Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о почвах крупных населенных пунктов...' 8
1.1. Общее понятие о городской среде и её роли в трансформации естественных условий формирования почв 8
1.2. Главные направления трансформации условий почвообразования 9
1.3. Формы антропогенного преобразования почвообразующей основы 12
1.3.1. Вытаптывание 12
1.3.2. Окультуривание 13
1.3.3. Рекультивация 13
1.3.4. Замусоривание 14
1.3.5. Запечатывание асфальтом 14
1.3.6. Формирование геохимических аномалий 18
1.4. Методологические и методические проблемы систематики городских почв 23
1.5. Существующие подходы к классификации почв отечественных городов v 27
Глава 2. Природные условия территории г. Казани и ее ближайшего окружения 38
2.1. Климат 38
2.2. Геологическое и геоморфологическое строение 39
2.3. Растительный покров 44
Глава 3. Трансформация естественно-природных условий в процессе промышленно-демографического развития города и её отражение на строении и свойствах почв 49
3.1. Исторические этапы освоения существующей территории города 49
3.2. Основные направления преобразования природной среды 53
3.2.1. Гражданским строительством 53
3.2.1.1. Изменение строения поверхности и трансформация почвообразующих отложений 55
3.2.2. Строительством промышленных объектов 58
3.2.3. Сооружением Куйбышевского водохранилища 61
3.3. Современная структура природно-антропогенных факторов формирования почв г. Казани 62
Глава 4. Почвы 64
4.1. Систематический список почв 64
4.2. Характеристика почв 69
4.2.1. Естественные почвы 69
4.2.2. Унаследованно - развивающиеся антропогенно - измененные почвы...87
4.2.3. Антропогенные почвы 90
Глава 5. Связь строения почвенного покрова с унаследованными и наведенными градостроительной и промышленной деятельностью факторами его дифференциации 110
5.1. Отсыпка поверхности 101
5.2. Подщелачивание реакции среды почв 112
5.3. Отчуждение части территории под застройки 113
5.4. Рекультивационное преобразование почвенного покрова 115
5.5 Загрязнение тяжелыми металлами 116
Глава 6. Современный почвенный покров г. Казани 124
6.1. Карта-схема почвенного покрова 124
6.2. Почвенно-экологическое районирование 130
Глава 7. Экологически обоснованные направления использования современного почвенного покрова г. Казани 134
ВЫВОДЫ 138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 141
- Формирование геохимических аномалий
- Геологическое и геоморфологическое строение
- Изменение строения поверхности и трансформация почвообразующих отложений
Введение к работе
Актуальность темы: В современном мире экологические проблемы по своей общественной значимости вышли на одно из первых мест, т. к. в числе причин, влияющих на продолжительность жизни и состояние здоровья населения, экологическая составляющая становится все более заметной и значимой.
Создание вокруг себя искусственной среды обитания - города, органически вписывающегося в естественную окружающую обстановку, сопряжено с очень большими объективными трудностями. Результаты градостроительной деятельности свидетельствуют, что она неизбежно сопровождается интенсивным, часто разрушительным воздействием на ( природную среду, в которую вписывается город. Сложившиеся в течение
тысячелетий естественные ландшафты частично сильно трансформируются, частично полностью разрушаются. Преобразуется рельеф и гидрографическая сеть. Создаются новые (урбанизированные) типы ландшафтов, формирование которых принципиально отличается от естественных.
Почва, являясь фундаментом трансформированных и вновь создающихся ландшафтов, осуществляет связь между «живым» и «неживым» их компонентами, обеспечивает необходимые условия для существования жизни. В городской среде они играют роль базисной составляющей: в них происходит биохимическое преобразование создаваемого насыпного слоя, обеспечивая разнообразные экологические функции. Основной из них является средообразующая, благодаря которой она служат банком для семян растений, .g жизненным пространством для многочисленных видов живых организмов. От почв зависит динамика тепла и влаги в приземных слоях воздуха города. Почвы города являются основной частью городской экосистемы и влияют на ее санитарно-гигиеническую обстановку. В связи с этим возникает необходимость изучения городских почв, как одного из этапов решения задач природоохранной деятельности.
