CC BY
501
Вестник ДВО РАН. 2012. № 3
УДК 631.41 Е.А.ЖАРИКОВА
Почвы Владивостока: основные характеристики и свойства
Исследованы почвы г. Владивосток. Дана оценка основных морфологических, физических и химических свойств почв в районах разной степени урбанизации. Естественно-антропогенные и антропогенные почвы характеризуются высоким содержанием органического вещества, нейтральной или щелочной средой, высокой насыщенностью обменными основаниями, повышенным содержанием фосфора.
Ключевые слова: естественно-антропогенные и антропогенные почвы, урбаноземы, физические и химические свойства почв.
Soils of Vladivostok: main characteristics and properties. E.A.ZHARIKOVA (Biology and Soil Science Institute, FEB RAS, Vladivostok).
The urban soils of Vladivostok were investigated. The main morphological, physical and chemical properties of soils with different degrees of urbanization were assessed. Naturally anthropogenic and anthropogenic soils are characterized by relatively high content of organic carbon, neutral or alkaline condition, high saturation of exchangeable bases and high content of phosphorus.
Key words: naturally anthropogenic and anthropogenic soils, urban soils, physical and agrochemical properties of soils.
Почва - важнейший компонент городских экосистем, фундаментальная составляющая, обеспечивающая их целостность и устойчивое функционирование, продуктивность и биоразнообразие. Она является уникальным трудновозобновимым природным ресурсом, обладающим средообразующей и средоохранной способностью. От состояния городских почв зависит не только жизнеспособность зеленых насаждений, но и экологическая ситуация в городе в целом. Уничтожение почвенного и растительного покрова при строительстве дорог, зданий и сооружений, объектов жизнедеятельности способствует усилению загрязнения атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, нарушению теплового и гидрологического режимов, усилению коррозии коммуникаций. Токсические вещества и патогенные микроорганизмы, находящиеся в поверхностном нарушенном слое почв, попав в организм человека с пылью или при непосредственном контакте, способны вызвать различные заболевания, особенно у детей [13]. Поэтому в настоящее время весьма актуальны исследования состояния городских земель, детальная характеристика их качества [1, 15, 17, 18].
Педоурбосистема, постоянно находящаяся в условиях жесткого прессинга, в большинстве случаев не может самовосстанавливаться, поэтому необходимо знать ее свойства. Особенно большое значение имеет оценка устойчивости городских почв к различным по степени и характеру антропогенным воздействиям. Результаты этой оценки должны стать основой мониторинга состояния почв и использоваться при озеленении городов, планировании размещения детских садов, школ, оздоровительных учреждений. К сожалению, большинством программ по улучшению экологического состояния территории, принятых администрацией Приморского края, исследования почвенного покрова
ЖАРИКОВА Елена Анатольевна - кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник (Биологопочвенный институт ДВО РАН, Владивосток). E-mail: [email protected]
урбанизированных систем вообще не были востребованы. А между тем научное сообщество уже давно говорит об опасности разрушения и загрязнения почв, в том числе и в городских ландшафтах [14]. Процессы, протекающие в городских почвах, влияют на комфортность жизни в городах и в итоге отражаются на здоровье их жителей.
Почвы Владивостока в настоящее время практически не изучены. В литературе имеются сведения только об отдельных их характеристиках. Г.И.Иванов с соавторами подробно рассмотрели лесорастительные свойства почв зеленой зоны Владивостока, выделив здесь основные почвенно-лесорастительные комплексы [8]. Н.С.Шихова исследовала некоторые физические свойства поверхностных горизонтов почв городских парков и скверов и дала оценку биогеохимического состояния городской среды [19, 20]. А.И.Бураго и С.А.Шлыков выполнили эколого-геохимическую оценку степени загрязнения почв Владивостока [4]. В то же время сведения по генезису и свойствам почв современной городской территории отсутствуют. В связи с этим целью настоящей работы является оценка влияния урбанизации на трансформацию почвенного покрова Владивостока.
Город расположен в южной части п-ова Муравьев-Амурский. В рельефе преобладает мелкосопочник с округлыми вершинами и пологими склонами. Ориентация сопок преимущественно широтная, южные склоны имеют большую крутизну. Территория сложена вулканогенными, вулканогенно-осадочными и осадочными породами, поэтому в качестве почвообразующего выступает преимущественно грубообломочный элювий плотных пород с небольшим количеством мелкозема. В нижней части склонов мощность рыхлых отложений больше, чем на вершинах, и они имеют более тяжелый гранулометрический состав и меньшую каменистость [8]. Метеоклиматические условия характеризуются ясно выраженной муссонностью. Зима сухая и холодная, с сильными ветрами. Весна продолжительная, прохладная. Лето теплое и влажное, с максимальным количеством осадков. Осень теплая, сухая. Сумма активных температур 2200-2400°, гидротермический коэффициент 1,6-2,0 [10].
