Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Трансформация почвенного покрова и изменение других компонентов экосистемы в природно-техногенных ландшафтах 8
1.1. Почвообразование в техногенных системах и классификация нарушенных почв 8
1.2. Экологические функции городских почв 18
1.3. Изменение геохимических характеристик природной среды в результате формирования города 20
1.3.1. Геохимические особенности почв промышленных центров 21
1.3.2. Растительность в условиях техногенного загрязнения .23
1.3.3. Снежный покров как индикатор загрязнения. 28
ГЛАВА 2. Характеристика объекта исследований 31
ГЛАВА 3. Методика проведения исследования 43
3.1. Картографирование и классификация городских почв 43..
3.2. Отбор объектов внешней среды для картографирования и оценки загрязнения тяжелыми металлами территории города 48
3.3. Аналитическая обработка образцов 52
ГЛАВА 4. Особенности трансформации почвенного покрова города и изменение условий функционирования растительности 54
4.1. Морфологическая характеристика почв г. Ижевска 54
4.2. Агрохимические особенности почв г. Ижевска 81
4.3. Геохимические изменения профиля городских почв 95
4.4. Исходный и современный комплекс почв в пределах г. Ижевска 105
4.5. Трансформация почв и изменение условий функционирования городской растительности 114
ГЛАВА 5. Характеристика загрязнения поверхностных слоев почвенного покрова города Zn, Fe, Си и Mn 123
5.1. Характеристика основных типов городских ландшафтов... 123
5.2. Пространственный анализ загрязнения почв г. Ижевска тяжелыми металлами 147
5.3. Оценка опасности загрязнения почв различных ландшафтов для растительного покрова 154
ГЛАВА 6. Взаимосвязь загрязнения атмосферы, растительного покрова и почв тяжелыми металлами 159
6.1. Снежный покров города 159
6.2. Загрязнение древесной растительности 172
6.3. Комплексный анализ загрязнения почвы, снежного покрова и растений 177
6.4. Оптимизация условий роста и развития растительности в урба-ноэкосистеме 180
Выводы 187
Рекомендации 189
Список литературы 190
Приложения 219
- Почвообразование в техногенных системах и классификация нарушенных почв
- Отбор объектов внешней среды для картографирования и оценки загрязнения тяжелыми металлами территории города
- Трансформация почв и изменение условий функционирования городской растительности
- Оценка опасности загрязнения почв различных ландшафтов для растительного покрова
Введение к работе
На протяжении последних сотен лет деятельность человека привела к глобальным изменениям его среды обитания. Особенно сильно данные преобразования затронули районы с высокой численностью населения, и в большей степени - городские агломерации. В последние десятилетия темпы увеличения доли городского населения постоянно растут, в настоящее время около половины мирового населения проживает в городах. Тенденции свидетельствуют о неуклонном росте городских застроек, под которые уже сейчас захвачены огромные площади бывших сельскохозяйственных и естественных угодий.
В городе почвенный покров все также остается одним из четырех главных компонентов экосистемы: почва - вода - воздух - растение. Утрированное отношение к почвам лишь с инженерной точки зрения, как к грунту, дает основание не рассматривать их с экологической точки зрения. Однако почва через ряд факторов, в частности - состояние растительности и запыленность атмосферы, оказывает влияние на общую экологическую обстановку и здоровье городского населения (Гатти, 1978; Геохимия..., 1990; Сутурин, 1990; Сорокина, Богачкова, 1991). Долгое время почвы как объект изучения рассматривались только в сельско-хозяйственных и ле-сохозяйственных науках. Современное экологическое состояние городских агломераций требует изучения почв и почвоподобных образований также и на урбанизированных территориях.
Еще в конце 19 века основатель почвоведения В.В. Докучаев считал весьма важными проблемы преобразования почв в условиях населенных пунктов, однако, занялись ими только в последние десятилетия. Именно по этой причине в настоящее время активно изучаются новые подходы к городским почвам, поскольку вопросы систематики, морфологии, изменения их свойств и экологических функций являются мало разработанными.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлась оценка трансформации почвенного покрова при формировании промышленного города на примере г. Ижевска и ее воздействие на растительность.