Анализ работ по исследованию экологической обстановки г. Казани показывает, что подавляющее большинство их имеет ботанико-зоологическую направленность (Водолажская, 2000; Замалетдинов, 2000; Корчагина, 2000; Павлов, 1994; Рахимов и др., 2000). Лишь некоторые из них ориентированны на изучение антропогенного воздействия на почву отдельных территорий города (Иванов и др., 1998; Костюкевич и др., 2000; Мингазов и др., 2000). В решении экологических проблем Казани, как и многих других городов Российской Федерации, отмечается односторонность теоретических и практических подходов к природоохранной проблеме в целом. В большинстве своем, исследования, посвященные этой проблеме, оставляют в стороне вопросы изучения и сохранения почвенного покрова (Никитин и др., 1994). Проектирование новых жилых зон, а также их озеленение ведется без учета эколого-геохимических особенностей почв - это приводит к частичной или полной трансформации почвенного покрова и к деградации фитоценозов.
Таким образом, изучение экологического состояния почвенного покрова города представляет не только определенный теоретический интерес, но и насущную практическую задачу, предназначенную для оздоровления общей экологической обстановки урбанизированных территорий.
Цель работы: Изучить почвенно - экологические условия формирования ландшафтов г. Казани.
В связи с этим было необходимо решить следующие задачи:
1) выявить главные направления трансформации условий почвообразования в городском ландшафте;
2) составить представление о разнообразии почв г. Казани;
3) систематизировать полученные сведения о городских почвах;
4) изучить основные свойства выделенных типов почв;
5) составить почвенную карту-схему города, на основе которой произвести почвенно-экологическое районирование;
6) предложить обоснованные направления использования ландшафтов г. Казани, базирующиеся на почвенно-экологической дифференциации её территории.
Научная новизна: Впервые детально исследованы и систематизированы почвы г. Казани. На основе разработанной классификационной схемы составлена почвенная карта и специальные карты-схемы, отображающие зависимость свойств почв различных типов от литологических особенностей почвообразующих толщ, становление или преобразование которых связываются с историческими этапами строительства городского полиса.
Защищаемые положения:
1. Формирование современного почвенного покрова г.Казани осуществлялось путем антропогенного преобразования унаследовано развивающихся естественных почв и почв, вновь образовавшихся в условиях интенсивной градостроительной, промышленной и социальной деятельности человека.
2. Разнообразие антропогенизированной природной среды г. Казани предопределяет необходимость выделения в составе почвенного покрова надтиповых групп почв: естественных, унаследовано-развивающихся антропогенно-измененных и антропогенных.
3. Естественные почвы характеризуются морфологическими, физико-химическими и физическими свойствами зональных типов почв; унаследовано-развивающиеся антропогенно-измененные почвы наследуют морфологические свойства своих природных аналогов, но приобретают специфические физико-химические и физические свойства верхнего горизонта; антропогенные почвы имеют только им свойственные облик и свойства.
Практическая значимость: Результаты работы могут быть использованы в целях рационального озеленения городской среды, планирования размещения детских, медицинских и оздоровительных учреждений, а также послужить объективным критерием при оценке экологического состояния г.Казани.
Апробация: Основные положения диссертационной работы доложены на III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), II Республиканской научно-практической конференции «Роль особо охраняемых природных территорий в сохранении биоразнообразия и социальном развитии регионов» (Казань, 2002), V Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2003), международной конференции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003), IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Объем работы: Диссертация общим объемом 153 страницы состоит из введения, 7 глав и выводов. Список использованной литературы включает 130 наименований, в том числе 14 иностранных. Работа иллюстрирована 31 рисунком, включает 16 таблиц.
Формирование геохимических аномалий
Почвенный покров города - это сложная и неоднородная природно-антропогенная биогеохимическая система, состояние которой зависит от исторической и других особенностей развития города. Почвенный покров древних городов даже с ограниченной современной промышленной нагрузкой может быть существенно загрязнен. Например, в культурных слоях Новгорода, Пскова, Самарканда уже в доиндустриальный период антропогенное геохимическое воздействие привело к заметному загрязнению почв тяжелыми металлами, в среднем 6-8 раз выше фона (Почва..., 1997).
