CC BY
47
УДК 631.47
МОДЕЛИ ТЕХНОПЕДОГЕНЕЗА НА ФУТБОЛЬНЫХ ПОЛЯХ МОСКОВСКОГО РЕГИОНА
На основе почвенно-генетических исследований изучены и типизированы техно-почвы и почвоподобные техногенные образования физкультурных, спортивно-массовых и профессиональных футбольных полей Московского региона. Выявлены закономерности изменения их состава и свойств в зависимости от проявления технопедогенеза и интенсивности спортивно-техногенных воздействий. Определены генетические модели технопедогенеза на территориях футбольных полей разных функциональных групп и основные «деградационные» и «проградационные» элементарные почвообразовательные процессы.
Ключевые слова: футбольные поля, техно-дерново-подзолистые почвы, почвоподобные техногенные образования, элементарные почвообразовательные процессы, модели технопедогенеза.
Введение
Нарушенные почвы (НП) и почвоподобные техногенные образования (ПТО) футбольных полей (ФП), созданные по образу и подобию естественных почв, являются одними из наиболее сложных объектов многопланового комплексного взаимодействия техногенных и природных процессов, испытывающих постоянную эволюцию во времени [2, 3, 7-10]. Их свойства, модели технопедогенеза мало изучены, что затрудняет выявление причин деградации спортивных газонов, которые обычно связывают с неудовлетворительной агротехникой, погодными условиями и чрезмерной эксплуатацией [1, 4, 6]. Кроме того НП и ПТО нуждаются в систематике, требуют постоянного мониторинга их эколого-геохимического состояния, адаптации к различным природно-климатическим зонам России.
Объекты и методы исследования
Опорными для описания и анализов были выбраны НП и ПТО 15 футбольных полей Московского региона, которые резко различаются по функциональному назначению (физкультурные, спортивно-массовые и профессиональные), техногенным условиям и свойствам. Исследования носили классический почвенно-генетический характер с использованием сравнительно-географического и сравнительно-хронологического методов. Почвенные анализы выполнены в лабораториях Института географии РАН и Почвенного института им. В.ВДокучаева по стандартным методикам, принятым для характеристики дерново-подзолистых почв.
Факторы почвообразования на футбольных полях
Климат Московского региона - умеренно континентальный со среднегодовым количеством осадков от 478 до 666 мм. Коэффициент увлажнения на протяжении всего периода вегетации - обычно больше единицы, что обеспечивает промывной тип водного режима на всей территории региона. Выбранные для исследования разрезы приурочены в основном к террасам рек и плакорным участкам на водоразделах. Растительный покров представлен двумя сообществами травянистых растений: а) естественного происхождения (злаково-разнотравный) на физкультурных ФП и б) искусственно сформированным из газонных трав (райграс пастбищный, овсяница красная, мятлик луговой и др.) на спортивно-массовых и профессиональных футбольных полях.
На физкультурных ФП почвообразующие породы представлены моренами, покровными суглинками, древнеаллювиальными и флювиогляциальными песчано-супесчаными отложениями, двучленными наносами и др. На спортивно-массовых ФП почвообразующими породами являются природно-искусственные сконструированные субстраты мощностью до 50 см, на профессиональных полях - искусственные субстраты мощностью 50-80 см. Они состоят из трех горизонтов [2, 3, 7-10]: биогенного поверхностного насыпного (I) и двух минеральных -подповерхностного насыпного (II) и почвенного (III).
И.В.Замотаев1, дл. Шевелев2
1 Институт географии РАН, Россия, 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29 E-mail: [email protected]
2 Научно-Производственный Центр им. Пилюгина, Россия, 117342,
г. Москва, ул. Введенского, 1
Техногенный комплекс факторов почвообразования включает: 1) спортивные воздействия, приводящие к нарушению целостности газона; 2) агротехнический «уход» за газоном, определяющий геохимические, геофизические и механические нагрузки. При этом толщи ФП разных функциональных групп сильно различаются по набору агротехнических мероприятий, интенсивности и регулярности спортивной нагрузки (рис. 1).
Виды техногенных воздействий
... На спортивно-массовых-полях
На физкультурных полях г
Составляющие спортивного _техногенеза_
I I
Биогеохимические Механические _♦ _+_
Составляющие спортивного техногенеза
Изъятие веществ
Стрижка газона
Основные виды воздействий —^ (присутствуют всегда на ФП
данной группы)
^--| Наличие этих видов воздействий
__шя не является повсеместным
Прикатывание и выравнивание поверхности поля
Внесение пестицидов
Рис. 1. Техногенный комплекс факторов почвообразования на физкультурных и спортивно-массовых футбольных полях
ПТО профессиональных полей («Спартак», п. Черкизово, М.О.) подвержены наиболее высоким техногенным нагрузкам, которые составляют «спортивный техногенез» [7-11], и включают обильный полив, подогрев, пескование (120 м3), внесение азотных (карбамид, аммиачная селитра), калийных и комплексных удобрений (нитрофоска, азофоска, кемира газонная и др.; от 1 до 3 т), землевание (40 м3), технотурбации и регулярные спортивные воздействия (40-60 часов в месяц).
