атмосферу от транспортных средств и предприятий транспортно-дорожного комплекса только в 1991 г. составил 35 млн. т.

На железнодорожном транспорте придают большое значение развитию системы природоохранных мероприятий. Однако при этом не учитывают загрязняющего воздействия на окружающую (природную) среду подвижного состава, несмотря на то, что имеются сведения о загрязнении почв чугуном, при истирании тормозных колодок.

В настоящее время лесные насаждения, расположенные вдоль линий железных дорог, рассматриваются как основное средство защиты пути от неблагоприятных природных явлений.

Эти функции лесных полос подробно описаны в публикациях А.Х. Хргиана, М.Т. Членова A.A. Поветьева, Н.Т. Макарычева, В.А. Чиркова и др.

В Северо-Кавказском регионе России роль лесных насаждений в защите железнодорожных путей .от оползней исследована М. Фисуном.

Однако средозащитная роль лесонасаждений вдоль линий железных дорог должным образом не оценена. Хотя имеются фундаментальные исследо вания средозащитной роли лесов и лесных насаждений, описанные в работа? Г.Ф. Морозова, Г.Н. Высоцкого, В.Н. Сукачева, A.A. Молчанова, Д.Л. Арман да, У.Х. Смита, A.C. Козменко, A.B. Альбенского, Г.П. Сурмача, В.Н. Вино градова, Е.С. Павловского, В.И. Петрова, Н.К. Суса, М.И. Долгилевича, Н.П Калшшченко И.Г. Зыкова, В.М. Ивонина, Г.Я. Маттиса, Е.В. Полуэктова и др.

Основные положения, понятия и практические рекомендации по локали зации и снижению уровня загрязнения тяжелыми металлами земель полос от вода железных дорог и прилегающих к ним территорий с помощью лесно] растительности представлены в Технических указаниях МПС.

Эти указания составлены для районов массовых перевозок минерально го сырья и нуждаются в региональном уточнении. Кроме того, нами не обна ружено литературных сведений о влиянии лесных насаждений вдоль желез ных дорог на изменение активности радионуклидов в почвах. Шумовое зг грязнение среды и его воздействие на население изучено недостаточно.

Исследования в этом направлении велись в 1993-1996 гг. по тема] № 089 и 134 темплана НИЧ НГМА.

Цель и задачи исследований заключались в выявлени средозащитной роли придорожных лесных полос степной зоны вдоль путей сооружений СКЖД. Для достижения поставленной цели были исследован следующие вопросы:

- провести лесоводственно-таксационную оценку придорожных лесных н; саждений;

- исследозать роль лесных насаждений в защите от техногенного загрязнет среды;

- определить шумозащитную роль лесных насаждений вдоль железнодорожных путей.

- классифицировать лесные насаждения по ведущим средозащитным функциям и провести их экономическое обоснование.

Научная новизна исследований заключается в оценке средоза-щитной роли лесных насаждений степной зоны Северного Кавказа; установлении зон повышенного (над фоном) загрязнения депонирующих сред; уточнении особенностей структуры и классификации лесных насаждений железнодорожного транспорта по ведущим средозащитным функциям.

Практическая значимость работы заключается в уточнении породного состава защитных лесных полос региона; рекомендациях по хозяйственному использованию полос отвода вдоль железнодорожных путей; в методике проверки шумозащитной достаточности существующих и проектирован™ новых лесных полос; в разработке мероприятий по усилению средоза-щитной роли лесных насаждений вдоль линий железных дорог региона.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается большими объемами экспериментального материала, получением уравнений регрессии, характеризующихся тесными связями.

Производственная проверка результатов исследований проведена в насаждениях Ростовской дистанции защитных лесонасаждений СКЖД (ПЧЛ-1). Данные исследований использованы: при составлении Технических Указаний по усилению средозащитной роли лесных насаждений вдоль линий железной дороги степной зоны Северного Кавказа, одобренных НТС Дистанций защитных лесных насаждений СКЖД (протокол № 1 от 4 апреля 1996 г.); результаты исследований внедрены в учебный процесс НГМА (практикум по дисциплине «Экология и охрана природы», 1997).

Апробация работы проведена нанаучно-практических конференциях НГМА (Новочеркасск, 1993, 1994, 1995 и 1996 и 1997 гг.), на Всероссийской научно-методической конференции по безопасности жизнедеятельности

человека, (НГТУ, Новочеркасск 1994 г.), на Российской научно-технической конференции «Промышленная экология и безопасность в современных технологических процессах» (Москва, 1994 г.), на Российской научно-практической конференции "Опыт и перспективы развития ресурсосберегающих технологий и охрана окружающей среды на предприятиях" (Санкт-Петербург, 1995 г.), на региональной научно-практической конференции «Биотехнология и производство экологически чистой продукции сельского хозяйства» (Дон ГАУ Пср-сиановка, 1994 г.), на конференции молодых ученых по проблемам экологии (РИНХ, Ростов-на-Дону, 1996 г.).