Геохимической особенностью промышленных городов является формирование техногенных геохимических аномалий. Загрязнение тяжелыми металлами и их соединениями чаще всего происходит за счет атмосферных выбросов различных промышленных предприятий и автотранспорта. Основная масса тяжелых металлов в атмосфере входит в состав аэрозолей - взвешенных твердых коллоидных и жидких частиц в газообразной среде, размером от нескольких микрометров до их сотых и тысячных долей. Максимальные концентрации аэрозолей сосредоточены в приземном слое атмосферы промышленных городов. Геохимическая сущность аэрозолей - способность конденсировать на своей поверхности рассеянные химические элементы. Fe, Mn, Zn, Сг, Си связаны с мелко и крупнодисперсным аэрозолем (0.05-2 мкм и более), наиболее токсичные - Cd, Pb, Ni, Hg, As находятся преимущественно в субмикронной фракции (менее 0,05 мкм) (Перельман и др., 1999).
Содержание тяжелых металлов (ТМ) в атмосфере и выпадение их на поверхность почв в значительной мере опосредовано метеоусловиями (Воробьева и др., 1992; Ивлев, 1982; Свитов и др., 1991). Если загрязнение почв сельскохозяйственного назначения рассматривается, прежде всего, через призму поступления ТМ в возделываемые культуры и накопления в поедаемых органах, то в почвах городских территорий (зоны отдыха, спортивные и детские игровые площади, и т.д.) загрязнение оценивается как источник воздушной пыли. Высокая запыленность воздуха в городах ведет к возрастанию роли взвешенных частиц как носителей химических элементов и контрастности образующихся при атмосферных выпадениях техногенных аномалий, ведущих к росту заболеваемости населения, в особенности детей.
Исследования в разных городах мира показали, что техногенное загрязнение городских почв имеет мозаичный характер. В значительной степени оно обусловлено количественным и качественным составом выбросов, физическими и химическими свойствами аэрозольных частиц, формами строения поверхности, характером и структурой застройки и др. Рельеф города обусловливает образование зон мобилизации, транзита и аккумуляции загрязняющих веществ. Как правило, атмотехногенные аномалии приурочены к наветренным склонам или водораздельным поверхностям, а подветренные склоны менее загрязнены. Жилые здания и промышленные сооружения служат механическим барьером на пути воздушных потоков и способствуют формированию техногенных аномалий, контрастность которых зависит от их высоты и расположения.
Среди ТМ, загрязняющих городские почвы, выделяются наиболее часто встречаемые в высоких концентрациях — РЬ, Zn, Cd, Си, Sn, и некоторые другие (Армолайтис, 1985; Белякова и др., 1998; Беляев, 1998; Костюкевич, 1995; Лукашев и др., 1991). Они нередко становятся главными загрязнителями, обусловлибают специфику загрязнения. Их учет помогает правильнее оценить масштаб и опасность техногенного трента.
В настоящее время из 120 наиболее крупных городов России в 80 имеются существенные превышения ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) содержания свинца и других тяжелых металлов в почве (Строганова и др., 1992; Плеханова, 2000; Лыков и др., 2002). Сильное загрязнение городских почв ТМ характерно для городов тяжелого машиностроения, приборостроения, нефтехимии, где средние уровни загрязнения выше по сравнению с фоновыми районами в десятки раз (Ильин и др., 2001). Обычно ореолы рассеяния примыкают непосредственно к промышленным зонам (Груздев, 1991). Металлургические заводы и крупные ТЭЦ влияют на окружающую среду в радиусе до 5-10 км, заводы машиностроения 1.5-2.0 км, приборостроения 0.5-1.0 км, автотранспорт 0.1-0.2 км. Они нередко имеют зональное строение (Перельман и др., 1999).
Для оценки контрастности и экологической опасности техногенных ореолов ТМ в городских почвах используется несколько подходов. Индикация загрязнения основывается на сопоставлении загрязненных городских почв с их фоновыми аналогами. Это достигается расчетом коэффициента техногенной концентрации элемента или аномальности (Кс) и суммарного показателя загрязнения (Zc). Кс отражает интенсивность загрязнения и показывает во сколько раз содержание элемента в городских почвах выше его содержания в фоновых почвах. Zc показывает степень загрязнения почвенного покрова и рассчитывается по формуле Zc = К с - (п-1), где К с - сумма коэффициентов концентрации аномальных элементов; п - число элементов, входящих в аномальную концентрацию.