В рамках общей цели решались следующие задачи: 1. Оптимизировать классификацию городских почв и составить почвенную карту г. Ижевска с учетом естественных и антропогенных почв; 2. Выявить направления и основные характеристики трансформации почв в городской среде по агрохимическим показателям, содержанию тяжелых металлов и морфологическим характеристикам; 3. Оценить загрязнение поверхностного слоя почв тяжелыми металлами (Си, Fe, Zn, Мп) и выявить пространственные и ландшафтные особенности содержания перечисленных элементов; 4. Выявить характеристики загрязнения на основе анализа состояния сопредельных с почвой сред, 5. Произвести оценку состояния почв по отношению к условиям произрастания растений.
Для выполнения поставленной цели были исследованы почвенные разрезы различных типов городских почв (284 профиля), отобраны и проанализированы почвенные образцы поверхностных слоев (1430 проб) и по профилю (680 проб), помимо этого были изучены снеговые пробы (112 образцов) и растительные образцы (77 проб) на площадках в местах закладки почвенных разрезов. Все анализы отобранного материала выполнены автором в Лаборатории почвенной экологии УдГУ.
Научная новизна. Впервые составлена карта естественных, так и антропогенных почв г. Ижевска, также впервые рассмотрен комплекс изменений зональных, почв при формировании урбаноэкосистемы. Выполнена комплексная оценка особенностей загрязнения с учетом почвы, снежного покрова и растительности. Впервые установлены особенности формирования и мощность культурного слоя города.
Практическая значимость работы. Результаты исследования могут быть использованы при оценке экологического состояния г. Ижевска. Полученные данные можно использовать при озеленении г. Ижевска, так как для нормального функционирования растений необходим учет выявленных закономерностей в распределении, как питательных веществ, так и тяжелых металлов в почвенном профиле различных типов городских почв. При планировании размещения оздорови-
6 тельных и медицинских учреждений, детских садов, школ и т.д., возможно использование полученных результатов, характеризующих пространственные особенности загрязнения города.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях преподавателей и сотрудников УдГУ (2000-2002), Пятой Российской университеско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 2000); Первой Международной научной конференции «Деградация почв и проблемы агро-ландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001); Второй Международной научной конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2002); Пятой научной конференции "Актуальные проблемы Республики Taтapcтaн,, (Казань, 2002).
Основные положения, выносимые на защиту:
Развитие городских почв обусловлено антропогенной деятельностью. Среди наиболее значимых процессов необходимо выделить: а) замещение естественного почвенного покрова антропогенными почвами; б) постепенный рост антропогенного профиля за счет запланированного или ненамеренного привноса грунта или пыли с формированием культурного слоя и создание экранированных почв; в) изменение химических свойств, в частности, снижение обменной кислотности, увеличение суммы поглощенных оснований, степени насыщенности основаниями, содержания макро и микроэлементов в профиле естественных и антропогенных почв.
Изменение агро-экологических характеристик городских почв зависит от степени и направления трансформации исходного почвенного покрова, что во многом определяется типом использования и территориальным расположением почв.
Устойчивый характер загрязнения почв г. Ижевска обусловлен аэрогенным поступлением тяжелых металлов, что прослеживается при изучении современных естественных и антропогенных почв, техногенных почвоподобных образований, погребенного естественного профиля, снега и растительности.
Степень и направление трансформации почв оказывают значительное, как правило, отрицательное воздействие на состояние растительного покрова.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 302 источника, в том числе 27 на иностранных языках и семи приложений. Основной текст изложен на 189 страницах, иллюстрирован 41 рисунком и 19 таблицами.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю - доктору сельскохозяйственных наук, профессору М.Ф. Кузнецову, доктору географических наук, профессору В.И. Стурману, инженерам Лаборатории почвенной экологии И.А. Глушко и Е.В. Колодкиной, старшему преподавателю ИжГСА О.В. Сидоровой, сотрудникам и преподавателям кафедры природопользования и кафедры общей экологии УдГУ, студентам УдГУ, участвующим в сборе материала, а также моей семье за понимание и поддержку.
