CC BY
99
УДК 631.4
ГОРОД И БИОСФЕРА
Л.О. Карпачевский, Н.И. Шевякова, Т.А. Зубкова, М.В. Бганцова, Ю.Г. Маджугина
Факультет почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Институт физиологии растений РАН, Москва
Эл. почта: nshevyakova@yandex.ru Статья поступила в редакцию 08.07.09, принята к печати 10.11.09
Города образуют урбосферу, часть техносферы, входящей в антропосферу. Возраст урбосферы - более 8 тыс. лет. Самому старому современному городу - Иерихону (Палестина) - более 6 тыс. лет. Город как экосистема состоит из конструктивных элементов (здания, улицы с покрытием, теплосеть, электросеть, канализация, водопровод), водных объектов, зеленых насаждений, парков, лесопарков. Несмотря на то что город построен для людей, его населяет масса животных (птиц, млекопитающих, насекомых, других беспозвоночных, микроорганизмов). Их общая численность намного превышает число людей, проживающих в городе. Биологическое разнообразие в городе значительно выше, чем в естественных зональных экосистемах. Город сопровождает сеть свалок, куда свозится городской мусор. Почвы города представлены следующими группами: естественные почвы лесопарков, загрязненные естественные почвы лесопарков, скальпированные естественные почвы, погребенные разными отложениями естественные почвы, вновь сконструированные почвы, почвоподобные тела, разные непочвенные субстраты. Для города характерно загрязнение атмосферы, почвы и воды. Вдоль улиц в результате автомобильного движения образуется полоса загрязнения свинцом и кадмием. В результате применения антигололедных средств почвы вдоль улиц весною засоляются. Другие районы города загрязняются действующими предприятиями. Почвы города обычно содержат больше органических веществ, у них выше рН, чем в естественных зональных почвах. Несмотря на химическое, бытовое, шумовое, электромагнитное загрязнение в городе продолжительность жизни людей в среднем выше, чем в сельской местности. Ключевые слова: экология, городская среда, почвы, озеленение, загрязнение.
URBAN AREAS IN THE BIOSPHERE
L.O. Karpachevsliy, N.I. Shevyakova, T.A. Zubkova, M.V. Bgantsova,
and Yu.G. Madzhugina
Soil Science Faculty, M. V. Lomonosov University, Moscow, Russia E-mail: nshevyakova@yandex.ru
Towns or urban areas comprise the Urbosphere, a part of the Technosphere comprised by the Antroposphere. The age of the Urboshere is over 8 thousand years. The oldest of existing towns, Jericho (Palestine), is more than 6 thousand years old. The urban ecosystem consists of constructions (buildings, streets with their pavements, heating mains, electric mains, sewerage systems, water supply system etc.), aqueous objects, green areas, gardens, and woodland parks. Despite ther fact that urban areas are designed for humans, they are inhabited by numerous animals including birds, mammals, insects, other invertebrates, and microorganisms, they total number far exceeding the human urban population. Urban biodiversity is higher than in natural ecosystems of the same climatic zone. Urban areas are associated with disposal tips for municipal garbage. Urban soils are represented by the following groups: natural woodland park soils, contaminated natural woodland park soils, scalped natural soils, natural soils covered with different sediments, artificial soils, soil-like bodies, and different non-soil substrates. Typical of urban areas is air, soil, and water pollution. Traffic results in lead and cadmium contamination along roadways. Anti-ice treatment of roadways results in springtime salinization. Different parts of urban areas are polluted by industry. Urban soils compared are usually enriched in organic matter and feature higher pH. However, despite all sorts of pollution, including chemical, domestic, electromagnetic etc., human longevity in urban ares is usually higher than in the country. Keywords: urban areas, ecology, environmental protection, soil, landscaping.
Введение
Среди геосфер сегодня можно выделить собственно биосферу и антропосферу. Антропосфера создана человеком. Она состоит из агросферы, где функционируют агроэкосистемы, и техносферы, созданной промышленной деятельностью человека. Агросфера вытесняет естественные экосистемы, заменяя их искус-
ственными, и является основным конкурентом биосферы, поскольку занимает наиболее плодородные почвы, выводя их из биосферы. По площади агросфера намного превышает техносферу и постоянно теснит биосферу. Сейчас агросфера занимает 17% поверхности суши, не считая еще 20% пастбищ и сенокосов. В агросфе-ре сохраняется ее зависимость от абиотических фак-
торов (рельефа, климата, почвообразующей породы), но она смягчается планировкой почвы, ее мелиорацией, удобрением.
Техносфера охватывает меньшую площадь, но она абсолютно преобразована человеком. Фактически создана новая среда обитания не только для человека, но и для других организмов. Принцип техносферы -создать такие условия, чтобы человек мог жить наиболее комфортно. Фактически человек пытается создать постоянные благоприятные условия для своей жизни (гомеостаз), обеспечивая себя одеждой, жильем, отоплением и пр.
Обязательным компонентом антропосферы является город. Он необходим не только для жизни человека. Благодаря городам с их многоэтажными застройками человек экономит какое-то количество земель, пригодных для биосферы и агросферы. Статистика показывает, что во всем мире, включая самые развитые страны, продолжительность жизни человека в городе больше, чем в сельской местности. Это значит, что, несмотря на возможность эпидемий, быстрое распространение разных болезней, город - наиболее благоприятная среда обитания для массы людей. В городах человек сглаживает рельеф, меняет локальный климат, уничтожает, в основном, естественную растительность. Часть растений сохраняется в виде парков, ботанических садов и требует постоянного ухода, ремонта, подсадки новых деревьев и выноса засохших, погибших деревьев. Наряду с остатками старой биосферы, человеком формируется в городе система зеленых насаждений, часто из интродуцентов, из видов растений, не растущих в данном регионе в естественных условиях. Для этих растений свойственны свои консументы, они служат экологической нишей для других организмов, которые могут таким образом внедряться в город.
Итак, города - постоянный компонент биосферы, или, точнее, антропосферы (этносферы по Л.Н. Гумилеву [4]). Возникновение городов приурочено к голоцену. Самому древнему из функционирующих сегодня городов, Иерихону (Палестина), более 6 тыс. лет. Можно считать, что городская цивилизация существует около 8-10 тыс. лет. Появившись как элемент ландшафта, город невольно притягивает к себе окрестных жителей, и население его постепенно растет из-за ряда преимуществ городской жизни (работа, защита, больший комфорт и пр.). Города составляют урбосферу в пределах техносферы. Необходимо оценить, как биосфера взаимодействует с таким важным для жизни человека компонентом техносферы, как город. К городу следует подойти как к гигантской специфической экосистеме.
Типы городских ландшафтов
Городские жители тесно связаны с городскими ландшафтами. Можно выделить следующие ландшафты в городе (элементы организации города как системы).
1. Здания самого разного назначения (жилые, офисы, производства, гаражи и т.п.). Здания сохраняют гомеостаз для жителей города. В них проходит основная жизнь горожанина. Именно поэтому для горожанина так важны зоны рекреации и дачи, где он отдыхает от своих «каменных джунглей».
2. Дороги - улицы и площади с искусственным покрытием. На начальной стадии развития городов дороги были грунтовыми, как в сельской местности, потом
их стали покрывать булыжниками, брусчаткой, сейчас наиболее распространен бетон и асфальт. На дорогах жители города проводят до 2-3 часов в течение дня (путь на работу и обратно).
3. Ряды и группы деревьев (вдоль улиц и во дворах) и газоны. Они создаются специально, посадка деревьев и разбивка газонов обычно осуществляются специальными службами по разработанной технологии (внесение торфа, гумусового горизонта, удобрений), но часто деревья во дворах высаживаются жильцами домов.