По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, отражающих ее содержание.

Структура и объем работы характеризуются следующими показателями:

диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации 250 страниц, в т.ч. 46 рисунков, 38 таблиц и 68 приложений. Список использованных источников включает 218 наименований в т.ч. 17 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В период создания, железным дорогам наносился большой ущерб от

снежных и песчаных заносов, особенно в степной зоне. В связи с чем в конце XIX в. по инициативе Н.К. Срединского на железнодорожном транспорте начались массовые лесокультурные работы. В настоящее время насаждения на железных дорогах выполняют функции инженерных сооружений для обеспечения бесперебойного движения поездов, повышения пропускной способности дорог.

Методика и условия проведения исследований

Закладку временных пробных площадок в насаждениях различного возраста, состава и структуры (строения) проводили в соответствии с ОСТ 5669-83 и с учетом особенностей таксации тонкомерного леса по П.М. Изюм-скому.

Санитарное состояние лесных полос вдоль железных дорог изучали согласно Методических указаний по обследованию памятников природы и государственных природных заказников с учетом классификации В.М. Ивонина о выделении стадий дигрессии защитных лесных насаждений по индикационным признакам.

В лесных насаждениях и на открытых участках закладывали полнопрофильные почвенные разрезы, из которых после морфологического описания отбирали образцы почв для определения их водно-физических и химических свойств.

В ходе исследований отбирали образцы снега и почв в точках на расстоянии 5, 35, 65, 100 и 250 м от железнодорожной насыпи с подветренной стороны на открытых и лесомелиорированных участках пути. Для получения средних значений концентраций поллютантов каждый образец состоял из нескольких порций, отобранных в разных (20-22 шт.) точках на одинаковом расстоянии от железнодорожного полотна. Образцы древесной растительности (Вз(г), А=8-10 лет, <113=8 см, Ьср^7 м, Уср = 0,023 м3) отбирали на участках с различным уровнем загрязнения и озоляли. После подготовки в пробах определяли содержание трудноподвижных форм тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом на двухлучевом спектрофотометре фирмы Перкин-Элмер - 503. Подвижные формы элементов определяли в буферной аммоний-но-ацетатной вытяжке. Определение активности радионуклидов в образцах проводили гамма-спектрометрическим методом.

Шумозащитную роль придорожных лесных полос изучали на экологических профилях, под прямым углом пересекающих насыпь железнодорожного пути и лесные насаждения шириной 20, 30, 40, 50, 60 м (о дно ленточные), а также 65 и 40 м (многоленточные). Замеры уровня шума проводили на расстояниях от железной дороги 35 (во всех случаях путевая опушка), 40, 60, 80 и 100 м. Измерения проводили также на открытых участках пути на расстояниях

20, 40, 60, 80, 100, 200, 300, 400 и 500 м от источников шума (пассажирские, грузовые поезда и пригородные электропоезда).

В исследованиях использовали измеритель шума и вибрации со стрелочным индикатором уровня звука ВШВ-003, прошедший гос. поверку, соот-" ветствующий ГОСТу 17187-81. Определения уровней шума с корректировкой по шкале "А" стандартного шумомера вели в сухую погоду при скоростях ветра не более 5 м/с с размещением микрофона на высоте 1,5 м над уровнем земной поверхности. На выбранных участках пути составы двигались с постоянной скоростью.

Экономическую эффективность различных типов 3JIH у железных дорог определяли с использованием методики A.C. Быстрова и др., В.М. Ивони-на и др.

Исследования средозащитной роли лесных полос вдоль железных дорог проводили на юго-востоке Русской равнины в пределах Ростовской области - Донсцко-Донская равнина и Донецкий кряж. Самая высокая точка здесь имеет отметку 286 м. В районе исследований ведется разработка месторождений полезных ископаемых и осуществляются интенсивные перевозки минерального сырья, каменного угля, нефтепродуктов и т.п. Преобладающие почвы - обыкновенные черноземы. Грунтовые воды (глубина 5-20 м) имеют минерализацию 1-3 г/л. Реки, которые пересекаются железной дорогой, являются типично равнинными. Среднемноголетнее значение годовой суммы осадков в районе наших исследований составляет около 470 мм. Среднее многолетнее значение температуры воздуха равно 9° С. Преобладающие ветры имеют восточное направление.