Почвообразование в техногенных системах и классификация нарушенных почв
Проблема смены естественных почв и формирование на их месте антропогенных приобрела сегодня глобальные масштабы, ей уделяется внимание учеными всего мира. Среди зарубежных стран по разработанности данной проблемы выделяется Австралия, где процессы антропогенной трансформации почв рассмотрены наиболее полно (Геннадиев, Таргульян, 1992).
В большей степени в публикациях рассмотрены вопросы восстановления и ввода в сельскохозяйственный оборот почв, трансформированных в результате добычи полезных ископаемых, так как данная проблема затрагивает огромные территории. Помимо этого, широко освещены вопросы рекультивации почв, загрязненных химическими веществами. Особенности формирования антропогенных сукцес-сионных рядов почв при сельскохозяйственном использовании и дальнейшее их развитие рассмотрено рядом авторов (Лебедева и др., 1996 б; Васенев, 2001). Намного реже проводятся исследования территорий городских земель. Уделяя внимание всему комплексу проблем антропогенного воздействия на почвы, необходимо рассматривать не только полностью деструктурированные почвы, но также те, дальнейшее развитие которых зависит от человеческой деятельности.
По типу воздействия нарушенные почвы удобнее классифицировать следующим образом: почвы, испытывающие значительные аэрогенные нагрузки, ведущие к преобразованию геохимических процессов; естественные почвы, в разной степени механически нарушенные; субстраты, где процессы почвообразования начинаются "с нуля".
Рассматривая загрязняемые почвы, в первую очередь необходимо определить какой тип воздействия - гео- или биохимический на них превалирует, поскольку это определяет направление трансформации. В ряде случаев загрязняющие вещества могут благоприятно воздействовать на процессы почвообразования. Такой эффект проявляется при незначительных выбросах тяжелых металлов (ТМ) на территориях бедных рядом микроэлементов, или при поступлении веществ изменяющих в благоприятную сторону геохимические условия, например, нейтральные или щелочные выбросы на кислых естественных почвах. Однако эти процессы, благоприятные на первых стадиях, при долговременном воздействии могут сказаться отрицательно.
При критических нагрузках территории, прилегающие к заводам - поставщикам ТМ, превращаются в техногенную пустыню. Данный процесс имеет следующие этапы: 1) блокировка реакционно-способных участков гуминовых кислот ТМ, ведущая к ослаблению связи органической и минеральной части почвы; 2) деградация почвенной структуры, обусловливающая вымывание илистого материала и облегчение гранулометрического состава, а также частичную потерю гумуса; 3) уплотнение почвы, нарушение водного и газового режимов, потеря противоэрозионной устойчивости (Цемко и др., 1980). Особенно часто данные процессы наблюдаются в северных районах, где почвы имеют низкую буферность и не могут противостоять интенсивному потоку загрязнителей. Тем более, что период полуудаления металлов в результате выщелачивания, потребления растениями, эрозии и дефляции составляет значительный период времени, в частности, для цинка - 70-510, для меди 310-1500 лет (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989), а в силу нарастания процесса накопления самоочищение почв практически не происходит (Химическое загрязнение..., 1991).
Такое значительное биохимическое воздействие отражается на почвах отрицательно и в случае формирования на поверхности аэрогенного слоя сильно загрязненного ТМ, естественные почвы любого типа могут перейти в группу хемо-стратоземов (Русанова, 1995). В случае преобладающего геохимического воздействия данные процессы могут существенно трансформироваться. Пылевые выбросы с нейтральным рН и незначительным количеством ТМ могут привести к формированию азональных почв. Например, подбуры и тундровые поверхностно-глеевые почвы под воздействием аэрогенных поступлений от ТЭЦ щелочного типа приобретают нейтральное рН поверхностного слоя, что ведет к формированию дернового горизонта. Г.В. Русанова (1995) относит такие почвы к "одерновьшающимся дерново-аккумулятивным стратоземам". Аналогичные процессы наблюдаются близ цементных заводов. Подщелачивание вокруг заводов черной металлургии, алюминиевых заводов и ТЭЦ щелочного и нейтрального типов наблюдается в радиусе до 10-12 км (Дмитриев и др., 1989). Вероятное положительное влияние данных производств возможно на кислых почвах, но до определенного предела, так как при интенсивном воздействии почвы могут превратиться в аналоги карбонатных. По причине отсутствия общепринятой классификации определение таких почв различно. А.В. Дончева с соавторами (1992) называет их "вторично-поверхностно карбонатными", ЮГ. Чендев и АЛ. Геннадиев (1993) дают определение "засыпающиеся ощелачи-вающиеся почвы естественного генезиса или засыпающиеся селитебные". Мощ 11 ность эолового наноса в данных почвах колеблется от 2-5 до 30-40 см (Чендев, Геннадиев, 1993; Русанова, 1995).