4. Парки и бульвары с искусственным ландшафтом: обычно они создаются на месте пустырей, парков старых усадьб, на местах разрушенных зданий и сооружений. В Москве особенно известно кольцо бульваров, разбитых при Екатерине II на месте снесенной стены Белого города. Когда-то оно называлось кольцо А и по нему ходил трамвай А («аннушка», как звали его москвичи). В группу парков и бульваров входят кладбища. Обычно это зеленые оазисы в черте городских застроек. Среди кладбищенских растений много интродуцен-тов, но много также естественных для данной местности видов, появившихся в результате не только посадки, но и самосева.
5. Лесопарки унаследованы от догородской организации ландшафта, но, как правило, сильно изменены воздействием человека (рекреация, загрязнение и т.п.). В Москве наиболее известны Лосиный остров, Сокольники, Нескучный сад, Измайловский и Битцевский лесопарки. Особое место занимают созданные заново лесные дачи, типа дачи Тимирязевской академии в Петровско-Разумовском и массива Ботанического сада РАН. В них сочетаются естественные древостои с ин-тродуцентами.
6. Участки особой искусственной биосферы (зоопарки, ботанические сады, оранжереи, включая висячие сады типа садов Семирамиды и Екатерины II внутри зданий). Для этих городских образований характерно преобладание интродуцентов: животных и растений, содержащихся в специально для них созданных условиях.
7. Подземные коммуникации: электро- и теплосети, канализация и пр. Эти элементы городской жизни очень важны с точки зрения сохранения гомеостаза города, и, в то же время, они сильно влияют на почву. В результате их влияния почва нагревается и увлажняется, в условиях зимы она или не промерзает, или промерзает заметно меньше, чем естественные почвы.
8. Сеть воздушных линий электропередачи также является элементом структуры города.
9. Водные объекты города (пруды, малые речки, водные артерии). Обычно городские пруды загрязнены, но в них могут обитать самые разные растения и животные. Водоснабжение - одна из самых важных служб города. При нехватке чистой воды необходимо строить очистные сооружения как на входе, так и на выходе системы водоснабжения. Следует учесть, что в городах может приближаться к поверхности уровень первого яруса почвенно-грунтовых вод, и, одновременно, иссушаться более глубокие горизонты грунтовых вод, из которых вода забирается артезианскими скважинами. Образующиеся при заборе грунтовой воды пустоты могут привести к локальным землетрясениям.
10. Свалки. Места, куда вывозятся бытовые и другие отходы города. Свалки обычно устраивают на расстоянии от города, но постепенно город приближается к
ним. Свалки постоянно нарастают. Для их нейтрализации используют почву и грунты, накапливающиеся при строительных и других работах.
Все эти элементы образуют специфическую урбо-сферу, резко различающуюся с биосферой и агросфе-рой и входящую в техносферу на правах важного ее компонента (точнее, сферообразующего элемента). Кроме городов в техносферу входят все дороги между городами, линии электропередачи, всевозможные оборонные сооружения и т.п.
Почвенный покров урбосферы
Для урбосферы характерен специфический почвенный покров, состоящий из естественных почв, нарушенных почв, сохранивших признаки исходных, но сильно измененные человеком, и почвоподобных тел [10]. Естественные почвы сохраняются в виде фрагментов в лесопарках. Они унаследованы от исходной биосферы. Лесопарки расчленены на участки сетью дорожек, тропинок. Под дорожками и тропинками почвы уплотнены до величины плотности 1,6-2 (Л.А. Соколов, цит. по [6]). В результате образуются вазоны - участки, ограниченные дорожками с уплотненной почвой. Внутри вазона плотность почв близка к естественной. В лесопарках часто производят подсадку деревьев, что приводит к образованию около них специфических тессер (объемов почвы от ствола дерева до границы кроны). Высокие значения рН городских почв способствуют тому, что в них выживают патогенные микроорганизмы (так, в диапазоне рН = 7,0-7,4 в почве выживают возбудители лептоспирозов, псевдотуберкулеза, кишечного йерсиниоза и других болезней человека и животных). Техногенные почвы отличаются высокой обеспеченностью по калию, азоту, фосфору. По содержанию обменного калия и подвижных форм фосфора 60% всех техногенных почв относят к высоко обеспеченным, а почвы лесопарков и парков - к низко обеспеченным по этим формам элементов. Содержание общего азота в техногенных почвах в 1,5-2 раза превышает содержание его в пахотных горизонтах фоновых почв (дерново-подзолистых) и почв лесопарков. В составе водной вытяжки городских почв нитратные ионы составляют от 1 до 1690 мг/кг, в среднем (без абсолютного случайного максимума) 95 мг/кг, а с учетом абсолютного максимума - 255 мг/кг. Уровни ионов SO4 составляют 39...216 мг/кг, в среднем 123 мг/кг.
Свойства почв сильно варьируют, особенно содержание общих и подвижных питательных элементов, рН, окислительно-восстановительные условия. Поэтому в
городских условиях принципиально невозможно создание точных почвенных карт. Почвы непрерывно меняют свой химический состав, морфологию, режимы, что связано с самим типом жизни города. Примером резкого варьирования свойств почв города (в частности, Москвы) может служить содержание тяжелых металлов (ТМ) [1, 3].
В почвах Москвы содержание ТМ сильно варьирует (табл. 1), однако загрязнение московских почв давно уже стало существенным. Исключение составляют почвы парков и лесопарков, где в центральной их части обычна концентрация элементов на уровне областного фона.
Причина загрязнения почв Москвы достаточно хорошо исследована. Это, в основном, воздействия промышленных предприятий и автотранспорта. Источник загрязнения можно определить по корреляции элементов в почве друг с другом (табл. 2).
Отмечается корреляция между медью и цинком, мышьяком, свинцом, стронцием, между цинком и мышьяком, между свинцом и стронцием, между мышьяком, цинком и свинцом. Очевидно, хром, марганец, никель, цирконий, рубидий представляют собой, в целом, геохимическую общность элементов, связанную своим происхождением с минералогическим составом почв Москвы. Медь, свинец, цинк, мышьяк, стронций имеют явно техногенное происхождение. Это не исключает в отдельных случаях локального загрязнения почв хромом или марганцем, но основной фонд этих минералов происходит из почв.
Примерами локального загрязнения почв могут быть свалки в районе Митино и грунты новостроек Марьино и Люблино (табл. 3). Новостройка в Люблино расположена в 1 км от полей фильтрации.
Элементы-загрязнители обладают достаточно хорошо известными токсическими свойствами, поэтому, безусловно, высокое их содержание в почвах представляет экологическую опасность для человека и для некоторых растений.
Распределение элементов в литосфере, почвах и растениях показывает, что часть их содержится в почве в меньших концентрациях, чем в литосфере (табл. 4). Это значит, что при почвообразовании эти элементы выносятся. Поэтому первоначальная адаптация растений была направлена на приспособление к минимальному количеству этих элементов, в частности, натрия и хлора. Их накопление должно достаточно быстро вызывать определенный стресс у растений [12, 13]. Те же элементы, избыток которых в почве постоянен, могут возрастать до большой дозы, не оказывая на растения
Таблица 1.
Особенности варьирования количества тяжелых металлов в почвах Москвы
Элемент Среднее содержание Мода Максимум Минимум Стандартное отклонение
Сг 101 71 2535 23 157
Мп 628 716 1840 88 266
№ 28 19 119 3 16
Си 59 11 368 3 63
Zn 162 28 1423 4 177
As 14 16 50 3 9
РЬ 69 27 673 3 89
Rb 59 59 175 13 21
Sг 120 105 369 42 39
Zг 319 216 559 26 105
Таблица 2.