НП спортивно-массовых полей испытывают преимущественно умеренные нагрузки («Старт», «Наука», РУДН, «Искра», г. Москва; «Знамя», г. Ногинск; ФП г. Подольск; «Торпедо», г. Мытищи). На эти поля вносится меньше минеральных удобрений (100-500 кг), песка (20-30 м3) и «готового» органического вещества при землевании (10 м3). Расход воды на полив в целом значительно ниже, отсутствует система техногенного прогревания почв, не везде проводится аэрация поверхностных горизонтов; спортивная нагрузка составляет 20-30 часов в месяц. Для почв физкультурных ФП («Салют», М..О.; ФП, г. Воскресенск, М.О.) характерна наименьшая спортивно-техногенная нагрузка (рис. 1).
Результаты и их обсуждение
По характеру строения профиля и свойствам исследованные образования разделены на три морфотипа, соответствующие трем выше рассмотренным степеням спортивно-техногенной нагрузки: 1) техногенно-естественные почвы - на физкультурных полях; 2) техногенно-измененные почвы - на спортивно-массовых полях; 3) почвоподобные техногенные образования (ПТО) или примитивные квазиземы - на профессиональных полях.
«Идеальная» (или «нормальная» природная) модель педогенеза - техно-генно-естественные почвы. На покровных суглинках в Московском регионе на физкультурных ФП под естественной злаково-разнотравной растительностью с большим количеством сорной растительности формируются дерново-подзолистые почвы с измененными верхними горизонтами (со слабыми признаками техногенеза). Они имеют серогумусовый (дерновый) антропогенно-преобразованный аккумулятивный горизонт А, элювиальный горизонт Е1, разделяющийся на два подгоризонта: верхний палевый и нижний - светлый. Переходный субэ-
лювиальный горизонт В^Е1^) представлен комбинацией светлых и бурых фрагментов, различающихся по гранулометрическому составу и структуре, содержит железистые конкреции. Сменяется бурым с красноватым оттенком текстурным горизонтом В1^), в котором выражены признаки иллювиирования гумусово-глинистого и тонкопылеватого вещества в виде многослойных кутан на педах. Признаки оглеения проявляются в виде отдельных сизоватых и ржавых разводов и пятен.
При строительстве, 30-50 лет назад, верхние горизонты естественных почв подвергались перемешиванию с песком и в настоящее время обнаруживают сходство с аккумулятивно-гумусовым горизонтом природных почв под травянистыми растительными сообществами. Трансформированные верхние горизонты имеют супесчаный крупнопылевато-мелкопесчаный состав (табл. 1), элювиальные горизонты сложены пылеватым суглинком, нижние текстурные горизонты - пылеватым тяжелым суглинком.
Таблица 1
Гранулометрический состав техногенно-естественных почв
Горизонт Глубина образца. см Содержание фракций (%). размер частиц. мм
1-0.25 0.250.05 0.05-0.01 0.010.005 0.0050.001 <0.001 <0.01 >1
Разрез 2-ДШ-07. дерново-палево-подзолистая глееватая почва («Салют». М.О.)
А1 2-10 7-50 55.95 23.55 4.27 4.34 4.39 13.0 1.18
Е^ 10-20 0.81 0.60 59.26 12.89 11.11 15.33 39.33 0.16
EL 20-30 1.47 4.18 54.42 13.37 15.63 10.93 39.93 0.10
ЕЬВ«(я) 30-52 0.47 2.65 48.69 8.11 13.03 27.05 48.19 0.10
Разрез 3-ДШ-07. дерново-подзол (ФП. г. Воскресенск. М.О.)
А1 2-15 20.12 44.31 20.07 3.64 6.22 3.64 13.5 0.13
Eh 15-25(30) 20.58 43.14 20.43 6.28 6.27 3.30 15.85 0.43
Е 25&0-45 19.29 43.90 23.31 4.50 5.79 3.21 13.5 0.04
45-75 22.07 51.19 17.50 3.22 3.05 2.97 9.24 0.05
Физико-химические характеристики соответствуют природным аналогам, за исключением гумусового горизонта. Реакция среды нейтральная в серогумусовом горизонте, близкая к нейтральной в элювиальной части профиля (рНвод.=6.3). С глубины 30 см в гор. ELВlt(g) реакция становится слабокислой (рН=5.5). Емкость поглощения невысокая. Для гумусового профиля характерно высокое содержание гумуса (6.6%) в гор. А1, в верхнем палевом подгоризонте оно резко снижается до 1.3%. Ниже количество гумуса постепенно уменьшается (0.5-1.0%), он пропитывает почвенную массу глееватых горизонтов Вlt(g)-В2tg. По основным элементам питания природные почвы бедны подвижными формами соединений фосфора (3. мг/100 г) и калия (4. мг/100 г).