В данных примерах тип химического воздействия непременно отражается на свойствах почвы, но изменение морфологии данных почв может значительно отставать от самого факта влияния. В случае формирования эоловых наносов в профиле появляется новый горизонт до 40 см, который позволяет адекватно диагностировать почву. Аналогичная ситуация складывается при разливах нефтепродуктов, когда вновь образовавшаяся структура диагностируется по пятнам и натекам в профиле (Лозановская и др., 1992).
Химическое воздействие ТМ или кислотных оксидов не так очевидно, но по данным СЮ. Кайгородова и Е. Я. Воробейчик (1996) за 50-летнее время воздействия оно также проявляется в морфологическом строении серых лесных почв. В целом их изменения связаны со следующими характеристиками: формированием мощных специфических органогенных горизонтов, снижением агрегативности почв, фронтальной проточностью гумуса, развитием сизо-серой окраски профиля и наличием большого количества железистых стяжений. Для черноземов при интенсивном загрязнении фиксируется только потеря структурности по сравнению с естественными почвами (Федорищак, 1978). Однако, как отмечают сами авторы, такой набор характеристик для выделения химически преобразованных почв не является специфичным и встречается в естественных условиях, что затрудняет диагностику.
Отбор объектов внешней среды для картографирования и оценки загрязнения тяжелыми металлами территории города
Особенности урбаноэкосистемы, рассмотренные в гл. 1 и 2, изменение основных характеристик ландшафта, преобразование естественной структуры исследуемых компонентов, накладывают отпечаток на методику пробоотбора в условиях города.
Выбор мест пробоотбора. Особенности городской среды зачастую не позволяют обеспечить равномерность отбора проб. Используемый в большинстве работ координатно-сеточный метод пробоотбора приходится дополнять определенными условиями, так как отобрать пробу в намеченной точке бывает не всегда возможно. В случае необходимости смещения точки предпочтение отдается "территории со сформированным почвенным профилем" (Методические рекомендации..., 1999, с.6), дополнительно велся учет особенностей экотопа. При этом геохимический подход трансформируется в педохимический, основной характеристикой которого является приуроченность отбора к относительно равновесным почвам, а не ежегодно обновляемым грунтам. Такой подход методически более объективен (Ка-пелькина, 1991, Методические рекомендации..., 1999). Разбивка территории на квадраты проведена с учетом масштаба обследования 1:25 000 (Методические рекомендации..., 1999).
Для оценки степени накопления загрязняющих веществ использовался местный фоновый уровень, так как использование "абсолютного" среднеарифметического критерия (Водяницкий и др., 1995), в большинстве случаев не отражает реальную ситуацию. Объективнее использовать фон определенный непосредственно для данной зоны (Авессаломова, 1991). Фоновый уровень может бьпъ определен в естественных условиях, по рекомендациям ряда авторов, при расстоянии от источников загрязнения не менее 50-80 км (Цемко и др., 1980; Махонько, 1976). Однако пестрота почвенного покрова и на меньших расстояниях может быть значительна, и даже если тип почвы сходен с исследуемым, существует вероятность естественных отличий в десятки раз (Водяницкий и др., 1995). Для сравнительной характеристики техногенных территорий нередко используется сравнение с местным урбанизированным фоном, уровнем содержания элемента в пределах города в почвах парков, не нарушенных деятельностью человека (Никифорова, Лазукова, 1991; Билалов и др., 1990). Урбанизированный фон для г. Ижевска определен по почвам дендрария Ботанического сада УдГУ.