Коэффициенты корреляции между уровнями некоторых тяжелых металлов в почвах Москвы
ТМ Сг Мп № Си Zn As РЬ Rb Sг Zг
Сг 1,0 0,27 0,37 0,27 0,27 0,16 0,12 0,01 0,21 -0,02
Мп 1,0 0,38 0,31 0,35 0,27 0,30 0,34 0,52 0,35
№ 1,0 0,51 0,55 0,41 0,36 0,22 0,56 0,12
Си 1,0 0,83 0,67 0,84 -0,11 0,68 -0,17
Zn 1,0 0,54 0,72 -0,10 0,69 -0,13
As 1,0 0,70 -0,06 0,48 -0,11
РЬ 1,0 -0,14 0,62 -0,22
Rb 1,0 0,39 0,70
Sг 1,0 0,24
Таблица 3.
Локальный химический состав почвогрунтов на свалках Митино и во дворах домов Марьино и Люблино
(гумус -%, элементы - мг/кг)
Объект Гумус рн № РЬ Си Мо Zn Сг Н | Cd
Свалка 1,4 7,9 9 7 5 8 21 9 не опред.
«-» 1,2 7,9 9 7 4 6 16 6 «
1,2 7,7 8 6 3 6 15 6 «
«-» 0,7 5,8 14 12 4 10 23 12 «
«-» 0,8 5,6 11 12 3 12 27 11 «
двор 1 н/о 7,0 35 4 не опред. 21 35 1 1
Марьино « 7,8 52 12 « 25 28 1 1
« 7,6 20 13 « 29 5 1 1
« 5,7 14 7 « «15 19 2 2
« 7,3 9 7 « 11 23 2 2
двор 2 « 7,5 42 74 120 6 125 240 2 2
Люблино « 7,4 37 63 131 6 122 238 3 2
« 7,1 58 115 175 8 170 280 2 3
отрицательного влияния. К таким элементам относятся все, отношение концентраций которых в почве и растении превышает, соответственно, их концентрацию в литосфере и почве (последний столбец табл. 4).
Измененные естественные почвы могут быть скальпированы (верх почв снят) или, наоборот, погребены новыми наносами (например, под дорогами, улицами, на газонах). Материал, погребающий почвы, обычно привозной и обладает совершенно другими свойствами, чем исходные естественные почвы.
Широко распространены насыпные почвы (на газо-
нах, бульварах, парках), для которых погребенная ими естественная почва или ее остатки играют роль подстилающей породы.
Естественные почвы сохраняют, в основном, свои природные свойства, но обнаруживаются существенные изменения в результате загрязнения их при выпадении осадков, в том числе промышленных выбросов в атмосферу. Все остальные городские почвы и почвоподобные тела обычно загрязнены в той или иной степени. Особое загрязнение почв отмечается вдоль дорог (табл. 5).
У дороги почва загрязнена свинцом на расстоянии
Коэффициент накопления элементов в разных компонентах биосферы
Таблица 4.
Компоненты < 0,6 0,7-1,3 > 1,3
растения / литосфера ^ Cd, Li, Si, С1, №, №, V, Fe, Со, As, Rb, РЬ, и Na, Сг, Sг, Ва, М^ Сг, Мп, Си, Zn, Ag, Sn В, Р, S, Вогеа1, Мо, I, Аи
почва/ литосфера ^ Ш, Mg, С1, К, Са, Со, Си, Rd, РЬ,и Li, В, А1, Si, Р, Ti,V, Мп, Fe, №, Sг, Ва Ве, S,Cг, Zn, As, Мо, Ag, Cd, Sn, I, Cs, Аи, Вг
почва/ песчаник В, Са, Н F, Mg,Si, К, Rb, Аи Li, Ве, Na, А1, Р, S, С1, Ti,V, Сг, Fe, Zn, As, Вг, Sг, Мо, Ag, Cd, I, Cs, РЬ, и
почва/ глина Li, ^ Ш, Mg, S, С1, К, Са, Со, №, Си, Zn, Н^ РЬ, и В, Al,Si, ТС, V, Мп, Fe, Вг, Rb, Sг, V), Cs, Ва, Аи Ве, Сг, As, Ag, Cd, Sn, i
почва/ карбонатные породы Са, Ва, В, ^С1, Sг, Н^ и Sn, Мп, Аи, РЬ Li, Ве, Mg, А1, Р, К, V, Fe, Ni, Си, Zn, As, Ag, Cd, I, Cs, Na, Si, Сг, Со, Rb, Мо, Sn, Ва, Ti
растение / почва ^ As, Cd, Li, А1, Si, Ti, V, Fe, Sn, Hg, и С1, Сг, Ni, Sг, Ва, РЬ ШМ К, Са, Мп, Со, Си, Zn, Rb, Мо, Ag, I, В, Р, S, Вг, Cs, Аи
Содержание тяжелых металлов в компонентах биосферы
Таблица 5.
Элемент Промышленные стоки, кг/л Почва, мг/кг Растения, мг/кг Вода питьевая, мг/л Воздух, мг/м3 ПДК в крови человека, мг/л
Ртуть 0,01 0,1 0,0001-100* 0,005 0,01 0,02
Свинец 0,7 0,1-2 10-7600* 10 10-1000* 0,05 0,01 0,3* 0,6
Кадмий н/о 0,06 0,06 н/о н/о н/о
Загрязнение почв солями в результате применения антигололедных средств
Таблица 6.
Расположение пробной площадки Характеристика травяного покрова мг/100г сухой массы растений мг/100г сухой почвы
Весна | Лето Весна | Лето
Х Л О Р И Д
Придорожная часть Растительный покров отсутствует 40,0 6,8
Середина газона Доминируют злаковые травы 7,1 23,7 7,5 37,9
Около пешеходной дорожки Доминируют сорняки 10,8 8,7 5,7 24,3
Н И Т Р А Т
Придорожная часть Растительный покров отсутствует _ 62,7 14,7
Середина газона Доминируют злаковые травы 7,5 24,1 7,5 37,9
Около пешеходной дорожки Доминируют сорняки 4,2 31,6 14,5 19,2
нескольких метров - результат выброса ТМ автотранспортом. Обычно концентрация соединений свинца в почвах возле автомобильных дорог возрастает в 10-1000 раз и больше [11]. Возрастает содержания этого ТМ и в растениях около дорог. Но не только накопление свинца присуще автомобильным дорогам. В городском хозяйстве широко используют применение разных солей для борьбы с гололедом. Обычно используют хлориды, нитраты. Их содержание также возрастает в почвах около дорог (табл. 6).
Почвы в месте посадок представляют собой хорошо окультуренные дерновые почвы, в которых искусственные перегнойные приствольные карманы создают языковатость. Периодическое внесение удобрений способствует повышению рН почв, содержанию в них питательных элементов, повышению их продуктивности. Атмосферное загрязнение неизбежно приводит к обогащению верхнего слоя почвы ТМ, цементной пылью, органическим веществом, в том числе ксенобиотиками.