Для уточнения диагностики почв в различных районах города были заложены полнопрофильные почвенные разрезы и сделаны прикопки, образцы отбирались по генетическим горизонтам. Исследования химических, физических и агрохимических показателей проводили по общепринятым методикам [2]. Названия естественных почв даны по общей классификации [21], урбанизированных почв - с использованием классификации Т.В.Прокофьевой с соавторами [12], которая в настоящий момент в наибольшей степени отражает разнообразие городских почв и максимально приближена к общей классификации [21], основанной на принципе приоритета диагностических свойств почв.
Основной фон естественного почвенного покрова Владивостока составляют буроземы типичные, на пологих склонах встречаются буроземы элювиированные (оподзоленные), на выровненных поверхностях - буроземы глееватые (см. таблицу).
Поверхностно антропогенно-преобразованные почвы Владивостока (с преобразованной толщей мощностью до 50 см) представлены урбостратифицированными подтипами буроземов (урбобуроземы, сохраняющие ненарушенную серединную и нижнюю части профиля), агроземов структурно-метаморфических (почвы городских огородов) и литозе-мов серогумусовых (мощность профиля до 30 см).
Среди глубоко антропогенно-преобразованных почв (мощность преобразования превышает 50 см) выделяются урбаноземы (почвы селитебных территорий, в профиле которых присутствует несколько специфических горизонтов и - урбик), культуроземы (почвы старых заброшенных огородов и садов), рекреаземы (почвы клумб, газонов, скверов с многоразовой подсыпкой органоминеральных субстратов), реплантоземы (почвы рекультивированных задернованных склонов с нанесенным маломощным органогенным горизонтом), почвы городских кладбищ - некроземы. К почвоподобным телам относятся техноземы, особую группу запечатанных почв образуют экраноземы (под асфальтовым и
Почва Схема профиля Мощность верхнего горизонта и профиля, см Наличие антропогенных включений Гранулометрический состав
Естественные ненарушенные почвы
Бурозем типичный Бурозем элювиированный Бурозем глееватый ЛУ, Вт, ВС 7-18, Нет Верхние горизонты сред-ЛУ, ЛУе1, Вт, ВС 85-100 не- и тяжелосуглинистые, нижние - от супесчаных до ЛУ, Вт, ВС§ тяжелосуглинистых, среднекаменистые
Поверхностно антропогенно-преобразованные
Бурозем урбостратифицированный (урбобурозем) АУиг, Вт, ВС 15-21, Мало Верхние горизонты легко- и 45-95 среднесуглинистые, нижние - от легкосуглинистых среднекаменистых до легкоглинистых
Литозем серогумусовый урбостратифицированный АУиг, С (Я) 5-25 Средне От супесчаного до среднесуглинистого, слабокаменистый
Агрозем структурно-метаморфический урбострати-фицированный Риг, Вт, ВС 20-30, Средне Верхние горизонты супес-45-60 чаные и легкосуглинистые, нижние - от среднесуглинистых до тяжелосуглинистых
Глубоко антропогенно-преобразованные
Урбанозем U1, U2 (UEL, 3-30, Обильно Верхние горизонты супес-U2g), U3(UBm), 45-90 чаные и легкосуглинистые, C(R) нижние - от супесчаных до тяжело суглинистых
Культурозем AY, AYpa, Bm, BC 9-31, Обильно Верхние горизонты супес-50-65 чаные и легкосуглинистые, нижние - среднесуглинистые, каменистые
Рекреазем RAT, RAT2, 5-35, Обильно Верхние горизонты от супес-BC(g) 50-75 чаных до среднесуглинистых, нижние - до тяжелосуглинистых
Реплантозем RT, TCH, BC 5-10, Мало Верхний слой - торфосмесь, 40-70 или отсутствуют нижние горизонты - от легко-до среднесуглинистых
Почвоподобные тела
Технозем TCH, TCH2, 10-23, Обильно Верхние горизонты супес-TCH3, TCH4, 100-110 чаные, нижние - от супесча-C(R) ных до тяжелосуглинистых, сильнокаменистые
Закрытые (запечатанные) почвы
Экранозем U, U h||, U2, U3, 5-15, Обильно Верхние горизонты легко-C (R) 100-135 суглинистые, нижние - от среднесуглинистых до легкоглинистых, сильнокаменистые
бетонным покрытием). Подробное описание морфологических свойств почв приведено в ранее опубликованной работе автора [7].