Учет особенностей почвы производился на основе типа городского ландшафта, так как именно он в большинстве случаев является определяющим в загрязнении почв (Солнцева, 1981; Кирпичиков и др., 1993; Касимов, Перельман, 1994; Ильин, Сысо, 2001). Анализируя литературные разработки и результаты геохимических отличий (Тютюнник, 1991, 1993; Касимов, Перельман, 1994), наиболее исчерпывающим будет учет следующих типов городских ландшафтов. Селитебные (далее по типу застройки), промышленные (по типу производства), транспортные (по виду транспорта), садово-парковые, городские агроландшафты. В ряде случаев целесообразно выделение ряда промежуточных ландшафтов: дачных (агро-селитебные), селитебно-транспортньгх и т.д. Помимо этого, в рамках основного ландшафта выделялись следующие экотопы: огороды, газоны, вытаптываемые участки, дворы, пустыри, лесополосы и скверы, железнодорожные насыпи, придорожные участки. Дополнительно к характеристике поверхностного слоя почв, нами проводилось исследование распределения ряда химических элементов в профиле различных типов городских почв.
Выбор точек отбора снежного покрова проводился на основе существующих рекомендаций с привязкой к точкам отбора почвенного покрова, что позволяет значительно сократить число точек отбора, а также сравнить динамику реликтового и современного уровня загрязнения. Масштаб съемки составил 1:100 000. Изменение масштаба съемки связано с большей протяженностью аномалий снежного по сравнению с почвенным покровом (Сорокина и др., 1989; Ладонина, 1999). Требования к отбору соответствуют рекомендациям (Методические рекомендации..., 1999). Отбор растительных проб осуществлялся на площадках в местах закладки почвенных разрезов и отбора снеговых проб (приложение 1),
Отбор проб почвенного покрова. В рамках данной работы выполнено сплошное крупномасштабное картографирование территории города. Отбор проб осуществлялся из поверхностного слоя почв с охватом большей части города (с акцентом на селитебной части). Для анализа брались смешанные образцы, техника отбора образцов стандартная (Методические рекомендации..., 1981, Важенин, Лучина, 1982; Вирченко и др., 1982; Методические рекомендации..., 1987;, Кузнецов, 1997; Методические рекомендации..., 1999).
Отбор почвенных проб по профилю, описание места закладки разреза, рельефа, растительного покрова, выделение и описание генетических горизонтов производились по общепринятым правилам (Инструкция, 1975; Классификация почв СССР, 1977; Морфологическая характеристика..., 1997). Образцы отбирались для общей характеристики почв и для анализа на ТМ в виде средней смешанной пробы. Инструменты, упаковка, требования к отбору и хранению аналогичны требованиям к поверхностным пробам.
В целом для картирования города отобрано 1430 почвенных проб поверхностных горизонтов и 680 образцов из профилей. Отбор проб снежного покрова. Снежный покров был отобран в конце зимнего сезона (конец марта) 2002 г при его максимальной высоте. Методика отбора по рекомендациям (Ломоносова и др., 1986; Методические рекомендации..., 1999) и наработкам ряда авторов, исследовавших снежный покров в крупных городах (Павленко и др., 1981; Ломоносов и др., 1986; Яруллин и др., 1990; Балтакис, Тарашкя-вичюс, 1991; Ладонина, 1999). Шаг опробования -1 км, снегоотборник высотой 100 см с диаметром 7,5 см. Отбор проб проводился на открытых участках при минимальном удалении от дорог 15-20 м. Увеличение шага опробования по сравнению с почвами связано с большей протяженностью ареалов загрязнения снежного покрова (Сорокина и др., 1989; Яруллин и др., 1990; Ладонина, 1999). Всего отобрано 112 снеговых проб. В качестве фоновых районов опробован расположенный в черте города район СХВ (аналогично учет фона по урбанизированным территориям проводили на территории Молдавии АБ. Кирюшин с соавторами (1998)). Однако в литературных источниках изложено и противоположное мнение - о невозможности использовать в качестве фоновых территорий, даже значительно удаленные от города, так как рассеяние загрязняющих веществ носит глобальные масштабы, сравнение необходимо проводить с арктическими территориями (Евсеев, 1988), что также было осуществлено.
