Городские почвы классификация и свойства. Условия и факторы формирования городских почв. Общие черты городских почв

Почвы и почвенный покров ДВ характеризуются большим разнообразием, что определяется биоклиматической неоднородностью условий их формирования от зоны арктических пустынь на севере до зоны лесостепи на юге и от влажного океанического побережья на востоке до континентальных пространств на западе.

История изучения почв ДВ насчитывает более ста лет, но современное представление о почвах, почвообразующих процессах, о своеобразии регионального почвообразования разрабатывалось последние 50 лет. Оно отражено в отдельных публикациях и монографиях ряда авторов. Изученность почв, почвенного покрова различных субрегионов ДВ далеко неоднозначна. Наиболее изученными являются почвы юга ДВ, что связано с его более активным хотя и не более ранним освоением.

Своеобразие природы южной половины ДВ, ее почв описаны в работе Ю.А. Ливеровского, Б.П. Колесникова (1949). В специальных монографических работах Г.И. Иванова (1964, 1966, 1976) наиболее полно освещены вопросы генезиса, классификации почв Приморья. Определенный вклад в изучение почв хвойно-широколиственных и широколиственных лесов низкогорий Приморья сделан Н.А. Крейдой (1970), а почв горных темнохвойных лесов - Н.Ф. Пшеничниковой (1989). В последнее десятилетие появились работы, расширяющие представление о специфике почвообразования в пределах горных (Пшеничников, Пшеничникова, 2002) и низменных территорий (Шляхов, Костенков, 2000) континентально-приокеанических экосистем, а также пойменных почв юго-востока Приморья (Шелест, 2001).

Характеристика почв Хабаровского края и Амурской области наиболее полно отражена в работе А. Т. Терентьева (1969), и позднее в монографиях сотрудников ХабКНИИ Ю.С. Прозорова (1974), Ю.И. Ершова (1984), А.Ф. Махиновой (1989).

Почвы островных экосистем Сахалина и Курил всесторонне представлены в двух монографиях А.М. Ивлева (1965, 1977).

Почвы полуострова Камчатка изучены в значительно меньшей степени. Работа И. А. Соколова (1973) и по настоящее время является единственным наиболее полным источником о взаимосвязи вулканизма и почвообразования на ДВ.

Территория Магаданской области характеризуется наименьшей освоенностью и как следствие - ее почвы наименее изучены. Е.М. Наумов, Б.П. Градусов (1974) одни из первых обобщили материал по особенностям таежного почвообразования на Крайнем Северо-Востоке Евразии. Несколько позднее сотрудниками института Биологических Проблем Севера ДВНЦ АН СССР издается работа "География и генезис почв Магаданской области" под редакцией В. И. Игнатенко (1980).

К настоящему времени вопросы генезиса, классификации почв отдельных частей ДВ разработаны с разной степенью детальности. Целесобразным является обобщение и генерализация имеющегося материала по почвам всего ДВ. Такая попытка сделана Б.Ф. Пшеничниковым (1986) в рамках учебного пособия "Почвы Дальнего Востока".

В настоящем учебном пособии рассматриваются условия формирования, морфологическое строение почв, процессы почвообразования, классификация и районирование почв Дальневосточного региона, что, надеемся, поможет сформировать у начинающих исследователей представление о почвах ДВ.

Сначала кратко остановимся на теоретических вопросах классификации почв и почвенно-географического районирования.

В. В. Докучаев впервые дал научное определение почвы как самостоятельного естественно-исторического тела природы (такого же, как растения, животные и т. п.), образующегося в результате одновременного взаимодействия факторов почвообразования: климата, горной породы, растительности и животного мира, рельефа и возраста. Определенное сочетание факторов почвообразования приводит к образованию генетического типа почв, принятого В. В. Докучаевым за основную классификационную единицу.

Согласно классификации почв, действующей в России (Классификация и диагностика почв СССР, 1977), в основную таксономическую единицу - генетический тип почв - объединяются почвы с единым строением профиля, сформировавшимся в результате развития однотипного процесса почвообразования в условиях со сходным характером водно-теплового режима, на материнских породах сходного состава и под однородной растительностью.

На территории России выделены несколько десятков типов почв. Некоторые из них широко распространены, например, черноземы, подзолистые, бурые лесные. Последние являются зональными почвами юга ДВ.

Каждый генетический тип почв последовательно подразделяется на подтипы, роды, виды, разновидности и разряды.

Подтипом почв является переходная группа почв между типами, различающимися по проявлению основного и сопутствующего процессов почвообразования. Например, при развитии в почве наряду с буроземообразованием процесса оподзоливания формируется подтип бурые лесные оподзоленные почвы; развитие дернового процесса наряду с подзолистым приводит к образованию подтипа дерново-подзолистой почвы. Появление подтипа может быть обусловлено также существенной динамикой основного признака типа (например: светло-серые, серые, темно-серые лесные почвы) или фациальными особенностями природных условий в пределах почвенной зоны (например, южный чернозем).