Загрязнение городских почв ТМ сопровождается трансформацией их геохимической структуры. В первую очередь, резко возрастает радиальная геохимическая дифференциация почвенного профиля за счет накопления поллютантов в верхних горизонтах. В дерново-подзолистых и серых лесных почвах техногенная миграция затушевывает фоновую элювиально-иллювиальную дифференциацию профиля.
ТМ вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий. При максимальном проявлении процесса химического загрязнения, почва теряет способность к продуктивности и биологическому самоочищению, происходит потеря экологических функций и гибель урбоэкосистемы.
Геологическое и геоморфологическое строение
Казань расположена по обоим берегам р. Казанки у впадения её в р. Волгу. Занимает площадь более 413 км .
Территория г. Казани и ее окрестностей сложена верхнепермскими, неогеновыми и четвертичными отложениями (табл. 2). На всей территории города плотные горные породы покрыты мощными толщами песчано-глинистых древних и современных четвертичных образований. Последние представлены аллювиальными отложениями рек Волги и Казанки, на террасах которых располагается город (рис. 4).
Древнечетвертичные аллювиальные отложения слагают окскую (надпойменную) террасу р. Волги. Абсолютные отметки её высот от 90-100 до 140-150 м. Преобладают пески (65-74%), в составе которых господствует кварц (до 90%). Среди частиц размерностью 0.25 мм встречаются минералы группы эпидот-циозита (до 70%), реже - ильменит, рутил, роговая обманка, лейкоксен, гранат, циркон, дистен, ставролит, анастаз, турмалин, магнетит и др.
Среднечетвертичные отложения слагают лихвинско-днепровскую и одинцовско-московскую террасы р. Волги. Абсолютные отметки высот лихвинско-днепровской террасы от 80 до 130 м, одинцовско-московской террасы от 70 до 100 м. Днепровский аллювий сложен преимущественно супесчано-глинистыми отложениями, алеврито-глинистыми мелкозернистыми песками. Содержание кварца в зависимости от содержания глины составляет до 50-90%. В составе суглинков и глин днепровских отложений преобладают минералы группы эпидот-циозита (21-23%), ильменит, амфиболы (13-23%). Из устойчивых минералов присутствуют циркон (3-7%), гранат, дистен, ставролит, рутил, магнетит, турмалин и др. Реже встречаются полевые шпаты (5-9%), листочки мусковита, биотита.
В составе московского аллювия преобладают песчаные породы. Содержание в них кварца составляет до 92-100%). В составе суглинков и глин
Татарский ярус преобладают минералы группы эпидот-циозита (31-46%), ильменит (6-19%), амфиболы (13-24%). Почвы, сформированные на аллювиальных почвообразующих породах одинцовско-московской террасы р. Казанки отличаются легким гранулометрическим составом.
Верхнечетвертичные отложения слагают микулинско-калининскую террасу рек Волги и Казанки. Абсолютные отметки высот 53-60 м. Состав верхнечетвертичного аллювия сходен с составом древнечетвертичных образований, по сравнению с которыми увеличивается содержание амфиболов (в среднем до 24 %), что обусловливает увеличение мелких фракций в почвах (Малышева и др., 1965).
Минеральный состав почвообразующих отложений обусловливает различную их устойчивость к процессам выветривания и обогащению почв соответствующими микроэлементами (табл. 3).
Особенности и свойства горных пород обусловливают протекание разных видов современных геоморфологических процессов: линейной и плоскостной эрозии, карста, суффозии и др. (Сементовский и др., 1940). Особенности строения толщ отложений Татарского и Казанского ярусов, покрывающих их толщ аллювиальных пород, обусловливают активное формирование овражной сети, прежде всего на террасах с высокими абсолютными отметками (Малышева и др., 1965). На территории города сохранились овраги: Васильев дол (ул. Космонавтов), Каменный (севернее царицынского кладбища) и некоторые другие. Многие крупные овраги ныне засыпаны или застроены (по Ометьевскому оврагу сейчас проходит железная дорога; по Горкинскому - проложен троллейбусный маршрут от ост. Танковая до ул. Зорге).
