CC BY
333
УДК 631.48
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2011. Вып. 4
М. Д. Уфимцева, Н. В. Терехина, Е. В. Абакумов
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УРБАНОЗЕМОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Введение. Центральный административный район Санкт-Петербурга охватывает историческую часть города, находящуюся под охраной ЮНЕСКО. Здесь сконцентрированы основные архитектурные ансамбли, музеи, памятники, особняки и другие культурно значимые сооружения города. Для района характерна высокая техногенная нагрузка, обусловленная не столько выбросами промышленных предприятий, сколько — автотранспорта. В связи с этим оценка экологического состояния урбогео-систем Центрального района (ЦР) мегаполиса является особенно актуальной. В настоящей статье, являющейся необходимой предпосылкой для проведения комплексной оценки экологического состояния района, дается физико-химическая характеристика почв.
Естественные почвы на территории Санкт-Петербурга в ходе развития города претерпели коренные изменения. В стабильных условиях урбопедогенеза старовозрастные городские почвы, отличающиеся наличием мощного слоя отложений (городские сады и парки), представлены культуроземами, в иных случаях — урбаноземами и индустриоземами [1]. В ЦР Санкт-Петербурга преобладают насыпные урбаноземы, которые представляют систему гумусированных и минеральных горизонтов урботех-ногенного происхождения. Исключением являются почвы Летнего сада, в которых полностью сохранился профиль: мощный гумусовый слой (садовая почва) на погребенном торфянистом подзоле, сформированном на легком песчаном наносе [2].
Почвы, в том числе и урбаноземы, — открытая буферная динамическая система, связанная с другими компонентами городского ландшафта, с потоками вещества и энергии. Следовательно, физико-химические свойства городских почв имеют большое значение не только для нормального развития зеленых насаждений, но и существенно влияют на депонирование и дальнейшую судьбу загрязняющих веществ, определяя экологическое состояние урбогеосистем в целом.
Существует два подхода к исследованию городских почв: генетический и санитарно-химический. В первом случае проводятся тщательные исследования глубоких профилей почв, изучение культурных слоев почв, что особенно важно для установления скорости урботехнопедогенеза и для получения исторической информации о городских почвах. Во втором случае, при санитарно-химическом подходе, основное внимание уделяется верхней части корнеобитаемой толщи почвы, т. е. как правило, горизонту Ul. Государственный документ, регламентирующий процедуру санитарно-химического исследования почв [3] предусматривает определение в городских почвах показателя рН, содержание азота, тяжелых металлов (ТМ) и других параметров. В НИЦЭБ РАН в настоящее время прорабатывается вопрос о дополнительном внесении в реестр определяемых параметров содержания органического углерода и группового состава органического вещества (ОВ), емкости катионного обмена почв и гранулометрического состава [4]. Существующая концепция ПДК для тяжелых металлов и приоритетных органических токсикантов сейчас ориентируется на дифференциацию
© М. Д. Уфимцева, Н. В. Терехина, Е.В.Абакумов, 2011
по типам почв в зависимости от их сорбционных и обменных свойств [5], т. е. с учетом гранулометрического состава почв, содержания в них гумуса и величины показателя емкости катионного обмена. Определение этих параметров важно для всех городских почв. К ним нужно добавить определение типа гумуса по отношению Сгк/Сфк, что будет способствовать прогнозу миграционной способности некоторых приоритетных загрязняющих веществ, в первую очередь ТМ.
В настоящее время санитарно-химическое исследование почв проведено почти для всех районов Санкт-Петербурга [6]. Между тем это обследование не было адресным, а использовало сетку отбора проб от 200 х 200 до 400 х 400 м. Концептуальный документ о развитии «Экологической политики Санкт-Петербурга на 2008-2012 гг.» регламентирует создание реестра загрязненных почв и грунтов Санкт-Петербурга, в связи с чем разрабатывается адресная, а не сеточная программа обследования почв важнейших садов, парков, скверов, дошкольных и школьных учреждений, больниц и т. д. Данная публикация вносит вклад в наполнение реестра почв города.
В связи с вышесказанным цель настоящей работы — дать характеристику физико-химических свойств урбаноземов в ЦР Санкт-Петербурга.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Отбор проб почв из поверхностных горизонтов «урбик» по адресной привязке;
2. Определение основных физико-химических параметров для общей характеристики почв;
3. Определение группового состава ОВ почв для оценки степени его гумификации.
