10 формирование городских почв. Разнообразие почв и почвоподобных тел в городских экосистемах

На территории городов почвы подвергаются загрязнению, которое можно подразделить на механическое, химическое и биологическое.

Механическое загрязнение заключается в засорении почв крупнообломочным материалом в виде строительного мусора, битого стекла, керамики и других относительно инертных отходов. Это оказывает неблагоприятное влияние на механические свойства почв.

Химическое загрязнение почв связано с проникновением в них веществ, изменяющих естественную концентрацию химических элементов до уровня, превышающего норму, следствием чего является изменение физико-химических свойств почв. Этот вид их загрязнения является наиболее распространенным, долговременным и опасным.

Биологическое загрязнение связано с привнесением в почвенную среду и размножением в ней опасных для человека организмов. Бактериологические, гельминтологические и энтомологические показатели состояния почв городских территорий определяют уровень их эпидемиологической опасности. Эти виды загрязнения подлежат контролю прежде всего на территории селитебных и рекреационных зон.

Основные загрязнители почвы:

1) пестициды (ядохимикаты);

2) минеральные удобрения;

3) отходы и отбросы производства;

4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

5) нефть и нефтепродукты.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами в мире каждый год подвергаются до 2 млн. человек, из них 40 тыс. - с летальным исходом. Подавляющая часть применяемых пестицидов попадает в окружающую среду (воду, воздух).

Они вызывают глубокие изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время как используются для уничтожения весьма ограниченного числа видов. В итоге наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения, которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов, так как обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека, они могут вызвать быстрый рост злокачественных новообразований, а также поразить организм генетически, что опасно для здоровья будущих поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них - ДДТ в нашей стране и в большинстве развитых стран запрещено. Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать пищевую цепь. При распылении пестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (орнитофауны). Особенно страдают популяции певчих и перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.

С длительным применением пестицидов связывают также развитие резистентных (устойчивых) рас вредителей и появление новых вредных организмов, естественные враги которых были уничтожены.

Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что общий экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их применения.

Оказалось так же, что нитраты, находясь в избытке, снижают содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов - закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека: при концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие, в частности, возникновение метгемоглобинемии, вследствие биологических превращений нитратов в токсичные соединения азота.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, способность которых к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для функционирования почв представляют газодымовые выбросы промпредприятий. Почва способна накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы. В 1997г. почти 0,4 млн. га в нашей стране оказались загрязненными медью, свинцом, кадмием и др. Еще больше земель были загрязнены радионуклидами и радиоизотопами в результате Чернобыльской катастрофы.

Одной из серьезных экологических проблем становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия.

Статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70-100 м. При этом наибольшие изменения наблюдаются: 1) в вечномерзлых льдистых породах, на участках залегания которых часто наблюдаются оттаивание, пучение и другие неблагоприятные процессы; 2) в сильносжимаемых породах, например, заторфованных, илистых и др.

Динамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки типичны при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф и др.)- Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются (равномерно или неравномерно), структурные связи нарушаются, возможно внезапное разжижение и образование оползней, отвалов, плывунов и других ущербообразующих процессов.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых и т.д. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия - возникают оползни, обвалы, осовы и т.п. Так, по данным А. А. Махорина (1985), в результате взрыва многотонного заряда в одном из районов Кыргызстана, при строительстве каменно-набросной плотины, на склонах образовалась зона нарушенных пород с трещинами от 0,2 до 1 м в ширину и до 200 м в длину. По ним произошли смещения горных пород объемом до 30 тыс. м 3 .

Тепловое воздействие. Повышение температуры горных пород наблюдается при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40-50°С, а иногда и до 100°Си более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000-1600 ° С породы спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства. Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенный поток влияет не только на состояние горных пород, но и на другие компоненты окружающей природной среды: почвы, подземные воды, растительность.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды.

Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические процессы, как оползни, карст, подтопление, просадки и др. Все эти процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими и наносящими экологический (а, как правило, еще и экономический) ущерб окружающей природной среде.

Оползни. Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки: фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Оползни - явление частое на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Основными антропогенными факторами, часто накладывающимися на природные, являются: дополнительная нагрузка на склон от сооружений, вибрационная нагрузка от движущегося транспорта и сейсмическая от взрывов, обводнение склона, изменение его формы и др. Большой ущерб природной среде ежегодно наносят оползневые процессы на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих других рек и горных районов.

Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболоченностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т.д.). Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера, приводящих к значительным человеческим жертвам.

Карст. Геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломита, гипса или каменной соли), образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн и др.) и сопровождаемое провалами земной поверхности, получило название карста. Их образование связывают с интенсификацией отбора подземных вод. Активизация карста отмечается во многих районах России. Подтопление - пример ответной реакции геологической среды на антропогенное воздействие. Под подтоплением понимают любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее 1-2 м до УГВ).

Подтопление территорий негативно влияет на экологическое состояние природной среды. Массивы горных пород переувлажняются и заболачиваются. Активизируются оползни, карст и другие процессы. В лессовых грунтах возникают просадки, в глинах - набухание. Просадка приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание - к неравномерному подъему зданий и сооружений. В результате сооружения испытывают деформации и становятся малопригодными для эксплуатации, что значительно ухудшает санитарно-экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях. На подтопленной территории, в результате вторичного засоления почв угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.

Причины подтопления разнообразны, но практически всегда связаны с деятельностью человека. Это - утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных дрен - оврагов, асфальтирование и застройка территории, нерациональный полив садов, скверов, подпор подземных вод глубокими фундаментами, фильтрация из водохранилищ, прудов - охладителей АЭС и др.

Иловые осадки станций биологической очистки сточных вод и компост из городских бытовых отходов содержат большое количество органических и питательных для растений минеральных веществ, поэтому их используют как удобрение. Однако они, как правило, содержат многие металлы в концентрациях, которые являются токсичными. При внесении в почвы иловых осадков и компоста в дозах, определяемых по их удобрительной ценности, можно прогнозировать увеличение содержания токсичных элементов в почвах в несколько раз. Химические элементы, условно называемые тяжелыми металлами свинец, цинк, медь, кадмий, ванадий и др., не только сами являются опасными для здоровья человека, но и служат индикаторами присутствия более широкого спектра загрязняющих веществ (газов, органических соединений). Величину суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения загрязнения до 16 соответствуют допустимому уровню опасности для здоровья населения; от 16 до 32 - умеренно опасному; от 32 до 128 - опасному, более 128 - чрезвычайно опасному Геохимическое изучение почв в городе на регулярной основе позволяет получить пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и выявить участки, проживание на которых сопряжено с наибольшим риском для здоровья населения.

Отрицательное влияние на состояние почвы в городе оказывает использование поваренной и других солей для борьбы с гололедом в зимний период и утечки высокоминерализованных технологических растворов. Это приводит к возрастанию количества фитотоксичных соединений в составе почв. Известно, что хлориды натрия и кальция разрушительно действуют на почвенные коллоиды и вызывают при определенных концентрациях гибель растений. В талой снеговой воде крупного промышленного города может содержаться хлор-иона в 150 раз больше, чем в природной речной воде

Общая характеристика
Почвы в пределах города обладают определенными специфическими свойствами, наиболее типичными из которых являются: наличие включений строительно-бытового мусора; повышенная уплотненность; тренд в сторону повышенной щелочности; накопление техногенных веществ; наличие патогенных микроорганизмов.
Типичная для центра старого города почва - урбанозем на древнем культурном слое, характеризуется мощным темноокрашенным органическим горизонтом урбик, отсутствием выраженного переходного горизонта В и элювиально-иллювиальной дифференциацией профиля. Профиль городской почвы часто растет вверх за счет напыления или антропогенного поступления материала.
1 Основные данные о свойствах урбаноземов получены при исследовании почв городов таежной природной зоны (работы М.Н. Строгановой с соавт., 1992, 1997, 1998).