Для почв Владивостока из-за особенностей рельефа и склоновой эрозии характерны малая глубина профиля (в абсолютном большинстве случаев до 1 м) и сильная степень его каменистости. Мощность гумусово-аккумулятивных горизонтов варьирует в пределах 3-30 см и часто не превышает 10 см, что при преимущественно легкосуглинистом гранулометрическом составе является нижним пределом для нормальной жизнедеятельности
растений [16]. При этом даже ненарушенные почвы зеленых зон городов отличаются от фоновых зональных по морфогенетическим признакам: сильно уменьшен или практически отсутствует слой лесной подстилки (травяного очеса), имеющий значение биогеоце-нотического экрана, преимущественно невысоко проективное покрытие, часто фиксируется сильная захламленность с поверхности и обилие антропогенных включений внутри профиля.
Содержание и распределение фракций мелкозема в городских почвах разной степени трансформации заметно различаются. Буроземы естественных лесных экосистем в основном относятся к средним и легким песчано-пылеватым суглинкам. Большинство же урбанизированных почв имеет более легкий состав и принадлежит к пылевато-песчаным и песчаным легким суглинкам, т.е. в их профиле происходит значительное накопление крупнопылеватых и песчаных частиц за счет антропогенного привноса. Однако улучшение фильтрационных свойств почв, являющееся результатом данного процесса, сопровождается снижением сорбционных защитных буферных свойств и способно привести, во-первых, к активной миграции загрязняющих веществ в сопредельные среды (в частности, в поверхностные и грунтовые воды), во-вторых, к быстрому иссушению верхних корнеобитаемых горизонтов и угнетению роста растений, в-третьих, к развитию ветровой эрозии в весенний период при наличии сильных ветров.
В естественных и большинстве поверхностно преобразованных почвах присутствует значительное количество почвенных обитателей (дождевых червей, многоножек, личинок и т.д.) и следов их жизнедеятельности. Плотность этих почв оптимальна (0,50-0,75 г / см3), они хорошо агрегированы, их легкий гранулометрический состав при хорошей острукту-ренности благоприятен для большинства растений. Горизонты и сильно преобразованных почв зачастую бесструктурны или слабо агрегированы и отличаются намного более высокой плотностью (0,70-1,55 г / см3), что отмечалось и прежде [19]. Уплотнение поверхностных слоев способствует усилению поверхностного стока при интенсивных осадках в осенне-летний период и активирует процессы плоскостной и струйчатой эрозии. При этом наблюдается также увеличение плотности твердой фазы верхних горизонтов почв, что одновременно с повышением плотности сложения приводит к снижению общей порозности. Подобное ухудшение физических свойств городских почв негативно сказывается на их водоудерживающей функции и способствует быстрому обезвоживанию почв, ухудшая условия роста и развития растений.
Большинству естественных городских почв свойственна кислая и слабокислая реакция среды по всему профилю, урбаноземам и агробуроземам - нейтральная и слабощелочная, причем не только в поверхностных слоях (см. рисунок). В отдельных случаях максимальные значения рН водного (8,1) выявлены в более глубоких горизонтах - И2 и ИЗ (30-60 см). Если наличие нейтральной и слабощелочной среды в верхней части профиля объясняется попаданием туда противогололедных реагентов (хлоридов кальция, магния и натрия), то щелочная среда в глубине профиля, возможно, является результатом освобождения ионов кальция из обломков щебня, строительного и бытового мусора, выявленных в этих горизонтах. Наибольшие значения щелочности отмечаются в профиле экраноземов, наименьшие - реплантоземов, сформированных с привнесением торфосодержащих смесей. Известно, что антропогенное подщелачивание почв вызывает снижение подвижности некоторых химических элементов, в том числе и загрязнителей, поэтому данные горизонты способны в определенной мере служить геохимическими барьерами для различных поллютантов. В самых глубоких слоях урбопочв (в том числе запечатанных) реакция среды слабокислая и кислая, т.е. близка к естественной.