Экологическое состояние Центрального района. Район занимает 1712 га, то есть 2,83% от площади города; население составляет 230 тыс. человек или 5,03% от его населения, что характеризует максимальную в городе плотность населения. Озеленение в нем занимает 317 га или 18,5% от площади района. На одного жителя района приходится 13,8 м2 зеленых насаждений, что ниже норм зеленых насаждений по РФ для городов с населением свыше 500 тыс. (21 м2) и значительно ниже нормы Всемирной Организации Здравоохранения (50 м2).
ЦР не относится к числу промышленных, тем не менее, здесь располагаются несколько крупных предприятий полиграфической, пищевой и текстильной промышленности, объекты теплоэнергетики, автотранспортные предприятия и др. Существенное влияние на экологическое состояние района оказывает перегруженность центра города транспортом. Плотная жилая застройка, препятствуя необходимому проветриванию, создает застой воздушных масс. Основные источники загрязнения воздуха в ЦР — автотранспорт, котельные и два деревообрабатывающих предприятия — ДОЗ «Ясень» и АООТ «Фанпласт». Дополнительные — завод «Измерон», «Трам-парк», «Водоканал», станция «Московская-товарная». Однако в целом атмосферный воздух в районе характеризуется как умеренно загрязненный [7].
Объекты и методы исследования. Согласно МУ 2.1.7.730-99 [8], почвенные образцы отбирались в зеленых насаждениях различных типов (сады, парки, аллеи, на территории детских и лечебных учреждений и др.) из верхних гумусированных горизонтов с глубины 0-10 см, т. е. из слоя, представляющего наиболее уязвимую часть профиля почвы и наиболее важную при оценке ее экологических функций. Почвенные образцы представляли собой среднюю пробу из 5 составных частей, взятых по методу конверта в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287-03 [9]. Эти пробы попадали в квадрат 100 х 100 м, являющейся рекомендованной ячейкой для отбора проб. Напомним, что такой подход при адресной привязке объектов исследования является
официально утвержденным и не преследует целей площадного обследования, усредняющего данные по большим площадям.
Всего было отобрано 22 образца почв, в точках, более-менее равномерно распределенных по территории района (рис. 1). В качестве фоновых данных по разным параметрам использовались показатели, приведенные в монографиях [5, 10]. Согласно «Правилам охраны почв в Санкт-Петербурге» [11], фоновыми данными для почв города должны быть средние данные в пределах ненарушенных территорий. Поскольку ненарушенных почв в Санкт-Петербурге почти нет или их недостаточно для формирования выборки, по определению фона необходимо брать данные по почвам Ленинградской области.
Для характеристики внутрипрофильного распределения ведущих физико-химических параметров сделан почвенный разрез в северном углу Марсова поля. Разрез заложен в рудерально-разнотравно-мятликовом сообществе с доминированием Poa annua L., Dacthylis glomerata L., Taraxacum officinale Wigg., Achillea milifolium L., единичным участием Senecio vulgaris Waldst et Kit, Lepidotheca suaveolens = Мatricaria suaveolens (Pursh) Buchenau. Общее проективное покрытие составляет 65%.
Рис. 1. Схема расположения точек отбора почвенных образцов в Центральном районе Санкт-Петербурга (треугольником указано местоположение разреза на Марсовом поле)
При первичной обработке почвенных образцов выделены фракции > 1 см, 1 см, 0,25 см (ситовой анализ); аналитическая обработка почв включала определение гранулометрического состава мелкозема (0,25 см), группового состава гумуса, общего углерода, азота, карбонатов кальция, рН. Анализы проводились в лаборатории биохимии почв кафедры почвоведения и экологии почв Биолого-почвенного факультета СПбГУ.
Определение общего углерода (содержание органического углерода) проведено по И.В.Тюрину; общего азота — сжиганием в серной кислоте с последующим колориметрическим определением аммония при помощи реактива Несслера; карбонаты кальция в мелкоземе почв — ацидиметрически [12]. Групповой состав гумуса определен пирофосфатным экспресс-методом [13]. Нужно отметить, что В.В.Пономарева [14] считала, что в почвах с содержанием ОВ менее 1% (или примерно 0,5 углерода органических соединений) нет смысла в определении группового и фракционного состава гумуса. Нами, однако, групповой состав гумуса определен даже в тех образцах, где содержание органического углерода составляло менее 0,5%, что соответствует последним методическим разработкам М. И. Дергачевой [15]. По схеме упрощенного метода определения состава гумуса, ОВ разделяется на две группы, а не на семь фракций, поэтому при увеличенной навеске почвы возможно определение отношения Сгк/Сфк в пирофосфатной вытяжке даже при низких величинах содержания органического углерода.