Урбаноземы - генетически самостоятельные почвы, обладающие как признаками зональных педогенных процессов, так и специфическими свойствами.
Для них характерен поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт с урбоантропогенными включениями, понимаемый как особое природно-антропо-техногенное образование.
В урбаноземах, несмотря на специфичность почвенного профиля и большую засоренность его разного рода твердыми включениями, протекают следующие процессы: гумусообразование и гумусовая аккумуляция; вынос и перераспределение минерального вещества; железо-гумусовая сегрегация; мобилизация и иммобилизация карбонатов; оглеение; структурообразование, включая биогенную переработку; как результат деятельности человека - процесс загрязнения ТМ и полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ); появление патогенных микроорганизмов; сезонное засоление.
Степень выраженности этих процессов различна и зависит от возраста наноса, условий использования участка и ряда других обстоятельств. Но влияние на почвообразование основных процессов, характерных для данной природной зоны, несомненно.
При определенных обстоятельствах, вероятно, урбаноземы, развивающиеся на культурном слое или на грунтах, могут эволюционировать в зональные почвы с присущими им свойствами и системой генетических горизонтов.
Морфологические свойства почв
Отличительной характеристикой городских почв, особенно почв в центре города, является большое количество антропогенных включений в средней и нижней частях почвенного профиля. Существенное место в профилях почв городов занимает насыпной грунт, имеющий по крайней мере один литологический перерыв.
С течением времени поверхностный слой приобретает черты горизонта А1. Встречаются погребенные горизонты, более темные из-за аккумуляции органического вещества, более рыхлой консистенции, с повышенным количеством корней и животного населения.

Для большинства урбаноземов, как центрального образа городских почв, характерно: отсутствие естественных почвенных горизонтов; в профиле почв сочетаются различные по окраске и мощности слои искусственного происхождения, о чем свидетельствуют резкие переходы и ровные границы между ними; скелетный материал представлен в основном строительным и бытовым мусором (кирпичная крошка, куски асфальта, битое стекло, уголь и т.д.) в сочетании с промышленными отходами, торфокомпостной смесью или включениями фрагментов естественных почвенных горизонтов; иногда встречаются слои, полностью состоящие из отходов и мусора. />Наряду с урбаноземами в городе в парках и лесопарках сохраняются естественные почвы, а также частично аллювиальные пойменные почвы разной степени нарушенное™. Они сочетают в себе ненарушенную нижнюю часть профиля и антропогенно-измененные верхние слои (урбо-почвы).
Все перечисленные почвы различаются в городе: по характеру формирования (насыпные, перемешанные), по гумусированности и оглеенности, по степени нарушенное™ профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло, токсические отходы и т.д.) и другим показателям.
Типы морфологических профилей представлены на рис. 10.8.
Водно-физические свойства почв
Урбаноземы значительно отличаются от естественных почв по физическим свойствам (табл. 10.4).
Гранулометрический состав почвы - важный показатель, который определяет продуктивность городской почвы, степень ее фильтрационной и водоудерживающией способности.
Таблица 10.4
Изменение физических свойств городских почв (поверхностные горизонты)

Для городских почв слоистость грунтов по гранулометрическому составу имеет важное почвенно-геохимическое значение, так как служит экранирующим и капиллярно-прерыва- ющим барьером.
Важный фактор - содержание мелкозема, он определяет степень влагоемкости. Для городских экосистем характерно привнесение в почву песка и гравия, используемого в градостроительстве. Строительный материал, промышленные отходы, механические загрязнители и другие технологические субстраты имеют размеры гравия и камней. Из-за этого
их содержание в городских почвах постоянно увеличивается.
Другая важная характеристика - форма щебня. Многие городские почвы содержат слои твердых обломков заостренной формы, поэтому в таких субстратах наблюдается слабое проникновение корней и редкая
встречаемость дождевых червей.
Для городских почв важным показателем является показатель захламленности, т.е. степень перекрытости поверхности почвы абиотическими наносами, в том числе токсическими. Эту часть почвы можно назвать балластной. Важным фактором является химический состав материала. При его токсичности происходит химическое загрязнение всей экосистемы.
Урбанофитоценозы, выполняющие санитарно-гигиенические и эстетические функции, находятся в жестких условиях существования. Одним из факторов, который вызывает угнетенное состояние или гибель растений в условиях города, является высокая рекреационная нагрузка и, как следствие,
вытаптывание напочвенного покрова и уплотнение поверхности почвы. В таких случаях затруднено проникновение корней в глубь профиля.
Плотность сложения характеризует способность почвы накапливать запасы доступной влаги для растений, а также воздуха. Плотность почвы влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов. Оптимальная плотность пахотного горизонта для большинства культурных растений составляет 1,0-1,2 г/см3, для городских почв она выше (1,4-1,6 г/см3). Эта величина является очень важной характеристикой окультуренности почвы.
Как правило, почвы города сильно переуплотнены с поверхности. Граница переуплотнения горизонта и остановка развития корней начинается с величины 1,4 г/см3 для суглинистых почв и 1,5 г/см3 для песчаных.
Изменение физических свойств связано с увеличением объемной массы поверхностных слоев почв: на участках с усиленным движением оно доходит до 1,7 г/см3, хотя в хорошо удобренных органическим веществом насыпных почвах эта величина может равняться 0,8-0,9 г/см3. В.Д. Зеликов (19641) установил, что от соотношения рыхлых и плотных участков зависит состояние зеленых насаждений: если участков с объемной массой почв выше 1,1 г/см3 более 30%, то многие деревья страдают суховершинностью. Постепенное уплотнение приводит к изменению структуры почвенных горизонтов, образованию слоеватости и формированию крупнопластинчатых отдельностей (Рохмистров, Иванова, 19852).
Сильное уплотнение почвы ведет к созданию в корнеобитаемом слое условий, близких к анаэробным, особенно в период продолжительных дождей весной и осенью. В таких условиях сильно затрудняется рост мелких (активных) корней древесных и травянистых растений и нарушается процесс естественного возобновления растительности. В уплотненных почвах масса корней в 2,5-3 раза меньше, чем в неуплотненных. Хорошо предохраняет почву от переуплотнения лесная подстилка.
Исследованиями также установлено, что твердость почвы на уплотненных участках газона, где наблюдались изреживание и плохой рост трав, составляла 40-45 кг/см2, тогда как для нормального роста трав требуется, чтобы она была в два раза меньше (Абрамашвили, 1985).
Порозность (скважность) - одно из важнейших свойств почвы, обусловливающее в основном водный и воздушный режим. От величины Зеликов В.Д. Некоторые материалы к характеристике почв лесопарков, скверов и улиц Москвы. // Известия ВУЗов, Лесной ж. 1964. №3, с. 10-15. Рохмистров В.Л., Иванова Т.Г. Изменение дерново-подзолистых почв в условиях крупного промышленного центра // Почвоведение, №5, 1985, с. 71-76.
пор зависит передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемная способность, мобильность воды. В лесопарках, садах и на бульварах, где почва почти не подвергается уплотнению, порозность колеблется от 45 до 75%. Уплотнение почвы снижает ее до 25-45%, что приводит к ухудшению водно-воздушного режима почвы.
С порозностью связаны влагоемкостъ и воздухоемкостъ почв. С ухудшением водно-физических свойств уменьшается накопление в ней влаги, особенно в летние месяцы, составляя на уплотненных участках всего до 14% от их влагоемкости.
Водопроницаемость. Важной характеристикой городских почв является величина способности почв впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. Величина и характер водопроницаемости сильно зависят от степени каменистости, порозности почвы, от ее влажности и химического состава. Существенное значение имеет наличие в почве города камней, трещин и пустот. Для городских почв характерна провальная или мозаичная водопроницаемость, обусловленная наличием пустот в профиле за счет строительного или бытового мусора. Наблюдается зависимость между плотностью сложения почвы и скоростью фильтрации воды в ней. Так, например, в верхних слоях почвы в естественном состоянии водопроницаемость на 60% выше по сравнению со средне вытоптанным участком и в четыре раза выше по сравнению с сильно вытоптанным.
Наличие тропиночной сети с сильно уплотненным поверхностным горизонтом нарушает естественное распределение корневой массы, что может стать причиной деградации растительности.
Большое значение для улучшения экологической обстановки в городе и здоровья его жителей имеет интенсивность газообмена между городской почвой и атмосферой, а также состав газовой фазы почвы, который определяется процессами транспорта газов из атмосферы и внутри почвы. На газовый состав почв в городе влияет, помимо плотности сложения, влажности почвы и др., наличие экранирующего действия искусственных покрытий и утечки природного газа из городской газопроводной сети.
Асфальтовое покрытие, например, практически полностью экранирует почву Одним из негативных последствий затрудненного газообмена является пониженное поступление кислорода: коэффициент диффузии кислорода уменьшается от 3,8x10"2 см2/с на открытом пространстве до 5x10-5 см2/с под асфальтовым покрытием. При таком коэффициенте диффузии, если нет других источников поступления кислорода, его количество недостаточно для жизнедеятельности аэробных организмов и корней деревьев в 10-сантимет- ровом слое почвы. Однако кислород может поступать в почву под асфальтом из трещин и граничащих с дорогой участков, причем наблюдается прямая зависимость количества кислорода в центре дороги от ее ширины.
На газовый состав почв влияют и утечки газа из городских газовых коммуникаций. Во многих странах Западной Европы были зарегистрированы случаи, когда из-за этого происходило усыхание деревьев и кустарников в городе. Вероятно, это явление имеет место и в наших городах, но, по-видимому, ему не уделяется должного внимания.
При поступлении природного газа (в основном это метан, этан, пропан) в почву, значительно (в 50-100 раз) возрастает интенсивность микробиологического окисления метана и других газов ввиду активного развития специфической группы анаэробных микроорганизмов, что увеличивает потребление 02 и продуцирование С02. Исследования показали, что состав газовой фазы разных почв вокруг зон утечки был сходным. Было установлено, что область влияния утечки газа зависит от интенсивности последней и может иметь радиус до 20 м, при этом в радиусе до 11 м образуются полностью анаэробные условия. Вокруг анаэробной зоны образуется неширокая (вследствие очень высокой интенсивности) зона окисления, которую, в свою очередь, окружает зона транзита кислорода из незатронутых участков. Перечисленные зоны имеют практически правильную сферическую форму.
После ликвидации утечки газа происходят существенные изменения численности и состава микроорганизмов и состава газовой фазы почв, однако возвращение последнего в исходное состояние занимает период от нескольких месяцев до года. Последствиями воздействия утечки газа может быть появление в почве неорганических восстановителей (Fe2+, Мп2+, S2) или органических кислот. Естественно, утечка газа, последствия и последействия этого явления крайне отрицательно действуют на почвенную фауну и растительность. В развитых странах газовый состав почв в урба- нофитоценозах иногда регулируется с помощью специально разработанных методов, включая создание вентиляционных каналов, компрессорную обработку почв в зонах распространения корней (Craul, 19921).
Признавая исключительную значимость зеленых насаждений в городских условиях и важную роль почвы и ее экологических функций для произрастания растений, необходимо констатировать следующее:
Повышенная щебнистость и карбонатность урбаноземов, бес- структурность, переуплотненность и большая твердость поверхностных слоев отрицательно сказываются на водно-физических свойствах как искусственно созданных, так и сохранившихся естественных почв города и, следовательно, на функционировании урбофитоценозов и всей урбоэкосистемы.
1 Craul Р. G. Urban soils in landscape design. New-York. 1992.