Род почв выделяется в пределах подтипов и представлен группой почв, качественные генетические особенности которых определяются особенностями состава почвенного поглощающего комплекса и химизма засоления, обусловленными рядом местных условий: составом почвообразующих пород, химизмом грунтовых вод, реликтовыми признаками почвообразующего субстрата.

Вид почв - это группа почв в пределах рода, различающаяся по степени развития основного почвообразовательного процесса. Например, по степени оподзоленности (слабо, средне, сильно оподзоленные), гумусированности (средне, сильно гумусированные).

Разновидность почв - группа почв в пределах рода, отличающаяся по гранулометрическому составу верхних горизонтов (например - глинистая, суглинистая и т. д.).

Почвенные разряды - это группа почв одного вида и одного механического состава, но развитые на материнских породах разного происхождения и разного петрографического состава (например - на гранитах, на известняках, на аллювии).

Для того, чтобы определить типовую принадлежность почвы надо прежде всего определить тип почвенного профиля на основании изучения его морфологического строения. Как это делать, - подробно описано в нашем методическом пособии для первой экологической практики (Урусов и др., 2002). Затем необходимо сравнить морфологические показатели со схемой морфологического строения различных почв. Определив тип почвенного профиля, надо определить тип географического ландшафта, географический ареал данной почвы, основные и сопутствующие элементарные почвообразовательные процессы, тип миграции и аккумуляции веществ в данной почве.

При диагностике почв в первую очередь используются данные морфологического строения профиля, условий формирования почв, данные по содержанию и характеру внутрипрофильной дифференциации гумуса, составу поглощенных оснований, а также внутрипрофильная дифференциация физической глины и песка, ила и валового химического состава.

Почвенно-географическое районирование - это выделение территорий, однородных по структуре почвенного покрова, сходных по условиям почвообразования и по возможному использованию их в сельскохозяйственном производстве.

В 1962 году в МГУ (Почвенно-географическое районирование СССР, 1962), была разработана схема почвенно-географического районирования, которая представлена ниже.

Таксономическая система почвенно-географического районирования:

Почвенный биоклиматический пояс - это совокупность почвенных зон и вертикальных почвенных структур, сходных по радиационным, термическим условиям и характеру их влияния на развитие растительности, выветривание и почвообразование. Определяющим показателем при выделении пояса являются термические условия.

Почвенно-биоклиматическая область Это ареал почвенных зон и вертикальных почвенных структур в пределах почвенно-биоклиматического пояса, выделяющийся своеобразием увлажнения и континентальности, и как следствие этого, - специфическими особенностями развития растительности, выветривания и почвообразования. Диагностическими показателями при выделении области являются условия увлажнения и континентальности.

Вертикальная почвенная структура - это ареал определенного ряда вертикальных почвенных зон, обусловленных положением горной страны в системе почвенно-биоклиматических областей и главными особенностями общей орографии. По своему таксономическому положению в системе районирования вертикальная почвенная структура идентична почвенной зоне на равнине. Ведущими показателями при выделении вертикальных почвенных структур являются термические условия, увлажнение и тип почвообразования нижней зоны. Почвенная провинция - часть почвенной зоны, выделяющаяся своеобразием ее увлажнения и континентальности, температурными различиями, которые обусловливают специфику почв, условий почвообразования. Вертикальная почвенная зона - ареал определенного зонального горного типа почв.

Почвенный округ - часть провинции или вертикальной почвенной зоны с определенным генетическим типом рельефа, в пределах которого прослеживается определенное сочетание почв и почвообразующих пород. Показательные различия округов обусловлены особенностями местного климата и растительного покрова. Почвенный район - это ареал почв в пределах почвенного округа с относительно однородным рельефом, составом почвенного и растительного покрова и определенным микрорельефом.

Специфика географического положения ДВ России (рис. 2) пересекающего с севера на юг три почвенно-биоклиматических пояса: полярного (холодного), бореального (умеренно холодного), суббореального (умеренного), обусловливает широкое разнообразие условий почвообразования и выделение в их пределах нижеследующих почвенных областей, зон и провинций.

1http://www.priroda.ru/regions/info/detail.php?SECTION_ID=&FO_ID=440&ID=6452

2http://xn--80aa2bkafhg.xn--p1ai/article.php?nid=12709

3http://www.kmslib.ru/kraevedenie/geografiya

4http://ecology-of.ru/priroda/klimat-goroda-khabarovsk

5 https://abc.vvsu.ru/books/u_ekologija/page0002.asp

6 http://samanka.ru/osobennosti-landshaftnogo-dizajna.html

Городские почвы – это антропогенно измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием, насыпанием или погребением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытового мусора.

Общие черты городских почв следующие:

• материнская порода – насыпные, намывные или перемешанные грунты или культурный слой;
• включения строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
• нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне);
• высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефтепродуктами;
• особые физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каменистость);
• рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различных материалов и интенсивного эолового напыления.

Специфика городских почв состоит в сочетании перечисленных свойств. Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт "урбик" (от слова urbanus – город). Горизонт "урбик" – поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (более 5% строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см (Федорец, Медведева, 2009).