Параметры гумусного состояния (уровень содержания гумуса, обогащенность гумуса азотом) диагностировались согласно системе гумусного состояния почв Д. С. Орлова [5]. Гранулометрический состав почв горизонтов разреза и двух образцов поверхностных проб определялся седиментометрическим пипет-методом с пирофос-фатной пептизацией механических элементов [16]. Величина рН устанавливалась на потенциометре рН-150-М в водной суспензии.
Коэффициенты цветности (Е465/Е650) гуминовых кислот определялись в видимой области оптического спектра. Величины коэффициентов Е4 и Еб вычислялись по формуле в соответствии с применимостью закона Бугера-Ламберта-Бера к растворам гуминовых кислот [17].
Статистическая обработка аналитических данных проведена при помощи пакета программ Excel 2003.
Результаты и обсуждение. Почвы ЦР С.-Петербурга представлены типичными урбаноземами. Профиль изучаемого разреза состоит из гумусированных слоев верхней части профиля, сформировавшихся на супесчано-среднесуглинистых слоистых отложениях с включением городского мусора. Его описание приводится в табл. 1.
В среднем по гранулометрическому составу поверхностные горизонты урбанозе-мов являются легкосуглинистыми; лишь в отдельных случаях — среднесуглинистыми и супесчаными. Ситовой анализ показал, что содержание скелета (крупнозема с частицами >1 мм) в урбаноземах района варьирует в пределах 5,5-24,1%, составляя в среднем 13,4%; фракция 0,25-1 мм 7,5-33,9%, в среднем — 22,5%; фракция <0,25 мм 44,4-85,5%, в среднем — 64,2%. Не обнаружено никакой зависимости данных показателей от типа зеленых насаждений и степени вытоптанности почв. Гранулометрический состав мелкозема и содержание скелетной фракции в двух образцах поверхностного горизонта городских почв представлен в табл. 2.
Как видно из приведенных данных, поверхностные горизонты отличаются по гранулометрическому составу: в Таврическом саду Ui представлен супесью пылева-то-песчаной, а на площади перед Спасо-Преображенским Собором — средним суглин-
Таблица 1. Описание урбанозема супесчаного на среднесуглинистом культурном слое (Марсово поле) по морфологическим признакам
Горизонт Мощность горизонта/ глубина отбора образца Цвет/ влажность Плотность Структура Гранулометрический состав Включения
41 0-12 см Серый/ свежий слегка уплотнен Непрочно-комковатая Песок переплетен вверху корнями растений, обильны обломки щебня
0-10 см
и2 13—35 см Темно-серый / свежий слегка уплотнен Непрочно-комковатая Супесь обильны обломки щебня
20-30 см
и3 36-72 см Серо-бурый / сырой слегка уплотнен Непрочно-комковатая Супесь обильны обломки щебня
45 — 55 см
в 73-98 см Бурый/ влажный рыхлый Непрочно-комковатая Супесь обильны обломки щебня
85-95 см
ВС 100-115 см Бурый/ влажный рыхлый Непрочно-комковато-глыбистая Суглинок средний щебень, обломки кирпича
105-115 см
Таблица 2. Гранулометрический состав поверхностного горизонта урбаноземов. ЦР С.-Петербурга
№ образца Скелет Содержание фракций, % к мелкозему Физ. глина Название почвы по гранулометрическому составу Место отбора
Крупный песок Средний и мелкий песок Крупная пыль Средняя пыль Мелкая пыль
>1 1-0,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01
13 8,5 6,94 41,7 36,85 0,69 8,89 4,91 14,49 Супесь пылевато- песчаная Таврический сад, под липой
Суглинок Преображенская
14 22,98 16,23 27,9 24,08 0,99 15,6 15,18 31,77 средний площадь, под
пылевато- липами и
песчаный тополями
ком пылевато-песчаным. Содержание частиц большинства фракций, за исключением среднего и мелкого песка и крупной пыли в образце №14 в 1,5-3 раза выше, чем в образце из Таврического сада. Имеющиеся данные по гранулометрическому составу почв Летнего сада [2] ближе к нашим данным по Таврическому саду. Различия в гранулометрическом составе поверхностных горизонтов почв не позволяют оценить степень антропогенной нагрузки в каждом конкретном случае.