Результаты исследований

Лесоводственно-таксационная оценка придорожных лесных насаждений. Для исследования выбран отрезок СевероКавказской железной дороги (СКЖД) длиной 159 км, расположенный между Зверево (1086 км) и оп. ВЧД г. Батайск (1359 км).

Защитные лесные насаждения (ЗЛЫ) вдоль изучаемого участка магистрали состоят из Fraxinus excelsior L., Fraxinus lanceolata Borlh., Ulmus foliacea Gilib.,' Ulmus pumila L., Ulmus laevis Pall., Robinia pseudoacacia L., Acer negundo L., Acer tataricum L., Elaeagnus angustifolia L., Caragana arborescens Lem. и др.

Анализ хода роста выявил, что лучшими показателями по высоте, диаметру и объему отличаются вяз граболистный, ясень ланцетный и робиния лжеакация (рис. 1).

Кривые хода роста по высоте основных лесообразующих пород г. И

с

I 13

vj

(3 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0 3 б 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

Периоды возраста, лет А - вяз граболистный; Б - ясень ланцетный; В - робиния лжеакания Г - ясень обыкновенный; Д - клен татарский.

Рис. 1

Как выяснилось, санитарное состояние насаждений зависит от типа территорий, на которых они произрастают (табл. 1).

Таблица 1

Состояние древостоев насаждений железной дороги (возраст 20 лет)

Кол- Кол-во усы- Количество

во хающих и су- здоровых де-

Место Состав Порода Пол- ство- хих деревь- ревьев,

наблюде- нота лов, ев %

ния шт/га шт/га % деловых полуделовых

6Яс(л) Fraxinus

4Вз(г)+ lanceolata 1466 68 5 7 32

Перегоны +Рб(л) Ulmus

1130-1140 в под- foliacea 1,0 819 42 5 10 45

км леске Вз(г) Robinia pscudoa-

cacia 358 18 5 5 35

5Яс(л) 5Вз(г)+ +Рб(л) в подлеске Вз(г) Fraxinus lanceolata 1456 73 5 4 30

Перегоны 1144-1157 км Ulmus foliacea Robinia pseudoacacia 1,0 825 346 50 7 6 2 5 3 35 37

ст. Ново- Fraxinus

черкасс, 5Яс(л) lanceolata 525 112 21 7 30

о.п. НЭВЗ 4Вз(г) Ulmus

ст. Локо- 1Рб(л) foliacea 0,8 300 60 20 9 35

мотив- в подлес- Robinia

строй ке pseudoa-

1163 -1175 Вз(г) cacia 112 20 18 5 35

км

о.п. ВЧД,

Батайск, 5Вз(г) Ulmus

ст. Сулин ЗЯс(л) foliacea 400 182 46 1 18

о.п. Крас- 2Рб(л) Fraxinus

ный Су- подлеска lanceolata 0,4 240 112 47 нет 15

лин 1358 нет Robinia

км, 1100-1104 pseudoacacia 130 65 50 1 15

км

На перегонах между небольшими населенными пунктами развитие насаждений протекает нормально. Если же ЗЛН расположены на селитебной территории или в промышленно-производственной зоне, их санитарное состояние, как правило, неудовлетворительное, вплоть до полной деградации лесной среды. Это связано с усиленной рекреационной и техногенной нагрузкой на лесные экосистемы. В таких насаждениях часто имеют место несанкционированные свалки ТБО и ТПО, много деревьев вырублено с рекреационной целью, в самой древесине обнаружены повышенные концентрации тяжелых металлов.

Роль придорожных лесных насаждений в защите среды от техногенного загрязнения. Было определено, что" лесные насаждения существенно снижают содержание тяжелых металлов в снеговой воде территорий, прилегающих к железной дороге. Результаты ма-тематико-статистической обработки данных позволили определить уравнения логарифмической связи содержания металлов в снеге месячного срока выпадения (У, мкг/л) с расстоянием от железнодорожной насыпи (X, м). Для участка с лесной полосой шириной 60 м (плотной, одноленточной) уравнения имеют вид:

- медь \% 2,556 - 0,557 X, при г = -0,706 ±0,224; (1)

- цинк ^ 7= 2,487 - 0,455 1« А', при г = -0,845 ±0,127; (2)

- марганец 1« 7= 3,09 - 0,634 \%Х, при г = -0,711 ±0,221. (3)

Для открытого учйстка соответствующие зависимости представлены

как:

- медь Г= 2,767 - 0,474 !8X, при г = - 0,743 ±0,200; (4)

- цинк % Г = 3,02 - 0,623 ^ X, при т = - 0,961 ±0,034; (5)

- марганец ^ У= 4,08 - 0,727 \§ X, при г = - 0,949 ±0,044. (6)

По приведенным уравнениям (1) - (6) определили зоны повышенного (над фоном) загрязнения снежного покрова. На открытых участках пути они достигают 250 м, а на лееомелиорированных определяются путевой (35 м) или, в некоторых случаях, полевой опушкой насаждения (95-100 м от железной дороги).