В результате антропогенного воздействия городские почвы имеют существенные отличия от природных почв, главными из которых являются следующие:

• формирование почв на насыпных, намывных, перемешанных грунтах и культурном слое;
• наличие включений строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
• изменение кислотно-щелочного баланса с тенденцией к подщелачиванию;
• высокая загрязненность тяжелыми металлами, нефтепродуктами, компонентами выбросов промышленных предприятий;
• изменение физико-механических свойств почв (пониженная влагоемкость, повышенная плотность, каменистость и т.д.);
• рост профиля за счет интенсивного напыления.

Можно выделить некоторые группы городских почв: естественные ненарушенные, сохраняющие нормальное залегание горизонтов естественных почв (почвы городских лесов и лесопарков); естественно-антропогенные поверхностно преобразованные, почвенный профиль которых изменен в слое мощностью менее 50 см; антропогенные глубокопреобразованные почвы, формирующиеся на культурном слое или насыпных, намывных и перемешанных грунтах мощностью более 50 см, в которых произошла физико-механическая перестройка профилей или химическое преобразование за счет химического загрязнения; урботехноземы – искусственные почвогрунты, созданные путем обогащения плодородным слоем, торфо-компостной смесью насыпных или других свежих грунтов. В городе Йошкар-Оле, в Заречной части города, целый микрорайон построен на искусственном грунте – песке, который намыт со дна р. Малая Кокшага, толщина грунта доходит до 6 м.

Почвы в городе существуют под воздействием тех же факторов почвообразования, что и природные ненарушенные почвы, но в городах антропогенные факторы почвообразования преобладают над естественными факторами. Особенности почвообразовательных процессов на городских территориях состоят в следующем: нарушение почв в результате перемещения горизонтов с природных мест залегания, деформация структуры почвы и порядка расположения почвенных горизонтов; низкое содержание органического вещества – основного структурообразующего компонента почвы; уменьшение численности популяций и активности почвенных микроорганизмов и беспозвоночных как следствие дефицита органического вещества.

Значительный вред городским биогеоценозам наносит вывоз и сжигание листвы, в результате чего нарушается биогеохимический цикл питательных элементов почвы; почвы постоянно беднеют, состояние произрастающей на них растительности ухудшается. Кроме того, сжигание листвы на территории города приводит к дополнительному загрязнению городской атмосферы, поскольку при этом в воздух поступают те самые вредные загрязнители, в том числе тяжелые металлы, которые были сорбированы листьями.

Основными источниками загрязнения почвы являются бытовые отходы, автомобильный и железнодорожный транспорт, выбросы теплоэлектростанций, промышленных предприятий, сточные воды, строительный мусор.

Городские почвы – это сложные и быстро развивающиеся природно-антропогенные образования. На экологическое состояние почвенного покрова оказывают негативное воздействие производственные объекты через выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вследствие накопления и хранения отходов производства, а также выбросы автотранспорта.

Результатом многолетнего воздействия загрязненного атмосферного воздуха является содержание металлов в поверхностном слое городских почв, связанные с изменением технологического процесса, эффективностью пылегазоулавливания, влиянием метрологических и других факторов.

Общая характеристика почвенного почв Москвы

Озелененность городских почв характеризуется как удовлетворительная, и остается стабильной и неизменчивой по сравнению с предыдущими годами.

Большинство исследованных участков характеризуются высокой степенью озелененности, достигающей 100% на территориях парков и лесопарков. Ниже 40% степень озелененности опускается лишь в четверти точек опробования за этот год. Площадки с озелененностью порядка 25% и менее встретились на 15% исследуемых территорий и все они относятся к селитебным территориям и промзонам.

Захламленность территории, исследованной при опробовании почв за 2008 г., в целом не превышает 30%. Мусор обнаружен на поверхности в 75% пунктах мониторинга. Минимальным процентом захламленности (0-5%) характеризуются территории природных парков, а также ухоженные газоны в центре города (Бережковская и Космодамианская набережные, газон на ул. Свободы). Наиболее замусоренная поверхность (20-30%) среди исследуемых пунктов наблюдения отмечена в пределах жилой застройки (ул. Голубкинская, ул. Инженерная, ул. Шипиловская). Основная же часть пунктов опробования характеризуется небольшим процентом захламленности 5-10%, причем следует отметить, что в точках, располагающихся на территории промзон и пустырей, мусор проникает и в верхний почвенный слой, где также были отмечены различные антропогенные включения и большое количество камней.

Запечатанность почвенного покрова города по-прежнему остается высокой. Большая часть площадок мониторинга за 2008 г. характеризуется значительной запечатанностью - более 30%. Средняя запечатанность городских почв составляет 50%. Максимальный процент запечатанности (60 и 70%) зафиксирован на территориях жилой застройки на ул. Инженерная, Крондштадтском и Осеннем бульварах, минимальный (0%) на территориях парков, лесопарков (Нескучный сад, Коломенское, Братцево).