Ботанический сад представляет пример содержания биосферы и поддержания ее биологических и экологических функций в условиях техносферы. В то же время обычные лесопарки города постепенно деградируют, разрушаются, их площадь уменьшается в результате захвата территории, почвы загрязняются. Иногда там вносят удобрения, производят ремонт насаждений. Но в целом уход за ними минимален, в основном удаление погибших деревьев и подсадка новых, и они представляют собой участок естественной биосферы, деградирующий под влиянием техносферы. Почвы лесопарков часто механически нарушены. В них много отвалов горных пород, свалок, тропинок, вытоптанных площадок. На них почвы зонального типа переходят обычно в поверхностно-оголенные. Поддержание парков и ботанических садов в городских агломерациях требует постоянного ухода. Ботанические сады и лесопарки служат источником посевного материала для озелене-
ния улиц, скверов, и полигоном для разработки технологии ухода за городскими насаждениями разного типа. Уход за почвенным покровом складывается из внесения удобрений, веществ, переводящих ТМ в нерастворимые формы, рыхления уплотненных участков, сидерации почв, содействия разложению опада и органического мусора. Сформированные уже перегнойные почвы, глубокогумусированные, хотя и языками, также представляют сейчас определенную ценность и нуждаются в сохранении. Загрязнение почв парков и ботанических садов - неизбежное явление, поэтому стратегия их содержания должна опираться на такие приемы ухода за почвами, чтобы ТМ и другие вещества переходили в недоступную для растений форму или же выводились из почвы. Исследования показывают, что главная опасность для растений - внезапное, залповое загрязнение почв и атмосферы, что приводит к быстрой гибели растений. Непосредственно в городе почвы замещены почвоподобными или просто непочвенными образованиями, которые правильней называть субстратами, обладающими некоторыми экологическими функциями почв.
В техногенных почвах Москвы заметен разброс содержания органического вещества (в том числе гумуса), % от массы почвы (табл. 7).
Высокое содержание N связано с внесением в почвы торфа, загрязнением их органическими веществами разной природы, в том числе ксенобиотиками, с замедленным разложением органического вещества из-за уменьшения количества биоты в почве, включая организмы, разлагающие органические остатки.
Отмечается большая вероятность высокого содержания органических веществ при низком окислительно-восстановительном потенциале (ОВП), <200 мВ, и щелочной реакции среды. Почвы парков, лесопарков в целом содержат меньше гумуса, и максимум его наблюдается при более высоком ОВП и при кислой или нейтральной реакции. ОВП в почвах парка не достигает
Таблица 7.
Диапазоны некоторых параметров почв г. Москвы
Почвы Гумус (%) N общий (%) Окислительно-восстановительный потенциал (мВ) рН Обменные катионы (мг-экв/100 г почвы)
Парки и лесопарки 0-8 0-0,25 90-450 4,2-7,2 2-20
Техногенные почвы 0-12 0-0,6 240-450 4,8-10,2 2-160
величин 200 мВ. Низкие величины ОВП в техногенных почвах с самого начала ухудшают развитие растений. Почвы лесопарка обладают более низким, в среднем, ОВП по сравнению с почвами лесных массивов Подмосковья (Малинки). По составу гумуса почвы техногенной группы содержат больше гуминовых кислот и близки по этому признаку к более южным почвам. Гу-матный состав и повышенное содержание органического вещества в городских почвах полезны растениям. Но в сочетании с низким ОВП они могут усилить процессы оглеения (усиление восстановительной обстановки) и способствовать поселению в почвах патогенных бактерий. Такая возможность, к сожалению, характерна для многих техногенных почв Москвы. Низкий ОВП в техногенных почвах сочетается с нейтральной и щелочной средой.
Почвы лесопарков характеризуются значениями ёмкости катионного обмена (ЁКО) порядка 1,720 мг-экв/100 г почвы , что характерно для фоновых дерново-подзолистых и дерновых почв Московской области. В составе обменных катионов содержится кальция - 1,3-16 мг-экв/100 г почвы, магния - 0,28 мг-экв/100 г почвы. Техногенные почвы отличаются высокими значениями ЁКО. Часть почвенных Са и Мg входят в состав солей (в частности, карбонатов): до 160 мг-экв/100 г почвы. Содержание ионов водорода и алюминия в техногенных почвах резко снижается, а часто достигает нулевых значений, что связано с вытеснением их Са, Mg и №. Высокое содержание магния в поглощающем комплексе (>6 мг-экв/100 г) встречается при сравнительно низком участии кальция (<40 мг-экв/100 г). Большое количество обменного Са (от 40 до 160 мг-экв/100 г) - при низком участии поглощенного Mg (обратная корреляция между этими катионами). Содержание обменного кальция <40 мг-экв на 100 г почвы приурочено к почвам с кислой реакцией среды (рН<7). Почвенные горизонты с большим количеством Са (40-120 мг-экв на 100 г почвы) приурочены к горизонтам с рН от 7 до 8 . Содержание Са свыше 90-100 мг-экв/100 г явно сопровождается низким содержанием Mg, при этом содержание последнего в этом диапазоне не зависит от содержания Са. Наличие карбонатов подтверждается высокими значениями рН в почвах с высоким содержанием Са.
В составе обменных катионов техногенных почв обнаружен ион натрия, в отличие от почв лесопарков, где его очень мало. Весной максимальные количества натрия приурочены к верхним горизонтам. К осени натрий почти полностью вымывается из верхних слоев в нижние горизонты или выносится за пределы почвенного профиля. Он сохраняется в 10% исследованных техногенных почв. Почвенные растворы ранней весной имеют более высокую концентрацию натрия, и он легко включается в почвенный поглощающий комплекс. При промывке городских почв водой, лишенной заметного содержания натрия, обменный натрий легко растворяется и выносится из верхних горизонтов. Это подтверждают данные состава обменных катио-
нов в почвах в осенний период. Осенью Na+ накапливается в горизонтах с пониженным ОВП (100-230 мВ). Его сохранение связано с застойным водным режимом и слабой фильтрацией.
Итак, в городе существуют две группы разных по химическим свойствам почв: собственно техногенные (дворы, сады, придорожные участки и т.п.) и почвы лесопарков. Почвы лесопарков (дерново-подзолистые, дерновые кислые) аналогичны естественным почвам. Техногенные почвы характеризуются высоким содержанием органического вещества, щелочной реакцией среды, высокой обеспеченностью по азоту, калию и подвижным формам фосфора, составом обменных катионов Са2+, Mg2+, №+, причем основная доля приходится на Са2+. По всем показателям техногенные почвы по составу отличаются от естественных, функционируют по другим закономерностям, следовательно, могут быть местом непредвиденных для человека явлений, например, очагом инфекций. Поэтому необходимо поддерживать сохранение лесопарковых зон в городе. Соли распространяются от мостовой на расстояние 3-5 м. Они переносятся с брызгами воды и с пылью, а также попадают в почву из снега, при зачистке мостовой. ТМ обычно заметны на расстоянии 20 м от дороги (но иногда накапливаются и в 100 м).
Физические свойства городских почв
По своим физическим свойствам почвы парков и лесопарков близки к естественным почвам. Можно встретить как суглинистые, так и песчаные разновидности со всеми переходами между ними, включая слоистые почвы. Урбаноземы представлены в основном слоистыми почвами, в которых чередуются слои самого разного гранулометрического состава, часто с участием камней, строительного и бытового мусора. Отсюда все варьирование физических свойств почв города. Песчаные и супесчаные почвы парков и лесопарков имеют плотность сложения 1,2-1,6 г/см3 . Для суглинистых почв характерны величины 0,8-1,5 г/см3. При рекреационном использовании территории верхние горизонты почв могут уплотниться до 1,8 и даже до 2,0 г/ см3 (максимальное уплотнение). На свалках плотность почв достигла величин 1,45-1,7 г/см3. Если учесть, что при плотности 1,4 корни растений плохо проникают в почву, то понятно, что даже в парках локально создаются условия, препятствующие росту древесных растений. Глубина рекреационного воздействия (а тем более тяжелой техники) достигает 50-100 см. В урбаноземах, обогащенных камнями, обломками бетонных плит, металлическим ломом, важной представляется не общая плотность, которая часто завышается благодаря этим включениям, а плотность мелкозема между камнями и другими включениями. Данные показали, что плотность мелкозема каменистых урбаноземов совпадает с плотностью естественных почв. Она колеблется в тех же пределах 1,2-1,7 г/см3 см для песчаных субстратов, и от 0,7 до 2,0 г/см3 см для глинистых и суглинистых субстратов. Плотность почв под деревьями разных классов
играет не главную роль в угнетении и гибели деревьев. Все почвы обладали плотностью меньше максимально допустимой (1,4 г/см3). А почвы под более угнетенной группой елей обладали даже более благоприятной плотностью почв (табл. 8).
