Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

DETERMINATION OF DUSTINESS LEVEL ON THE TERRITORY OF PETROZAVODSK

Ioffe A.O. 1
1 Petrozavodsk State University
В статье дается оценка запыленности города Петрозаводска. Описываются три используемых метода и полученные результаты. В ходе исследования выявлена зависимость уровня запыленности от наличия транспортных магистралей. Изучение количества пыли на территории города Петрозаводска позволило показать, что уровень запыленности не зависит от расстояния до Онежского озера и от высоты над поверхностью. Распределение пыли связано с направлением ветров, архитектурой зданий, а также наличием зеленых насаждений. При исследовании пылеулавливающей способности двух основных пород зеленых насаждений города (Липа крупнолистная и Тополь гибридный) было установлено, что улавливающие способности данных видов сопоставимы между собой, поэтому их следует рекомендовать в большем количестве высаживать на улицах города для очистки воздуха. Уровень запыленности города Петрозаводска в целом довольно высокий. Требуется реконструкция имеющихся насаждений, а также создание новых парков и скверов. Ввиду отсутствия свободной территории возможно создание небольших скверов на крышах малоэтажных зданий.
Air dustiness of Petrozavodsk is evaluate by three methods in the paper The paper considers amount of dust in the air in different areas of Petrozavodsk. Research was conducted in several stages. It is showen that amount of dust in Petrozavodsk does not depend either on distance to Onego lake or on the height from the soil surface – Dust disperse depends on local wind system directions, town architecture and availability of green space. The dust level in urban public gardens is 4–5 times less than medium urban level. Research of two main species of urban green spaces (Tilia platyphyllos and Populus hybrida) showed that their entrapment capacites are comparable, so they should be planted in the city to clean the air. Due to high level of dust in Petrozavodsk the existing green spaces should be reconstructed and new parks should be created in new residential areas. However lack of free space in the center of the town it requires creating small public gardens on roofs of low-rise buildings
dustiness level
green space
urbanization
1. Ashihmina T.Ja. Izuchenie zagrjaznenija atmosfery v gorode Kirove / T.Ja. Ashihmina, A.N. Vasil’eva, N.A. Burkov, T.S. Noskova, V.M. Sjutkin, V.M. Timonjuk, V.V. Shirjaev // Aktual’nye voprosy mediciny truda i promyshlennoj jekologii. Kirov, 1994. рр. 74–75.
2. Ashihmina T.Ja., Vasil’eva A.N., Sjutkin V.M., Timonjuk V.M. Snegovoj pokrov kak indikator chistoty atmosfery. Municipal’nye pro-blemy prirodopol’zovanija. K.-Chepeck, 1994. рр. 7–8.
3. Bakutis V.Je., Gorohov V.A., Lunc L.B., Rastor guev O.S. Inzhenernoe blagoustrojstvo gorodskih territorij. Moskva, Strojizdat, 1979.
4. Buharina I.L., Povarnicyna T.M., Vedernikov K.E. Harakteristika prirodno-klimaticheskih uslovij g. Izhevska. Izhevsk, 2007.
5. Erohina V.I., Zherebcova G.P., Vol’ftrub T.I. i dr. Ozelenenie naselennyh mest. Moskva.: Strojizdat, 1987.
6. Maslennikova A.A., Golubeva T.B. O vlijanii atmosfernyh zagrjaznenij na sostojanie stroitel’nyh sooruzhenij Available at:: http://www.rae.ru/forum2012/247/951.
7. Taha T.V., Nazhmutdinova D.K. Racional’nyj vybor antibiotikoterapii pri piodermijah. Moskva. RMZh Nezavisimoe izdanie dlja praktikujushhih vrachej.
8. Filatova N.V., Tereshkin A.V. Razmeshhenie kustarnikov v pridorozhnyh ob#ektah ozelenenija s uchetom zakonomernostej pyleosazhdenija. Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova. 2010. Vol. 7. рр. 45–47.