Физико-химические свойства почв
Большинство выбросов различных, в том числе и токсических Bely I ществ и материалов в городскую среду сосредоточиваются на по- /У/ верхности почвы, где происходит их постепенное накопление. Это приводит к изменению химических и физико-химических свойств субстрата.
По основным физико-химическим показателям почвы города значительно отличаются от своих природных аналогов. Данные табл. 10.5 иллюстрируют различие свойств урбаноземов Москвы и дерново-подзолистых почв Подмосковья. Вероятно, в иных природных зонах некоторые тенденции этих различий могут быть иными.
Таблица 10.5
Сравнительная характеристика свойств поверхностных горизонтов урбаноземов г. Москвы и дерново-подзолистых почв Подмосковья
(Строганова, Агаркова, 1992)

Величина кислотности корнеобитаемого слоя городских почв колеблется в широких пределах, но преобладают почвы с нейтральной и слабощелочной средой. В большинстве случаев реакция среды у городских почв выше, чем у зональных (Обухов и др., 1989, 1990). Высокую щелочность городских почв большинство авторов связывает с попаданием в них через поверхностный сток и дренажные воды преимущественно хлоридов кальция и натрия, а также других солей, которыми посыпают тротуары и дороги зимой. Другой причиной является высвобождение кальция под действием осадков из различных обломков, строительного мусора, цемента, кирпича и пр., имеющих щелочную реакцию. Практически повсеместно наблюдается постепенное уменьшение величины pH с глубиной.
Как известно, повышение кислотности до значений, близких к нейтральным, благоприятствует росту большинства растений и способствует активности микроорганизмов, а также связыванию некоторых растворимых соединений тяжелых металлов. Однако дальнейшее подщелачивание может привести к образованию труднорастворимых форм некоторых элементов питания и микроэлементов, и, начиная со значений pH, равных 8-9, делает почву непригодной для роста большинства растений.
Содержание органического углерода в городских почвах варьирует и зависит от его величины в исходном субстрате, а также от применения органических и минеральных удобрений, привнесения органического мусора и т.д. Как правило, количество органического вещества в городских почвах выше, чем в фоновых.
Во всех стародавних почвах, особенно почвах скверов, парков, огородов, содержание гумуса достигает 8-12%, а в среднем 4-6% (Земля- ницкий и др., 1962; Лепнева, Обухов, 1987"). С глубиной оно несколько падает, часто имея скачкообразный характер распределения по профилю. Иногда «старонасыпные» почвы приобретают характер черноземовидных, как это отмечено Л.Т. Земляницким и др. (1962) для Александровского сада Москвы.
В молодых почвах города в составе органического вещества доминируют компостные компоненты и низкогумифицированная фульвокис- лотная фракция.
Степень насыщенности основаниями часто превышает 80-95% и достигает 100%. Для почв большинства парков и городских лесов она обычно составляет меньшую величину. В составе обменных катионов преобладают Са (до 70%) и Mg (до 30%).
Элементы питания растений (N, Р, К) в городских почвах распределяются неравномерно. Большинство исследователей отмечают высокую обогащенность урбаноземов и слабонарушенных почв общим азотом, фосфором и калием. В них же отмечается обогащенность и подвижными формами элементов питания. Для насыпных почв г. Москвы Л.Т. Земля- ницкий с соавторами (1962) отмечали высокую обеспеченность подвижным фосфором (до 100-200 мг/100 г почвы и больше); данные по обес- 1 Лепнева О.М., Обухов А.И. Тяжелые металлы в почвах и растениях территории МГУ. // Вести. МГУ, сер. 7. №1, 1987.
печенности доступным калием довольно пестрые, иногда анализ обнаруживает только следы подвижного калия, а иногда величина достигает 40 мг/100 г и более.
Загрязняющие вещества городских почв. С шестидесятых годов XX в. и по сей день экологов-урбанистов и почвоведов интересует проблема загрязнения городских почв тяжелыми металлами. Необходимо отметить, что этот вид загрязнения почв наиболее изучаем, так как почти каждая публикация, посвященная городским почвам, содержит сведения о загрязнении микроэлементами. Большинство городских экологов считает, что все городские почвы загрязнены тяжелыми металлами. В настоящее время для многих крупных городов мира установлено, что тяжелые металлы поступают в почву в основном из воздуха. На территории городов наибольшее внимание привлекает загрязнение такими элементами, как Pb, As, Си, Zn, Cd, Ni.
Тяжелые металлы вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий. При максимальном проявлении процесса химического загрязнения почва теряет способность к продуктивности и биологическому самоочищению, происходит потеря экологических функций и гибель урбосистемы. Изменяется состав, структура и численность микрофлоры и мезофауны. «Перегрузка» почвы тяжелыми металлами может полностью или частично блокировать течение многих биохимических реакций. Тяжелые металлы уменьшают скорость разложения органического вещества почв.
История землепользования в старых городах довольно сложна. Загрязнение тяжелыми металлами могло произойти в результате ремесленной и индустриальной деятельности в прошлые века, в результате разрушения и строительства зданий после войн. В общем, при изменении типа землепользования в разные времена происходило накопление субстратов с различными свойствами, в том числе и загрязненных тяжелыми металлами.
Одним из основных источников загрязнения в городах признан автотранспорт. Специалисты насчитывают в выхлопных газах около 40 химических веществ, большинство из них токсичны. Особенно много токсичного свинца, его повышенные концентрации находят на расстоянии более 100 м от автомагистрали.
Большое внимание исследователи уделяют загрязнению почв противогололедными соединениями. С начала семидесятых годов в странах Западной Европы проводятся регулярные исследования влияния NaCl, СаС12 и Ca(N03)2, которыми посыпают дороги в зимнее время, на свойства почв вдоль дорог. Накопление солей в почве может наблюдаться на расстоянии 100 м от дороги, но существенным оно бывает на расстоянии первых 5-10 м. Максимум содержания солей приходится на раннюю весну, минимум на сентябрь-октябрь. К осени Na перемещается из поверхностного горизонта (0-5 см) в более глубокие слои, С1 вымывается. На расстоянии 10 м от дороги десятилетней эксплуатации Na накапливается в количестве 50-70 мг/кг. Встречаются данные об увеличении pH почвенного раствора. Посыпание дорог солью ведет к усилению диспергирования, ухудшению влагопроводности и аэрации почв. Вопрос о последействии хлоридов и выхлопных газов требует дальнейших глубоких и обстоятельных исследований.
К другим загрязнителям, типичным для городских условий, относятся: различные формы пестицидов, унаследованные от агроландшафтов и характерные в основном для новых городских территорий; органические отходы (жидкие стоки животноводческих комплексов, промышленные органические отходы, сточные воды); радионуклиды; ртуть; вещества, попадающие на почву с загрязненными атмосферными осадками.
Включения антропогенных материалов чрезвычайно сильно влияют на все почвенные свойства, ограничивая площадь возможного проникновения корней и распространения микроорганизмов, уменьшают водоудерживающую способность почв. Кальцийсодержащий строительный мусор, пыль, цементная крошка и подобные материалы способствуют подщелачиванию, а разложение других субстратов (пластика и пр.) ведет к высвобождению токсичных веществ и газов.
Важнейшим фактором, влияющим на свойства городских почв, становится загрязненность их тяжелыми металлами, пестицидами, хлор- органическими соединениями и другими токсикантами.
В настоящее время получены обширные материалы об уровнях загрязнения почв в различных городах СНГ и за рубежом. Для 120 городов России в 80% случаев отмечены существенные превышения ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) содержания свинца и других тяжелых металлов в почве. Более 10 млн. городских жителей контактируют с почвой, имеющей в среднем превышение ОДК по свинцу. В большинстве городов содержание свинца изменяется в пределах 30-150 мг/кг при среднем значении 100 мг/кг.
В значительной степени эти показатели определяются видом источника загрязнения, количественным и качественным составом выбросов, удаленностью загрязнителей от источника загрязнения и имеют специфический характер для каждого города и любого участка в нем. Распределение загрязнителей по поверхности почв определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, розы ветров, геохимических потоков миграции, форм рельефа.
Степень проявления процесса загрязнения определяется как отношение содержания загрязняющего вещества в почве к величине ПДК или другой нормативной величине. Химическое загрязнение тяжелыми металлами определяется по их валовым и подвижным формам.