Водный режим городских почв
Водный режим городских почв соответствует в целом водному режиму климатической зоны. В лесной зоне он остается промывным. При среднегодовой сумме осадков 500-600 мм почти все они поступают в почву. На части территории возможно дополнительное поступление воды с локальным стоком с асфальтированных участков. Испаряемость почв в целом за год меньше поступления осадков (в пределах 400-300 мм), что и определяет промывной водный режим. Он устанавливается в весенние месяцы после таяния снега и возмо-
Таблица 8.
Плотность почв под деревьями разной степени угнетенности
Порода дерева Степень Степень
угнетения 2 угнетения 4
Липа 1,01 1,29
Тополь 1,13 1,24
Клен платанолистный 1,31 1,28
Ель 1,24 1,13
жен в июне-июле, когда потребление воды растениями еще не велико, а количество выпавших осадков значительно превышает среднемесячную норму. Для части территории характерен застойный по увлажнению гидрологический горизонт. Он образуется в нижней части профиля в результате подтопления (из-за сооружения прудов, водохранилищ, отстойников, протекания водопроводных труб), когда уровень грунтовых вод повышается. Отмечается большее увлажнение горизонта В суглинистых почв. Если на данном участке нет растений, отсасывающих избыток воды, то происходит заболачивание территории. В этом случае создается прямая угроза фундаментам зданий и дорогам. Почти до полевой влагоемкости (до 80-90% от ПВ) увлажнены запечатанные почвы под асфальтом, в результате отсутствия испарения. Влага постепенно поступает в почву под асфальтом (экраноземы по терминологии М.Н. Строгановой и Т.В. Прокофьевой [10]) и сохранятся, имея водный потенциал от -200 до -300 гигапа-скалей (ГПа). При общей тенденции к переувлажнению городских почв, растения в Москве необходимы не только для эстетики и защиты от шума и пыли, но и как природный насос, осушающий избыточно увлажненные почвы. Растения переводят их из разряда почв с застойным водным режимом, имеющим одноименный гидрологический горизонт у самой поверхности, в более сухие почвы с десуктивно-застойным режимом. Верхний слой у этих почв относится в летние месяцы к десуктивному гидрологическому горизонту, в котором водный потенциал колеблется в интервале выше -15000 гПа, но ниже -1000 гПа. Обычно водный потенциал городских почв в условиях Подмосковья, как и у автоморфных и зональных почв, не падает ниже -700 гПа. С учетом того, что завядание деревьев начинается приблизительно при -22000 гПа, следует признать, что водный режим не лимитирует развитие деревьев. Но на
газонах верхний слой почвы может в июле-августе пересыхать до -15000 гПа, что соответствует влаге завя-дания многих трав, в том числе злаков. Поэтому в эти месяцы газоны нуждаются в дополнительном поливе. В летние месяцы коэффициент увлажнения часто равен 0,7, что говорит о возможном иссушения почвы, особенно верхних ее слоев.
В почвах парков и лесопарков водный режим в принципе не отличается существенно от водного режима почв естественных лесов. В этом случае под дорожками также создаются зоны повышенного увлажнения, а между дорожками сохраняется естественный водный режим почв. Весной снег в городе содержит много солей (КС1, №С1), и они с талыми водами поступают в почву, создавая угрозу растениям. Именно в этот период происходит внезапное засоление почвенных растворов и почв, что приводит к гибели растений. Затем соли промываются, и уже в июне почвы, как правило, не засолены. Именно поэтому многие исследователи, определявшие содержание солей в июле, отмечали, что солей нет и они якобы не могут быть причиной гибели растений. Действительно, в июле, и даже в июне, их уже нет. Но в апреле-мае содержание их превышает иногда допустимые нормы, и соли поступают в растения, вызывая солевой шок.
Эти положения подтверждаются данными по электрическому сопротивлению почв, определенному методом электрического профилирования [9].
Сопротивление почв падает при увеличении влажности почвы и содержания растворимых солей в ней. В свою очередь, влажность отражает гранулометрический состав, поскольку влагоемкость и влажность почв снижаются от глин к пескам и в этом же направлении повышается электрическое сопротивление почв. Поэтому электрическое профилирование позволяет оценить изменения гранулометрического состава, влажности, содержания солей в почве. Вблизи дороги (асфальтированных дорожек, мостовых) электрическое сопротивление закономерно ниже (109 Ом-м в мае и 140 Ом-м в августе), чем на расстоянии больше
1 м (соответственно, 262 и 292 Ом-м).
Электрическое сопротивление почв около погибших
берез в среднем составляет 177 Ом-м, а на расстоянии
2 м - 456 Ом-м.
Зеленые насаждения
Участие разных пород деревьев в озеленении городов в значительной степени случайно (табл. 9).
Состояние этих деревьев сильно варьирует (табл. 10-12). Почти все деревья на магистральных улицах Москвы весной 1997 г. оказались поврежденными. Повреждение оценивали по наличию сухих ветвей и веток.
Можно наметить такой ряд древесных пород по убыванию устойчивости и сохранности: вяз, 86%, > ясень, 83%, > тополь, 71%, > клен американский, 63%, > липа, 59% > клен платановидный, 51% >лиственница, 51% > рябина, 35% >береза 25%.
Учитывали долю деревьев 1 и 2 классов состояния на основных магистралях.
Обобщенные результаты позволяют оценить устойчивость пород более объективно, исключив случайные отклонения (табл. 14).
Заметна устойчивость кленов, липы, тополя, противоречиво поведение лиственницы (много устойчивых
Таблица 9.
Участие разных видов деревьев в зеленых насаждениях разных зон г. Москвы (%)
Вид дерева Центр Срединная зона Периферия
Липа мелколистная 33 37 24
Клен остролистный 13 14 29
Тополь бальзамический 8 19 5
Клен ясенелистный 9 13 1
Ясень пенсильванский 17 5 4
Береза повислая 1 4 17
Ясень высокий 11 отсутствует отсутствует
Рябина обыкновенная 2 1 6 '
Сосна обыкновенная отсутствует <1 1
Вяз гладкий 4 ' 3 8
Дуб черешчатый 1 1 3
Яблоня культурная 1 2 2
Каштан конский 1 1 3
Ель колючая отсутствует <1 3
Таблица 10.
Среднее состояние деревьев в районе метро «Авиамоторная» на юго-востоке Москвы(четырехбалльная система: 1 - здоровое или слабоповрежденное, 2 - среднеповрежденное, 3 - сильноповрежденное,
4 - погибшее дерево)
Вид дерева Средний балл 1997 г. Средний балл 1998 г. Средний балл
Липа 2,5 2,5 2,5
Тополь 2,2 2,5 2,3
Клен американ. 2,4 2,6 2,5
Клен (платан.) 2,3 2,3 2,3
Вяз 2,0 2,0 2.0
Рябина 2,7 2,8 2,8
Береза 2,2 2,3 2,3
Лиственница 2,2 2,2 2,2
Дуб 1,5 1,5 1,5
Ель 2,7 3,2 3,0
Сирень 1,5 2,0 1,7
Груша 3,0 3,0 3,0
Таблица 11.