На песчано-супесчаных субстратах на ФП под естественной злаково-разнотравной растительностью формируются дерново-подзолистые почвы с иллювиальным горизонтом, обогащенном преимущественно железом, алюминием и гумусом или дерново-подзолы со слабыми признаками техногенеза согласно Классификации и диагностики почв России, 2004 [12]. В профиле этой почвы после 2 см слоя дернины идет супесчаный серогумусовый (дерновый) горизонт (А1), имеющий комковатую структуру. Мощность серогумусового горизонта достигает 15 см. В этом горизонте присутствует примесь бытового и строительного мусора (обломки битого кирпича, бумага и др.).
Ниже находится супесчаный горизонт Eh с непрочной плитчатой структурой; его мощность колеблется от 10 до 15 см. Прокрашен гумусом за счет его выноса из дернового горизонта. Ниже залегает хорошо выраженный подзолистый горизонт Е, имеющий очень непрочную плитчатую структуру и значительную мощность (до 20 см). Далее выделяется слабовыражен-ный песчаный альфегумусовый (иллювиально-железистый) горизонт, характеризующийся ржаво-охристой окраской и низким содержанием иллювиированного гумуса и ила.
Дерново-подзолы по всему профилю имеют нейтральную реакцию (рН от 6,45 до 6,8). Содержание гумуса в серогумусовом горизонте составляет 3 %. Его распределение в профиле имеет аккумулятивный характер. Емкость поглощения в поверхностном горизонте 5-10 мг-экв./100 г. Подзолистый горизонт содержит около 0,5-0,9 % гумуса. Распределение илистой фракции не дифференцировано по профилю в связи с его легким гранулометрическим составом (табл.1).
«Техногенно-осложненная» модель педогенеза - техногенно-измененные почвы. На спортивно-массовых футбольных полях на природно-искусственных субстратах формируются техно-дерново-подзолистые почвы. Верхние горизонты (гор. I) изученных профилей состоят из насыпного органо-минерального материала, достаточно хорошо проработанного
почвообразованием, в том числе дождевыми червями. Они густо пронизаны корнями трав и отличаются серой и буровато-серой окраской, высокой однородностью строения, хорошей оструктуренностью, уплотненным сложением, наличием примеси песка и дресвы карбонатных и кристаллических пород. Мощность поверхностного гумусированного горизонта составляет 10-20 см.
Ниже по профилю выделяются подповерхностные минеральные гор.П, имеющие бурую и желтовато-бурую окраску, ореховатую или неясно выраженную структуру. Они характеризуются разным гранулометрическим составом, поскольку формируются из насыпных песчаных, супесчаных, щебнистых слоев и их различных комбинаций мощностью от 20 до 40 см. Скелетный материал иногда представлен антропогенными включениями в виде обломков и крошки битого кирпича, углистых частиц и другого строительного материала. Насыпные горизонты активно вовлечены в процессы почвообразования и формируют транзитную зону для нисходящих и восходящих потоков влаги и растворов. Одновременно в этих горизонтах происходит аккумуляция иллювиированного гумуса и твердых частиц, как следствие проявления лессиважа и партлювации. На гранях структурных отдельностей и обломочного материала обнаруживаются пылевато-глинисто-гумусовые кутаны.
Нижняя часть профиля (гор. III) техно-дерново-подзолистых почв представлена погребенными субиллювиальными гор. ВЕ1 и/или иллювиальными В естественных почв. В ряде случаев в отдельных горизонтах наблюдаются следы оглеения, которые проявляются неравномерной сизо-охристой окраской гор. B2g и Bзg («Торпедо» г. Мытищи).
Физические, химические и агрохимические свойства техно-дерново-подзолистых почв чрезвычайно разнообразны по вертикальному профилю (табл. 2; рис. 2).
По гранулометрическому составу и характеру его дифференциации условно выделены два типа дифференциации (рис. 5; табл. 2): дифференцированный и не дифференцированный [8, 9]. Для первого типа характерна облегченная («Наука», г. Москва, супесь/средний суглинок; «Старт», г. Москва, легкий суглинок/тяжелый суглинок) или более тяжелая верхняя часть профиля («Торпедо», г. Мытищи, средний, тяжелый суглинок/легкий суглинок, супесь; ФП, г. Подольск, легкая глина/средний суглинок) для второго - преимущественно легкий состав по всему профилю (супесь; «Знамя», г. Ногинск).