Почвозащитные лссныс насаждения, размещаясь вдоль путей железных дорог, "прикрывают" прилегающие к ним агроландшафты от техногенного загрязнения, способствуя повышению их продуктивности. Это иллюстрируется уравнениями регрессии. Для участков с придорожной лесной полосой шириной 60 м (плотная, одноленточная) уравнения связи содержания в слое почв 020 см трудноподвижных (Кт, %) или подвижных (}п, мг/г) форм тяжелых мс- -таллов с расстоянием от железнодорожных путей (X, м) имеют вид:

- медь Гх = - 0,184 1ёХ- 2,079, при г = -0,708 ±0,220; (7)

18Гп = -1,13^-1,53, при г = -0,834+0,136; (8)

- цинк ^ Гт = - 0,185 2,079, при г = -0,872 ±0,107; (9)

^Кп = -0,504 1ёХ- 0,852, при г = -0,741 ±0,201. (10)

Для открытых участков пути соответствующие соотношения представлены в виде:

-медь 1&УТ = - 0,342 1,747, при г =-0,803 ±0,159; (11)

Гп = -1,116 \%Х- 1,654, при г = -0,964 ±0,032; (12)

-цинк 1бУт=- 0,181 1&Х- 1,534, при г = -0,762 ±0,187; (13)

- марганец Гп = - 0,227 \&Х- 0,692, при г =-0,711 ±0,221. (14)

При анализе данных уравнений (7) - (14) полагаем, что границы повышенного (над фоном) накопления тяжелых металлов в почве размещаются на расстоянии 100-120 м от железнодорожных путей. Более интенсивно эти элементы накапливаются на открытых участках, т.к. под пологом насаждений микроэлементы интенсивно потребляются древесными растениями.

В целом на перегонах сохраняется тенденция накопления в почвах

цинка, меди, марганца (а на некоторых участках - свинца, кадмия и мышьяка), что в будущем может создать уровни опасного и чрезвычайно опасного загрязнения почв.

В импактных зонах вокруг некоторых железнодорожных станций такие загрязнения уже возникли. Концентрации Си, 7л, РЬ, Сс1, Мп, ]\П, Со и других металлов составляют десятки ПДК в районе ст. Ростов, Новочеркасск, Зверево и о.п. Красный Сулин, ВЧД Батайск и др.

Почвозащитные лесные полосы вблизи железных дорог конденсируют радионуклиды, переносящиеся на пылинках, оседающих в кронах деревьев и накапливающиеся в лесной подстилке и гумусовых слоях почв (при опаде). Например, за 18 лет жизни содержание радиоактивных элементов под пологом придорожной вязово-ясеневой лесной полосы шириной 60 м (плотной, одноленточной) увеличилось в слое почв 0-30 см, как за счет выпадений из атмосферы, так и в результате перевозок радиоактивных грузов (табл. 2).

Лесные насаждения в полосах отвода предохраняют от радиоактивного загрязнения верхние горизонты почв агроландшафтов, примыкающих к полевым опушкам. Для агроландшафта, защищенного лесной полосой шириной 60 м, (плотная, одноленточная) уравнения связи содержания радионуклидов в слое почв 0-20 см {У, Бк/кг) с расстоянием от железнодорожных путей (X., м) имеют вид:

Таблица 2

Содержание радиоактивных элементов в почве под пологом лесной полосы (1150 км), Бк/кг (Кс - коэффициент концентрации)

Глубина Радий-226 Toi эий - 232 Калий - 40 Цезий - 137

отбора Реаль- Реаль- Реаль- Реаль-

образца, Фон ная кг Фон ная Кг Фон ная Ко Фон ная Кс.