Распределение деревьев по классам состояния (%), Рязанский проспект и Авиамоторная ул., г. Москва, 1997-1998 (данные В. Омельянюк)
Порода Рязанский пр. Авиамоторная ул.
1997 г. 1998 г. 1997 г. 1998 г.
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Ясень 0 80 20 0 30 57 13 0 3 72 14 11 4 66 17 14
Липа 1 42 32 25 1 49 41 9 0 77 17 6 0 66 18 16
Клен плат. 5 24 29 42 11 63 20 6 17 50 20 0 30 50 25 8
Вяз 4 75 21 0 5 20 27 48 5 81 8 3 8 79 7 8
Тополь 5 62 28 5 2 70 25 3 9 89 2 0 9 85 6 0
Береза 0 52 42 6 0 47 37 16 80 20 0 0 80 0 20 0
Лиственница 0 0 25 75 0 25 25 50 33 30 30 13 37 25 17 25
Рябина 0 13 31 56 0 12 25 63 0 0 100 0 0 0 100 0
Таблица 12.
Обобщенное распределение деревьев по классам на магистралях за 1997-98 гг., юго-восток г. Москвы
Порода 1 2 3 4
Липа 2 57 26 15
Тополь 4 67 21 8
Клен платанолистный 15 36 25 24
Клен американский 3 60 24 13
Вяз 6 80 13 1
Ясень 15 68 17 0
Лиственница 40 11 18 31
Рябина 15 23 26 39
Береза 0 25 70 5
и много неустойчивых экземпляров). Возможно, мы имеем дело с разными видами лиственниц.
Очень устойчив вяз, который в естественных условиях в Московской обл. приурочен к дерново-карбонатным почвам. Очевидно, высокая щелочность городских почв для него не опасна.
Особенности городских свалок
Города производят значительное количество мусора, который вывозится на свалки. При определенном заполнении свалки мусор перекрывается почво-грунтами. Загрязненность городских субстратов (глин, суглинков), вывозимых на свалку для нейтрализации (перекрытия) мусора, не является существенным препятствием для зарастания свалок. Срок жизни растений и беспозвоночных организмов такой, что загрязнение среды не успевает серьезно подействовать на них. В любом случае естественный отбор приводит к сохранению адаптированной популяции организмов. Эта точка зрения подтверждается анализом жизни биосферы при таких трагических катастрофах, как Чернобыльская и взрыв радиоактивных отстойников предприятия «Маяк» на Урале. В обоих случаях при высоком уровне радиации заболели растения (деревья), животные, и, конечно, люди. При этом многие представители всех трех групп обитателей зараженной зоны погибли очень быстро, но после того, как человек ушел из этих мест, биосфера восстановилась почти в полном составе своих компонентов [2, 9].
Поэтому к рекультивации свалок следует подходить с иных экологических позиций, чем, например, к рекультивации отвалов горных разработок. В последнем случае легко подобрать наиболее безвредную породу из числа вскрытых горными разработками. На свалку обычно привозят грунты из-под строительства в тех же городах, откуда привезли мусор. И эти грунты загрязнены уже тяжелыми металлами, нефтепродуктами. Они перекрывают специально подготовленный мусорный слой. Поэтому рекультивация этих земель как земель сельскохозяйственного пользования исключается априори. Эти субстраты следует использовать лишь как озелененные ландшафты. Даже при прекращении использования свалки нанесение не загрязненного плодородного слоя на ее поверхность не спасает от загрязнения ландшафт. Растения смогут проникать в более глубокие слои и перекачивать на поверхность вредные для человека вещества. Минеральные грунты на свалках часто обладают высокой плотностью, что связано с уплотнением их техникой при нанесении и разравнивании грунта. Поэтому следует ожидать, что естественное зарастание свалок будет идти на наиболее рыхлых участках субстрата. И только после «подготовки» растениями рудералами субстратов, создания ими первичных примитивных почв (эмбриосолей, пелеземов), поселяются другие растения и создается более зональный ландшафт.
У свалок существует еще одна особенность. Они слоисты, а это значит, что вертикальное промачивание толщи свалки затруднено, часть воды будет дренироваться по слоям мусора, задерживаться на границе слоев. Эта вода будет растворять разные вещества, находящиеся в погребенных отходах и загрязняющие, в конечном итоге, поверхностные воды (реки, пруды, озера).
Постепенное разложение органических веществ в глубоких слоях свалок и переувлажнение этих слоев в
результате застоя воды приводит к формированию восстановительных условий и выделению таких газов, как метан и сероводород.
Очевидно, естественным путем восстановление ландшафта идет очень долго. Через 15-30 лет зональный ландшафт сам по себе еще не образуется. Уплотненные машинами и тракторами почвы восстанавливают приемлемую для растений плотность (без вмешательства человека) через 10-40 лет.
Восстановление окружающей среды при помощи растений вызывает широкий интерес в развитых и развивающихся странах благодаря возможностям, которые открывает эта технология в деле очистки загрязненных территорий. К настоящему времени развитие этих технологий делает выгодным их практическое применение. Так, в США Агентство по охране окружающей среды планировало расширить в 2000 г. на 30% программу использования растений для очистки среды от металлов и радионуклидов [7]. Во всем мире растения, накапливающие металлы в избыточных количествах (сверхнакопители), или, по А. Ковалевскому, «безбарьерные», привлекают внимание ученых как идеальная модель для разработки технологий очистки. Глобально применение такой технологии сдерживается двумя обстоятельствами: медленный рост растений-сверхнакопителей и низкая растворимость металлов в почве (высокое сродство ионов металлов к почвенным частицам).
При естественном зарастании свалки в лесной зоне (на примере Хметьева) растения располагаются куртинами и занимают около 30% поверхности почвы. На свалках произрастают горец птичий, ромашка непахучая, полынь обыкновенная, мелкоцветник канадский, двукисточник тростниковый, вейник наземный, мать-и-мачеха, одуванчик полевой, лебеда. Это исследование показывает, что зарастание свалок происходит уже в первые 5-10 лет. Через 20-30 лет вся свалка занимается растениями. Однако уплотнение почвы и уплотненные горизонты в первом метре могут привести к гибели деревьев через 20-30 лет.
Для субстрата свалки характерно сопротивление в диапазоне 30-800 Ом-м. Но встречаются места, фактически не проводящие тока, их сопротивление достигает килоомов и даже тысяч килоомов на метр. В этих местах имеются либо большие пустоты, либо включения обломков и обрывков разных отходов, включая изолирующие материалы, препятствующие движению тока. Не заросшие субстраты имеют большую электропроводность (меньшее сопротивление, табл. 13), что в первую очередь связано с их более высокими плотностью и влажностью. Особенно низко сопротивление у не заросшего субстрата, отложенного 2 года назад.
Расход воды под растениями и разрыхление корнями почвы резко увеличивает сопротивление почв. Наиболее иссушает почву клевер (сопротивление 325 Ом-м), затем вейник (290 Ом-м). Но если для клевера специфичны значения электрического сопротивления 100300 Ом^м, то для вейника - более 300 Ом^м. Для остальных растительных групп также специфичны значения сопротивления более 300 Ом-м, хотя средние значения заметно ниже, чем у вейника (табл. 13). Следует обратить внимание, что уже через 5 лет сопротивление почвы под вейником выравнивается и становится более постоянным, чем под другими растительными группировками.
Однако аномальные по сопротивлению участки сохраняются в течение 15 лет, хотя общее их количество заметно снижается (почти в два раза). На поле вейни-ка после 15-летней рекультивации такие участки занимают всего 6% площади.
Наибольшее количество таких экстремальных мест встречаются на клевере и среди групп разнотравья и кустарников (горец, ивы, ромашка, чина и пр.).