Агрохимическая характеристика почв города

Величина рНводн.

Для фоновых зональных (дерново-подзолистых) почв характерен большой разброс показателя кислотной реакции почвенного раствора (рНводн. 4,9-6,5).

Максимальная кислотность отмечается в верхнем горизонте и снижается с глубиной.

Для городских почв одним из диагностических признаков является сдвиг реакции среды в сторону щелочных значений (рНводн. 8-9 и выше).

Обследование почв на территории города Москвы в 2008 г. показало, что основная часть почв характеризуется нейтральной или близкой к ней реакцией среды, значения рН колеблются от 6,6 до 7,5 (45%). Показатель кислотности остальных проб достаточно равномерно распределен по классификационным группам: количество случаев встречаемости групп очень сильнокислой и сильнокислой, среднекислой и слабокислой, слабощелочной и щелочной составляет около 16-19%. Одновременно лишь в 0,4% случаев были обнаружены почвы с сильнощелочной и очень сильнощелочной реакцией среды. Средний уровень рН в исследованных почвах составляет 6,6 единиц.

Природные дерново-подзолистые почвы характеризуются четко обозначенным как морфологически, так и химически гумусовым горизонтом. Он хорошо отличается по более темной окраске. Мощность колеблется от 5-10 до 15 см. Содержание гумуса составляет 1-4%. В нижележащих горизонтах (элювиальном и иллювиальном) его содержание ниже 1%.

Главное отличие городских почв от природных заключается в том, что городские почвы обычно сильно загрязнены (особенно их верхняя часть) битумно-асфальтовыми смесями, сажей, нефтепродуктами. Поэтому для городских почв правильнее говорить о содержании органического углерода (Сорг.), а не о содержании гумуса. Разделение гумуса и продуктов загрязнения требует специальных исследований, до настоящего времени методически до конца не решенных. Содержание Сорг. в городских почвах по литературным данным может колебаться от 2 до 7%.

Большая часть исследуемых почв характеризуется степенью гумусности от очень низкой до средней. Повышенное содержание органического углерода обнаружено в 8,7% случаев, высокое и очень высокое лишь в 3,9 и 3% соответственно. Среднее содержание органического углерода в исследованных почвах составляет 4,1%, что соответствует среднему уровню гумусности. Наибольшее количество Сорг. имеют почвы скверов, бульваров, озелененных газонов, что связано с повышенным агрохимическим уходом за этим типом озелененных территорий.

Содержание гумуса в почвах административных округов распределилось следующим образом: СЗАО, ЮВАО, САО, ЮАО относятся к категории с низким содержанием органического углерода (2,4-4,0%); почвы СВАО, ВАО, ЮЗАО, ЗАО соответствуют среднему уровню обеспеченности органическим углеродом (4,3-5,0%); ЗелАО и ЦАО соответствуют повышенному уровню содержания в почвах органического углерода (6,5-6,6%).

Загрязнение почв Москвы тяжелыми металлами

Особое место среди проявлений антропогенного воздействия на почвы мегаполисов принадлежит загрязнению городской территории тяжелыми металлами, поскольку быстрое самоочищение почв от металлического загрязнения до требуемого по соображениям гигиенической и экологической безопасности уровня затруднено, а во многих случаях практически невозможно.

Основными источниками тяжелых металлов в условиях города являются:

дорожно-транспортный комплекс, промышленные предприятия, неутилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы. По результатам мониторинга почвенного покрова в 2008 г. установлено, что на территории города концентрации отдельных токсичных тяжелых металлов превышают установленные санитарно-гигиенические нормативы.

Наибольшие превышения предельно-допустимых концентраций (ориентировочно-допустимых концентраций) - ПДК (ОДК), а также наибольшее количество случаев таких превышений отмечены для цинка, свинца и кадмия, являющихся элементами 1 класса опасности.

Количество случаев превышения норматива достигает 52%. По функциональным зонам валовые и подвижные формы элемента распределяются аналогичным образом - максимальные их количества характерны для почв селитебных территорий и территорий, не вовлеченных в хозяйственную деятельность, минимальные - для почв природных и национальных парков, ботанических садов.

Среднее содержание подвижных форм свинца (9,4 мг/кг) выше ПДК в 1,8 раза. Количество случаев превышения норматива по подвижным формам достигает 46%. Минимальное количество подвижных форм элемента (3,6 мг/кг, ниже ПДК) характерно для лесопарков. В почвах остальных типов функциональных зон средние концентрации превышают ПДК, максимальное содержание приходится на территории, не охваченные хозяйственной деятельностью, и парки культуры и отдыха.

Мышьяк, ртуть

Средние содержания остальных элементов 1 класса опасности - мышьяка (3,8 мг/кг) и ртути (0,2 мг/кг), значительно меньше нормативов, а максимальные концентрации находятся на уровне нормативных значений. Содержания мышьяка распределяются сравнительно равномерно по всем типам функциональных территорий, а максимальное количество ртути присуще почвам скверов, бульваров и газонов.