см актив- актив- актив- актив-

ность ность ность ность

0-10 15,4 2,2 9,9 2,0 250,4 1,4 4,9 1,5

20 -30 13.6 1,9 9,1 1,8 229,5 1,3 4,9 1,5

50-60 7-8 8,4 1,2 5-6 6,3 1,3 180- 200,4 1,1 3,2 3,2 1

90-100 7,9 1 5,8 1 -190 189,3 1 3,2 1

140-150 7,3 1 5,4 1 180,9 1 3,2 1

-радий-226 Г=-1,714*+168,9, при г =-0,667 + 0,242; (15)

- торий-232 У=-1,171Х+ 115,3, при г = - 0,786 ± 0,171; (16)

- цезий-137 У =-1,146* + 109,1, при г = -0,946 ± 0,047. (17)

Для открытого агроландшафта структура соответствующих уравнений

иная:

-Радий-226 -3,237 1ё*+ 6,638, при г =-0,722 ± 0,214; (18)

-Торий-232 18У= -9,445 1Б*+ 16,933, при г 0,968 ± 0,028; (19)

- Калий-40 ^ У= -1,01 \%Х + 4,077, при г =-0,947 + 0,047; (20)

-Цсзий-137 1е У=■ -2,72 1ёХ + 5,292, прнг =--0,905+ 0,081. (21)

В уравнениях (1) - (21) г - коэффициент корреляции.

При анализе уравнений (15)-(21) заключаем, что повышенные (над фоном) концентрации радионуклидов в верхних горизонтах почв не распространяются от железнодорожных путей далее полевой опушки лесной полосы. На открытых участках граница повышенной радиоактивности почв может проходить в 250 м от магистрали. Особенно сильное загрязнение почв радионуклидами обнаружено вблизи железнодорожных станций. Соответственно высока радиоактивность древесины пристанционных лесных насаждений.

В целом, пути переноса поллютантов в придорожных экосистемах можно описать приведенной схемой (рис. 2).

Шумозащитная роль лесных насаждений вдоль железнодорожных путей. Результаты исследований показали, что на открытых участках пути уменьшение шума (ЬА> дБА) с расстоянием (/, м) можно характеризовать по линейным зависимостям:

- пассажирский поезд ЬА = 90,3-0,14/, при 8 = 2,91; (22)

- грузовой поезд ЬА = 92,1-0,1/, при 8 = 2,83; (23)

- пригородный поезд ЬА = 99-0,27/, при 8 = 1,65; (24)

где 8 - среднеквадратическая ошибка уравнений, дБА. Эти уравнения можно применять для прогноза шумового загрязнения среды на расстояниях до 500 м от железной дороги.

Ширину территории регулирования шума на участках пути без защит-

Пути переноса поллютантов подвижного состава на участках железных дорог с защитными лесными насаждениями

Вынос из экосистемы

Поллютанты подвижного состава

Вынос из экосистемы

Потребление насекомыми, животными

Осаждение на поверхность травянистой растительности пред-полосной территории

Поступление на поверхность почвы пред-полосной территории

осаждение на щебенистую поверхность железнодорожной насыпи

Фильтрация

через лесополосу

^ ■

Осажде- Усвое-

ние на ние дре-

листьях, весной

ветвях, —» расти-

стволах тельно-

деревьев стью

Усвоение поч- Иммо- Поступ-

венной макро - били- г ление в

и микрофлорой зация в лесную

микрофауной почве подстилку

Рис. 2

ных лесных насаждений можно определить по уравнениям (22) - (24), подставляя в них значения допустимых уровней шума для селитебной территории La доп = 40-50 дБА или •производственно-промышленных зон LA ДОп = 52-61 ДВА.

По данным уравнений (22) - (24) расстояние от железнодорожных путей до границы селитебной территории должно быть 410-500 м, до границы промышленно-производственной зоны 310-400 м.

Если селитебная территория, промышленные и производственные зоны. размещены от железной дороги на расстояниях, меньше расчетных, то на территории регулирования шума необходимы лесные насаждения.

Исследования влияния лесных полос разной ширины и строения на шум, регрессионный анализ полученных данных позволили вывести многочисленные модели связи, на основании которых можно обосновать целесообразность расчета линейных уравнений множественной регрессии трех переменных величин: уровня шума (LA, дБА), расстояния от источников шума (/, м) и ширины лесополосной территории (Втгг, м)- На участках с одноленточ-ными лесными полосами для разных источников транспортного шума уравне- ' ния имеют вид:

- пассажирские поезда

La = 87,4 - 0,212 I -0,296 B^0", при R = 0,796 ± 0,082; (25)

- грузовые поезда

Ьд = 85,4 - 0,182 / -0,244 Вшга, при R = 0,750 ±0,098; (26)

- пригородные поезда

La = 83,4 - 0,188 I -0,232 Влит0"1, при R = 0,736 ± 0,102; (27)

где: R - коэффициент множественной корреляции;

Влпт°л - ширина одноленточной лесной полосы, м.