В среднем такие места занимают 11% площади участка, но на клевере (по результатам 2-летней рекультивации) они возрастают до 24%.
Уплотнение верхних минеральных слоев субстрата приводит к тому, что уже ниже 20 см на свалках ОВП часто бывает ниже 200 мВ.
Очень часто под слоем 20 см оказываются захороненными твердые бытовые или промышленные отходы, плохо разлагающиеся и создающие непроницаемый экран для корней растений. Подобные включения изменяют водный режим почв (уменьшая активный слой, из которого растения могут черпать воду).
Полученные многочисленные данные показывают, что почвенные растворы содержат заметные количества разных веществ (табл. 14). Средняя концентрация кальция (4,88 мг/л при амплитуде 6,8-4,10 мг/л), например, почти не зависит от сезона и от количества просочившейся воды. Но в целом происходит вынос (поступление с раствором) веществ на глубину свыше 1,5 м
с достаточно высокой вероятностью. На свалке сброс веществ будет идти по слоям мусора. В этом случае уже первый слой мусора можно считать дренажным коллектором. Для растений, произрастающих на свалке, такая промывка грунта естественна для нашего региона и вполне благоприятна. Вынос веществ будет загрязнять местные водоемы. В зависимости от сезона и количества дождей концентрация веществ в почвенном растворе заметно варьирует. Эти вариации редко бывают существенными, но они подтверждают тот факт, что вынос веществ из верхней толщи почвы происходит — следовательно, из верхних слоев свалки растворимые вещества тоже будут выноситься.
Все сказанное подтверждает вывод, что, несмотря на исходное загрязнение субстратов свалки в многолетнем цикле, следует ожидать, что процессы выщелачивания в этих почвах будут преобладать. В конечном итоге, часть тяжелых металлов будет вынесена (вымыта) из почвы, часть перейдет в нерастворимую форму. Но загрязнение верхних горизонтов будет держаться долго, несколько десятков лет. Следовательно, растительная продукция еще много лет будет содержать повышенное количество ряда тяжелых металлов. Для подтверждения данного по -ложения были определены концентрации тяжелых металлов в почвогрунтах и растениях, распространенных в данный момент на свалке. Обычно в грунтах свалок содержится небольшое количество тяжелых металлов. В
Таблица 13.
Вероятность разных значений электрического сопротивления примитивных почв свалки, с учетом пустот и
включений
Вариант зарастания Электрическое сопротивление, Ом-м Повторность
<100 101-300 >301 ГО
Вейник, 15 лет 0,28 0,33 0,33 0,06 18
Вейник и др. злаки, 5 лет 0,16 0,54 0,30 0 13
Полынь, 5 лет 0,25 0,37 0,37 0 8
Горец, ива, мать-и-мачеха... 0,19 0,24 0,33 0,24 21
Не заросший субстрат, 5 лет 0,39 0,39 0,13 0,09 23
Не заросший субстрат, 2 года 0,67 0,11 0,11 0,11 18
Клевер, 2 года 0,35 0,35 0,11 0,19 26
Среднее по участку 0,34 0,37 0,22 0,11 112
Таблица 14.
Вероятность разных концентраций ионов Са и Мg (мг/л) в лизиметрических водах ниже 150 см
Сезон Са Мб
<10 11-20 >20 <6 6-7 8-9 >10
Зима 0,48 0,32 0,20 0,60 0,20 0,08 0,12
Весна 0,62 0,15 0,23 0,60 0,30 0,10 0
Лето 0,46 0,28 0,26 0.80 0,20 0 0
Осень 0,90 0,10 0 0,93 0,07 0 0
Таблица 15.
Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами (мг/кг)
Элемент <ПДК (чистые) Слабо загрязненные Средне загрязненные Сильно загрязненные Очень сильно загрязненные
Категория загрязнения Допустимая Умеренно опасная Опасная Очень опасная
Кадмий <2 2-3 3-5 5-10 >13
Свинец <130 130-150 150-250 250-600 >600
Цинк <220 220-450 450-900 900-1800 >1800
Медь <132 132-200 200-300 300-500 >500
Никель <80 80-160 160-240 240-500 >500
целом оно значительно ниже ПДК (табл. 15, 16).
Привезенные на свалку грунты практически не загрязнены. Их можно считать химически безопасными (по тяжелым металлам). Лишь на точке 7 (слой 10-15 см) и точке 8 (слой 0-5 см) содержание кадмия превышает ПДК и достигает опасного уровня. Опасный уровень загрязнения свинцом отмечается лишь в одном образце (точка 7, слой 0-5 см).
Точечное загрязнение грунтов сигнализирует о возможной опасности для производства сельскохозяйственной продукции на почвах бывших свалок: при общей, казалось бы, безопасности грунтов возможны очаги повышенной концентрации самых вредных тяжелых металлов. Поэтому почвы на свалках нельзя использовать для получения пищевой продукции (табл. 17).
Подстилающие почвы субстраты, возможно, созда-
ют локальное загрязнение рекультивационного слоя. Об этом свидетельствуют данные по содержанию тяжелых металлов в растениях (табл. 18). Для сравнения даны данные в соответствующей почве.
Амарант краснолистный накапливает по сравнению с почвой все изученные тяжелые металлы, кроме меди. Для всех этих элементов соотношение содержания в растении и почве выше единицы. Главное накопление этих элементов отмечается в листьях и корнях.
Таким образом можно заключить, что все городские почвы в той или иной степени загрязнены. Они сохраняют такие признаки зональных почв, как общий водный режим ландшафта, но локально этот режим может существенно отличаться от зонального.
Но у экологии города есть еще один аспект - кто, собственно, его населяет?
Содержание Fe, Cd, РЬ в почвогрунтах (мг/100 г)
Таблица 16.
Точка и глубина (см) Fe Cd РЬ
1 2 1 2 1 2
1 0-5 58 0,3 0,15 0,02 0,08 0,02
5-10 63 0,1 0,15 0,03 0,07 0,02
10-15 78 10 0,11 0,03 0,06 0,02
2 0м5 48 0,2 0,12 0,05 0,06 0,02
5-10 56 0,1 0,12 0,05 0,6 0,2
10-15 73 0,2 0,09 0,05 5,1 0,16
3 0-5 124 4,2 0,15 0,12 0,7 0,3
4 0-5 51 0,3 0,14 0,06 1,5 0,1
5-10 58 0,3 0,14 0,04 1,0 0,2
10-15 77 0,4 0,09 0,05 0,7 0,2
5 0-5 51 0,2 0,17 0,02 0,7 0,2
5-10 87 0,2 0,16 0,03 0,8 0,2
10-15 109 0,2 0,17 0,05 0,9 0,1
6 0-5 46 0,2 0,13 22,62 0,9 0,2
5-10 56 0,3 0,11 0,72 0,7 7,7
7 0-5 46 0,4 0,12 0 21,0 0,2
5-10 46 0,3 0,10 0,07 1,0 0,2
10-15 44 0,6 0,36 0,05 0,7 0,5
8 0-5 95 8,0 0,90 0,04 1,8 0,5
5-10 96 7,3 0,09 0,06 1,5 1,5
10-15 100 2,3 0,13 0,10 0,9 0,5
9 0-5 100 5,2 0,10 0,08 1,4 0,5
5-10 105 24,3 0,05 0,03 1,0 0,3
10-15 101 24,0 0,11 0 1,2 0,4
10 0-5 95 0,6 0,04 0,06 0,6 0,2
5 - 10 85 0,2 0,03 0,03 0,5 0,2
10 - 15 78 2,2 0,03 0,05 0,5 0,2
11 0-5 124 11,0 0,12 0,03 1,1 0,3
5-10 132 23,3 0,11 0,03 1,0 0,2
10-15 134 66,2 0,09 0,05 1,1 0,2
Примечание. 1 - в концентрированной HNO3 , 2 - в 0,2 нHNO3
Таблица 17.