Профиль урбанозема супесчаного на среднесуглинистом горизонте характеризуется легким гранулометрическим составом (табл.3), изменяющимся с глубиной от
Горизонт Скелет Содержание фракций, % к мелкозему Физ. глина Название почвы по гранулометрическому составу
Крупный песок Средний и мелкий песок Крупная пыль Средняя пыль Мелкая пыль
>1 1-0,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 < 0,001 < 0,01
И: 10,51 48,9 26,01 18,08 0,63 3,63 2,75 7,01 Песок связный мелкозернистый крупнопылеватый
И2 25,61 7,08 66,69 12,59 0,19 1,89 11,56 13,64 Супесь песчаная
Из 24,08 9,14 58,82 13,17 0,53 6,08 12,26 18,87 Супесь пылевато-песчаная
В 20,07 28,39 27,97 24,28 2,41 7,71 9,24 19,36 Супесь пылевато-песчаная
ВС 27,29 13,11 32,54 24,18 6,15 11,89 12,13 30,17 Суглинок средний пылевато-песчаный
песка связного мелкозернистого крупнопылеватого в горизонте их, супеси песчаной и пылевато-песчаной в средней части профиля до суглинка среднего пылевато-песча-ного в нижнем горизонте. Гранулометрический состав почвенного профиля характеризуется преобладанием фракции среднего и мелкого песка (0,25-0,05 мм), составляющей 26,01 в верхнем и 32,5% в нижнем горизонте с максимумом этой фракции 58,8 и 66,7% в средней части профиля.
Содержание тонкодисперсных частиц фракции ила менее 0,001 мм (ил) варьирует от 2,75% в верхнем гумусовом горизонте до 11,56 и 12,26% в нижележащих горизонтах, за исключением горизонта В, где содержание фракции ила составляет 9,2%. Содержание физической глины (<0,01 мм) увеличивается от верхней к нижней части профиля, достигая максимума (30,17%) в горизонте ВС. Присутствие во всех горизонтах щебня и обломков кирпича свидетельствует о насыпном характере этой почвы и объясняет присутствие в мощных горизонтах и2 и из высокого содержания фракции среднего и мелкого песка.
Статистики физико-химических параметров почв приведены в табл.4.
Средняя величина рН поверхностного горизонта урбаноземов слабощелочная (7,7), максимальные значения 8,2 отмечены для почв, отобранных в аллее вдоль Мар-сова поля (со стороны Ленэнерго) и в сквере у Зимнего дворца; по профилю значение рН варьирует от 7,6 в горизонтах их, и2, до 8,3 в горизонте ВС, что типично для большинства урбаноземов Санкт-Петербурга.
Гумусное состояние урбаноземов. От величины содержания гумуса в ур-баноземах и качественного состава ОВ зависит буферность почв и их плодородие. Как видно из приведенных данных (см. табл.4), содержание общего углерода (Собщ.) поверхностных горизонтов урбаноземов изменяется в диапазоне 1,70-5,32% (минимальное значение отмечено для почв на аллее вдоль Марсова поля у Ленэнерго,
Таблица 4. Статистические характеристики основных параметров поверхностного горизонта урбаноземов Центрального района Санкт-Петербурга (п=22)
Статистическая характеристика Собщ. (углерод), % к почве Углерод, в пересчете на гумус, % С„, % к почве (1 о° и ..о % й о е в ч о п и ..о % О .щб Со и ..о % О -е О о N (валовой), % к почве е/ы К р СО2, % к мелкозему СаСО3, % к мелкозему
Среднее 3,24 5,59 0,30 9,73 0,35 11,72 1,02 0,29 22,6 7,72 7,20 16,37
Стандартная ошибка 0,21 0,37 0,03 0,82 0,03 1,27 0,13 0,05 4,47 0,05 0,85 1,93
Дисперсия выборки 1,00 2,97 0,01 14,68 0,02 35,64 0,35 0,05 440,39 0,05 15,83 81,78
Мш 1,70 2,93 0,09 3,6 0,13 3,8 0,26 0,05 3,6 7,26 1,13 2,58
Мах 5,32 9,17 0,57 17,5 0,66 26,6 2,2 0,98 79,6 8,19 15,45 35,12
максимальное — в сквере у Зимнего дворца) при среднем значении 3,24%. Углерод в пересчете на гумус соответствует градациям среднего и высокого: 4,22-5,86% и 6,04-9,17% соответственно, опускаясь в отдельных случаях до относительно низких значений: 2,93-2,95%. Для почв Летнего сада рассматриваемый показатель составляет 4,81% [2]. Эти данные сопоставимы с ранее опубликованными сведениями об урба-ноземах Санкт-Петербурга [18, 19]. Среднее же содержание гумуса в урбаноземах ЦР, составляющее 5,59%, значительно превышает его уровень в зональных подзолистых почвах—1-4% [5]. Сравнение содержания ОВ в почвах разных объектов не выявило существенных различий, лишь почвы большинства аллей отличаются несколько повышенными значениями.