В районах легковыщелачиваемых карбонатных отложений развивается карст. В районах проявления карстового процесса почвообразование происходит в специфических условиях. На склонах карстовых воронок формируются оползни. На территории пос. Карьер наблюдаются карстовые воронки с провалившимся в них почвенным профилем. В них в условиях избыточного атмосферного или грунтового увлажнения в почвах могут формироваться признаки оглеения. Участки карстоообразования могут быть эрозионно-опасными, к ним направляются овраги и слепые балки, в которые смываются питательные вещества почв (Гвоздецкий, 1988). Появление расположенных на первой надпойменной террасе низин, к которым были приурочены торфяные болота (ныне почти все засыпаны), связано с древними карстовыми процессами, вызвавшими образование блюдцеобразных понижений и воронок, выложенными современными аллювиальными отложениями. Формирование овражно-балочных систем, линейной и плоскостной эрозии наиболее активно проявляется на высоких террасах.
В процессе градостроительства характер природных процессов формирования рельефа существенно трансформировался и в настоящее время следует говорить об антропогенно модифицированных явлениях и техноморфогенезе. Основные техногенные факторы рельефообразования -дорожное, городское строительство, устройство котлованов, прокладка траншей, срезание верхних участков склонов в некоторых случаях усилили линейную и плоскостную эрозии. В районах новостроек (Азино-1, Азино-2) существует реальная опасность развития линейной эрозии на склонах оврагов, террасированных под автостоянки, с низким проективным покрытием растительности. Под воздействием атмосферных осадков (ливней, весеннего таяния снега) образуются промоины, приводящие к струйчатому смыву в результате чего происходит потеря мелкодисперсного почвенного материала почвы, а вместе с ним и элементов питания растений, одновременно теряется значительное количество осадков, что ухудшает условия произрастания растительности.
Следует также отметить, что после создания Куйбышевского водохранилища пойменные террасы Волги и устьевой части Казанки были затоплены его водами. Исчезли значительные массивы аллювиальных почв, небольшая их полоса сохранилась только в левобережье р.Казанки. Из-за повышения уровня грунтовых вод увеличилась площадь болот в Кировском и Московском, Ново-Савиновском районах.
Изменение строения поверхности и трансформация почвообразующих отложений
Древнечетвертичные аллювиальные отложения окской террасы р. Волги, хорошо развитые в Советском и юго-восточной части Приволжского (Горки-2) районах и представленные аллювиальными суглинками, подстилаемые мелкозернистыми песками, до начала крупномасштабного строительства находились под лиственными лесами с дерново-подзолистыми и серыми лесными почвами. Поверхность была расчленена хорошо развитой овражно-балочной сетью.
С началом периода послевоенного строительства овражно-балочная сеть в районе улиц Сеченова, Галеева, Новаторов была засыпана и спланирована, леса были вырублены, что привело к деградации светло-серых и серых лесных почв. Сейчас остатки овражно-балочной сети можно наблюдать вдоль железной дороги. Почвообразующий материал в местах отсыпки представляет собой суглинистую толщу, перемешанную со щебнем, кирпичом, камнями и т.д.; исходные толщи сохранились лишь кое-где в виде фрагментов. Наиболее ? крупными из них являются территория старого аэропорта вдоль южной трассы, Ометьевский лес (между улицей Родина и проспектом Победы), естественные дубняки в районе Азино-2
С началом утверждения жилищной программы «ветхое жилье» и строительством крупных микрорайонов Азино-1 и Азино-2 началось разрушение естественных лесов и лесопосадок и сильная трансформация развивавшихся под ними серых лесных и дерново-подзолистых почв.