Содержание меди, цинка и никеля в почвогрунтах Хметьевской свалки
Точка и глубина (см) Си Zn №
1 2 1 2 1 2
1 0-5 0,63 0,05 1,1 0,15 0,99 0,27
5-10 0,65 0,05 1,1 0,3 1,1 0,22
10-15 0,86 0,09 1,4 0,35 1,13 0,41
2 0-5 0,56 0,04 1,0 0,14 0,88 0,18
5-10 0,51 0,05 1,0 0,1 1,00 0,27
10-15 0,72 0,03 1,2 0,3 1,02 0,23
3, 0-5 6,96 2,95 10,9 9,4 0,98 0,59
4 0-5 0,61 0,04 1,1 0,3 1,02 0,20
5-10 0,58 0,03 1,2 0,11 1,03 0,27
10-15 0,70 0,04 1,1 0,2 1,04 0,29
5 0-5 0,8 0 1,1 0,26 1,04 0,29
5-10 0,92 0,06 1,3 0,35 1,64 0,22
10-15 1,2 0,03 1,7 0,2 1,64 0,17
6 0-5 0,8 0,04 1,5 0,4 0,88 0,24
5-10 0,61 0,02 1,6 0,42 0,92 0,17
7 0-5 10,66 0,11 0,9 0,2 0,99 0,13
5-10 0,46 0,03 0,9 0,16 1,0 0,06
10-15 0,85 0,03 3,9 0,8 1,03 0,16
8 0-5 1,23 0,81 2,5 0,8 0,5 0,24
5-10 0,60 0,26 1,2 1,88 0,5 0,23
10-15 7,8 4,01 8,0 5,83 0,67 0,37
9 0-5 1,54 0,65 2,2 1,45 0,54 0,28
5-10 0,81 0,36 1,3 0,8 0,45 0,30
10-15 0,83 0,4 3,1 1,98 0,59 0,24
10 0-5 0,35 0,6 0,9 0,48 0,80 0,30
5-10 0,28 0,02 1,0 0,44 0,81 0,16
10-15 0,28 0,06 0,7 0,7 0,5 0,24
11 0-5 0,87 0,34 2,2 1,2 1,16 0,5
5-10 0,92 0,40 1,6 0,8 1,22 0,59
10-15 1,21 0,67 1,7 0,94 1,28 0,67
Таблица 18.
Содержание тяжелых металлов (мг/кг сухой массы)
Почва, слой 0-5 см Амар ант краснолистный Вейник
3 ей Корни Листья, стадия роста Корни
и т Участок свалки,
Н е о т 2 о я л т е щ ы Откос свалки окультуренный в:
К И . а щ т 8 ле а £ л X 1984 г. 1997 г.
Под амар Под вейн с а С ц 0 и Вегетация Цветение Цветение 1984 г.
Fe 1240 42 1899 1020 5340 3284 2248 2328 2328 1968 6572
Cd 1,5 1,2 3,2 1,2 2,8 1,6 5 5 5 4 2
РЬ 7 3 24 12 184 78 8 8 8 8 2
Си 70 29 17 13 56 25 8 12 12 7 19
Zn 109 94 148 906 193 123 43 62 62 46 89
№ 10 6 28 164 278 н/о 47 53 525 350 260
Биологическое разнообразие в городах
Считается, что главные жители города - люди. Однако этот тезис нуждается в поправке. Например, число жителей в Москве более 8 млн. В то же время, в городе обитают собаки, кошки, вороны, воробьи, численность которых превышает миллионы особей. Вместе с нами живут синицы, сороки, скворцы, грачи, утки, белки, крысы, мыши. На помойках встречаются горностаи, ласки. В парках обитают кроты. Количество беспозвоночных и микроорганизмов не поддается учету. Город - рай для всевозможных грибов. Если же учесть всех животных и растения, содержащихся в городе, то биологическое разнообразие городов превысит разнообразие любой зональной системы в разных странах. Словом, город, урбосфера - типичная экосистема, где элементы системы (окружающая среда, автотрофы и гетеротрофы) тесно взаимодействуют.
Это еще раз подчеркивает, что человек угрожает не биосфере, она его победит в любом случае, он угрожает собственному существованию, нарушая экологические условия территорий, окружающих город. Биосфера останется, даже если человечество исчезнет.
Выводы
1. Города - часть техносферы, образующие специфическую урбосферу. Они сохраняет тесную связь с био-той, образуя специфическую глобальную экосистему.
2. Загрязненность почв и грунтов городов представляет опасность, в первую очередь, для человека. Многие животные и растения приспособились к этому явлению.
3. Городские почвы богаты органическим веществом, общим азотом, калием, фосфором, часто имеют оптимальные значения рН, но загрязнение тяжелыми металлами приводит к тому, что прорастание семян трав на газонах замедляется, всходы разрежены. Посадки молодых деревьев и кустарников также угнетаются.
4. Применение в зимний период солевых смесей для борьбы со льдом приводит к «внезапному» засолению при таянии снега почвы и почвогрунтов на краях газонов и на посадках вдоль магистралей и обрабатываемых солью асфальтовых дорожек. Засоление весной также вызывает замедление поступления в растение таких питательных элементов, как азот, калий, фосфор.
Литература
1. Аналитический доклад. Состояние зеленых насаждений в Москве. По данным мониторинга 1997 г.- М.: Прима-Пресс,1998.
2. Быков А.В., Лысиков А.Б., Меланхолия П.Н. Влияние роющей деятельности кабана на перераспределение радионуклидов в районе Чернобыльской АЭС // Почвоведение.- 1991. - № 11.- С. 39-50.
3. Гинзбург Л.Н. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения окружающей природной среды.- М.: Прима-Пресс, 1997.
4. Гумилев Л.Н. Этносфера. История людей и история природы.- М.: Экопрос, 1993. - 544 с.
5. Почва, город, экология / Под общ. ред. акад. РАН Г.В. Добровольского. - М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997. -320 с.
6. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. - М.:ГЕОС, 2005. - 334 с.
7. Маджугина Ю.Г., Кузнецов В.В., Шевя-кова Н.И.. Растения полигонов захоронения бытовых отходов мегаполисов как перспек-
тивные виды для фиторемедиации // Физиология растений. - 2008. - Т. 55.- № 3. -С. 1-11.
8. Нарышкин М.А. Задолго до Чернобыля // Ecology and Noospherlogy (Kiev-Dnepropetrovsk) - 1995. - V. 3. - No. 1-2.
9. Поздняков А.И., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. Стационарные электрические поля в почвах. -М.: КМК Scientific Press Ltd., 1996.
10. Строганова М.Н., Прокофьева Т. В. Почвы Москвы. - М.: ГЕОС, 2005. - 84 с.
11. Судницын И.И., Крупенина И.И., Фрон -тасьева М.В., Павлов С.С. Химический состав почв г. Москва и г. Дубна // Агрохимия. - 2009. -№ 7. - С. 67-70.
12. Шевякова Н.И., Кузнецов В.В., Карпачевский Л.О. Причины и механизмы гибели зеленых насаждений при действии техногенных факторов городской среды и создание стресс-устойчивых фитоценозов // Лесной вестник. - 2000. - № 6 (15). - С. 25-33.
13. Raskin I. and Ensley B.D. Phytoremediation of Toxic Metals. Using Plants to Clean up the Environment. N. Y.: Wiley and Sons, 2000. - 685 p.
J