Профильное распределение содержания ОВ выявляет сильные различия в содержании гумуса по горизонтам изученного урбанозема, что обусловлено сложным генезисом данной почвы, т. е. внесением различного материала на горизонты природной почвы (табл. 5).
В поверхностном органо-минеральном горизонте их содержание Собщ. низкое — 2,26%, достигает максимума в погребенном гумусовом слое и2 —5,1%, снижается в третьем гумусовом слое из до 3,2%. Нижние слои — минеральные с крайне низкими значениями содержания Собщ. 0,21% в горизонте В и 0,39% в горизонте ВС.
Нужно отметить, что к интерпретации данных определения содержания углерода органических соединений по бихроматной окисляемости (метод И.В.Тюрина) для городских почв и вообще техногенных почвенных образований нужно относиться осторожно [20].
Групповой состав ОВ поверхностных горизонтов урбаноземов, как показал анализ, представлен четырьмя типами гумуса, из которых два основных — гуматный и фульватный и два переходных типа — фульватно-гуматный и гуматно-фульват-ный. Они охватывают следующее количество проанализированных образцов: гумат-ный — 36,4% проб, фульватно-гуматный—9% проб, фульватный — 27,3% проб, гумат-но-фульватный — 27,3% проб. Таким образом, на территории района основные типы гумуса и близкие к ним переходные встречаются с той же повторяемостью, что сви-
Горизонт Собщ. (углерод), % к почве углерод, в пересчете на гумус, % -е О о N (валовой), % к почве C/N К р СО2, % к мелкозему СаСО3, % к мелкозему
U1 (0-10см) 2,26±0,32 3,89 0,77 0,05 52,8 7,6±0,08 2,13 4,85
U2 (18-28 см) 5,10±0,1 8,79 0,89 0,32 18,6 7,61±0,07 6,36 14,46
Щ45-55 см) 3,20±0,1 5,51 1,65 0,16 23,4 7,7±0,08 8,59 19,52
В (85-95 см) 0,21±0,07 0,37 1,67 0,13 1,9 8,18±0,04 9,77 22,21
ВС (105-110 см) 0,39±0,12 0,67 1,6 0,08 5,6 8,28±0,009 12,9 29,34
детельствует о низкой степени сопряженности процесса гумификации с условиями почвообразования и о высокой степени зависимости типа гумуса от случайных факторов: внесение удобрений, вытоптанность, близость автотрасс и др. [21].
Степень гуматности ОВ, выраженная отношением Сгк/Сфк, является важным показателем, характеризующим то, насколько полно преобразуются органические остатки отмерших растений в гуминовые кислоты [22]. В почвах с гуматным типом гумуса поверхностных горизонтов отношение Сгк/Сфк в среднем составляет 1,53, в почвах с фульватным типом гумуса этот параметр составляет всего 0,59 (табл.6). Минимальное значение отношения Сгк/Сфк для почв гуматного типа (1,0) отмечено
Таблица 6. Статистические характеристики качественного состава гумуса поверхностных горизонтов урбаноземов ЦР (в числителе — данные для гуматного типа ОВ, в знаменателе — данные для фульватного типа ОВ)
Статистические характеристики С % к почве С„, % к Собщ. % к почве % к Собщ. Сгк/ Сфк
Среднее 0,35/0,24 11,26/8,45 0,24/0,45 7,62/15,13 1,53/0,59
Стандартная ошибка 0,04/0,03 1,18/1,03 0,03/0,03 0,72/1,73 0,15/0,06
Дисперсия выборки 0,01/0,01 13,99/12,66 0,01/0,01 5,18/35,81 0,22/0,05
Min 0,18/0,09 6,1/3,6 0,13/0,26 3,8/4,9 1,0/0,26
Max 0,57/0,48 17,5/13,5 0,42/0,66 12,4/26,6 2,2/0,9
Коэффициент вариации V% 11.4/12.5 11.3/12.2 12.5/6.7 10.55/11.4
n 10/12 10/12 10/12 10/12 10/12
для проб у Обводного Канала и в сквере на Лиговском пр., максимальное (2,2) —на площади перед Спасо-Преображенским собором. Для почв фульватного типа минимальное значение Сгк/Сфк 0,26 для почв, отобранных в сквере на Звенигородской улице, максимальное 0,9—для почв, взятых в сквере у Зимнего дворца. Среднее его значение для поверхностных горизонтов всех проб 1,02 (см. табл. 4), что выше по сравнению с фоновыми почвами, для которых это отношение обычно меньше единицы: 0,52-0,74 [10], 0,7-0,8 [23], 0,61-0,77 [24]. В черте города в качестве опорного объекта нами использовались почвы Летнего сада, представляющие собой характерный культурный вариант дерново-подзолистых почв: для них показатель Сгк/Сфк поверхностного горизонта составляет 0,63 [2].