Среднечетвертичные отложения лихвинско-днепропетровской террасы, хорошо развитые в восточной части Вахитовского района, в юго-восточной и южной части Приволжского района, в пос. Караваево, представленые аллювиальными супесями и суглинками с прослоями песка (в северо-западной части города) и делювиальными коричневыми и коричневато-серыми суглинками, сильно преобразованы. Господствовавшие на юго-востоке темно-серые лесные почвы частично или полностью преобразованы. Мощность гумусового горизонта в них достигала 30 см. Сейчас эти почвы погребены под асфальтом или сильно трансформированны. Исходные почвы в наименее трансформированном виде сохранились на территории НПО «Нива Татарстана» в парке с естественной дубняково-липовой древесной растительностью. Далее на восток и юго-восток от Фермского шоссе сохранились естественные участки серых лесных почв под липовым древостоем и дерново-подзолистые почвы под луговым разнотравьем. Между населенными пунктами Борисково и Давликеево, в районе опытного участка сельхозшколы, имеются подзолистые почвы под сосновым бором.
Почвы окультуренные с большой мощностью гумусового горизонта находятся на территории садов (ул. Гвардейская), вдоль Фермского шоссе, за территорией 18-й поликлиники под садовыми участками. В поселке Караваево, который известен с XVI в. как небольшая деревня, все почвы являются окультуренными, т.к. находятся в частном секторе под садами. Среди них по элементам рельефа располагаются серые лесные среднесмытые, смытые, дерново-подзолистые почвы за садовыми участками восточной части поселка.
Среднечетвертичные отложения одинцово-московской террасы, хорошо выраженные в северо-западной зоне (Заречье), северо-восточной части Ново-Савиновского р-на (граница террасы проходит по ул. Воровского, Голубятникова, Короленко, X. Ямашева, по пр. Ибрагимова до пересечения с ул. Декабристов, дальше на запад через ст. Лагерная, вдоль железной дороги), в районе Дербышек и пригородной зоны Лебяжье, представленные аллювиальными песками, которые в почвенных разрезах имеют почти горизонтальную слоистость, реже с прослоями глин, лишь кое-где сохранились в первородном виде. До освоения этих земель в Кировском районе произрастали сосновые боры, сменяющиеся в понижениях болотами. В Московском районе смешанные леса, сменяющиеся сообществами лугов, в районе Дербышек - сохранились еловые и сосновые леса, в районе порохового завода - болота. За истекшие 200 лет здесь исходные отложения сохранились в некоторых парках. Кое-где на повышенных элементах поверхности встречаются фитоценозы смешанных лесов, под которыми формируются светло-серые и серые лесные почвы.
Верхнечетвертичные отложения микулинско-калининской террасы, протягивающиеся полосой от ст. Юдино через ст. Лагерная до Адмиралтейской слободы и далее от Кремля по ул. Профсоюзной на юго-восток через пос. Ометьево и пос. Старое Победилово, расширяясь вдоль Оренбургского тракта, уходят на юг по Фермскому шоссе до береговой линии р. Волги. После завоевания Казани в 1552 г. и образования новых слобод началось чрезвычайно сильное преобразование и засыпка болотистых территорий. Вахитовский район от берегов Волги до Ближнего Кабана располагается на насыпных грунтах. Мощность насыпных грунтов на пл. Тукая и ул. Левобулачной достигает 3-5 м, под гостиницей «Казань» -4 м, под ул. Нариманова - 1.5-2 м, под ул. Федосеевской и фабрикой «Заря» -7 м. Часть отсыпанной территории оставалась свободной от застроек и использовалась под парки по ул. К.Тинчурина, парк влюбленных напротив автовокзала, парк школы №13. Лишь в пределах немногочисленных возвышенностей сохранились остатки широколиственных лесов с естественными серыми лесными почвами (ныне остатки липовой рощи возле 5-ой городской больницы, территория татарского кладбища). Аллювиальные почвы с окультуренным гумусовым горизонтом можно встретить в районе садовых участков населенного пункта Крутовка; лугово-болотные почвы - в районе ВИКО, оз. Верхний Кабан, между поселками Мирный и Старое Победилово.
В пределах той части микулинско-калининской террасы, где размещается Ново-Савиновский район, поверхность представляла собой чередование невысоких холмов с плоскими впадинами и ложбинами, которые были сильно заболочены. Мощность торфа достигала здесь 2-3 м. Застраивание территории началось после формирования Куйбышевского водохранилища.
Похожие диссертации на Почвенно-экологические условия формирования ландшафтов г. Казани