Трансформация почв и изменение условий функционирования городской растительности
Анализ преобразования почвенного покрова города выявил значительные отличия городских почв от исходных фоновых аналогов. Изменение морфологии, агрохимических характеристик и содержания ТМ, несомненно, отражаются на благоприятности почвы для растительности. Взаимосвязь особенностей трансформации почвы и изменений условий для развития растительных сообществ можно выявить при анализе полученных данных.
Естественные почвы. Морфологическое сложение естественных почв свидетельствует о направлении почвообразования. В качестве основных в пределах г. Ижевска необходимо назвать дерновый и подзолистый почвообразовательные процессы. И если развитие первого приводит к формированию благоприятных для развития растений условий, то второй ведет к образованию очень бедных почв. Реставрация исходного почвенного покрова города (см. разд. 4.4) выявила для большинства территорий сочетание выше названных процессов с преобладанием подзолистого. Тем не менее, в г. Ижевске сформированы так же почвы, для которых характерно преобладание дернового процесса, - это серые лесные, дерново-глеевые и пойменные почвы; они наиболее богаты питательными элементами и благоприятны для развития растений. Однако площади их в городе не велики (см. рис. 14).
Естественные почвы города, даже при сохранении исходного профиля, имеют свои особенности. Наиболее характерное изменение - уплотнение верхней части профиля - отрицательно сказывается на воздушном режиме почвы и водопроницаемости. Соответственно, результатом интенсивного выгаптьгоания может быть уничтожение растительности или ее неудовлетворительное состояние, происходит смена видового состава, снижаются темпы возобновления древесной растительности, что часто отмечается при морфологическом изучении почв на площадках обследования. Значительно уменьшается количество мезофауны, в частности при анализе профиля прослеживается уменьшение числа дождевых червей, отсутствуют их копролиты. Процессы вытаптывания влияют и на фрагментацию горизонта Ао, что нарушает процессы минерализации и изменяет круговорот веществ в биогеоценозе. Помимо уплотнения, очень часто распространено поверхностное захламление территории и формирование урбаностратов. В данном случае исходная растительность приобретает черты рудеральной, формируются устойчивые к выделяемым в процессе разложения мусора веществам ценозы (Lindren, 1998). В таких условиях могут формироваться очень продуктивные сообщества, при этом в ряде слу 116 чаев состояние растительности отмечается как очень хорошее. Б.А. Ягодин отмечает, что по питательности городские отходы приравниваются к навозу, поэтому и возможно нормальное развитие некоторых видов растений (цит. по Рохмистрову, Ивановой, 1985). Однако, в случае формирования очень мощных отложений, какие, например, наблюдаются в долине р. Карлутка и по оврагам города, отмечено даже полное уничтожение растительного покрова.
Оценивая агрохимические показатели естественных почв, сохранившихся в пределах наиболее освоенной части города, можно отметить в большинстве положительные изменения. Дерново-подзолистые почвы в г. Ижевске, являются нейтральными, со средним уровнем гидролитической кислотности, суммой поглощенных оснований, степенью насыщенности основаниями и содержанием гумуса; высоким и повышенным содержанием подвижных форм фосфора и калия соответственно. Приведенные показатели значительно отличаются от фоновых, такие изменения благоприятны для большинства растений. Они способствуют развитию травянистой растительности и активизации дернового почвообразовательного процесса, что в целом ведет к улучшению условий развития растительных сообществ. Для других почвах города, в частности ДК, имеющих изначально высокие агрохимические показатели, общие тенденции не так выражены. В целом можно отметить, что только аэрогенное воздействие города за более чем 240 лет не сказалось отрицательно на данных характеристиках.