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).

Величина СПЗ	Уровень опасности	Заболеваемость населения
	неопасный	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей. Минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
	малоопасный	Увеличение общей заболеваемости
		Увеличение общей заболеваемости детей и взрослых, числа детей с хроническими заболеваниями, нарушений функционального состояния сердечно-сосудистой системы
	высокоопасный	Увеличение общей заболеваемости детей и взрослых, числа детей с хроническими заболеваниями, нарушений функционального состояния сердечно-сосудистой системы, детородной функции женщин

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.

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

Ключевые слова

ГОРОДСКИЕ ПОЧВЫ / КЛАССИФИКАЦИЯ / МЕГАПОЛИС / ИНТРОДУЦИРОВАННЫЙ ГОРИЗОНТ / SOILS / CLASSIFICATION / PRINCIPLES / CHANGE

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы - Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю.

На примере Санкт-Петербурга выявлено генетическое разнообразие естественных, антропогенно-преобразованных и антропогенных почв мегаполиса . Определены изменения в компонентном составе почвенного покрова под влиянием антропогенной деятельности и раскрыты закономерности формирования почвенного покрова на территории Санкт-Петербурга за несколько столетий, начиная с XVIII в. Рассмотрены варианты изменений исходного строения профиля естественных почв, всегда сопутствующие процессу урбанизации, и особенности процесса почвообразования в условиях города. Из многообразия поверхностных тел, встречающихся на урбанизированной территории, выявлены объекты, соответствующие определению почв - объектов “Классификации и диагностики почв России” (КиДПР) и Международной реферативной базы данных (WRB). Определены принципы классификации почв урбанизированных территорий. Дана характеристика почв, сконструированных человеком, основой которых является привнесенный (интродуцированный горизонт ) и определены его отличительные морфологические признаки. Введено понятие интродуцированного горизонта , состоящего из модифицированного человеком материала гумусового или органогенного горизонтов естественных или антропогенно-преобразованных почв и имеющего резкую нижнюю границу с подстилающей породой. Определено классификационное положение разнообразных почв мегаполиса в системе КиДПР и WRB. Предлагается в системе КиДПР в стволе синлитогенных почв наряду со стратоземами, вулканическими, слаборазвитыми и аллювиальными ввести новый отдел “Интродуцированные почвы”. В отделе “Интродуцированные почвы” выделено 6 типов по характеру гумусового или органогенного горизонта и по особенностям подстилающей породы. В системе WRB возможно ввести новую реферативную группу, в которой будут объединены почвы с интродуцированным горизонтом , подстилающимся любым минеральным субстратом естественного или антропогенного происхождения.

Classification of urban soils in russian soil classification system and international classification of soils

Based on the example of St-Petersburg a genetic diversity of natural, human-transformed and anthropogenic soils has been thoroughly studied at the urbanized territory of this city. Under consideration are changes in components of the soil cover caused by the human activities along with regularities in the soil cover formation that has being developed for several centuries from the beginning of the 18 th century. It is also shown how changed the initial profile of natural soils accompanying the urbanization process with special emphasis on peculiar features of the soil formation at the urbanized territory. Among a great variety of surface bodies at this territory the soils were found out, the definition of which is given in Russian soil classification system and WRB. The principles for classifying the urban soils are considered. The distinct morphological features of an introduced horizon are determined to give the comprehensive characteristics of human-transformed soils . Under discussion is the concept of “introduced horizon” composing of the human-modified material from the humus or organogenic horizons of natural soils and having the lower sharply expressed boundary with the bedrock. In Russian soil classification system it would be advisable to use a new order of “introduced soils ” within the trunk of synlithogenic soils along with stratozems, volcanic, weakly developed and alluvial soils . In WRB it would be also possible to identify a new reference group of soils including the soils with the introduced horizon and underlying by any mineral substratum of natural or anthropogenic origin.

Текст научной работы на тему «Классификация городских почв в системе Российской и международной классификации почв»

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРОДСКИХ ПОЧВ В СИСТЕМЕ РОССИЙСКОЙ И МЕЖДУНАРОДНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ

1 Санкт-Петербургский государственный университет, 199178, Россия, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9 2Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева, 199034, Россия, Санкт-Петербург, Биржевой проезд, 6 e-mail: [email protected]

На примере Санкт-Петербурга выявлено генетическое разнообразие естественных, антропогенно-преобразованных и антропогенных почв мегаполиса. Определены изменения в компонентном составе почвенного покрова под влиянием антропогенной деятельности и раскрыты закономерности формирования почвенного покрова на территории Санкт-Петербурга за несколько столетий, начиная с XVIII в. Рассмотрены варианты изменений исходного строения профиля естественных почв, всегда сопутствующие процессу урбанизации, и особенности процесса почвообразования в условиях города. Из многообразия поверхностных тел, встречающихся на урбанизированной территории, выявлены объекты, соответствующие определению почв - объектов "Классификации и диагностики почв России" (КиДПР) и Международной реферативной базы данных (WRB). Определены принципы классификации почв урбанизированных территорий. Дана характеристика почв, сконструированных человеком, основой которых является привнесенный (интродуцированный горизонт) и определены его отличительные морфологические признаки. Введено понятие интродуци-рованного горизонта, состоящего из модифицированного человеком материала гумусового или органогенного горизонтов естественных или антропогенно-преобразованных почв и имеющего резкую нижнюю границу с подстилающей породой. Определено классификационное положение разнообразных почв мегаполиса в системе КиДПР и WRB. Предлагается в системе КиДПР в стволе синлитогенных почв наряду со стратоземами, вулканическими, слаборазвитыми и аллювиальными ввести новый отдел "Интроду-цированные почвы". В отделе "Интродуцированные почвы" выделено 6 типов по характеру гумусового или органогенного горизон-

та и по особенностям подстилающей породы. В системе WRB возможно ввести новую реферативную группу, в которой будут объединены почвы с интродуцированным горизонтом, подстилающимся любым минеральным субстратом естественного или антропогенного происхождения.