Таблица 2
Гранулометрический состав техно-дерново-подзолистых почв
Горизонт Глубина образца, см Содержание фракций (%). размер частиц,мм
1-0.25 0.250.05 0.05-0.01 0.010.005 0.0050.001 <0.001 <0.01 >1
Разрез 1-ДШ-07 («Старт». г. Москва)
А1 3-10 23.56 | 17.01 | 32.83 | 10.59 1 6.65 | 9.36 | 26.60 | -
ГГО1са 10-20 Мелкий и средний щебень известковистых песчаников
ШВ1 20-30 5-65 3.56 49.30 11.20 9.71 20.58 41.49 -
В2 30-40 36.06 10.50 27.98 5.88 5.30 14.28 25.46 -
[ГУВ1] 50-60 15.29 23.38 25.34 4.05 8.58 23.36 35.99 -
Разрез 5-ДШ-07 («Наука». г. Москва)
Ad 0-5(6) 43.20 24.93 17.27 4.19 4.51 5.90 14.60 3.12
А1 6-18(20) 33.46 24.15 14.16 5.54 6.08 6.61 18.23 9.71
А1В1 18(20)32 33.19 28.75 20.31 5.62 5.90 6.23 17.75 4.05
ГГВ1 32-40 49.43 27.01 10.73 3.30 3.68 5.85 12.83 4.12
[ГГГВ2] 40-45 28.67 22.48 15.65 3.32 9.88 22.00 35.20 3.87
Разрез 7-ДШ-07 («Знамя». г. Ногинск)
Ad 0-3 54.81 18.54 11.78 3.25 5.12 6.50 14.87 4.01
А1: 3-8 40.42 23.55 18.42 5.67 5.58 6.36 17.61 4.49
8-23 Мелкий щебень с примесью супесчаного материала
ГГГА1В1 23-30 13.68 71.07 6.05 2.24 3.13 3.83 9.20 12.01
[ГУША 42-65 71.23 12.45 7.26 1.42 1.99 5.65 9.06 -
Примечание. Прочерк - нет данных
Под воздействием агротехнических воздействий (полив, внесение минеральных удобрений и технотурбации) в ряде техно-дерново-подзолистых почв (например, «Старт», г. Москва) происходит утяжеление состава и дифференциация всего профиля по элювиально-иллювиальному типу. Это обусловлено, по всей видимости, элювиированием тонкодисперсного материала и его последующей аккумуляцией в нижележащих горизонтах. Максимум илистой фракции в техно-дерново-подзолистых почвах в подповерхностных горизонтах II и на контакте с погребенными горизонтами почв III обусловлен именно этими причинами, что ди-
агностируется микроморфологически и аналитически позволяет классифицировать их как лес-сивированные.
Как правило, техно-почвы переуплотнены с поверхности, что является результатом спортивных воздействий. Наличие переуплотнения в поверхностном слое (плотность выше 1.53 г/см3, твердость - 40 кг/см2) служит основанием для выделения среди них подтипа технопере-уплотненных дерново-подзолистых почв.
рН вод. 7,5 8.0 8,5
АЙ л Ч.-
А1-,
и м2 0 ■ *
III А-1В-1 ■ Л '1 Гц.
[1\/В1Р]
«Знамя», г. Ногинск
Гумус, % 0 ЗЦО ЯО 12,0
Мл и фнз. глина,% 0 20,0
ТТ
/ /
+ '
ц
■ <0 001мм <0 01 мм
СаСОз,% 2.0 4.0
РН
7.0 7,5 8,0 8,5 9.0
«Старт», г. Москва
А1
Шее ШЕ1 В2
[1УВ1]
О 10 20 30 40 § 50 60 70 80
Гумус,% 0 3.0^0
Ил и физ. гшна, % 0 20,0 40.0 80,0
СаС03,% О 2.0
I
I
- - рН сол. «— рН вод.
- - <0 001глм —'<0.01 мм
Рис. 2. Некоторые физические и химические свойства техно-дерново-подзолистых почв
Величина кислотности поверхностного горизонта техно-дерново-подзолистых почв колеблется в широких пределах, но преобладают почвы с щелочной (рНвод.=7.8-8.5) и сильнощелочной (рНвод.=8.6) средой (рис. 2). Реакция среды у техно-дерново-подзолистых почв обычно выше, чем у природных дерново-подзолистых почв, и соответствует большинству ур-баноземов г. Москвы [5, 13, 14]. Причиной является высвобождение кальция и магния под действием осадков и полива из щебня и дресвы карбонатных пород, битого кирпича (использовались при строительстве) и мусора, имеющих щелочную среду. Отличия по содержанию карбонатов (1.1-10.4%) обусловлены исходной неоднородностью насыпных и подстилающих субстратов. Практически повсеместно наблюдается постепенное уменьшение реакции среды с глубиной. Исключение составляет только разрез 4-ДШ-08 (ФП, г. Подольск), где на глубине 60-80 см в погребенном горизонте В1са (III) отмечено большое количество остаточных щебня и дресвы карбонатных пород. Такие почвы отнесены нами к остаточно-карбонатному подтипу техно-дерново-подзолистых почв (СаСО3, %=5.7%) .
