Загрязнение почв городов. Условия и факторы формирования городских почв Что понимают под городской почвой

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

Общие черты городских почв следующие:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Интенсивная деятельность человека в пределах крупных городов приводит к существенному и часто необратимому изменению окружающей природной среды: претерпевает изменения рельеф и гидрографическая сеть, естественная растительность сменяется созданными человеком фитоценозами, формируется специфический тип городского микроклимата, за счет увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается или сильно изменяется почвенный покров. Все это приводит к образованию специфических почв и почвоподобных тел.

Природно-городская система и почвы

Одной из проблем современности является урбанизация территории стран, имеющих высокую долю городского населения.

Возрастающий рост городов-гигантов приводит к интенсивному воздействию человека на окружающую среду как самого мегаполиса, так и обширных пространств вокруг него. Как правило, площадь воздействия города превышает его территорию в 20-50 раз, пригородные зоны оказываются загрязненными жидкими, газообразными и твердыми отходами, образовавшимися в жилой застройке и промышленных центрах. Возникает проблема необеспеченности городов природно-ресурсным потенциалом, что выражается в недостаточных площадях зеленых насаждений, развитии опасных геодинамических процессов (карстово-суффози- онные, оползневые, подтопление и т.д.), загрязнении водной и воздушной сред. Это приводит к потере устойчивости территорий, увеличению абиотичности системы, повышению степени экологического риска для всех компонентов окружающей среды: воздуха, растительности, почвы, воды и грунтов" (рис. 10.1). 1

Рис. 10.1.

Таблица 10.1

В процессе урбанизации формируется урбоэкосистема, понимаемая как природно-городская система, состоящая из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промзонами, автодорогами и т.д. Урбоэкосистема характеризуется искусственным созданием новых типов систем в результате деградации, уничтожения и (или) замещения природных систем. Антропогенные нарушения функционального круговорота в городской системе зависят от источника и вида вмешательства человека, от факторов нагрузки, от качества среды, что приводит к определенным последствиям, в том числе и негативным (табл. 10.1).

Эти экосистемы обладают меньшей рекреационной ценностью по сравнению с ненарушенными природными экосистемами (например, лесами), нарушенностью биокруговорота, сокращением биоразнообразия как по составу, так и по структурно-функциональным характеристикам, увеличением количества патогенных микроорганизмов.

Нарушения и изменения круговорота в экосистеме вызывают:

1. Ухудшение условий проживания человека, высокий уровень заболеваемости, рост генетических заболеваний, появление новых болезней.
2. Необеспеченность чистой питьевой водой и чистым воздухом.
3. Накопление поллютантов в организме человека, миграция в трофических цепях.

В почвоведении назрела необходимость понимания важности изучения того поверхностного плаща городской территории, который до сих пор назывался почво-грунт, городская земля или просто земля.

В последние годы к рыхлым субстратам в городах определились два концептуальных подхода:

1. Городская почва - это не почва с точки зрения классического докуча- евского почвоведения, это грунт, предмет изучения инженер-геологов. В лучшем случае в городе почвы распространены только в лесопарках и городских лесах - и только там место приложения труда почвоведов.
2. Городская почва - это почва, но которую не"всегда можно определить с традиционных почвенно-генетических позиций, так как ведущим фактором почвообразования в населенных пунктах, и прежде всего в городах, является антропогенный фактор.

Городская почва является биокосной многофазной системой, состоящей из твердой, жидкой и газовой фаз, с непременным участием живой фазы; она выполняет определенные экологические функции. Почвы в городе живут и развиваются под воздействием тех же факторов почвообразования, что и естественные почвы, но антропогенный фактор здесь становится определяющим.

В широком понимании городская почва - это любая почва, функционирующая в окружающей среде города.

В узком понимании - этот термин подразумевает специфические почвы, сформированные деятельностью человека в городе. Эта деятельность одновременно является и пусковым механизмом, и постоянным регулятором городского почвообразования.

Впервые термин «городские почвы» был введен Бокгеймом (Bockheim, 1974) , который определил его как «почвенный материал, содержащий антропогенный слой несельскохозяйственного происхождения толщиной более 50 см, образованный путем перемешивания, заполнения или загрязнения поверхности земли в городских и пригородных территориях».

В настоящее время принято следующее определение:

Городские почвы - это антропогенно-измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием, насыпанном, погребением или загрязнением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытовым мусором.

Общие черты городских почв:

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

Все вышеперечисленные свойства в отдельности мы находим и во внегородских почвах, например, в вулканических, аллювиальных. Специфика городских почв состоит в сочетании перечисленных свойств.

Для городских почв характерен диагностический горизонт «урбик» (от слова urbanus - город) - специфический горизонт городских почв.

{Л Горизонт «урбик» - поверхностный органо-минеральный насыпной, /Ц перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (бо- JJy лее 5% строительно-бытового мусора, промышленных отходов), г мощностью более 5 см.

Характеристика горизонта урбик:

Расположение и возраст - формируется в городах и населенных пунктах в течение столетий, но может быть сконструирован при образовании газонов, скверов и т.д.
Почвообразующим материалом служит культурный слой, насыпные или перемешанные грунты и фрагменты (осколки) естественных почв.
Цвет - различные оттенки темно-бурых тонов.
Сложение- рыхлый, слоистый; верхняя часть бывает переуплотнена из-за повышенной рекреационной нагрузки.
Гранулометрический состав - преобладает легкий или облегчен за счет включений.
Структура выражена слабо.
Каменистость - за счет строительно-бытовых включений.
Характерно нарастание горизонта вверх за счет пылевых выпадений из атмосферы и антропогенного привноса материала.
Наблюдается высокая вариабельность свойств в горизонте по текстуре, плотности сложения, по обилию включений, по химическим свойствам.

Рис. 10.2.

Величина pH преимущественно более 7.
Содержание гумуса варьирует, но чаще высокое (5-10%), состав гумуса чаще гуматный, преобладает 2-я фракция гуминовых кислот.

Присутствие горизонта «урбик» является основным отличием собственно городских почв от естественноисторических. Материал, из которого сформирован горизонт урбик, можно представить следующей схемой (рис. 10.2).

«Москва - Париж. Природа и градостроительство». Под ред. Красношековой и Иванова. М.:Инкомбук, 1997.
Bockheim J.G. Nature and properties of highly disturbed urban soils. Philadelphia, Pennsylvania. 1974.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 1 - Признаки вновь возникших городских почв

Загрязнение почв городов. Условия и факторы формирования городских почв Что понимают под городской почвой

Природно-городская система и почвы

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»