Содержание гумуса в поверхностных горизонтах городских почв варьирует в широких пределах, но в большинстве случаев оценивается как среднее. Наибольшие содержания выявлены в реплантоземах и рекреаземах, что связано с подсыпками торфосодержащего плодородного субстрата, наименьшие - в урбаноземах и экраноземах, сформированных
Свойства городских почв Владивостока: А - содержание гумуса, % (* - потеря при прокаливании); Б - рН водный; В - сумма обменных катионов, мэкв / 100 г почвы; Г - степень насыщенности основаниями, %; Д - содержание подвижного фосфора (Р205), мг / 100 г почвы; Е - содержание подвижного калия (К20), мг / 100 г почвы. Типы почв: 1 - бурозем типичный, 2 - бурозем урбостратифицированный, 3 - литозем, 4 - рекреазем, 5 - реп-лантозем, 6 - агробурозем, 7 - культурозем, 8 - урбанозем, 9 - экранозем
из природного материала и продуктов антропогенной деятельности. Относительно высокое содержание гумуса в остальных типах почв городских территорий по сравнению с фоновыми зональными почвами, вероятно, связано с закреплением органического углерода в стабильных формах при сдвиге реакции среды в область нейтральных и щелочных значений, что отмечается для многих городов России [3, 5, 6, 11]. С глубиной содержание гумуса в буроземах и реплантоземах резко снижается. В других почвах его распределение по профилю также крайне неравномерно и в ряде случаев на глубине 50 см и ниже содержание гумуса достигает 5-11%, что может быть вызвано особенностями формирования
этих горизонтов. Нельзя здесь отрицать и возможность аэрогенного привнесения в почвы углеродсодержащих и угольных частиц и сажи от котельных и ТЭЦ.
Сумма обменных оснований в естественных почвах Владивостока варьирует от 4 до 33 мэкв / 100 г почвы, максимум приходится на гумусово-аккумулятивный горизонт. В глубоко антропогенно-преобразованных почвах этот диапазон расширен до 9-44 мэкв / 100 г. Степень насыщенности основаниями в естественных и урбопочвах также заметно различается и варьирует в пределах от 36 до 93 и от 51 до 99%, соответственно. Наибольшая насыщенность основаниями отмечается в агробуроземах, культуроземах (возможно, из-за известкования и регулярного внесения печной золы), урбаноземах и экраноземах (вследствие обогащенности горизонтов щебнем, строительным мусором, шлаком).
Содержание подвижного фосфора в поверхностных слоях естественных и слабопре-образованных почв варьирует от среднего до повышенного, с глубиной резко снижается. В урбопочвах в подавляющем большинстве случаев фосфор присутствует в повышенном количестве, которое с глубиной постепенно снижается. В экраноземах и некоторых урбаноземах скверов высокое содержание этого элемента отмечено до глубины 50 см. Подобное распределение фосфора характерно для городских почв, подверженных интенсивному биогенному загрязнению [9]. Исключение составляют реплантоземы, обогащенные слабо-разложившимся органическим компонентом с минимальным содержанием фосфора.
Содержание подвижного калия изменяется от низкого до среднего в естественных и от среднего до очень высокого в глубоко преобразованных почвах. Его распределение по профилю крайне неравномерно: прослеживается тенденция к биологической аккумуляции в верхнем горизонте.
Таким образом, городские почвы Владивостока сильно различаются по морфологическим параметрам, физическим и агрохимическим свойствам. Повсеместно наблюдается высокий уровень захламленности городских почв, т.е. ухудшение их общего санитарного состояния. Отмечается снижение мощности гумусового горизонта, увеличение плотности сложения и опесчанивание профиля, что в совокупности провоцирует следующие негативные процессы:
во-первых, уменьшается запас элементов питания и влаги для растений, во-вторых, снижаются защитные буферные свойства почв, что активизирует процессы ветровой и водной эрозии,
в-третьих, падает степень защищенности подземных водоносных горизонтов и прибрежных вод от проникновения в них различных загрязнителей.
Одним из способов восстановления свойств городских почв могла бы стать отмена уборки органических остатков и листового опада с поверхности почв в парках и скверах. Как показывает опыт Москвы, данная мера способствует активизации формирования более прочной структуры почвенных агрегатов, снижению негативных последствий вытаптывания и улучшению водно-воздушного режима для корневых систем растений и жизнедеятельности почвенной мезофауны и микроорганизмов.