Техно-дерново-подзолистые почвы по сравнению с природными имеют и другое соотношение в составе обменных катионов. Наиболее богаты обменным Ca++ (13.0-34.0 мг-экв/100 г) поверхностные горизонты техно-дерново-подзолистых почв. Содержание обменного магния (2.0-4.0 мг-экв/100 г) намного ниже. Такие значения близки к показателям сильноокультурен-ных дерново-подзолистых почв, что обусловлено главным образом значительным содержанием гумуса. Оно колеблется от 3.5 до 10.1 %, отношение Сг.к./Сф.к.=0.48-0.52, что свидетельствует о преобладании в их поверхностных горизонтах фульвокислот. Пестрота содержания гумуса главным образом обусловлена главным образом исходной неоднородностью органомине-ральных горизонтов. С глубиной содержание гумуса либо резко падает, либо отмечается более
растянутый гумусовый профиль (1.2-1.4% на глубине 40-50 см), что может указывать на проявление гумусово-иллювиального процесса (рис. 2).
По содержанию основных элементов питания гумусовые горизонты сильно различаются между собой, что является следствием 1) исходной неоднородности органоминеральных горизонтов при их создании и 2) неравномерного внесения минеральных удобрений. Содержание подвижных форм Р2О5 (26.73-42,5 мг/100 г) в гумусовых горизонтах техно-дерново-подзолистых почв больше, чем в лесных и меньше, чем в агродерново-подзолистых почвах (5-10 и до 60 мг/100 г).. Содержание подвижного К2О (20.71-24.44 мг/100 г) выше, чем в дерново-подзолистых почвах (7-15 мг/100 г), и соответствует почвам городских ботанических садов и большинству урбаноземов Москвы [5, 13, 14].
«Комбинированная техногенно-преобразованная» модель педогенеза - почвоподобные техногенные образования. На профессиональных футбольных полях (возраст 5 лет) формируются примитивные квазиземы. Они имеют профиль искусственного строения, состоящий из рулонной дернины (Ад) и гумусового насыпного горизонта, разделенного на два подгоризонта (А11 и А12), почвы-донора с элементами комковатой структуры. Горизонт содержит включения торфа и мелкой дресвы. Ниже залегают насыпные минеральные слои песчано-супесчаного гранулометрического состава с очень слабыми признаками иллювиальных почвенных процессов, оглеения и цементации.
Примитивные квазиземы имеют дифференцированный по гранулометрическому составу профиль (табл. 3): а) более тяжелый в верхней его части по сравнению с нижней. Содержание фракции >1 мм варьирует от 12 до 18%, что обеспечивает хороший дренаж всей поверхностной толщи ПТО. Для примитивных квазиземов характерна высокая плотность сложения 1,20 г/см3.
Таблица 3
Гранулометрический состав примитивного квазизема
Горизонт Глубина образца, см Содержание фракций (%), размер частиц, мм
1-0.25 0.250.05 0.050.01 0.010.005 0.0050.001 <0.001 <0.01 >0.05
Разрез 1-ДШ-09 ("Спартак»", п. Черкизово, Московская обл.)
IAii 2-4 15.31 31.78 16.24 6.53 5.19 24.95 36.67 47.09
IIA12 4-10 38.63 22.43 19.43 4.71 6.65 8.15 19.51 61.06
III D 20-30 74.98 19.09 2.80 0.85 0.56 1.72 3.13 94.07
Величина рН в квазиземе колеблется от слабощелочной (рНвод. - 7.3) в корнеобитае-мом слое до сильнощелочной (рНвод.= 9.0) в подповерхностных минеральных горизонтах. Это связано с остаточным карбонатным материалом (песок и дресва), внесенным в ПТО при строительстве футбольного поля. Как показали проведенные исследования, при создании поверхностных и подповерхностных горизонтов ПТО был использован окарбоначенный песок, что с течением короткого времени (нескольких лет) привело к подщелачиванию профиля (горизонты вскипают от HCT). Об этом также свидетельствует максимум рНвод - 9.0 в слое на глубине 2030 см, который сложен карбонатным песком (СаСОз, %=11.17).
Максимальное содержание гумуса (3.7 %) наблюдается в слое 0-4 см, затем постепенно снижается с глубиной. В подповерхностном горизонте (II) на глубине 20-30 см его содержание составляет 0.3%, что может указывать на проявление гумусово-иллювиального процесса. Содержание поглощенных оснований Ca++ и Mg++ в поверхностных горизонтах квазизема достаточно высокое, в особенности Са++(21.00 мг-экв./100 г почвы). Это признак, который косвенно указывает на значительное внесение минеральных удобрений. Можно утверждать, что по данному показателю квазизем имеет высокую потенциальную емкость поглощения, а травы обеспечены необходимыми для роста элементами.
Органоминеральные слои квазизема имеют высокий уровень их обеспеченности элементами питания ^05=163.17 и KO=24.6i мг на 100 г почвы), что, безусловно, является следствием внесения минеральных удобрений и создает благоприятные почвенные условия для формирования устойчивого травяного покрова.
Примитивные квазиземы по своим свойствам являются близкими аналогами естественных слаборазвитых почв. С течением времени (50-75 лет) они трансформируются в дерновые квазиземы с полноразвитым профилем - более продвинутую стадию технопедогенеза на профессиональных футбольных полях [8].