С ростом урбанизации, увеличением количества транспорта и интенсивности уличного движения, наряду с эстетической значимостью зеленых насаждений в городах, возрастает их санитарно-гигиеническая роль. Они препятствуют распространению шума, пыли, дыма, аэрозолей при посадке их рядом с проезжей частью [3, 5, 8, 7]. Для защиты от пыли и выхлопных газов автотранспорта создаются изолирующие насаждения в виде плотной живой изгороди из кустарника или многорядной посадки деревьев и кустарников, снижающие концентрацию пыли на 10–12 и 10–15 % соответственно, а окиси углерода – на 8–12 % [5]. Максимальная концентрация пыли и газов, как правило, содержится в нижних слоях воздуха [8]. Кроме того, задымление и запыленность воздуха, частая повторяемость туманов задерживают до 20 % солнечной радиации (в сильно загрязненных районах – до 50 %) [4]. Пыль, газы и пары в атмосферном воздухе способствуют потере привлекательного внешнего вида строительных сооружений, а также их постепенному разрушению [6].

Петрозаводск – город на северо-западе России, протянувшийся вдоль берега Онежского озера, с населением порядка 262 095 человек (по состоянию на 1 января 2011 года) и площадью 113 км2. В последние годы город развивается быстрыми темпами, проводится уплотнительная застройка, осваиваются свободные территории, при этом количество зеленых насаждений неуклонно сокращается. Существующие зеленые насаждения не справляются с задержанием пыли из воздуха, и как результат окружающая среда оказывает негативное влияние на жителей. В ряде публикаций показана взаимосвязь между запыленностью воздуха и частотой пульмонологических заболеваний (бронхиальная астма) а также распространением опасных для человека бактерий (стафилококки, стрептококки). В соответствии с медицинскими исследованиями [7] обязательным компонентом пыли, и уличной, и домашней, являются грибы. Было выяснено, что они вызывают у людей аллергии, а также сочетаются с бронхиальной астмой, с хроническим бронхитом, с заболеваниями органов пищеварения. Из анамнеза больных выявлялись частые простудные заболевания. Все это также может быть спровоцировано действием грибов. Многолетние исследования выявили важную роль растений в улучшении состояния атмосферного воздуха, микроклимата городской среды, в сфере защиты урбаносреды от отрицательных антропогенных факторов, в обеспечении горожан рекреационными территориями [6]. Большая часть пыли оседает на поверхности листьев, ветвей, стволов деревьев и кустарников, задерживается травостоем, поэтому ее содержание в насаждениях в 2–3 раза ниже, чем на неозелененной территории.

Улучшение экологической обстановки на уровне одного небольшого города позволит отдалить глобальное бедствие, отголоски которого мы встречаем уже сейчас. Данное исследование призвано показать значимость создания дополнительных зеленых насаждений на территории города.

Целью исследований являлось выявление количества пыли в воздухе в разных микрорайонах города. Эта величина рассматривалась в связи с удаленностью от акватории Онежского озера, которая оказывает существенное влияние на климат и направление ветровых потоков в городе. Кроме того, учитывалось распределение запыленности на разной высоте (до 30 метров от поверхности земли) и удаленность от различных зеленых насаждений.

Материалы и методы исследования

Исследование проводили в различных микрорайонах города Петрозаводска с более подробным изучением количества пыли в воздухе в центральном районе (пр. Александра Невского и ул. Державина).

Работа проводилась в три этапа. На первом этапе в различных районах города были установлены пылеулавливающие хлопчатобумажные материалы размером 10×10 см. Через 10 дней образцы взвешивались в воздушно-сухом состоянии, вымачивались, отстирывались и подвергались повторному взвешиванию. Расположение 19 объектов исследований по запыленности воздуха микрорайонов на территории города приведено на рис. 1.

pic_41.tif

Рис. 1. Расположение объектов исследования

Вторым этапом проведения работы было определение запыленности воздуха в связи с высотой от поверхности почвы. Объект – жилое здание по ул. Державина. Расстояние от 9 этажа до газонного покрытия 30 м. Расстояние до сквера – 30 м, расстояние до озера 937 метров. Пылеулавливающие материалы были установлены на разных этажах здания с разницей в 3 м до 9 этажа включительно с максимальной высотой 28 м.