Уравнения (25) - (27) пригодны для прогноза шумового загрязнения ' среды, т.к. тройные ошибки коэффициентов множественной корреляции меньше значений этих коэффициентов. Наибольшее значение для уровней шума оказывает ширина насаждения, т.к. величины коэффициентов регрессии

при Влпт011 выше, чем при /.

Регрессионный анализ данных уровней шума от разных источников, ширины территории регулирования шума и ширины лесополосной территории (Влпт^, м) на участках е многоленточными лесными полосами, привел к соответствующим уравнениям связи:

- пассажирские поезда

1^Л(пп)= 101,2 - 0,218 I -0,512 ВЛ1ГГМЛ, при = 0,979 ± 0,013; (28)

- грузовые поезда

Ьа(гп) = Ю4,2 - 0,251 I -0,504 ВЛ1ГГМЛ, при Я = 0,974 ± 0,016; (29)

- пригородные поезда

Ьд(гоп) = 97,8 - 0,204 / -0,456 В;тхггмл при Я = 0,990 ± 0,006. (30)

где ВлптМЛ- ширина многоленточной лесной полосы, м.

Уравнения (28) - (30) характерны очень тесными связями и пригодны для прогноза шумового загрязнения среды. Ширина многоленточных лесных полос оказывает более сильное влияние на уровни шума, по сравнению с расстоянием от железной дороги, т.к. коэффициенты регрессии при ВлптМЛ в Два раза больше, чем при I.

Сравнения между собой соотношений (25) - (27) и (28) - (30) приводит к выводу о том, что многоленточные лесные полосы более эффективно защищают окружающую среду от шумового загрязнения, по сравнению с однолен-точными. Вероятно это происходит за счет наложения друг на друга в межленточных интервалах падающих и отраженных в противоположной фазе звуковых волн одной интенсивности. Очевидно, что одноленточные лесные полосы относительно большой ширины в основном поглощают энергию звуковых волн, а многоленточные - рассеивают ее.

Классификация и экономическая эффективность лесных насаждений железнодорожного транспорта по их ведущим ср едозащитным функциям. В развитии сущест-

вующкх классификаций лесных насаждений железнодорожного транспорта (Указания по проведению лесомелиоративного устройства в защитных лесных насаждениях железных дорог СССР, М.: Транспорт, 1991. - 83 с.) существующие виды лесных полос (снегозадерживающие, ветроослабляющие, оградительные, пескозащитные, почвоукрепительные, противоабразионные, водо-емозащитные и озеленительные) подразделены нами по ведущим средозащит-ным функциям на типы; водоохранные, почвозащитные, шумозащишые,. ландшафтнозащитные, рекультивирующие и "консервирующие" (табл. 3).

Расчеты экономической эффективности лесных насаждений проводили по следующим вариантам: базовый (в настоящее время применяемый на предприятиях СКЖД), водоохранный и почвозащитный, шумозащитный и ланд-шафтнозащитный. Расчеты но всем вариантам вели на 1 км пути.

По полученным данным, в результате создания водоохранных и почвозащитных лесных насаждений предотвращенный ущерб составит 29,8; шумо-защитных - 28,7; ландшафтнозащитных - 29,8 млн. руб./км пути в год.

Срок окупаемости водоохранных и почвозащитных лесонасаждений-составит 1,1 года; шумозащитных -1,2 года; ландшафтнозащитных - 0,78 года

Таблица 3

Классификация лесных насаждений железнодорожного транспорта по ' средозащитным функциям

Типы насаждений Функциональное назначение

1 2

1. Водоохранные Снижение техногенного (связанного с подвижным составом) загрязнения водных объектов, снеговых и ливневых вод поверхностного стока

2. Почвозащитные Предупреждение повышенного техногенного (связанного с подвижным составом) загрязнения почв агро-ландшафтов, примыкающих к железнодорожным путям и сооружениям

19 Продолжение табл. 3

1 2

3. Шумозащитные Обеспечение допустимых уровней шума на селитебных территориях, промышленных и производственных зонах, расположенных в непосредственной близости от путей и сооружений железной дороги

4. Ландшафтноза-щитные Формирование и обустройство ландшафтов и улучшение качества составляющих компонентов на участках железнодорожных станций, узлов и др.

5. Рекультивирующие Биологическая рекультивация почв, нарушенных в ходе строительства и эксплуатации железных дорог

6. Конесервирующие Закрепление и восстановление экологической чистоты и продуктивности участков деградированных почв (загрязненных, силыюсмытых и др.)

