Экология городской среды - Александр Челноков

Наиболее подверженным техногенным трансформациям компонентом городской среды является почва, образующая педосферу – почвенный покров Земли. Важнейшим свойством почвы является плодородие, т. е. способность обеспечивать условия для продуцирования растениями органического вещества. Плодородие почв обусловлено их физическими, химическими и биологическими свойствами.

К физическим свойствам почвы относятся механический состав, относительная рыхлость структуры, водопроницаемость, аэрируемость, отсутствие света, малая амплитуда колебания температуры, незначительный объем почвенного воздуха.

Химические свойства почвы обусловлены наличием минеральных веществ, реакцией среды, засоленностью.

Биологические свойства определяются наличием различных живых организмов, прежде всего в пахотном (поверхностном) слое почвы.

Почва состоит из хорошо выраженных слоев, обычно различающихся по цвету, которые называются почвенными горизонтами. Почвенный горизонт образуется и развивается в результате сложнейшего взаимодействия растений, животных, микроорганизмов и элювинированных (выветренных) горных пород.

По специфическим свойствам и химическому составу выделяют три основных почвенных горизонта:

• перегнойно-аккумулятивный горизонт – самый верхний, темноокрашенный, богатый гумусом, содержащий основную массу корней растений, почвенных животных и микроорганизмов;

• горизонт вымывания – в нем накапливаются, аккумулируются и преобразуются вещества, поступающие из верхнего горизонта;

• материнская порода – материал ее постепенно преобразуется в почву.

Горизонты почв, отличающиеся по свойствам, формируют вертикальный почвенный профиль.

Мощность почвы характеризует степень близости подстилающей материнской породы – подпочвы, влияющей на распространение корней.

Почва как природное образование создавалась тысячелетиями. Например, возраст черноземов и темно-каштановых почв составляет 2500–3000 лет; светло-каштановых, серых и бурых лесных – 800-1000 лет; торфяно-глеевых, горно-луговых, лугово-каштановых – 500–800 лет; подзолистых почв – 1500 лет.

Процесс почвообразования тесно связан с физическим и химическим выветриванием горных пород. При выветривании горных пород создается элювий – кора выветривания различной мощности, состава, условий залегания и степени влажности. В этом длительном процессе, кроме физических и химических факторов, важную роль играют также биологические факторы.

Кора выветривания является исходным субстратом для почвообразования, который начинается с момента поселения на этом субстрате микроорганизмов. В результате жизнедеятельности микроорганизмов извлекаются минеральные компоненты из субстрата и выделяются органические кислоты, что создает условия для поселения пионеров растительности – лишайников. Не требовательные к условиям жизни лишайники продолжают функционировать и обогащать подстилающие минеральные горизонты органическими соединениями. На обогащенной питательными веществами почве заселяются высшие растения и животные. В результате их жизнедеятельности в почве постепенно накапливаются специфические органические вещества, обеспечивающие ее плодородие, в частности – гумус.

Почва характеризуется водным, воздушным, тепловым режимом, структурой, химическим составом. В ней поселяются разнообразные живые организмы, размещаются корневые системы растений. С увеличением возраста почва значительно изменяется под воздействием факторов почвообразования. Развитые почвы формируются только при воздействии высших растений. Без фитоценозов и биоценозов нет почвы, и только фитоценоз меняет абиогенные физические и химические свойства почвы, формируя ее плодородие. С возрастом часто уменьшается количество карбонатов в почве, щелочная среда может переходить в кислую, увеличивается содержание органических веществ. Почва – это субстрат, из которого растения получают практически все необходимые им вещества.

Городскую территорию с разнообразными категориями земель необходимо рассматривать как единую целостную систему, в которой присутствуют и активно взаимодействуют все природные и антропогенные среды (вода, воздух, грунты, горные породы, растительность, животные, человек). В этой системе почва является базовой составляющей, обеспечивающей продуктивность системы, ее функционирование, устойчивость и биоразнообразие.

Почвы урбанизированных территорий являются важным фактором экологического и санитарного состояния городов.

Роль почвы в городе существенная и разнообразна. Главными экологическими функциями городской почвы являются ее пригодность для произрастания зеленых насаждений, способность сорбировать в себе загрязняющие вещества и препятствовать их проникновению в почвенно-грунтовые воды и в виде пылей в атмосферу города. Однако в крупных промышленных городах происходит значительная деградация экологических функций городских почв (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Трансформация и деградация экологических функций городских почв (Добровольский, 1997)

В городах антропогенное воздействие становится преобладающим над естественными факторами почвообразования, формируя в новых экологических условиях специфические типы почв и почвоподобных тел. Городские почвы существенно отличаются от естественных почв по морфогенетическим признакам и физико-химическим свойствам. Для них характерно нарушение привычной последовательности в расположении почвенных горизонтов; отсутствие такого важного биогеоценотического экранного слоя, как лесная подстилка; накопление строительно-бытового мусора и загрязняющих техно- и биогенных веществ; формирование специфической биоты; высокая щелочность; измененность водного и температурного режимов. При достаточной обеспеченности городских почв основными элементами питания растений лимитирующими факторами почвенного плодородия являются высокие значения pH, переуплотненность почвенной структуры, загрязнение несвойственными веществами и элементами.

Формирование городских почв происходит в процессе развития на насыпных грунтах и на культурном слое, а также вследствие изменения естественных почв.

В пределах города выделяют почвы: естественные природные; поверхностно преобразованные естественные (урбопочва); глубоко преобразованные (урбаноземы); поверхностно гумусированные искусственно созданные почвы-грунты (урботехноземы). В табл. 2.2 приведена классификация городских почв, характерных для европейской части СНГ.

Естественные ненарушенные почвы сохраняют нормальное залегание горизонтов естественных почв, хотя их можно только условно относить к этой категории почв из-за неизбежного присутствия в них разного рода загрязняющих веществ. В городах они приурочены преимущественно к городским лесам и лесопарковым территориям, расположенным в черте города.

Группу собственно городских почв образуют антропогенные глубоко преобразованные почвы, которые подразделяются на две группы:

• физически преобразованные почвы, в которых произошла физико-механическая перестройка профиля (урбозем, культурозем, некрозем, экранозем);

• химически преобразованные почвы, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путем (индустризем, интрузем).

Таблица 2.2. Классификация городских почв (Добровольский, 1997)

Техногенные поверхностно преобразованные почвы (урбо-техноземы) представляют собой искусственно созданные почво-грунты путем насыпки плодородного грунта, торфокомпостной смеси на свежие обнаженные грунты в процессе благоустройства или рекультивации территории.

Наиболее важным для формирования городской среды является биологическая активность и биологическая поглотительная способность городских почв и грунтов.

Биологическая активность – это способность создавать относительно благоприятные условия для развития и жизнедеятельности в них биоты. Она выражается суммарным проявлением активности биохимических процессов и характеризует интенсивность и направленность процессов превращения веществ и энергии в грунте, происходящих под влиянием живых организмов.

Не все грунты одинаково благоприятны для развития тех или иных организмов. Следует различать макро- и микробиологическую активность грунта. Первая отражает способность грунта создавать условия для развития макроорганизмов (грибов, растений, животных), вторая – для развития микроорганизмов. Весьма важным видом биологической активности грунтов, определяющим ее плодородие, является биологическая активность почвы. Она включает в себя активность биологических факторов педогенеза (растительности, макро-и микрофауны, деятельность человека); активность, связанную с гумификацией органического вещества почвы, имеющую значение одновременно для педогенеза и питания растений; активность, непосредственно влияющую на питание растений.