На третьем этапе проводилось исследование количества пыли, осевшей на листьях в течение 15 дней после дождя. В качестве объекта исследования была выбрана одна из центральных улиц города (пр. А. Невского). На расстоянии 1 метра от проезжей части были отобраны пробы листьев (по 10 шт. с каждой пробной площади) на высоте 1,2–1,6 м. Пробы укладывали в чистую стеклянную банку с крышкой. Места взятия проб отмечались на карте микрорайона. Затем было подсчитано количество пыли на 1 см2 листьев. Для этого каждая проба взвешивалась, затем пробы тщательно промывались в проточной воде и высушивались, после чего было проведено повторное взвешивание. Для определения поверхности обмытых листьев брали 5 листочков, разных по размеру, обводили каждый из них на бумаге. Затем вырезали по контуру и взвешивали вырезанные проекции листа. Из той же бумаги вырезали квадрат 10×10 см и взвешивали его. Рассчитывали поверхность обмытых листьев по формуле:

S = (M1·П1)/5·М2 (дм2),

где М1 – масса бумаги, вырезанной по контурам 5 листьев; М2 – масса 1 дм2 бумаги; П1 – количество обмытых листьев [1, 2].

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты исследований наглядно показывают уровень запыленности основных районов города. Количественные показатели приведены в табл. 1, в которой содержатся также сведения по характеристике объектов исследования. Количество пыли в воздухе, как выяснилось, не зависит от удаленности от озера; так, на расстоянии до 5 км уровень пыли сопоставим с ее количеством на расстоянии 420 м от акватории. Минимальное количество пыли содержалось в воздухе сквера по ул. Андропова и ул. Энгельса с удаленностью от озера 0,94 км, максимальное – на удаленности 1,8 км от озера по центральной улице города пр. Ленина. Принимая за 100 % показатель запыленности воздуха сквера, было установлено, что уровень пыли по городу в среднем превышает контрольный в 3–5 раз. Расстояние до объектов озеленения также существенно не влияет на показатель запыленности. Это можно связать с недостаточным количеством озелененной территории на единицу площади. Так, в микрорайоне Древлянка объект исследования располагался рядом с озелененной территорией (газон, группа кустарников), уровень пыли составил 370 % от контроля, а на пр. Ленина на расстоянии 10 м от озелененной территории (газон, линейная посадка деревьев) данный показатель составил 340 %. Таким образом, запыленность воздуха связана в большей степени с наличием крупных транспортных магистралей и типом озеленения.

Таблица 1

Количество пыли на исследуемых объектах

Номер точки

Местоположение

Удаленность от Онеги, км

Расстояние до озелененной территории, м

Количество пыли на 100 см2

Процент от контроля

1

Повышение

1,80

8

0,11733

528

2

Повышение

1,80

6

0,08944

403

3

Повышение

4,90

11

0,07417

334

4

Повышение

4,90

5

0,05783

260

5

Повышение, со стороны озера

4,90

0

0,08258

372

6

Понижение

0,42

8

0,08258

372

7

Понижение

0,42

2

0,06788

306

8

Повышение

0,94

30

0,09816

442

9

Понижение, со стороны озера

0,17

8

0,04938

222

10

Понижение

0,19

10

0,07529

339

11

Повышение

0,65

5

0,10000

450

12

Повышение

1,80

4

0,08830

398

13

В сквере

0,94

0

0,02222

100

14

Повышение

2,40

2

0,09729

438

15

Повышение

2,40

2

0,09000

405

16

Повышение

2,30

3

0,07777

350

17

Повышение

2,30

3

0,08050

363

18

Повышение

2,30

5

0,10884

490

19

Повышение

2,50

5

0,10000

450

Исследования распределения пыли по высоте подтвердили выводы ряда авторов, сделанные в других регионах страны, о максимальной запыленности вблизи поверхности почвы. Такое распределение, по-видимому, связано с различной скоростью оседания разных фракций пыли под действием силы тяжести. Так, на уровне первого этажа показатель уровня пыли составил 0,083 г. Начиная с 3 этажа, уровень пыли колебался в пределах от 0,020 до 0,030 г (рис. 2).