Ключевые слова: городские почвы, классификация, мегаполис, ин-тродуцированный горизонт.

Интерес ученых к исследованию почв городов неуклонно возрастает вслед за увеличением площадей урбанизированных территорий. В настоящее время более 3/5 мирового населения проживает на урбанизированных территориях. Наиболее урбанизированными государствами (кроме государств-городов) являются Кувейт (98.3%), Бахрейн (96.2%), Катар (95.3%), Мальта (95%). В Северной и Западной Европе на долю городского населения приходится более 80%. В России застроенные территории занимают 4.3 млн га, а число жителей в городах составляет около 70%. Неограниченная экспансия городов на окружающие земли неизбежно ведет к изменению глобального экологического потенциала почв. Сокращаются площади с активно-функционирующей поверхностью, занятой естественными и пахотными угодьями. Прогнозирование последствий урбанизации на глобальные изменения экологических функций почвенного покрова является безотлагательной задачей, стоящей перед учеными почвоведами, которую, в свою очередь, невозможно решить без определения места городских почв в современных классификационных системах.

Общепринятой классификации городских почв ни в России, ни в мире в настоящий момент не существует. Одной из причин этого является отсутствие единых подходов к номенклатуре и систематике почв городов. В официально принятой в России классификации почв, которая опубликована в 1977 г. (Классификация и диагностика..., 1977) и используется по настоящее время, почвы урбанизированных территорий не рассматриваются. В "Классификации и диагностике почв России" (КиДПР) (2004) антропогенно-преобразованным почвам уже уделено заметное внимание.

Широкий интерес к изучению почв городов возник в последние десятилетия (Строганова, Агаркова, 1992; Burghardt, 1994; Почва, город, экология, 1997; Бакина и др., 1999, Надпорожская и др., 2000; Герасимова и др., 2002; Русаков, Иванова, 2002; , Leh-

mann, Stahr, 2007, Rossiter, 2007; Матинян и др., 2008; Апарин, Сухачева, 2010, 2013, 2014; Лебедева, Герасимова, 2011; Прокофьева и др., 2011, 2014; Шестакови др., 2014; Naeth at al., 2012). Оригинальные подходы и схемы для номенклатуры и систематики почв городов были предложены для Москвы (Строганова, Агарко-ва, 1992; Лебедева, Герасимова, 2011; Прокофьева и др., 2011), Санкт-Петербурга (Апарин, Сухачева, 2013, 2014), Перми (Шеста-ков, 2014). В области классификации городских почв известны работы немецких исследователей (First International Conference, 2000; Lehmann, Stahr, 2007; Naeth at al., 2012), предложения международных рабочих групп (SUITMA, INCOMMANTH, WRB) (Burghardt, 1994). Ведется активный поиск классификационного положения почв городов в системе КиДПР (2004) и WRB (2014) .

Очевидно, что при решении задачи определения классификационного положения почв городов, необходимо учитывать, что почвенный покров в городах кардинально отличается от такового в естественных ландшафтах. Воздействие человека на почвы на урбанизированной территории проявляется от незначительного изменения в их свойствах до коренного преобразования почвенного профиля и "создания" новых почвенных форм.

Почвенный покров любого города гетерогенен и характеризуется значительной пространственной и временной неоднородностью. Это связано не только с разнообразием природных условий, но и разной степенью и масштабом воздействия человека на почвенный покров на различных этапах строительства и расширения города, а также в разных его частях - в центре, на окраинах, в лесопарках, промышленных территориях и "спальных" районах (Апарин, Сухачева, 2013). В городах деятельность человека, как одного из факторов почвообразования, проявляется в косвенном и прямом воздействии на почвы и почвенные процессы. Косвенное воздействие состоит в модификации факторов почвообразования (осадков, температуры, испарения, растительности, состава материнских пород). Прямое воздействие на почвы заключается в под-кислении, подтоплении, нарушении почвенного профиля, а также в формировании или, своего рода, конструировании почвенного профиля, подобного естественному.

На территории любого города практически всегда сочетаются элементы почвенного покрова естественных ландшафтов, агр о-

ландшафтов и участков плотной городской застройки и промышленных зон. В сохранившихся в городской черте естественных экосистемах доминируют разности почв со слабонарушенным строением, в агроландшафтах, преобладают агрогенно-преобразо-ванные почвы, на территориях с плотной городской застройкой широко распространены разнообразные поверхностные образования: асфальтовые покрытия, антропогенно-преобразованные почвы, созданные человеком почвоподобные тела, минеральные грунты. Таким образом, спектр поверхностных образований территории любого города широкий: от естественных почв, характерных для данной географической зоны, до различной степени трансформированных почв и непочвенных образований.

Например, при создании почвенной карты Санкт-Петербурга (масштаба 1: 50000) в административных границах мегаполиса было выделено 18 типов и подтипов естественных почв, 13 антропогенно-преобразованных, 4 антропогенных (Апарин, Сухачева, 2014). Естественные почвы представлены на разных стадиях развития (от начальной - петроземы и псаммоземы до климаксной). Почвы Санкт-Петербурга имеют характерные особенности, связанные как с физико-географическим положением города в бассейнах р. Нева и Балтийского моря, так и с историей формирования экологического пространства города со времени поселения здесь человека (Апарин, Сухачева, 2013).

Почвы Санкт-Петербурга имеют в своем профиле признаки длительного многовекового преобразования под воздействием человека, в которых просматриваются определенные закономерности. Хотя человек появился на территории Приневья еще в эпоху неолита, его влияние на почвы тогда было минимальным и имело точечный дискретный характер (таблица) Незначительные изменения в морфологическом облике почв, вероятно, были только на территориях временных стоянок рыболовов и охотников. По глубине и характеру воздействия на почвенный профиль они не отличались от нарушений естественного происхождения, происходивших, например, при ветровалах.

Начиная с УШ-Х1 вв. Нева становится важнейшим участком международных водных путей между народами Восточной и Северной Европы, что значительно увеличило нагрузку на почвенный покров территории. В условиях заболоченных и покрытых

лесами земель в первую очередь осваивались наиболее дренированные земли около рек, где в последующем на протяжении столетий развивались поселения, строительство которых явилось

Изменения в компонентном составе почвенного покрова под влиянием человека на территории Санкт-Петербурга_

Период Новые компоненты в 1111 Характер изменений в 1111

Неолит- Поверхностно- Точечный

XIII в. турбированные

XIII- Поверхностно- Фрагментарный

XVIII вв.

Стратифицированные почвы

Абрадированные

Агро естественные

XVIII в. Поверхностно- Площадной

турбированные Экспансия на естественные

Абрадированные ные угодья

Агро естественные

Интродуцированные

Стратоземы

Окисленно -глеевые

Агроземы

XIX в. Поверхностно- Площадной

турбированные Экспансия на естественные

Стратифицированные почвы и сельскохозяйствен-

Абрадированные ные угодья

Агро естественные

Интродуцированные

Стратоземы

Окисленно-глеевые

Агроземы

ХХ в. Поверхностно- Площадной

турбированные Стратифици- Экспансия на естественные

рованные почвы и сельскохозяйствен-

Абрадированные ные угодья

Агро естественные

Интродуцированные

Стратоземы

Окисленно-глеевые

Агроземы

причиной появления на территории будущего мегаполиса первых ареалов стратифицированных, абрадированных почв и, вероятно, стратоземов. К 1500 г. на территории нынешнего Петербурга и прилегающего к нему районов было уже 410 деревень. Практически около каждой деревни были небольшие по площади ареалы освоенных почв: агродерново-подзолов, агросерогумусовых, агро-дерново-подзолистых. Процесс освоения земель активно шел и в последующий период. К моменту основания города почвенный покров территории уже был значительно преобразован человеком - помимо освоенных почв с агрогоризонтом, в нем сравнительно большую площадь занимали в разной степени нарушенные почвы.