Медь, никель Из химических элементов 2 класса опасности - меди и никеля - в загрязнении городских почв участвует только медь, особенно ее подвижные формы.

Среднее валовое содержание меди по городу (28 мг/кг) значительно ниже ОДК, а количество случаев превышения его составляет 1,5% (максимальное превышение в 1,4 раза). Среднее содержание подвижных форм элемента (2,9 мг/кг) лишь немного ниже ПДК, а максимальное (24 мг/кг) превышает ПДК в 4,6 раза. Количество превышений норматива составляет 26%. Распределение элемента по типам функционального зонирования характеризуется более высокими содержаниями валовых и подвижных форм в почвах скверов, бульваров, газонов и не вовлеченных в хозяйственную деятельность территорий и минимальными - в почвах природных и национальных парков.

Ни в одной отобранной на ППН почвенной пробе валовое содержание никеля не достигает ОДК. Средняя концентрация подвижных форм (1,2 мг/кг) почти в 3 раза ниже ПДК. Количество случаев превышения норматива составляет 4,6%, максимальная величина превышения - 5 раз. Распределение средних концентраций элемента по типам функциональных зон сравнительно равномерное.

Бенз(а)пирен

Являясь крупным мегаполисом с развитой инфраструктурой, город Москва располагает значительным количеством источников поступления органических загрязнителей в окружающую среду, которые подразделяются на стационарные (промышленные предприятия, ТЭЦ, крупные и мелкие отопительные системы), загрязняющие атмосферу в относительно ограниченных районах, и передвижные (транспорт), выбросы которых распространяются на значительно большие пространства. Бенз(a)пирен - вещество 1-го класса опасности, очень медленно разлагается, накапливается в почве, откуда поступает в грунтовые воды и, накапливаясь в пищевых цепях, может поступать в организм человека.

В исследуемых почвах содержание бенз(а)пирена варьирует от менее 0,001 до 6,3 мг/кг. В 63 % проб концентрации соединения превышают ПДК (0,02 мг/кг). Наиболее загрязнены почвы в центре и на востоке города. Не загрязнены почвы в основном на периферии города, особенно в южной и юго-западной его частях.

Из функциональных зон наиболее высокие содержания загрязнителя зафиксированы в промзонах и на селитебных территориях, не загрязнены почвы природных, национальных, дендрологических парков и ботанических садов.

Нефть и нефтепродукты

Поступление в почву компонентов нефти и нефтепродуктов вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик почвы, что приводит к снижению и даже полной утрате почвенного плодородия. Кроме того, углеводороды нефти способны образовывать в процессе трансформации токсичные соединения, обладающие канцерогенной, тератогенной и мутагенной активностью. Разложение нефтепродуктов почвенными бактериями происходит крайне медленно.

На площади города наблюдается чередование участков с загрязненными и незагрязненными почвами. Участки с повышенными концентрациями загрязнителя располагаются в основном вблизи границ Центрального административного округа, а также к северо-западу, востоку и юго-востоку от него, это связанно с наличием множества источников поступления в окружающую среду (автотранспорт, промышленные предприятия). Незагрязненные почвы распространены преимущественно на периферии города, особенно в пределах южного и западного секторов и Лосиного острова, а также в виде более мелких участков по всей его территории.

Из функциональных зон наиболее высокие содержания нефтепродуктов зафиксированы в промзонах, несколько меньше на селитебных территориях и территориях, не вовлеченных в хозяйственную деятельность (пустыри). Не загрязнены почвы природных, национальных, дендрологических парков и ботанических садов - среднее содержание ниже ПДК.

Эколого-геохимическая и агрохимическая характеристика почв вблизи транспортных магистралей Москвы

Одной из задач мониторинга почв является выявление особенностей их загрязнения вблизи транспортных магистралей. Для этого было заложено 16 профилей в крест простирания четырех основных кольцевых магистралей города

Проектная длина профилей составляла 250 м с отбором проб почв в точках 5, 10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 м от магистралей. На практике только в районе МКАД удалось пройти все профили такой длины. Ввиду близкого расположения жилых застроек к автотрассам длина профилей, заложенных на внутригородских кольцевых трассах, варьировалась от 30 до 250 м.

Пробы почв отбирались из верхнего, гумусового горизонта по методу «конверта» при стороне конверта 1-2 м, что позволяло снизить влияние случайных факторов локального загрязнения почв.

Большая часть площадок, на которых проводились исследования профилей, представляет собой засеянные газонной травой открытые участки, часто с растущими деревьями.

С целью исследования вертикального распространения химических соединений на каждой из 16 площадок были заложены почвенные разрезы глубиной от 50 до 110 см. Разрезы располагались на расстоянии 10 метров от проезжей части. При отборе образцов из почвенных разрезов производилось описание, как ландшафтно-экологических условий местности, так и физико-механических свойств почв.

По результатам мониторинга выявлены некоторые различия в распределении загрязняющих веществ около МКАД и около городских кольцевых трасс, связанные с тем, что в первом случае основным источником поступления загрязняющих веществ в почвы является МКАД, тогда как на территории города помимо автодорог существует (или существовало) множество других источников загрязнения, повлиявших на состояние почв.