Сгк и Сфк к почве по профилю урбанозема распределены следующим образом: два верхних горизонта являются гуматно-фульватными с содержанием в горизонте их Сгк к почве 0,24 и Сфк к почве 0,31%; в горизонте и2 0,39 и 0,44% соответственно (рис.2). Нижние горизонты урбанозема характеризуются гуматным типом гумуса с максимальным содержанием Сгк к почве в из —0,48%. Минимум гумусовых кислот приходится на горизонт Вх. Распределение по профилю выражается в увеличении содержания Сгк к почве до горизонта В, включая нижний гумусовый горизонт. Содержание Сфк к почве увеличивается лишь в верхних двух горизонтах, а затем идет его снижение.
Ш
ш
из
ВС
О 0,2 0,4 0,6
| Сга, % к почве Ц Сфк, % к почве
Рис. 2. Распределение показателей Сгк и Сфк, % к почве по профилю урбанозема супесчаного на культурном среднесуглинистом слое (Марсово поле)
Соотношение Сгк и Сфк к Собщ. по профилю урбанозема сохраняет ту же закономерность: два верхних горизонта представлены гуматно-фульватным органическим веществом и три нижних горизонта — гуматным. Минимальное содержание Сгк
О 20 40 60 80
■ Сга) % к С06щ □ Сфк, % к С06щ
Рис. 3. Распределение показателей Сгк и Сфк, % к Собщ. по профилю
(7,6%) и Сфк (8,6%) к Собщ. отмечается в и2 (рис. 3). Однако содержания Сгк и Сфк к Собщ. по профилю имеют особенности. Начиная с из до последнего вскрытого горизонта (до глубины 115 см) происходит увеличение содержания групп Сгк и Сфк к Собщ., достигая максимума в горизонте ВС (62,1 и 38,8% соответственно). Отношение Сгк/Сфк с 0,77 в горизонте их увеличивается до 1,67 в горизонте В и снижение до 1,6 в горизонте ВС. Учитывая некоторое повышение содержания органического углерода в горизонте ВС, а также очень широкое отношение Сгк/Сфк, можно предположить что в этой части профиля сохранился погребенный горизонт ранее существовавшей здесь почвы.
Данные, приведенные в табл. 6, свидетельствуют о чрезвычайной вариабельности типов гумуса в поверхностных пробах почв, и соответственно, соотношений групп гуминовых и фульвокислот.
Такие разбросы показателей Сгк и Сфк как по площади, так и по профилю могут быть связаны как с «незрелостью» гумуса, с его молодым возрастом, так и с примесью неспецифических веществ в составе почвенного органического вещества, которые определяются как фульвокислоты.
Полученные данные хорошо подтверждаются результатами исследований петро-земов надгробий Некрополя Александро-Невской Лавры [21], выявившими, что причиной чрезвычайной вариабельности свойств и состава гумуса почв Центрального района является разнородность источников органического вещества (от растительного до сажи и пыли), пестрота условий его разложения и дальнейшей трансформации. Аналогичная ситуация отмечена для поверхностных горизонтов загрязненных почв; содержание гумуса увеличивается в 4-8 раз, особенно в поверхностных горизонтах почв газонов вдоль крупных автомагистралей.
Коэффициенты цветности гуминовых кислот (Е465/Е650) являются косвенным индексом степени «зрелости» и конденсированности органических молекул в составе гумуса. В среднем значение этого коэффициента составляет 5,5 единиц и колеблется в пределах 2,7-7,4 единиц. Значения этого коэффициента для почв с гуматным и фульватным типом гумуса отличаются незначительно. В почвах с гуматным типом гумуса в поверхностных горизонтах урбаноземов средняя величина отношения коэффициентов Е465/Е650 равна 5,8 единицам при амплитуде 4,8-7,0 единиц; в почвах с фульватным типом органического вещества среднее значение снижается до 5,3 при большей амплитуде значений — 2,7-7,4. Близкое значение коэффициента для почв с гуматным и фульватным типом гумуса указывает на одинаковую природу гумино-вых кислот, в то время как отношение Сгк/Сфк характеризует разный уровень накопления фульвокислот и гуминовых кислот. Такое сочетание показателей состава и свойств гумуса свидетельствует об однонаправленности процесса гумификации при разной степени развития его в разнообразных городских почвах. Гуминовые кислоты в почвах с гуматным и фульватным типами гумуса представляют более устойчивую и однородную систему в урбаноземах по сравнению с фульвокислотами.