Наиболее радикальные изменения в почвенном покрове города здесь произошли за относительно короткий период времени (300 лет). Точечный и фрагментарный характер нарушений почвенного покрова с 1703 г. время становится площадным. Положение исторического центра Санкт-Петербурга в дельте р. Нева и постоянные наводнения вызвали необходимость поднятия поверхности (мощность культурного слоя достигает в некоторых частях города 4 м и более). Проводятся осушительные работы, создаются мостовые, высаживаются аллеи. Ареалы нарушенных почв на территории строящегося Петербурга стремительно разрастаются и начинают превышать размеры ареалов естественных почв. Для поднятия уровня поверхности подсыпали грунт, на газоны наносили гумусированный материал. Появляются первые ареалы почв с привнесенным целеноправленно созданном гумусовым слоем.

В центральной части современного города все естественные почвы разрушены или погребены под культурным слоем. Вместо них абсолютно доминируют вновь созданные человеком антропогенные почвы, или реже стратоземы (рис. 1). Они, как правило, сформированы на антропогенном слоистом субстрате, который является в настоящее время подстилающей, реже почвообразую-щей породой. Его формирование закончилось около 100-150 лет назад. Таким образом, мы точно знаем максимальное время формирования современного профиля городской почвы в историческом центре Санкт-Петербурга.

Рис. 1. Схема трансформации профиля естественной почвы на урбанизированной территории.

Есть определенные закономерности и в формировании почвенного покрова территории города, которые нашли отражение в его современном облике.

С момента основания город постоянно застраивал в первую очередь уже освоенные земли с агроземами или агроестественны-ми почвами. Поэтому в работах по исследованию погребенных почв Санкт-Петербурга часто упоминаются погребенные пахотные горизонты (Русаков, Иванова, 2002; Матинян, 2008). Экспансия города на пахотные угодья постоянно сопровождалась освоением все новых прилегающих к городской черте земель, окультуриванием почв и использованием их для производства сельскохозяйственной продукции для горожан. Этот процесс непрерывно продолжался на протяжении более чем трех столетий. Генеральный план развития Санкт-Петербурга до 2025 г. предусматривает расширение территории также за счет земель сельскохозяйственного назначения. На окраинах Санкт-Петербурга в спальных районах, которые были построены в 60-70-х годах, многие почвы также несут следы бывшего освоения.

При определении места почв городов в современных классификационных системах необходимо установить, какие из городских поверхностных образований (естественные почвы, антропогенно-преобразованные почвы, созданные человеком почвоподоб-ные тела, асфальтовые и другие искусственные образования) являются объектами, той или иной классификационной системы, (т.е. соответствует определению объекта классификации).

Территории с искусственными покрытиями, в том числе и асфальтовыми не являются объектами КиДПР, так как эти тела не соответствуют определению объекта классификации. Согласно КиДПР, "объектом базовой профильно-генетической классификации является почва - экспонированное на поверхности суши природное или естественно-антропогенное твердофазное тело, сформированное многолетним взаимодействием процессов, приводящих к дифференциации исходного минерального и органического материала на горизонты" (Классификация..., 2004, а 9). В то же время эти поверхностные образования могут быть рассмотрены в системе WRB, так как определение объектов этой классификационной системы более широкое.

Почвы парков, кладбищ, некоторых скверов - это, как правило, антропогенно-преобразованные почвы. Они полностью соответствуют определению объектов обеих классификаций, и в основном уже рассмотрены как в КиДПР, так и WRB.

В КиДПР почвы, в профиле которых отражены результаты антропогенного воздействия, выделяются на различных таксономических уровнях - от отделов до подтипов. В системе WRB выделены две реферативные группы почв, морфологический облик и свойства которых значительно изменены человеком: Anthrosols and Technosols, а также целый ряд квалификаторов. Однако далеко не все поверхностные образования городов, которые могут относиться к почвам, находят свое место в WRB и КиДПР.

Принципы классификации почв урбанизированных территорий. Опыт исследования и картографирования почв Санкт-Петербурга показал, что классификацию почв урбанизированных территорий можно встроить в общую структуру КиДПР и WRB на основе следующих принципов:

Единство подходов к классификации всех экспонированных на поверхность твердофазных тел, образующих почвенный покров мегаполиса;

Признание, что объектами почвенной классификации урбанизированных территорий являются как естественные и антропогенно-преобразованные почвы, так и "сконструированные" человеком образования, которые имеют на поверхности привнесенный материал гумусового (или органогенного) горизонта;

Учет признаков, отражающих степень и глубину антропогенной трансформации почвенного профиля; деятельность человека как фактора почвообразования приводит либо к разрушению почв, либо к их погребению, смешиванию или перемещению материала почвенных горизонтов;

Учет не только последовательности горизонтов (слоев), но и наличие или отсутствие генетической связи между ними (резкий переход из одного слоя почвы в последующий при отсутствии сопряженных признаков между смежными слоями - вынос и аккумуляция вещества);

Признание, что в условиях урбоэкосистем профилеобразу-ющий процесс, протекающий под влиянием естественных факторов, часто сопровождается постоянным или периодическим по-

ступлением материала на поверхность почвы; это вызывает рост почвенного профиля вверх и формирование слоистой толщи различной мощности и состава;

Признание, что для диагностики горизонтов в антропогенных почвах и определения классификационного положения этих почв на уровне типа в КиДПР и квалификаторов в WRB так же, как для естественных и антропогенно-трансформированных, приоритетными являются признаки, унаследованные от естественных почв.

Поиск места городских почв в КиДПР и WRB. Для определения классификационного положения разнообразных почв мегаполиса в системе КиДПР и WRB рассмотрим возможные варианты изменений исходного строения профиля естественной почвы, всегда сопутствующие процессу урбанизации (рис. 2). Существует всего четыре типа изменения почвенного профиля под прямым воздействием человеческой деятельности: перемешивание почвенных горизонтов, срезание части профиля, погребение почвы и "конструирование" нового профиля.

При строительстве наиболее часто происходит погребение почв, причем все типодиагностические горизонты исходных почв сохранены. При погребении естественного почвенного профиля слоем природного или искусственного материала небольшой мощности (до 40 см) образуются тела, которые классифицируются в КиДПР на уровне подтипа как гумусово-, арти-, урби-, токси-стратифицированные почвы (рис. 2a, 2б). В системе WRB для подобных почв используется квалификатор Novic (рис. 3.1). Почвы, большая часть профиля которых представлена гумусированной стратифицированной толщей привнесенного материала, объединены в КиДПР в отдел стратоземов (рис. 2д). В WRB это ралич-ные антросоли (рис. 3.2, 3.3). Если в стратифицированной толще содержится более 20% артефактов и более 35% объема приходится на строительный мусор, то в WRB для подобных почв используется квалификатор ШгЫс.

Почвенные тела, сохранившие свое естественное строение и находящиеся под асфальтом ("запечатанные" почвы) (рис. 2в), в WRB классифицируются как Бкгашс (рис. 3.4). В системе КиДПР, с нашей точки зрения, их следует рассматривать только как погребенные почвы, соответствующих генетических типов, так как они

название почвы по "Классификации и диагностике почв России" 2004 название почвы по классификации городских почв

Рис. 2. Типы изменения почвенного профиля под прямым воздействием человеческой деятельности в системе КиДПР.

Рис. 3. Типы изменения почвенного профиля под прямым воздействием человеческой деятельности в системе WRB.

изолированы (утрачивают большинство связей) и не выполняют большинства функций, как природных биогеомембран. Изолированные от окружающей среды такие почвы не могут адсорбировать продукты метаболизма мегаполиса, преобразовывать и транспортировать поллютанты, не выполняют санитарную, водо-и газо- и терморегулирующую функцию.

Исследования почв Санкт-Петербурга показали, что погребенные естественные почвы находятся глубоко под поверхностью и перекрыты не только асфальтом, но и различными по мощности антропогенными слоями.

При сведении древесной растительности или выравнивании поверхности может быть нарушена только верхняя часть естественного почвенного профиля. Такие почвы в КиДПР классифицируются как турбированные на уровне подтипа в типах естественных почв (рис. 2е). При длительном перемешивании верхних горизонтов, связанном с сельскохозяйственной обработкой почв, образуются агроестественные почвы и агроземы в КиДПР (рис. 2е) и ЛиШгс^о^ в WRB (рис. 3.7, 3.8).