Элементарные почвообразовательные процессы. Для гумидных климатических условий Московского региона природно-техногенное почвообразование представляет собой постоянную конкуренцию, «борьбу» трех трендов: 1) «проградационного» аккумулятивного
(наращивание агрономически важных свойств); 2) «деградационного» элювиального (ослабление, стирание этих свойств) и 3) «химически-деградационного» (подщелачивание, окарбо-начивание, загрязнение тяжелыми металлами).
Гумусонакопление. Процесс гумусонакопления заключается в формировании соответствующих горизонтов - дернового и дернины. На физкультурных ФП в городских лесах и лесопарках с злаково-разнотравным фитоценозом сохраняется естественный биологический круговорот и процесс протекает практически как в фоновых дерново-подзолистых почвах. В техно-дерново-подзолистых почвах спортивно-массовых полей и ПТО под искусственным фитоценозом (спортивным газоном) при регулярном управлении человеком процесс заключается в преобразовании органического вещества почвы-донора. Он проявляется в высоком содержании гумуса (3.5-10.1%), обилии копролитов, в развитии мощной дернины (до 5 см) с большим количеством корней, высоком содержании фосфора, калия, интенсивно участвующих в биологическом круговороте, а также обменных Са2+ и Мд2+-
Оструктуривание. Хорошая структура гумусовых горизонтов создается главным образом корнями газонных трав. Ее созданию способствуют и агротехнические мероприятия. Структурный состав поверхностного горизонта также тесно связан с гумусовым состоянием почвенной массы, активностью разложения органического вещества, создающего водопрочные агрегаты. Ежегодная дегумификация техно-дерново-подзолистых почв и ПТО на фоне регулярного механического воздействия спортсменов приводит к разрушению макро- и микроструктуры, ее деградации. Она выражена в появлении глыбистых агрегатов.
Данные микроагрегатного анализа почв демонстрируют заметные различия техно-дерново-подзолистых почв по характеру оструктуренности гумусовых горизонтов. Поверхностные дерновые горизонты техно-почв «Искра» (г. Москва) имеют наиболее высокую микроост-руктуренность (Кд = 1.01), что связано с высоким уровнем агротехники на этом ФП. При низком уровне агротехники показатели микроагрегированности техно-дерново-подзолистых почв («Старт», г. Москва; «Торпедо», г. Мытищи) существенно ниже (Кд = 6.09-9.34), что связано с сильным переуплотнением их поверхности вследствие спортивных воздействий.
Уплотнение поверхностного горизонта — обязательное следствие регулярных спортивных воздействий. Плотность сложения в техно-почвах и ПТО, равно как и твердость, сильно варьирует в пространстве ФП в зависимости от функциональных зон и степени их физико-механической деградации. Разная твердость формирует локальные поверхностные водоупоры, т.н. «аварийные зоны» ФП (вратарские, штрафные, угловые, зоны безопасности и 11-е метровые отметки) - «горячие точки», локальные очаги деградации техно-почв и ПТО [8].
Окарбоначивание сопровождается подщелачиванием почв до 8.5 и увеличением содержания кальция, магния и гидрокарбонатов за счет растворения карбонатов разного происхождения. Карбонаты входят в состав дренирующих компонентов подповерхностного горизонта II (дресва и щебень карбонатных пород, битый кирпич), песка, используемого для улучшения несущего слоя газона, а также пыли, поступающей на поверхность ФП от техногенных источников загрязнения (цементная, строительная промышленность, теплоэнергетика) в промышленных городах Московского региона (Москва, Подольск, Ногинск).
Микроморфологические исследования показали, что карбонаты в профиле НП и ПТО встречаются как в виде многочисленных включений крупнопылеватой и песчаной размерности, так и в форме крупных остаточных обломков (рис. 3). Са и Мд, освобождающиеся из них вызывают окарбоначивание верхней и срединной частей профиля.
Рис. 3. Карбонаты в примитивных квазиземах: А - плазменно-песчаный прослой с включением обломков карбонатных пород - следствие пескования («Спартак» п. Черкизово, 5-10 см, X N1; Б - включения карбонатных обломков в поверхностном горизонте («Спартак» п. Черкизово, 10-15 см, II М
Миграция твердого вещества почв. В профилях техногенно-измененных почв ФП имеют место две формы миграции твердого вещества в почвах - партлювация (нисходящий перенос суспензий песка, пыли и ила) и лессиваж (суспензии тонкодисперсных фракций). Условия для проявления этих процессов весьма благоприятны, особенно в ПТО профессиональных футбольных полей. Агротехнические мероприятия способствуют рыхлению почвенной массы и созданию порового пространства, т.е. «каналов миграции». Структурные агрегаты дробятся и частично разрушаются, минеральные удобрения способствуют пептизации мелкозема. Поэтому нисходящая миграция тонкодисперсных фракций в техно-дерново-подзолистых почвах и ПТО действует более активно, чем в дерново-подзолистых почвах.