с момента сдачи насаждений в эксплуатацию.

В целом по исследуемому участку СКЖД планируем создать 99 км лесонасаждений общей площадью 293 га.

Чистый экономический эффект по всем видам защитных лесных насаждений па исследуемом участке железной дороги в сумме составит 2217, 258 млн. руб. в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В степной зоне Северного Кавказа почвы в полосах отвода железнодорожных путей отличаются хорошей лесопригодностью, обеспечивая высокие показатели роста насаждений на перегонах. При этом средний прирост ясеня ланцетного достигает 2,79 м3/га в год; вяза граболистного 2,18 м3/га в год; робинии лжеакации - 4,16 м3/га в год; ясеня обыкновенного - 3,88 м3/га в год.

2. Вблизи железнодорожных станций, депо и др. промышленных предприятий наблюдается ухудшение состояния насаждений, упрощение структуры, расстройство и гибель лесных экосистем. Это определяется рекреационной нагрузкой, свалками ТБО и ТПО, выбросами промышленных предприятий. В

этих местах в древесине лесообразующих пород накапливается цинк, свинец, кадмий, марганец, кобальт.

3. За счет поллютантов подвижного состава вдоль путей, вокруг станций и др. железнодорожных сооружений депонирующие среды характерны повышенным техногенным загрязнением. При эгом лесные насаждения играют ярко выраженную средозащитную роль.

4. Зона повышенного загрязнения снежного покрова и снеговых вод медью, цинком и марганцем на открытых участках пути распространяется от него на 250 м в наветренную сторону, а свинцом и кадмием на 35-65 м. На участках пути с придорожными лесными насаждениями эти зоны в первом случае ограничены полевыми, а во втором - путевыми опушками насаждений.

5. Получены обратные зависимости содержания поллютантов в слое почв 0-20 см от расстояния до железной дороги для участков с придорожными лесными полосами и без них.

6. В настоящее время содержание в верхних горизонтах черноземов тяжелых' металлов не является у!рожающим для агроценозов и лесных насаждений. Однако постепенное накопление в почвах поллютантов может привести к достижению загрязнителями критических величин, что вызовет резкие нарушения экосистем вблизи железнодорожных путей и сооружений.

7. Получены модели обратных связей парциальных удельных активностей радионуклидов в слое черноземов 0-20 см с расстоянием до железнодорожного пути. На открытых участках зона повышенной активности некоторых радионуклидов распространяется до 250 м от пути, а на участках с лесными насаждениями - не далее их полевых опушек. В настоящее время на перегонах содержание радионуклидов в верхних слоях почв не представляет опасности. Однако вблизи некоторых железнодорожных станций наблюдается повышенная активность некоторых радионуклидов в слоях почв 0-20 см.

8. Подвижной состав железнодорожного транспорта является источником шумового загрязнения окружающей среды, которое распространяется от

путей на расстояния: для селитебной территории - от 180 до 500 м; для про-мышлешго-производственной зоны - от 130 до 400 м.

9. Эффективным шумозащитным средством служат многофункциональные лесные полосы, размещенные в полосе отвода железных дорог. При этом общая ширина территории регулирования шума определяется шириной-предполосной, лесополосной и заполосной территорий.

10. Получены уравнения множественной регрессии, отражающие связь уровней транспортного шума, расстояний от источников и ширины лесного насаждения для различных источников шума на участках с одноленточными и многоленточными лесными полосами. Эти уравнения позволяют проверять шумозащитную достаточность существующих лесных полос, намечать планово-предупредительные работы по усилению их шумозащитных функций, проектировать новые шумозащитные лесные насаждения.

11. Лучшим поглощением падающих звуковых волн (за счет диссипации энергии) характеризуются плотные одноленточные лесные полосы шириной более 60 м, а лучшим рассеиванием звука (за счет образования отраженных волн в межленточных .промежутках) - многоленточные лесные полосы при ширине каждой ленты не более 15-20 м.

12. По ведущим средозащитным функциям все виды защитных лесных насаждений железных дорог следует подразделять на водоохранные, почвозащитные, шумозащитные, ландшафтнозащитные, рекультивирующие и "консервирующие".