Отмечается значительная аккумуляция тяжелых металлов в естественных почвах города (см. рис. 9). Четко прослеживается максимум в горизонте Ао. Значительное обогащение горизонта лесной подстилки обусловлено аэрогенными выпадениями на поверхность почвы и дополнительным поступлением элементов с опа-дом. Наиболее активная аккумуляция отмечена для цинка и марганца. При этом, накопление Zn обусловлено активным участием растительности в осаждении техногенной пыли, а высокое содержание Мп является результатом биологической концентрации в результате корневого поглощения. Особенно ярко это проявляется при сравнении накопления элемента в почвах фитоценозов с преобладанием лист венных пород и фитоценозов с доминированированием хвойных лесообразующих пород. Для почв последних отмечено более высокое содержание Мп, особенно в опаде (подробнее в гл. 6).
Среднее содержание ТМ в гумусовом горизонте ДП почв характеризуется как высокое, но без превышения ПДК. Для Си максимальное содержание не выходит за пределы градации богатых медью почв. Таким образом, для растений, произрастающих на естественных городских почвах, наибольшую опасность представляет загрязнение Zn, результат поступление Си на данном этапе может характеризоваться как благоприятный, а высокое содержаие Мп есть результат не загрязнения, а естественной биологической концентрации.
Оценка опасности загрязнения почв различных ландшафтов для растительного покрова
Тип использования оказывает определяющее влияние на загрязнение почв ТМ и изменение агрохимических характеристик. Особенности почв отдельных городских ландшафтов четко подтверждают это (см. прил. 6.1). Растительный покров в свою очередь также испытывает различные нагрузки в связи с выделенными характеристиками. Можно дать оценку выделенных ландшафтов с позиции изменения условий произрастания растений.
Большинство характеристик почв гюрково-рекреащюнного ландшафта наиболее близко к фоновым, которые, тем не менее, являются не самыми благоприятными для растительности, по причине развития типичного для данной зоны подзо Bлистого почвообразовательного процесса. Наименее трансформированные почвы (при исходной морфологии) сохранились в ПК и О им. Кирова (СПЗ = 1,3), наиболее изменены почвы скверов города (СПЗ = 9,0), где нарушено естественное сложение и свойства максимально изменились, а также почвы лесного массива по ул. 10-летия Октября, где аэрогенные выпадения послужили причиной очень сильного загрязнения, особенно цинком - выше ПДК (см. прил. 6.3).
В результате, условия для развития растительности в пределах данного ландшафта неоднородны. Наибольшей благоприятностью отличаются почвы расположенные в западной части города и на окраинах селитебной застройки всех районов. Почвы парково-рекреационного ландшафта в пределах застройки, особенно в центральном районе с максимальным загрязнением (см. рис. 35) самые неблагоприятные доя развития растительности, и требуют постоянного наблюдения. При этом сохранение естественного почвенного покрова и естественного сообщества при интенсивном загрязнении не обеспечивают оптимальных характеристик среды.
Незначительно механически преобразованными являются почвы агро-селитебного ландшафта, которые используются для выращивания растительной продукции. Очень хорошие агрохимические характеристики (высокое содержание подвижных фосфора и калия, а также гумуса), наиболее благоприятны в садово-огородных массивах. Приусадебные участки в районах индивидуальной застройки не только хуже по агрохимическим характеристикам, но здесь отмечается также высокое содержание ТМ. Наибольшее загрязнение наблюдается для Zn, ПДК превышено в среднем в 2,1 раза. Для других элементов таких критических значений не отмечено. Значительные отличия (см. рис. 19), связанны также с особенностями расположением почв относительно источников выбросов. Максимумы приходятся на агро-почвы, расположенные за ЦПЗ по направлению преобладающих ветров, и почвы садово-огородных массивов по ул. 10-летия Октября (загрязненные выбросами от нескольких источников). Выявленные закономерности требуют оценки растительной продукции полученной в таких условиях. С учетом же значительных аэрогенных поступлений (см. гл. 6), рекомендуется подбор культур (см. разд. 6,4) или же запрещение использования городских агро-почв для выращивания продуктов питания. В первую очередь это затрагивает районы с уже высоким содержанием ТМ расположенные в центральной части города в целом восточнее ЦПЗ.