Сферой выноса твердого вещества при его элювиально-иллювиальном перераспределении в профилях техно-почв и ПТО ФП являются поверхностные горизонты. Подповерхностные и лежащие ниже горизонты являются зоной иллювиирования, «реципиентом» мигрирующих твердых веществ. В дренирующих слоях техно-почв и ПТО из-за увеличения плотности происходит осаждение ряда мигрирующих веществ, например, частиц песка и крупной пыли. Об этом свидетельствует характер кривых твердости по профилю, который показывает наличие переуплотненных участков (до 34 мм), которые изначально при строительстве ФП имеют более легкий гранулометрический состав и рыхлое сложение. Миграция и аккумуляция ила наблюдается во всей иллювиальной толще, вплоть до подпочвенных слоев. Часть ила поступает с дренажным стоком в колодцы по периферии ФП, на дне которых он аккумулируется.
Оглеение. Наиболее отчетливо и длительно оно выражено в верхних горизонтах ПТО («Спартак», п. Черкизово) на контакте с уплотненными слоями весной в период таяния, а также осенью в период максимума осадков. Признаки оглеения локально присутствуют и в подповерхностных иллювиальных горизонтах в виде сизоватой окраски минеральной массы. Нижние горизонты дерново-подзолистых суглинисто-глинистых почв ФП могут быть стабильно глееватыми.
Неблагоприятные физические свойства ряда почв и ПТО, их переувлажнение стимулируют процесс образования конкреций («оксидогенез»). Конкреции встречаются в разных генетических горизонтах дерново-подзолистых почв, их максимум приурочен к элювиальной части профиля. Так, например, в дерново-палево-подзолистой глееватой почве на покровных суглинках заметное содержание конкреций наблюдается только в гор. А1Е1-Е1; здесь они мелкие, полутвердые, Fe-гумусовые. В ПТО максимум конкреций также наблюдается в верхнем орга-номинеральном горизонте, но здесь конкреции мелкие, Fe-Mn-ые. В то же время, как отмечалось выше, вследствие лессиважа и партлювации в профиле ПТО «Спартак» (п. Черкизово) наблюдается кольматаж подповерхностной толщи и усиление ее роли как водоупора (рис. 4). Режим переувлажнения-оглеения приобретает пульсирующий характер, усиливается локальная сегрегация и цементация в подповерхностной толще II профиля.
Рис. 4. Сцементированный уплотненный песчано-тонкопылеватый материал, не имеющий пор и трещин в подповерхностном горизонте примитивного квазизема («Спартак» п. Черкизово, В - // N Г - X ЭД.
Миграция гумусовых соединений. В техно-дерново-подзолистых почвах и ПТО ФП все процессы совершаются более интенсивно, чем в естественных условиях, в том числе и трансформация органического вещества, ввиду технотурбаций, полива, внесения «готового» органического вещества (землевание) и особенностей педоклимата. Цикличность процесса обусловлена ежегодным поступлением остатков газонных трав. При этом органическое вещество расходуется не только на питание трав, но минерализуется актиномицетами, численность которых в ПТО на два порядка выше, чем в дерново-подзолистой почве [8]. Гумусовые соединения связываются глинистой частью почв, мигрируют в форме комплексных органоминераль-ных соединений и осаждаются в подповерхностных иллювиальных горизонтах. На это ясно указывает увеличение содержания гумуса в профилях техно-почв на глубинах 42-47см
(«Старт», г. Москва) и 55-60 см («Торпедо», г. Мытищи) (рис. 2). Морфологическое описание исследуемых техно-дерново-подзолистых почв также подтверждает аккумуляцию гумусового материала. Некоторая часть этого материала теряется с дренажным стоком [2; 8, 9].
Загрязнение тяжелыми металлами и мышьяком. В связи с исходной неоднородностью органоминеральных горизонтов НП и неравномерным поступлением ТМ из атмосферы, а также привносом с удобрениями их распределение характеризуется значительной пестротой, как по вертикальному профилю, так и в разных городах региона.
Самую низкую степень загрязнения ТМ и мышьяком имеет дерново-подзол физкультурного ФП. Суммарный показатель загрязнения ассоциацией микроэлементов ^с) равен 5.5. Более высокая степень загрязнения характерна для техно-дерново-подзолистых почв спортивно-массовых ФП. Максимальное накопление токсичных микроэлементов ^с=57.9) наблюдалось в техно-дерново-подзолистой почве стадиона "Наука" в г. Москве (Северно-Западный административный округ), что, главным образом, связано с выбросами автотранспорта и промышленных предприятий. Отмечается тренд зависимости уровней загрязнения НП и состава токсикантов от почвенно-геохимических факторов: содержания гумуса, рН, гранулометрического состава, в частности, содержания физической глины.
Заключение
Набор, сочетания и специфика почвообразовательных процессов в разных группах почв и ПТО ФП, как показывают проведенные исследования, неодинаковы, Даже внутри одной общности техно-дерново-подзолистых почв они приобретают черты, соответствующие какому-либо из трендов почвообразования: «проградационному» или «деградационному» или в почвенном профиле присутствуют признаки обоих направлений.