13. Создание средозащитных лесных насаждений экономически эффективно. Затраты на создание водоохранных и почвозащитных лесонасаждений окупаются за 1,1 года с момента вступления в эксплуатацию; шумозащитных -за 1,2 года; ландшафтнозащитных - за 0,78 года. Экономический эффект рекультивирующих и "консервирующих" насаждений связан с ускоренным восстановлением плодородия нарушенных и деградированных почв.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Уточнен состав лесообразующнх пород для защитных лесных насаждений вблизи железных дорог в степной зоне Северного Кавказа (вяз граболист-ный, ясень ланцетный и обыкновенный, робиния лжеакация, клен татарский, лох узколистный, карагана древовидная). Не рекомендуется вводить в насаждения плодово-ягодные культуры, заготавливать лекарственное сырье, собирать грибы.

2. В полосе отвода вдоль железнодорожных путей и сооружений, в связи с техногенным загрязнением депонирующих сред шириной до 45 м следует выращивать только технические культуры и семенники кормовых культур с контролем за качеством получаемой продукции или создавать защитные лесонасаждения. На опасно и чрезвычайно опасно загрязненных, нарушенных, эродированных участках следует создавать "консервирующие" и рекультивирующие насаждения.

3. Предложена методика проверки шумозащитной достаточности существующих и проектирования новых одноленточных и многоленточных лесных насаждений на селитебных и промышленно-производственных территориях, пересекаемых железной дорогой.

4. Разработаны и переданы управлению СКЖД мероприятия по усилению средозащитной роли лесных насаждений вдоль линий железной дороги степной зоны Северного Кавказа,

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Средозащитная роль лесных полос вдоль СКЖД степной зоны // Научно-практич. конф. молодых ученых и студентов на тему "Проблемы экологии и мелиорации Юга России". - Новочеркасск, 1994. С. 21-22.

2. Шумопонижающий эффект лесных полос вдоль железных дорог степной. зоны // Безопасность жизнедеятельности: Тезисы докладов Всерос. науч.-

методич. конф. ИТ ТУ. - Новочеркасск, 1994 - 2 с. (в соавторстве).

3. Шумозащишая роль лесных полос вдоль железных дорог степной зоны // Промышленная экология и безопасность в современных технологических процессах: Тезисы докладов Всерос. науч.-технич. конф. - М. - 1994 - 2 с. (в соавторстве).

4. Защита агроландшафтов от загрязнения с помощью лесных насаждений вдоль железных дорог // Биотехнология и производство экологически чистой продукции сельского хозяйства. /Региональная науч.-практич. конф. Тезисы докладов. - Персиановка, - 1994 - С. 9-10. (в соавторстве).

5. Защитные лесные насаждения и техногенное загрязнение агроландшафтов вдоль железных дорог /У Опыт и перспективы развития ресурсосберегающих технологий и охрана окружающей среды на предпрютих. /Науч.-практич. конф.: Тезисы докладов. - Санкт-Петербург, - 1995 - С. 36-39. (в соавторстве).

6. Роль лесных полос в защите почв вдоль железных дорог от техногенного загрязнения // Экологические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использование орошаемых земель: Тезисы докладов. Всерос. науч.-практич. конф. - Новочеркасск, 1996 - Ч. 3. - С. 52-54. (в соавторстве).

7. Состояние защитных лесных насаждений вдоль железных дорог юга России //Науч.-практич. конф. посвящ. 100-летию Б.А. Шумакова НГМА: Тезисы докладов. - Новочеркасск, 1996 - 3 с. (в соавторстве).

о. Защита среды от шума придорожными лесными насаждениями /У Материалы Н-й международной науч. студ. конф. Тезисы РГЭА. Ростов/Д - 1996. - 1 с.

9. Средозащитная роль лесных насаждений // Путь и путевое хозяйство. -1996. -№11..- С. 18-20. (в соавторстве).

10. Технические указания по усилению средозащитной роли лесных насаждений вдоль линий железной дороги степной зоны Северного Кавказа. Ростов/Д. 1996 - 25 с. (в соавторстве).

11. Защита окружающей среды от шума придорожными лесными насаждениями // Экология и природопользование в Ростовской области и г. Новочеркасске /Науч.-практич. конф. СКФ МАЭБ НГМА: Тезисы докладов. -Новочеркасск, - 1996 - 1 с.

12. Практикум по дисциплине "Экология и охрана природы" //Учеб. пособие -Новочеркасск - 1997 - 57 с. (в соавторстве).

13. Классификация и экономическая эффективность лесных полос железнодорожного транспорта по их ведущим средозащитным функциям //Науч,-технич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов НГМА 27 мая 1997 г. : Тезисы докладов. Новочеркасск, - 1997 - 1 с.

Подписано в печать 15.09.97 г. Тираж 100 экз. Заказ № 77

Типография НГТУ г. Новочеркасск. Просвещения 132.