Некоторые экологические проблемы крупного города (загрязнение городских почв)

Мегаполисы, крупнейшие города, городские агломерации и урбанизированные районы - это территории глубоко измененной антропогенной деятельностью природы. Выбросы крупных городов изменяют окружающие природные территории. Инженерно-геологические изменения недр, загрязнение почв, воздуха, водных объектов проявляется на расстоянии в 50 раз большем, чем радиус агломерации. Так, атмосферное загрязнение Москвы распространяется на восток (благодаря западному макропереносу) на 70-100 км, тепловое загрязнение и нарушение режима выпадения атмосферных осадков прослеживается на расстоянии 90-100 км, а угнетение лесных массивов - на 30-40 км.

Отдельные ореолы загрязнения вокруг Москвы и других городов и поселков Центрального экономического района слились в единое гигантское пятно площадью 177900 кв.км - от Твери на северо-западе до Нижнего Новгорода на северо-востоке, от южных границ Калужской области на юго-западе до границ Мордовии на юго-востоке. Пятно загрязнения вокруг Екатеринбурга превышает 32,5 тыс.кв.км; вокруг Иркутска - 31 тыс. кв.км.

Чем выше уровень научно-технического прогресса, тем сильнее нагрузка на окружающую среду. Один житель США в среднем потребляет ресурсов в 20-30 раз больше, чем средний гражданин Индии.

Во многих странах площадь урбанизированных земель превышает 10% общей территории. Так, в США она составляет 10,8%, в Германии - 13,5%; в Голландии 15,9%. Использование земель под различные сооружения существенно влияет на биосферные процессы. С урбанизированных территорий поступает в 1,5 раза больше органических веществ, в 2 раза больше соединений азота, в 250 раз больше диоксида серы и в 410 раз больше окиси углерода, чем с сельскохозяйственных районов.

Экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. и в 25% городов с населением от 250 тыс. до 500 тыс. чел. По существующим оценкам, около 1,2 млн. человек в городах России живут в условиях резко выраженного экологического дискомфорта и около 50% городского населения России - в условиях шумового загрязнения.

Одной из актуальнейших проблем урбоэкологии является проблема загрязнения городских почв - урбоземов. На ней я и решил остановиться.

Городские почвы (урбоземы).

Городские почвы отличны от естественных по химизму и водно-физическим свойствам. Они переуплотнены, почвенные горизонты перемешаны и обогащены строительным мусором, бытовыми отходами, из-за чего имеют более высокую щелочность, чем природные их аналоги. Почвенный покров крупных городов отличается также и высокой контрастностью, неоднородностью из-за сложной истории развития города, перемешанности погребенных разновозрастных исторических почв и культурных слоев. Так, в центре Казани почвы формируются на мощном культурном слое - наследии прошлых эпох, а на окраинах, в районах нового строительства, почвообразование развивается на свежих насыпных или перемешанных грунтах.

Естественный почвенный покров на большей части городских территорий уничтожен. Он сохранился лишь островками в городских лесопарках. Городские почвы (урбоземы) различаются по характеру формирования (насыпные, перемешанные), по гумусированности, по степени нарушенности профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло, токсичные отходы) и т.д. Для большинства же городских почв характерно отсутствие генетических горизонтов и наличие различных по окраске и мощности слоев искусственного происхождения. До 30-40% площади жилых застроенных зон занимают запечатанные почвы (экраноземы), в промышленных зонах преобладают химически загрязненные индустриземы на насыпных и привозных грунтах, вокруг АЗС формируются интруземы (перемешанные почвы), а в районах новостроек - почвоподобные тела (реплантоземы).

Особый вклад в ухудшение химических свойств почв вносят "снегоносы" - применение зимой солей в целях быстрого освобождения дорожных покрытий от снега. Для этого обычно используют хлористый натрий (поваренную соль), что ведет не только к коррозии подземных коммуникаций, но и к искусственному засолению почвенного слоя. В результате в городах и вдоль автомагистралей появились такие же засоленные почвы, как где-нибудь в сухих степях или на морских побережьях (как оказалось, существенный вклад в засоление придорожных почв в последние годы вносят мощные машины типа джипов, которые, идя на большой скорости, разбрызгивают лужи на дорогах далеко в стороны). Предлагаемые безвредные для растений заменители соли (например, фосфорсодержащая зола) не нашли в России широкого применения. Благодаря повышенному поступлению из атмосферы карбонатов кальция и магния почвы имеют повышенную щелочность (их pH достигает 8-9), они обогащены также сажей (до 5% вместо нормальных 2-3%).

Основная часть загрязняющих веществ поступает в городские почвы с атмосферными осадками, с мест складирования промышленных и бытовых отходов. Особую опасность представляет загрязнение почв тяжелыми металлами.