В результате срезания одного или двух поверхностных горизонтов образуются абрадированные почвы (рис. 2ж). При более глубоком срезании, когда на дневную поверхность выходит в той или иной степени сохранившийся срединный горизонт, почва относится к отделу абраземов (КиДПР) (рис. 2з). Нередко при строительстве почва полностью уничтожается, и на поверхности оказывается порода; в этом случае выделяются абралиты, представляющие собой уже не почву, а техногенное поверхностное образование, которое рассматривается за пределами классификационной системы КиДПР (рис. 2и)

Нанесенный на поверхность слой искусственного материала или породы (рис. 2г) также может рассматриваться только как техногенное поверхностное образование (Лебедева, Герасимова, 2011) или Technosols в WRB (рис. 3.6) (Sukhacheva, Aparin, 2014).

Таким образом, в системе WRB варианты 1-3 и 7-9 (рис. 3) рассматриваются как почвы различных реферативных групп с квалификаторами Novic, Urbic, Ekranic, Antric. Варианты 4-6 -Technosols. Вариант 10 - порода. Остаются только почвы, имеющие привнесенный гумусовый горизонт, залегающий на минеральной породе (рис 3.13).

В рамках КиДПР все рассмотренные варианты, кроме одного, или имеют свое место в системе, или не являются объектами этой почвенной классификации. Оставшийся вариант - это "сконструированная" человеком антропогенная почва (рис. 2к), в которой привнесенный гумусовый или торфяный горизонт природных почв перекрывает естественную либо искусственно-созданную минеральную толщу. Человек, будучи одним из факторов почвообразования (отнюдь необязательным), не может сам создать почву в классическом (научном) ее понимании. Исходя из целевой функции - обеспечить условия роста и развития растений - человек создает физическую модель корнеобитаемого слоя, а не почвенного профиля как такового.

В агроландшафтах человек целенаправленно изменяет химический состав, свойства и режим почвы, чтобы наиболее эффективно использовать ее важнейшую функцию - плодородие. При этом генетический профиль почвы, как правило, изменяется незначительно. На урбанизированных территориях для реализации этой же цели, человек вынужден на месте разрушенных почв кон-

струировать почвоподобные образования с плодородным корне-обитаемым слоем, привнося извне органо-минеральный или органогенный почвенный материал - продукт длительного естественного почвообразования, который сформировался при другом соотношении факторов. Как правило, этот материал берется из различных почв прилегающих территорий и наносится либо на сохранившиеся горизонты прежних почв, либо на естественную породу, оказавшуюся на поверхности в результате уничтожения почвенного профиля или перемещенную при строительстве, либо на искусственно созданную минеральную толщу. Таким образом, происходит перенесение наиболее биологически активной части почвы из ее природного ареала на урбанизированную территорию. Хотя, почвообразование, как особая имманентно-присущая природе форма движения материи, начинается сразу же после стабилизации дневной поверхности на всех минеральных и органо-минеральных субстратах, необходимы сотни лет, чтобы сформировалась система генетических горизонтов в поверхностной толще.

В новой чужеродной (урбанизированной) среде, новом сконструированном человеком почвенном профиле большинство морфологических признаков, позволяющих идентифицировать тип перемещенных горизонтов, сохраняется. В то же время некоторые свойства, целенаправленно или случайно модифицированные человеком, могут значительно отличаться от исходных свойств этих горизонтов в естественных почвах. К перемещенному почвенному материалу можно применить термин интродуци-рованный, принятый в биологии, а целенаправленное внедрение материала гумусового (торфяного, торфяно-минерального) горизонта в урбанизированную среду является своеобразной техногенной интродукцией, подобной интродукции растений. В результате формируются почвы с интродуцированным горизонтом, имеющим характерные морфологические признаки, которые с одной стороны наследуются от материнской почвы, с другой, связаны с антропогенным воздействием.

Интродуцированный гумусовый или органогенный горизонт мощностью состоит из привнесенного и модифицированного человеком материала гумусового или органогенного горизонтов естественных или антропогенно-преобразованных почв и имеет

резкую нижнюю границу с находящимся под ним минеральным субстратом - подстилающей породой, которая обычно отличается от естественных как по составу, так и по строению. Часто наблюдается неоднородность горизонта по сложению, составу и плотности.

Отличительным признаком подстилающих пород является, как правило, их гетерогенный состав и строение. Они содержат значительное количество, включений - артефактов различного состава, размера и объема и характеризуются наличием геохимических барьеров, резких градиентов водопроницаемости, теплопроводности, водоудерживающей способности.

Особенно важно, что в профиле подобных почв гумусовый или органогенный горизонт всегда лежит на породе, которая является для него подстилающей, а не материнской (почвообразую-щей). Большинство "новых" почв не обладает типоморфными признаками, характерными для естественных почв. Система минерально-энергетического обмена в профиле подобных почв не сбалансирована, а отсутствие или слабое проявление генетической связи между слоями свидетельствуют о начальной стадии формирования почвенного профиля.

Предложения по введению новых таксонов в КиДПР. Особенностью процесса почвообразования в условиях города является омоложение почвенного профиля в результате постоянного или периодического антропогенного поступления гумусированного материала на поверхность почвы. Оценивая возраст почв городских территорий, следует принимать во внимание, что возраст ин-тродуцированных гумусовых горизонтов, а также подстилающей минеральной толщи может быть очень большим, до нескольких тысяч лет, в то время как, возраст собственно почвенного профиля может не достигать и года. В мегаполисе почвообразующий процесс, с одной стороны, не имеет принципиальных отличий естественного, а с другой - его скорость в городе значительно выше.

Основу классификации почв с интродуцированным горизонтом, как и естественных почв, составляет морфолого-генетический анализ профиля: строения, состава, свойств. Для условий Санкт-Петербурга учитывается глубина профиля до 100 см, т.е. до нижней границы четкого проявления процессов почвообразования в естественных почвах региона, дифференцирующих профиль на генетические горизонты.

При разработке классификации почв мегаполисов необходимо на высокий таксономический уровень поставить мощность гумусового или органогенного горизонта, с которыми связано большинство выполняемых функций. Должна учитываться и степень генетической связи между слоями, их соответствие профиле-образующим процессам, характерным для почв этой природной зоны, происхождение и состав поверхностного горизонта.

Учитывая специфическое строение антропогенных почв и особенности почвообразования почв в условиях города, предлагается в системе КиДПР в стволе синлитогенных почв наряду со стратоземами, вулканическими, слаборазвитыми и аллювиальными почвами ввести отдел: Интродуцированные почвы.

Отдел объединяет почвы, в которых интродуцированный гумусовый или органогенный горизонт (I) мощностью менее 40 см залегает на минеральном субстрате (D), образованном in situ или привнесенном извне.

Если интродуцированный горизонт мощностью менее 40 см залегает на почве с ненарушенным строением или любом срединном горизонте, почва классифицируется в рамках КиДПР как гу-мусово-стратифицированный подтип в соответствующем типе; при мощности интродуцированного горизонта более 40 см почва диагностируется как стратозем.

В отделе Интродуцированные почвы выделено 6 типов почв по характеру гумусового или органогенного горизонта и по особенностям минерального субстрата. Во всех типах возможно выделение подтипов по наличию в подстилающем субстрате признаков, свидетельствующих о механизмах его формирования.

Типичные почвы (in situ) I-D: подстилающая минеральная толща не имеет признаков механического перемещения. Типичные интродуцированные почвы формируются в случае, когда ин-тродуцированный горизонт насыпают на почвообразующую породу, сохранившуюся от разрушенной почвы.

Урбослоистые почвы I-RDur: отличаются хорошо выраженной слоистостью, часто с большой долей индустриальных включений (кирпичи, строительно-бытовой мусор, керамзит, гравий, артефакты и т.д.). Мощность подстилающей урбослоистой минеральной толщи может достигать нескольких метров, а подтипы

таких почв характерны для территорий, где неоднократно проводились строительные работы.

Урбонасыпные почвы ЬЯВ: подстилающая минеральная толща неоднородна по составу и сложению, часто содержит артефакты; нечеткая слоистость свидетельствуют о стратификации материала. Подобные подтипы формируются на месте строительства или ремонта различных подземных коммуникаций. Подстилающая минеральная толща в большинстве случаев имеет мощность не более 2 м и подстилается породой, имеющей естественное сложение.