Большинство исследованных нами почв обладает довольно высоким уровнем плодородия по содержанию гумуса и подвижного калия, большой вариабельностью по содержанию фосфора. Преобладание нейтральной и щелочной реакций среды и очень высокая степень насыщенности основаниями свидетельствуют о том, что почвам парков, скверов и огородов необходима корректировка кислотно-основных свойств.
Сведения о свойствах почв и их состоянии обязательно должны использоваться при формировании стратегии городского землепользования на современном уровне, поскольку роль почвы при оценке экологического состояния окружающей среды и комфортности жизни населения весьма существенна. Игнорирование этих данных зачастую приводит впоследствии к неоправданным затратам.
1. Агаркова М.Г., Целищева Л.К., Строганова М.Н. Морфолого-генетические особенности городских почв и их систематика // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1991. № 2. С. 11-16.
2. Агрохимические методы исследования почв: руководство / под ред. А.В.Соколова. М.: Наука, 1975. 656 с.
3. Безуглова О.С., Горбов С.Н., Приваленко В.В. Гумусовый профиль и микроэлементный состав почв рекреационных территорий г. Ростов-на-Дону // Почвоведение. 2000. № 9. С. 1142-1148.
4. Бураго А.И., Шлыков С.А. Карта оценки экологического состояния Владивостока. Владивосток: Приморский центр геодезии и картографии, 1995. 153 с.
5. Дабахов М. В., Титова В. И. Аккумуляция биогенных элементов в почвах урбанизированных ландшафтов // Агрохимия. 2004. № 2. С. 74-79.
6. Еремченко О.З., Москвина Н.В. Свойства почв и техногенных поверхностных образований в районах многоэтажной застройки г. Пермь // Почвоведение. 2005. № 7. С. 782-789.
7. Жарикова Е.А. Особенности морфологии и физических свойств городских почв Владивостока // Вестн. КрасГАУ 2011. № 8. С. 24-29.
8. Иванов Г.И., Журавков А.Ф., Хохлюк А.П. Лесорастительные свойства почв лесопарковой зоны Владивостокского лесхоза // Учен. зап. ДВГУ. Сер. почв.-ботан. 1969. Т. 25. С. 99-121.
9. Матинян Н.Н., Галкина А.Б., Бахматова К. А. Почвы и почвенный покров долины р. Славянка Павловского парка (Санкт-Петербург) // Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов: материалы конф. М.: МГУ, 2010. С. 244-250.
10. Научно-прикладной справочник по климату СССР Сер. 3. Вып. 26. Приморский край. Л.: Гидрометео-издат, 1988. Ч. 1-6. 416 с.
11. Парамонова Т. А., Тишкина Э.В., Краснов С.Ф., Толстихин Д. О. Структура почвенного покрова и основные свойства почв природного парка Воробьевы горы // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 1. С. 24-33.
12. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Иванников Ф.А. Систематика почв и почвообразующих пород Москвы и возможность их включения в общую классификацию // Почвоведение. 2011. № 5. С. 611-623.
13. Савченко О.В., Тюпелев П.А. Особенности микроэлементного статуса у детей, проживающих в районах города с разной степенью загрязнения окружающей среды // Экология человека. 2009. № 1. С. 47-50.
14. Сизов А.П., Медведева О.Е., Клюев Н.Н., Строганова М.Н., Самаев С.Б., Малев И.М. О новом подходе к исчислению размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и нарушением городских земель // Почвоведение. 2001. № 6. С. 732-740.
15. Смагин А.В. Городские почвы // Природа. 2010. № 7. С. 15-23.
16. Смагин А.В., Азовцева Н.А., Смагина М.В., Степанов А.Л., Мягкова А.Д., Курбатова А.С. Некоторые критерии и методы экологического состояния почв в связи с озеленением городских территорий // Почвоведение. 2006. № 5. С. 603-615.
17. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Городские почвы: генезис, классификация, функции // Почва, город, экология. М., 1997. С. 15-85.
18. Строганова М.Н., Прокофьева ТВ., Прохоров А.Н., Лысак Л.В., Сизов А.П., Яковлев А.С. Экологическое состояние городских почв и стоимостная оценка земель // Почвоведение. 2003. № 7. С. 867-875.
19. Шихова Н.С. Биогеохимическая оценка состояния городской среды // Экология. 1997. № 2. С. 146-149.
20. Шихова Н.С. Мониторинг физического состояния городских почв в связи с проблемами озеленения // Сиб. экол. журн. 2005. № 5. С. 899-907.
21. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