Городские почвы имеют повышенное содержание тяжелых металлов, особенно в верхних (до 5 см), искусственно созданных слоях, которые в 4-6 раз превышает фоновое. За последние 15 лет площадь земель, сильно загрязненных тяжелыми металлами, возросла в городах на треть и уже охватывает места новостроек. Например, сильно загрязнен тяжелыми металлами, особенно веществами 1-го и 2-го класса опасности, исторический центр Москвы. Здесь обнаружено высокое загрязнение цинком, кадмием, свинцом, хромом, никелем и медью, а также бензапиреном, обладающим сильнейшими канцерогенными свойствами. Они найдены в почве, листьях деревьев, траве газонов, детских песочницах (дети, играющие на детских площадках в центре города, получают свинца в 6 раз больше, чем взрослые). Значительное содержание тяжелых металлов обнаружено в Центральном парке культуры и отдыха. Это объясняется тем, что парк был разбит в начале 1920-х годов на месте мусорных свалок за Москвой-рекой (в 1923 г. здесь проводилась Всероссийская сельскохозяйственная выставка).

Большую роль в этом загрязнении имеют не только стационарные (промышленные (в первую очередь, металлургические) предприятия, но и мобильные источники, особенно автотранспорт, количество которого с увеличением размеров города постоянно повышается. Если 15-20 лет назад атмосферу городов загрязняли в основном промышленность и энергетика, то сегодня "пальма первенства" перешла к "химическим фабрикам на колесах" - автотранспорту, на долю которого приходится до 90% всех выбросов в атмосферу. Так, например, каждая третья московская семья имеет автомобиль (в Москве более 3 млн. автомобилей), причем около 15% из них - устаревшие "иномарки". Значительная их часть ввозится в страну с демонтированными антитоксическими системами. 46% всех эксплуатируемых в Москве автотранспортных средств имеют возраст свыше 9 лет, т.е. превысили срок амортизации. К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, а, следовательно, и почвы, поступающих с отработанными газами автомобилей, относятся свинец и бензапирен. Содержание их в почвах многих городов значительно превышает предельно допустимые нормы. В почвах 120 городов России в 80% обнаружено превышение ПДК свинца, около 10 млн. городских жителей постоянно контактируют с загрязненной свинцом почвой.

Показатели химического загрязнения почвенного покрова некоторых бульваров, входящих в Бульварное кольцо Москвы, представлены в следующей таблице.

Воздействие свинца нарушает функции женской и мужской репродуктивной системы, приводит к росту числа выкидышей и врожденных заболеваний, оказывает влияние на нервную систему, снижает интеллект, вызывает заболевания сердца, нарушения двигательной активности, координации движений, слуха. Ртуть нарушает функции нервной системы и почек, а в больших концентрациях может вызвать паралич, болезнь Миномата. Большие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам костей. Систематическое поступление цинка приводит к воспалительным явлениям в легких и бронхах, циррозу поджелудочной железы, анемии. Медь вызывает функциональные нарушения нервной системы, печени, почек, снижение иммунитета.

Многолетние наблюдения за содержанием тяжелых металлов в почвах 200 городов России показало, что к чрезвычайно опасной категории загрязнения относятся почвы 0,5% из них (Норильск), к опасной - 3,5 (Кировоград, Мончегорск, Санкт-Петербург и др.), к умеренно опасной - 8,5% (Асбест, Екатеринбург, Комсомольск-на-Амуре, Москва, Нижний Тагил, Череповец и др.).

22,2% территории Москвы относится к территории среднего загрязнения, 19,6% - сильного загрязнения и 5,8% - максимального загрязнения почв.

Исследования почв Бульварного кольца, проведенные весной 1999 г., показали низкое содержание биологически активных веществ (гумуса, азота, фосфора, калия), необходимых для питания растений. Активность почвенных ферментов ниже оптимальных показателей. Все это вызывает угнетение зеленых насаждений в этом районе.

Городские почвы принимают на себя весь удар и от радиоактивного загрязнения. Только в Москве насчитывается более полутора тысяч предприятий, использующих для своих нужд радиоактивные вещества. Ежегодно на территории города образуются несколько десятков новых участков радиоактивного загрязнения, ликвидацией которых занимается НПО "Радон".

Снижение плодородия городских почв происходит также из-за регулярной уборки растительных остатков, что обрекает городские растения на голодный паек. Ухудшает качество почв и регулярное скашивание газонов. Снижает плодородие городских земель и бедная почвенная микрофлора, малое количество микробного населения. Почти нет в почвах городов таких полезных и непременных членов почвенного населения, как дождевые черви. Нередко городские почвы стерильны почти до метровой глубины. А ведь именно почвенные бактерии переводят мертвые органические остатки в форму, удобную для усвоения корнями растений. Экологические функции городских почв ослаблены не только из-за сильного загрязнения (почвенный покров перестает быть фильтрационным барьером), но и из-за уплотнения, затрудняющего газообмен в системе почва-атмосфера и приводящего к появлению микропарникового эффекта под плотной (утоптанной) поверхностной коркой почвы. В жаркие летние дни асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и в глубь почвы. При температуре воздуха 26-27°С температура почвы на глубине 20 см достигает 37 °С, а на глубине 40 см - 32°С. Это самые настоящие горячие горизонты - как раз те, в которых сосредоточены живые окончания корней растений. Таким образом, для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них выше, чем надземных.