Неустойчивость свойств в профилях НП и ПТО заключаются в том, что, с одной стороны, физическая и химическая деградация приводит к выщелачиванию питательных элементов, оглеению, лессиважу и партлювации, миграции гумусовых соединений, окарбоначиванию, сегрегации и цементации, уплотнению, подщелачиванию и загрязнению ТМ. Эти процессы способны вывести из функционального состояния любое искусственное созданное спортивное сооружение, включая ФП. С другой стороны отмечается восстановление и улучшение свойств ряда техно-почв и ПТО агротехногенным воздействием (гумусонакопление, комковато-зернистое оструктуривание, разуплотнение).
Почвы физкультурных ФП, испытывающие влияние деятельности человека только в пределах верхнего горизонта, развиваются по «идеальной» природной модели почвообразования и мало чем отличаются по процессам, строению и свойствам от фоновых почв окружающих территорий. На спортивно-массовых ФП реализуется «техногенно-осложненная» модель почвообразования; вертикально-профильная дифференциация сочетается с техногенным привносом на поверхность твердофазного и хемогенного материала в малых количествах (ак-кумулятивно-седиментационная и аккумулятивно-хемогенная модель). ЭПП, формирующие профили техно-дерново-подзолистых почв, существенно отличаются от фоновых как интенсивностью некоторых процессов, так и появлением качественно новых, например, окарбоначи-вания и подщелачивания.
Для ПТО профессиональных ФП характерно развитие одновременно в нескольких моделях педогенеза («комбинированная техногенно-преобразованная» модель). «Идеальный» педогенез сочетается с комбинациями явлений технотурбации (турбационная модель), с аномальными поверхностными хемогенными (аккумулятивно-хемогенная модель) и твердофазными поступлениями материала на поверхность (аккумулятивно-седиментационная модель).
Список литературы
1. Абрамашвили Г.Г. Спортивные газоны. Методическое пособие для работников стадионов и спортивных баз, занимающихся эксплуатацией футбольных полей. - М.: Советский спорт, 1988. - 157 с.
2. Белобров В.П., Замотаев И.В. Почвообразование на футбольных полях // Южно-Российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2006. - № 1 (14). - С. 73-91.
3. Белобров В.П., Замотаев И.В. Почвогрунты и зеленые газоны спортивных и технических сооружений. - М.: ГЕОС, 2007. - 168 с.
4. Булгаков А.М. Строительство плоскостных спортивных сооружений. - М.: Стройиздат, 1987. - 209 с.
5. Антропогенные почвы (генезис, география, рекультивация) / Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. - М.: Изд-во МГУ, 2003. - 267 с.
6. Гольдин М.И., Ляльченко К.Я. Футбольное поле. Строительство и эксплуатация. -М.: Физкультура и спорт, 1971. - 136 с.
7. Замотаев И.В. Факторы почвообразования на футбольных полях // Вестник МГПУ. - 2008. -№ 3. - С. 15-32.
8. Замотаев И.В. Почвоподобные техногенные образования: свойства, процессы, функционирование. Автореф. дисс. ... доктора географ. наук. - М., 2009. - 50 с.
9. Замотаев И.В., Белобров В.П. Технопедогенез на искусственных субстратах футбольных полей // Экологическое планирование и управление. - 2007. - № 3 (4). - С. 48-63.
10. Замотаев И.В., Белобров В.П., Куленкамп А.Ю. Создание и функционирование почвоподобных техногенных образований (на примере футбольных полей) // Тр. Международной научно-практической конференции «Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов», Москва, 17-21 мая 2010 г. - М.: МГУ, 2010. - С. 304-309.
11. Замотаев И.В., Шевелев Д.Л. Спортивный техногенез как фактор почвообразования // Проблемы региональной экологии. - 2009. - № 6. - С. 268-274.
12. Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
13. Строганова М.Н. Городские почвы: генезис, систематика и экологическое значение (на примере г. Москвы). Автореф. дисс.. доктора биол. наук. -М.: МГУ, 1998. - 71 с.
14. Строганова М.Н., Раппопорт А.В. Антропогенные почвы ботанических садов крупных городов южной тайги // Почвоведение. 2005. - № 9. - С. 1094-1101.
MODELS OF TECHNOPEDOGENEZ ON FOOTBALL FIELDS OF MOSCOW REGION
I.V. Zamotaev1, D.L. Shevelev2
'Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Staromonetny pereulok, 29, Moscow, 119017, Russia E-mail: [email protected]
2Academician Pilyugin Center, Vvedenskogo, 1, Moscow, 1117342, Russia
Techno-soils and anthropogenic soil-like surface formations of athlet- ic fields, playgrounds, and professional football fields of Moscow region are studied and typified on the basis of soil-genetic investigations. Research shows mechanism of their structure and properties development depending on natural-anthropogenic processes and the intensity of sport- anthropogenic influence. Genetic models of technopedogenez on football fields of different functional groups and main "degradation" and "prograda- tion" elementary soil processes are defined.
Key words: football fields, techno- sod-podzolic soils, anthropogenic soil-like surface formations, elementary soil processes, models of technope- dogenez.