Валовое содержание азота в поверхностных горизонтах исследованных урбаноземов района варьирует от 0,05% до 0,98%; среднее значение 0,29%, что близко к показателю для почв Летнего сада — 0,22% [2]. Отношение общего углерода к азоту (С/М х 1,17) является важным параметром, по величине которого можно судить о природе ОВ. Очень высокое значение может быть связано с накоплением неспецифических органических загрязнителей в составе ОВ почвы, очень низкое значение С/М— либо с присутствием торфа, либо с загрязнением почв [8]. В наших исследованиях значения этого параметра лежат в очень широком диапазоне от 3,6 до 79,6. Большая часть (62,5%) всех проанализированных проб характеризуются высокими значениями отношения С/М (12,9-79,6), что, в общем, связано с относительно низким содержанием азота в почве. Низкая обеспеченность азотом гумуса отмечена и в почвах других городов [25]. Крайне низкое содержание азота в поверхностных горизонтах урбаноземов отмечено в дворовых посадках СПбГУЭФ со стороны Садовой улицы и сквере у Зимнего дворца со стороны Дворцовой площади. Отношение С/М там составляет 79,6 и 77,9 соответственно. Низкое содержание азота в городских почвах встречается даже в случаях относительно высокого содержания ОВ, что может быть связано с дефицитом поступления растительных остатков в почвы. Средняя обеспеченность гумуса азотом отмечена у 20,8% всех отобранных проб. Отношение С/М для них лежит в пределах от 9,1 до 10,9 (парк Александро-Невской Лавры, Шпалерная улица со стороны Смольного, Таврический сад, Екатерининский сквер). 12,5% проб характеризуются высокой обеспеченностью гумуса азотом при величине отношения С/М от 3,6 до 7,8 (сквер Старовойтовой, сквер перед Спасо-Преображенским собором), что мы связываем с подсыпкой привозных грунтов.
Распределение этого показателя по профилю характеризуется следующими особенностями. В трех органо-минеральных горизонтах урбанозема супесчаного на среднем суглинке она низкая: отношение С/М в их составляет 52,9, в и и из соответственно 18,5 и 23,4; минеральные горизонты характеризуются очень высокой (аномальной, и, возможно, связанной с загрязнением) обогащенностью гумуса азотом — с отношением С/М, равным 1,9.
Рассмотренные выше параметры хорошо согласуются с результатами, полученными другими авторами для почвенных разрезов, заложенных в разных объектах зеленых насаждений вдоль Невского проспекта [12].
Содержание СаСОз (в % к мелкозему) в поверхностных гумусированных горизонтах урбаноземов колеблется в широком диапазоне: минимальное содержание составляет 2,58% (наб. Обводного канала у Лавры), максимальное — 35,12% (двор СПбГУЭФ со стороны Садовой улицы), при среднем значении 16,37%. Высокая вариабельность содержания карбонатов в городских почвах связана с их техногенным поступлением.
Распределение карбоната кальция по профилю разреза отличается меньшей вариабельностью: максимум этой величины приходится на горизонт ВС 29,34%, минимум— 4,85% в горизонте их. Содержание карбонатов в разных горизонтах разреза хорошо согласуется с величинами рН водной суспензии почв, которые находятся в диапазоне 7,60-8,28 и обусловлены именно присутствием карбонатов.
Заключение. Анализ физико-химических параметров отобранных проб по типам насаждений не выявил статистически значимых различий, что явилось основанием для рассмотрения всех проб как выборки, принадлежащей к одной совокупности. Отмечена высокая вариабельность всех изученных параметров почв Центрального района, что связано с различным режимом эксплуатации, наличием или отсутствием растительного покрова, воздействием близлежащих автотрасс.