pic_42.wmf

Рис. 2. Изменение количества пыли по высоте

Исследование количества пыли в воздухе вблизи наиболее крупной транспортной магистрали – на проспекте Александра Невского проводилось в связи с собирательной способностью листьев разных пород. Наиболее представленными здесь оказались Тополь гибридный и Липа крупнолистная. Результаты исследований в соответствии с используемой методикой приведены в табл. 2.

Таблица 2

Исследование запыленности пр. А. Невского

Месторасположение

Вес листьев до обработки, г

Вес листьев после обработки, г

Масса пыли, г

Порода

Вес пыли на см2 листа, г

Перекресток пр. Невского-ул. Мерецкова

4,5900

2,0000

2,5900

Тополь гибридный

0,058990

Пр. Невского 66–68

5,1000

3,9600

1,1400

Тополь гибридный

0,025970

Пр. Невского 10

6,4560

4,8500

1,6000

Тополь гибридный

0,033408

Перекресток ул. Правды – пр. Невского

5,8266

4,3600

1,4666

Липа крупнолистная

0,030000

Перекресток пр. Невского – ул. Калинина

8,2366

6,7000

1,2293

Липа крупнолистная

0,025000

Сквер пр.Невского – ул. Калинина

7,9900

6,6250

1,3650

Липа крупнолистная

0,027000

Перекресток пр. Невского – ул. Калинина

8,2200

6,7000

1,5200

Липа крупнолистная

0,031160

Перекресток ул. Луначарского – пр. Невского

9,3500

7,2000

2,1500

Липа крупнолистная

0,044075

Пр. Невского 20

10,0100

8,0600

1,9500

Липа крупнолистная

0,039975

Пр. Невского 16

10,1900

8,2600

1,9300

Липа крупнолистная

0,039565

Пр. Невского 60

4,8800

3,4700

1,4100

Тополь гибридный

0,032110

Пр. Невского 64

7,8300

6,4300

2,4000

Тополь гибридный

0,054669

Пр. Невского 10

12,9900

9,8100

3,1800

Липа крупнолистная

0,065190

Сквер пр. Невского

11,9900

10,3000

1,6900

Тополь гибридный

0,015710

Пр. Невского 48

8,8000

6,9400

1,8600

Тополь гибридный

0,042369

Сквер А. Невского

9,2400

7,1300

2,0900

Тополь гибридный

0,047600

Пр. А. Невского 20

5,6100

4,0600

1,5500

Тополь гибридный

0,035307

На перекрестке пр. Невского – ул. Мерецкова собирательная способность листьев Тополя гибридного составила 0,05899 г/см2. Рядом с домами № 66–68 собирательная способность листьев этой же породы составила 0,02597 г/см2.

На перекрестке пр. Невского и ул. Правды собирательная способность листьев Липы крупнолистной составила 0,03000 г/см2,, на перекрестке с ул. Калинина она составила в среднем для листьев той же породы 0,04407 г/см2. Перекресток пр. Невского – ул. Луначарского. Здесь собирательная способность липы в среднем составила 0,02808 г/см2

Сквер у собора А. Невского. Липа здесь практически не представлена, и измерялась собирательная способность листьев Тополя гибридного. Она в среднем составила 0,04760 г/см2. У дома № 16 собирательная способность листьев Липы крупнолистной в среднем составила 0,039565 г/см2. Выше по пр. А. Невского 48 в основном преобладал в линейных посадках Тополь гибридный. Их собирательная способность листьев у дома 48 составила 0,04237 г/см2, дома 60 – 0,03211 г/см2 и у дома 64 – 0,05467 г/см2. В сквере на перекрестке пр. Невского – ул. Калинина были представлены в линейных посадках Липа крупнолистная и Тополь гибридный. Их собирательная способность листьев в среднем составила 0,027 и 0,01571 г/см2 соответственно. Вверху пр. А. Невского рядом с домом 10 собирательная способность листьев Липы крупнолистной в среднем составила 0,06519 г/см2, Тополя гибридного – 0,03340 г/см2. Пр. Невского 20. Собирательная способность листьев Липы крупнолистной в среднем составила 0,03997 г/см2, для Тополя гибридного 0,03530 г/см2. Распределение пыли на разных породах на протяжении проспекта А. Невского представлено на рис. 3 и 4.