Из-за уборки опавших листьев осенью и снега зимой городские почвы сильно выхолаживаются и глубоко промерзают - нередко до -10… -15°С. Выявлено, что годовой перепад температур в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40-50°С, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20-25°С.

Изучение состояния здоровья населения в зависимости от уровня загрязнения почв поступившими из атмосферы тяжелыми металлами позволило разработать оценочную шкалу санитарной опасности загрязнения - суммарный показатель загрязнения (СПЗ).

Никакие достижения науки и техники не предотвратят экологическую катастрофу, если реальный сдвиг в отношении человека к природе не станет доминантой формирования новой экологической культуры и этики. Под экологической культурой понимается изменение мировоззрения каждого человека от современного антропоцентрического на более прогрессивное - биоцентрическое.

В условиях города наблюдается наиболее наглядное сочетание естественных факторов почвообразования с вновь возникшими, более мощными и, несомненно, доминирующими антропогенными факторами, что ведет к формированию здесь специфических почв и почвоподобных тел. И на сегодняшний день стало очевидным, что почва не всегда является объектом потенцииального плодородия, дарующим жизнь; в условиях современного техногенеза она в большей мере выступает как природное тело, сохраняю щее, за счет высокого потенциала своих протекторных функций, экологиче ское равновесие того или иного ландшафта. И городские почвы наглядный тому пример.

Основным результатом развития процесса урбанизации является значительное отчуждение продуктивных земель под застройки и промышленные объекты, при этом площади таких земель повсеместно увеличиваются. Основная причина трансформации почвенного покрова городов лежит во все прогрессирующей строительной деятельности человечества. С этим связаны изменения почв, включающие снятие, уничтожение или перемещение плодородного слоя, а также накопление, возможно, здесь же вредных промышленных и строительных отходов. Особенно много таких земель в Европе. По данным М.Н. Строгановой (1997), в Бельгии они занимают 28%, Великобритании - 12%, Германии - 11% площади. В Российской Федерации в городах и населенных пунктах, на территории, равной 0,65% от общей площади, проживает около 3/4 населения, т. е. более 100 млн. человек.

Нужно отметить, что возросшая за последние десятилетия интенсив ность антропогенной трансформации почв, привела к существенному изменению компонентного состава и структуры почвенного покрова больших территорий. Все почвы города разделяются на группы: естественные ненарушенные почвы, естественно-антропогенные поверхностно преобразованные, антропогенные глубоко преобразованные урбаноземы и почвы техногенных поверхностных почвоподобных образований - урботехноземы .

Основным отличием городских почв от природных является наличие диагностического горизонта «урбик«. Это поверхностный насыпной, перемешанный горизонт, часть культурного слоя мощностью более 50 см, с примесью - более 5% - антропогенных включений (строительно-бытового мусора, промышленных отходов). Его верхняя часть гумусирована. Наблюдается нарастание горизонта вверх за счет пылевых атмосферных выпадений, эоловых перемещений, антропогенной деятельности. Естественные ненарушенные почвы сохраняют нормальное залегание горизонтов естественных почв и приурочены к городским лесам и лесопарковым территориям, расположенным в черте города.

Естественно-антропогенные поверхностно преобразованные почвы в городе подвергаются поверхностному изменению почвенного профиля менее 50 см мощности. Они сочетают в себе горизонт «урбик» мощностью менее 50 см и ненарушенную нижнюю часть профиля. Почвы сохраняют типовое название с указанием характера нарушенности (например, урбо-подзолистая скальпированная, погребенная и т. д.).

Антропогенные глубоко преобразованные почвы образуют группу соб ственно городских почв урбаноземов , в которых горизонт урбик имеет мощ ность более 50 см. Они формируются за счет процессов урбанизации на культурном слое или на насыпных, намывных и перемешанных грунтах мощностью более 50 см, и подразделяются на 2 группы: физически преобразованные почвы, в которых произошла физико-механическая перестройка профиля (урбанозем, культурозем, некрозем, экранозем); химически преобразованные почвы, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путем, что и отражается на их разделении (индустризем, интрузем).

Кроме этого, на территории городов формируются почвоподобные техногенные поверхностные образования - урботехноземы. Они представляют собой искусственно созданные путем обогащения плодородным слоем или торфокомпостной смесью насыпных или других свежих грунтов. Среди них выделяют реплантоземы, конструктоземы.

Несомненно, что естественный почвенный покров на большей части современных городов уничтожен и (или) претерпевает кардинальные изменения, поэтому, наряду с изучением влияния загрязнения городских почв на экологию города, усиливается интерес к особенностям их морфологии и физико-химического строения. Отмечены значительные отличия этих почв от естественных (таблица 1).

Таблица 1 - Признаки вновь возникших городских почв