Агрохимические характеристики почв селитебного ландшафта сельского типа благоприятны для растительности, однако, рН приближается к щелочному (тенденции соотношения среднего и медианы). ПДК превышено только для Zn - в 1,6 раза, для Fe и Мп содержание ниже фонового. Аналогичная ситуация наблюдается и в районах многоэтажной застройки, с незначительным понижением большинства показателей в селитебном и некотором повышении в селитебно-транаюртном ландшафте.
Наименьшее содержание всех ТМ отмечено для детских садов, данный факт является следствием опробования площадок для прогулок часто с привозным материалом (песок), однако даже в этом случае фоновый уровень для Za и Си превышен в два раза. Такой уровень загрязнения не относится к опасному, особенно относительно меди; почву можно оценить лишь как хорошо обеспеченную. Тем не менее, использование территории для прогулок детей, требует более пристального к ним внимания. Загрязнение свидетельствует об аэрогенном поступлении, а значит и дальнейшем накоплении ТМ.
Существующая возможность попадания ТМ в дыхательную и пищеварительную системы детей, создает опасность для их здоровья. Особенно это касается Zn, его коэффициент токсичности равен 1,5 (Методические рекомендации..., 1999).
Для Мп, в частности в г. Москве, для селитебного ландшафта характерны отрицательные аномалии, но они намного контрастнее (ниже фона в 6,7 раза) (Никифорова, Лазукова, 1991), чем можно выделить в г. Ижевске (в 1,2 раза ниже фона). Понижение содержания Мп в почвах данного ландшафта наблюдается до уровня среднего и высокого содержания (Sobatschkina, 1983). Для растительности такое понижение никакой опасности не создает.
Основной вклад в загрязнение почвы с&штебно-транаюртного ландшафта обеспечивает Zn (среднее превышение ПДК в 1,25 раза, доля почв с превышением ПДК для вытаптываемых дорожек и газонов составляет 30 и 55 % соответственно). Учитывая расположение данного ландшафта близ автодорог, необходим подбор деревьев и кустарников не только устойчивых к росту рН, повышенному содержанию солей и собственно ТМ, но и обеспечивающих уменьшение распространения последних дальше от дороги. В качестве таких пород необходимо назвать тополь, вяз и сирень (Почва..., 1997).
Почвы, расположенные вдоль крупных автомагистралей (автотранспортный ландшафт), относятся к наиболее агрохимически преобразованым, тем не менее, в качестве факторов, которые могут отрицательно повлиять на растительность, можно выделить лишь щелочное рН (среди городских почв второе место после промышленного ландшафта) и высокое содержание Zn (в 1,3 раза выше ПДК). Несмотря на значительное повышение содержания Од (выше фонового уровня в 5,5 раза), ее содержание не является опасным. В результате наложения транспортных и промышленных выбросов загрязнение почв может значительно повышаться (см. рис. 25), что уже отрицательно скажется на растительном покрове. В данном случае также необходим подбор растений по требованиям приведенным выше.
Самым трансформированным в черте города является промышленный ландшафт. Щелочное рН (до 9,1) и высокое содержание ТМ: превышение фоновых значений по Fe - в 4 раза, по Мп в 1,4 раза, по Си в 9 раз и по zn в 13,1 раза (ПДК превышено по средним показателям для Zn и Мп (см. прил. 6.12)). Высокие показатели загрязнения здесь отразились уже на морфологических характеристиках растительности. Отмечено наличие у произрастающих растений ксероморфных признаков (розеточность, мелколистность). Усугубляет состояние растительности наложение существующего почвенного загрязнения и современного аэрогенного. Положительное влияние здесь может оказать землевание. Характеристики слоя созданного на основе привозной торфосмеси более благоприятны по агрохимическим показателям и содержанию ТМ. Однако, оптимизация данного ландшафта возможна только в случае значительного уменьшения современного загрязнения, а уже затем его рекультивации (см. разд. 6.4).
Рассматривая пространственное распределение ТМ в почвах города, можно выделить территории, испытывающие максимальные геохимические воздействия. Это, прежде всего, почвы ЦПЗ и расположенных восточнее нее территорий. В выделенной зоне растения испытывают отрицательное воздействие не только из-за загрязнения почвы, но и из-за высокого аэрогенного поступления ряда элементов (см. гл. 6.1).