pic_43.tif

Рис. 3. Распределение количества пыли на листьях Липы крупнолистной

pic_44.tif

Рис. 4. Распределение количества пыли на листьях Тополя гибридного

Сравнивая показатели запыленности воздуха по разным микрорайонам города, было выяснено, что наиболее запыленными являются микрорайоны Кукковка, Зарека и Центральный район (пр. Ленина вблизи железнодорожного вокзала) (рис. 5). Выявлена явная зависимость уровня пыли от наличия крупных транспортных потоков, а также в местах расположения светофоров.

pic_45.wmf

Рис. 5. Распределение показателей уровня пыли в микрорайонах города

На распределение пыли по высоте оказывают влияние направление и сила ветровых потоков, расстояние до соседних зданий, а также архитектура самого здания.

Оценивая среднюю пылеулавливающую способность листьев разных пород, было установлено, что этот показатель для Тополя гибридного составил 384,5 г/м2, в то время как улавливающая способность листьев липы крупнолистной – 377,4 г/м2. Значения сопоставимы между собой, поэтому при озеленении города стоит использовать для посадки оба вида. При анализе точек с двумя видами насаждений (Липа крупнолистная и Тополь гибридный) улавливающая способность листьев Липы крупнолистной оказалась выше, чем Тополя гибридного. Это связано с биологическими особенностями строения листьев Липы, которые имеют опушенную поверхность листа.

Минимальное количество пыли было зафиксировано на расстоянии 1,5 км от озера на листьях тополя гибридного. Максимальное количество пыли зафиксировано на расстоянии 1,9 км на листьях Тополя гибридного и на расстоянии 0,47 км от озера на листьях Липы крупнолистной (рис. 6). Распределение пыли по всей длине улицы неравномерно. Это связано с пересекающимися транспортными магистралями, наличием светофоров, задерживающих потоки машин, типом насаждений (рядовая посадка, сквер).

pic_46.wmf

Рис. 6. Распределение пыли на разных породах в зависимости от удаленности от озера

Заключение

При исследовании уровня запыленности в зависимости от удаленности от озера было выяснено, что расстояние от акватории не оказывает влияния на содержание пыли в воздухе. Минимальные показатели пыли наблюдаются на территории парков и скверов города. Средний уровень пыли по городу превышает уровень запыленности в скверах в 3–5 раз. Кроме того, в большой степени запыленность воздуха связана с наличием крупных транспортных магистралей и типом озеленения (рядовая посадка, группы насаждений, скверы).

При выявлении распределения пыли по высоте было выяснено, что начиная с высоты 6–7 метров величина запыленности существенно не изменяется и колеблется в небольших пределах. На распределение пыли по высоте оказывают влияние направление и сила ветровых потоков, расстояние до соседних зданий, а также архитектура самого здания [6].

Средняя улавливающая способность листьев Тополя гибридного составила 384,5 г/м2, в то время как улавливающая способность листьев липы крупнолистной – 377,4 г/м2. Значения сопоставимы между собой, поэтому при озеленении города обе породы могут быть использованы.

Вдоль крупных транспортных магистралей города в линейных посадках следует использовать не только древесные виды, но также кустарники для создания многоуровневой системы защиты.

Рецензенты:

Гаврилова О.И., д.с.-х.н., доцент, профессор кафедры лесного хозяйства лесоинженерного факультета Петрозаводского государственного университета, г. Петрозаводск;

Луканин В.В., д.б.н., профессор кафед­ры лесного хозяйства лесоинженерного факультета Петрозаводского государственного университета, г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 18.04.2014.