Урбослоисто-гумусовые почвы I-RDur[h]: отличаются хорошо выраженной слоистостью, часто с включением погребенных интродуцированных гумусовых слоев. В Санкт-Петербурге серо-гумусовые урбослоисто-гумусовые подтипы выявлены в скверах и парках в центральной части города.

Ареалы этих почв точечно расположены среди асфальтовых покрытий и занимают от 5 до 20% площади. Почвы сформированы на антропогенных слоистых отложениях - "культурном" слое, достигающем в некоторых частях города 4 м и более. Причиной однообразия компонентного состава почв "старого города" является их сходное происхождение. Интродуцированный гумусовый горизонт в небольших скверах и газонах внутри петербургских дворов постепенно на протяжении более чем трех столетий периодически (при каждом новом ремонте или строительстве зданий) перекрывался слоем из строительного мусора. Затем формировался или искусственно наносился новый гумусовый слой. Таким образом, подавляющее большинство почв в кварталах "старого города" -интродуцированные серогумусовые урбислоисто-гумусовые. Гораздо реже встречаются почвы, сформированные на слоистой культурной толще без гумусированных прослоек.

Водно-аккумулятивные почвы (намытые грунты) I-Daq: подстилающая минеральная толща однородна по составу и имеет тонкую слоистость. На прибрежных территориях г. Санкт-Петербурга среди почвообразующих пород намытые наносы преобладают. Как правило, они слоистые и напоминают аллювиальные отложения.

Кроме перечисленных подтипов, специфических для типов интродуцированных почв, возможно выделение подтипов по при-

родным признакам, например, оглеению, карбонатности, ожелез-ненности, что отражается сложными подтипами.

В системе WRB на основе вышеизложенных принципов возможно ввести новую реферативную группу, в которой будут объединены почвы с интродуцированным горизонтом, подстилающимся любым минеральным субстратом.

Включение в единую классификационную схему естественных, антропогенно-трансформированных почв и собственно антропогенных почв позволяет с единых позиций рассматривать разнообразие почв и их изменения в почвенном покрове любого города как в пространстве, так и во времени.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю. Почвенный покров Санкт-Петербурга: "из тьмы лесов и топи блат" к современному мегаполису // Биосфера. 2013. Т. 5. № 3. С. 327-352.

2. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю. Почвенная карта - основа интегральной оценки экологического пространства мегаполиса // Мат-лы конф. "Нерешенные проблемы климатологии и экологии мегаполисов". СПб., 2013. С. 5-10.

3. Апарин Б. Ф., Сухачева Е. Ю. Принципы создания почвенной карты мегаполиса (на примере Санкт-Петербурга) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 790-802. Б01: 10.7868/80032180Х1407003Х.

4. Бакина Л.Г., Орлова Н.Е., Капелькина Л.П., Бардина Т.В. Гумусовое состояние городских почв Санкт-Петербурга// Гумус и почвообразование. СПб, 1999. С. 26 - 30.

5. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.

6. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224с.

7. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 235 с.

8. Лебедева И.И., Герасимова М.И. Возможности включения почв и почвообразующих пород Москвы в общую классификационную систему почв России // Почвоведение. 2011. № 5. С. 624-628.

9. Матинян Н.Н., Бахматова К.А., Шешукова А.А. Почвы Шереметьевского сада (наб. Фонтанки 34) // Вестн. СПбГУ. 2008. Сер. 3.

10. Надпорожская МА., Слепян Э.И., Ковш Н.В. О почвах исторического центра Санкт-Петербурга // Вестн. СПбГУ. 2000. Сер. 3. Вып. 1(№3). С. 116-126.

11. Почва, город, экология / Под ред. Добровольского Г.В. М.: Фонд "За экономическую грамотность", 1997. 320с.

12. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Иванников Ф.А. Систематика почв и почвообразующих пород Москвы и возможность их включения в общую классификацию // Почвоведение. 2011. № 5. С.611-623.

13. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И., Безуглова О.С., Бахматова К.А., Гольева А.А., Горбов С.Н., Жарикова Е.А., Матинян Н.Н., Накваси-на Е.Н., Сивцева Н.Е. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1155-1164

14. Русаков А.В., Иванова К.А. Морфологическое строение и свойства почв исторического центра Санкт-Петербурга (площадь перед Казанским собором) // Материалы по изучению русских почв. СПб., 2002. Вып. 3(30). С. 37-40.

15. Строганова М.Н., Агаркова М.Г. Городские почвы: опыт изучения и систематика (на примере почв юго-западной части г. Москвы) // Почвоведение. 1992. № 7. С. 16-24.

16. Шестаков И.Е., Еремченко О.З., Филькин Т.Г. Картографирование почвенного покрова городских территорий на примере г. Пермь // Почвоведение. 2014. № 1. С. 12-21.

17..Aparin B., Sukhacheva E. Introduced Soils of Urban Areas and their Placement in the World Reference Base for Soil Resources // Materials of 20th World Congress of Soil Science. Jeju, Korea, 2010, 20wcss.org

18. Aparin B.F., Sukhacheva E. Yu. Principles of soil mapping of a megalopolis with St. Petersburg as an example // Eurasian Soil Science. 2014. V. 47(7). Р. 650-661.

19. Burghardt W. Soil in urban and industrial environments. Zeitschrift Pflan-zenernahr., Dung., Bodenkunde. 1994. V.157. P. 205-214.

20. First International Conference on soils of urban, industrial, traffic and mining areas. University of Essen, Germany, 2000. V. 1. 366 p.

21. Lehmann A., Stahr K. Nature and Significance of Anthropogenic Urban Soils // J. Soils Sediments. 2007. V. 7(4). P. 247-260.

22. Naeth M.A., Archibald H.A., Nemirsky,C.L., Leskiw L.A. Brierley J.A. Bock M.D., Vanden Bygaart A.J. and Chanasyk D.S. Proposed classification for human modified soils in Canada: Anthroposolic order // Can. J. Soil Sci. 2012. V. 92. P. 7-18.

23. Rossiter D.G. Classification of Urban and Industrial Soils in the World Reference Base for Soil Resources // J. Soils Sediments. 2007. V. 7(2). P. 96-100.

24. Sukhacheva E., Aparin B. Principles of soil mapping of urban areas // Abstract book of 9th International Soil Science Congress on "The soul of soil and Civilization". Side, Antalya, Turkey, 2014. P. 539.

25. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 2014. 181 р.

CLASSIFICATION OF URBAN SOILS IN RUSSIAN SOIL CLASSIFICATION SYSTEM AND INTERNATIONAL CLASSIFICATION OF SOILS

B. F. Aparin1" 2, Ye. Yu. Sukhacheva1" 2

1Saint Petersburg State University, Universitetskaya nab. 7-9, St. Petersburg, 199034 Russia 2Dokuehaev Central Soil Science Museum, Birzhevoi proezd, 6, St. Petersburg, 199034 Russia e-mail: [email protected]

Based on the example of St-Petersburg a genetic diversity of natural, human-transformed and anthropogenic soils has been thoroughly studied at the urbanized territory of this city. Under consideration are changes in components of the soil cover caused by the human activities along with regularities in the soil cover formation that has being developed for several centuries from the beginning of the 18th century. It is also shown how changed the initial profile of natural soils accompanying the urbanization process with special emphasis on peculiar features of the soil formation at the urbanized territory. Among a great variety of surface bodies at this territory the soils were found out, the definition of which is given in Russian soil classification system and WRB. The principles for classifying the urban soils are considered. The distinct morphological features of an introduced horizon are determined to give the comprehensive characteristics of human-transformed soils. Under discussion is the concept of "introduced horizon" composing of the human-modified material from the humus or organogenic horizons of natural soils and having the lower sharply expressed boundary with the bedrock. In Russian soil classification system it would be advisable to use a new order of "introduced soils" within the trunk of synlithogenic soils along with stratozems, volcanic, weakly developed and alluvial soils. In WRB it would be also possible to identify a new reference group of soils including the soils with the introduced horizon and underlying by any mineral substratum of natural or anthropogenic origin.

Keywords: classification, soils, principles, change.

10 формирование городских почв. Разнообразие почв и почвоподобных тел в городских экосистемах

Некоторые экологические проблемы крупного города (загрязнение городских почв)

Городские почвы (урбоземы).

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы - Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы - Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю.

Classification of urban soils in russian soil classification system and international classification of soils

Текст научной работы на тему «Классификация городских почв в системе Российской и международной классификации почв»