Поверхностные горизонты урбаноземов преимущественно легкосуглинистые, реже — среднесуглинистые и супесчаные. Величина рН почв по сравнению с зональными почвами сдвинута в сторону щелочной. Среднее содержание ОВ в урбаноземах превышает его уровень в зональных подзолистых почвах вследствие поступления в них неспецифических органических примесей. Гуматный и фульватный типы гумуса встречаются с близкой вероятностью, что свидетельствует о низкой степени сопряженности процесса гумификации с условиями почвообразования и о высокой степени зависимости типа гумуса от случайных факторов.
Недостаточная изученность количественных параметров городских почв обусловливает необходимость дальнейших исследований для выявления закономерностей функционирования городских урбогеосистем и разработки мер по их оптимизации.
Литература
1. Строганова М.Н., Мягкова А. Д. Влияние негативных экологических процессов на почву города (на примере Москвы) // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1996. №4. С. 37-46.
2. Долотов В. А., Пономарева В. В. К характеристике почв Ленинградского Летнего сада // Почвоведение, 1982. №9. С. 134-138.
3. ГОСТ 17.4.2.01-81 «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния».
4. Капелькина Л.П. Экологические особенности почв Санкт-Петербурга // Экологическая безопасность. Методологические проблемы экологической безопасности. 2007. № 1-2 (17-18). С. 48-56.
5. Орлов Д.ССадовникова Л. К., Суханова Н. И. Химия почв. Изд-во: Высшая школа, 2005. 558 с.
6. Правила охраны почв в Санкт-Петербурге РГЭЦ. ФГУП УРАНГЕО. ФГУЗ Центр эпидемиологии и гигиены в Санкт-Петербурге. СПб., 2006. 45 с.
7. Интернет-ресурс: www.ecopiter.fatal.ru (дата обращения 25.11.2010).
8. МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Минздрав России, Москва, 1999.
9. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. М., 2003. 16 с.
10. Гагарина Э.И., Матинян Н.Н., Счастная Л. С., Касаткина Г. А. Почвы и почвенный покров Северо-запада России. СПб: Изд-во С.-Петербургского университета, 1995. 233 c.
11. Экологическая политика Санкт-Петербурга на 2008-2012 гг. от 25.12.2007, №1662.
12. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. Изд. 2-е Учебное пособие для студентов ВУЗов. М.: МГУ, 1970. 488 c.
13. Орлов Д. С. Практикум по химии гумуса. М.: МГУ, 1971. 272 c.
14. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л., 1980. 222 c.
15. Дергачева М. И. Археологическое почвоведение. Новосибирск. 1997. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. 197 c.
16. Растворова О. Г. Физика почв (практическое руководство). Учебное пособие для студентов ВУЗов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1983. 193 c.
17. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв. М.: Изд-во МГУ, 1974. 332 c.
18. Сергеева М.А., Скарлыгина-Уфимцева М.Д., Счастная Л. А. Геохимические особенности городских почв в условиях техногенного загрязнения (на примере Санкт-Петербурга) // Проблемы антропогенного почвообразования: Междунар. конф. М., 1997. Т. 2. С. 231-234.
19. Матинян Н. Н., Бахматова К. А., Шешукова А. А. Почвы бывшей усадьбы Шереметьевых (Санкт-Петербург, наб. р. Фонтанки)// Вестн. Санкт-Петерб. ун-та. Сер. 3. Вып. 2. 2008. С. 91-100.
20. Абакумов Е. В., Попов А. И. Определение в одной пробе углерода, азота и окисляе-мости, а также углерода карбонатов // Почвоведение. 2005. №2. С. 187-195.
21. Абакумов Е. В., Груздев Ю. Г., Франк-Камнецкая О. В., Власов Д. Ю. Гумусное состояние петроземов Некрополя Свято-Троицкой Александро-Невской Лавры Санкт-Петербурга // Тезисы докладов Всероссийской Конференции: Гуминовые вещества в биосфере. М., МГУ, 2007, 19-23 декабря 2007. С. 9-11.
22. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 c.
23. Горелова Т. А., Гуловская Н. В. Сравнительная характеристика органического вещества дерново-подзолистых почв сопряженных ландшафтов // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1978. №2. С. 12-36.
24. Кононова М. М. Органическое вещество почвы, ее природа, свойства и методы их изучения. М., 1965. 314 c.
25. Шергина О. В. Морфологические и физико-химические особенности почв города Иркутска // География и природные ресурсы. 2006. №1. С. 82-89.
26. Надпорожская М.А., Слепян Э.И., Ковш Н.В. О почвах исторического центра Санкт-Петербурга // Вестник СПбГУ. Сер. 3. 2000. Вып. 1 (№3). C. 116-126.
Статья поступила в редакцию 1 июля 2011 г.
